天选的高纯石英原料来源：花岗伟晶岩
编辑：转自：材料科学与工程技术
发布时间：2023-06-30
我国石英资源储量丰富，多为石英岩、石英砂岩和脉石英，但是能制备高纯石英高端产品的比例极低，导致国内高纯石英砂生产企业严重依赖进口。高纯石英原料的来源主要分为水晶、脉石英和花岗伟晶岩三种。水晶矿床一般规模较小，目前主要用作工艺品原料。现阶段，国内高纯石英资源的找矿方向主要侧重于脉石英，但已有研究表明，可用于提取高纯石英的脉石英资源储量仅709万t，且多呈脉状、鸡窝状分布，矿床规模小、矿石品质不稳定，这些脉石英矿床中仅有少部分能生产出适用于半导体工业和芯片制造行业的高纯石英砂，恐难以满足高纯石英高端产品大规模生产的需要。伟晶岩型高纯石英具有规模大、品质高的特点，其中以北卡罗来纳州Spruce Pine伟晶岩矿床最为典型，美国矽比科(Sibelco)公司利用该矿床伟晶岩生产的IOTA系列高纯石英砂产品，几乎垄断了国际市场上高端石英砂产品。该原料矿所在的小镇也被BBC称之为“地球上最具战略价值的平方英亩”。
Spruce Pine伟晶岩矿床，为白岗岩型高纯石英矿，矿石的主要造岩矿物为斜长石、钾长石、石英、白云母，几乎不含镁铁质矿物。石英的杂质元素含量极低，经机械和化学提纯后，制得的高纯和超纯石英主要用于半导体晶圆、精密光学玻璃以及光伏、照明等产业。在我国，由于之前伟晶岩型高纯石英地质勘查、矿床研究、储量评估及开发利用处于空白状态，尚未获得伟晶岩型高纯石英找矿发现。据中国粉体网了解，近两年，新疆、河南、江西等地的花岗伟晶岩，被证实具有很高的提纯潜力，可以制备4N~4N5级以上的高纯石英产品，也已经有大量的相关科研工作者对其杂质赋存状态、提纯潜力和小中试级提纯实验结果进行了分析。
该矿床位于北秦岭构造带东部。据研究人员分析，该矿床赋存于秦岭岩群石槽沟组和峡河岩群寨根组中，矿石类型为白云母花岗伟晶岩型，其主要矿物成分为钠长石(31%～51%)、微斜长石(11%～20%)、石英(25%～38%)和白云母(7%～9%)，含少量石榴子石(1%～2%)、黑云母(＜1%)等。石英矿物经深度提纯SiO2含量可达99．997%。与美国Spruce Pine伟晶岩型高纯石英矿床对比，两者具有相似的成矿地质背景和地球化学特征。通过系统的调查分析，研究人员认为北秦岭地区具有寻找伟晶岩型高纯石英矿床的潜力。
研究人员在河南东秦岭-大别造山带出露的花岗伟晶岩中发现了高纯度石英自然矿物，经研究查证，科研人员认为石英矿物赋存的花岗伟晶岩类型与美国北卡罗来纳州SprucePine花岗伟晶岩相近，岩石造岩矿物组合简单，除石英外，其他矿物主要为长石和少量白云母。石英颗粒中少有气液相包裹体，杂质元素Al、Fe、Ti、Ca、Mg等含量较少，矿物的其他基本特征与国外制备超高纯石英砂原料十分相似。将优选矿石经深加工提纯之后鉴定，精矿纯度达到4 N级(99.99%)以上。据悉，河南东秦岭-大别造山带已发现花岗伟晶岩脉近7000条，平均密度约为86条/km2，中大型伟晶岩脉近400条，东秦岭-大别山造山带高纯石英工业矿床方面具有重大的找矿潜力。
科研人员以新疆阿尔泰某地区伟晶岩为研究对象，在类比国外典型高纯石英资源地质背景、岩石学、矿物学和地球化学特征的基础上，对重点脉体开展高纯石英调查研究。这些伟晶岩型高纯石英脉体赋存于琼库尔地体震旦系下寒武统喀纳斯岩群中，矿石类型为白云母伟晶岩型，其主要矿物组成为石英、钾长石、斜长石、白云母和少量黑云母。石英颗粒粒径介于0.3～4 mm，部分石英颗粒包裹于长石内部。石英颗粒中包含流体包裹体的非纯净颗粒含量较多，颗粒内流体包裹体主要呈面状分布，尺寸较小，多在10μm以下，类型以富液相气液两相包裹体为主。科研人员依据矿石组成特征，利用矿物精细浮选分离除杂技术，实现了石英矿物与其他中微细粒脉石矿物的高效分离。在此基础上，采用杂质定向去除技术，进一步去除石英矿物中晶间杂质和包裹体杂质，成功制备了SiO2纯度达到99.9983%的4N8级高端高纯石英砂。
研究人员以新疆阿尔泰地区某花岗伟晶岩型石英为研究对象，采用重选—磁选—浮选—酸浸等工艺，对该样品进行了深度除杂研究。研究结果表明，首先通过重选除去大部分针铁矿、磷灰石、钙铝榴石及矿泥等，对重选中矿采用磁选除铁和浮选除去云母后，经一次长石粗选浮选，获得了产率为32.94%、钠长石矿物含量为97.44%、回收率为74.90%的高品质钠长石精矿，经一次长石扫选浮选，获得了产率为3.61%的超白长石石英粉，长石扫选尾矿再经一次石英精选，得到浮选精矿和石英次精矿两种产品，其中石英次精矿产率为5.59%、SiO2含量为99.61%、SiO2回收率为10.35%，其成分符合光伏玻璃用石英砂要求。浮选精矿采用煅烧—水淬—酸浸工艺，获得了产率为37.32%、SiO2含量为99.996%、石英回收率69.52%的中端高纯石英砂。通过该工艺，既回收了花岗伟晶岩伴生的钠长石资源，又使矿石中的石英得到梯级利用，同时为在新疆阿尔泰地区勘查高纯石英资源指明了方向。
参考来源：
张海啟，等：河南卢氏龙泉坪伟晶岩型高纯石英矿床的首次发现及找矿意义，中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所2022
张海啟，等：伟晶岩型高纯石英资源全链条调查评价体系的建立与实践——以北秦岭地区调查评价为例，中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所2022
张海啟，等：新疆阿尔泰伟晶岩型高纯石英矿床地质特征及 4N8 级产品制备技术，中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所2022
刘广学，等：新疆阿尔泰地区某花岗伟晶岩型石英深度除杂技术研究，中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所2022
赵金洲等：东秦岭花岗伟晶岩中高纯石英矿物的可利用性研究，河南省自然资源科技创新中心矿物新材料高值综合评价与利用中心2021
王九一：全球高纯石英原料矿的资源分布与开发现状，自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室2021
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