天選的高純石英原料來(lái)源：花崗偉晶巖
編輯：轉自：材料科學(xué)與工程技術(shù)
發(fā)布時(shí)間：2023-06-30
我國石英資源儲量豐富，多為石英巖、石英砂巖和脈石英，但是能制備高純石英高端產(chǎn)品的比例極低，導致國內高純石英砂生產(chǎn)企業(yè)嚴重依賴(lài)進(jìn)口。高純石英原料的來(lái)源主要分為水晶、脈石英和花崗偉晶巖三種。水晶礦床一般規模較小，目前主要用作工藝品原料。現階段，國內高純石英資源的找礦方向主要側重于脈石英，但已有研究表明，可用于提取高純石英的脈石英資源儲量?jì)H709萬(wàn)t，且多呈脈狀、雞窩狀分布，礦床規模小、礦石品質(zhì)不穩定，這些脈石英礦床中僅有少部分能生產(chǎn)出適用于半導體工業(yè)和芯片制造行業(yè)的高純石英砂，恐難以滿(mǎn)足高純石英高端產(chǎn)品大規模生產(chǎn)的需要。偉晶巖型高純石英具有規模大、品質(zhì)高的特點(diǎn)，其中以北卡羅來(lái)納州Spruce Pine偉晶巖礦床最為典型，美國矽比科(Sibelco)公司利用該礦床偉晶巖生產(chǎn)的IOTA系列高純石英砂產(chǎn)品，幾乎壟斷了國際市場(chǎng)上高端石英砂產(chǎn)品。該原料礦所在的小鎮也被BBC稱(chēng)之為“地球上最具戰略?xún)r(jià)值的平方英畝”。
來(lái)自Spruce Pine的IOTA?白崗巖Spruce Pine偉晶巖礦床，為白崗巖型高純石英礦，礦石的主要造巖礦物為斜長(cháng)石、鉀長(cháng)石、石英、白云母，幾乎不含鎂鐵質(zhì)礦物。石英的雜質(zhì)元素含量極低，經(jīng)機械和化學(xué)提純后，制得的高純和超純石英主要用于半導體晶圓、精密光學(xué)玻璃以及光伏、照明等產(chǎn)業(yè)。在我國，由于之前偉晶巖型高純石英地質(zhì)勘查、礦床研究、儲量評估及開(kāi)發(fā)利用處于空白狀態(tài)，尚未獲得偉晶巖型高純石英找礦發(fā)現。據中國粉體網(wǎng)了解，近兩年，新疆、河南、江西等地的花崗偉晶巖，被證實(shí)具有很高的提純潛力，可以制備4N~4N5級以上的高純石英產(chǎn)品，也已經(jīng)有大量的相關(guān)科研工作者對其雜質(zhì)賦存狀態(tài)、提純潛力和小中試級提純實(shí)驗結果進(jìn)行了分析。
該礦床位于北秦嶺構造帶東部。據研究人員分析，該礦床賦存于秦嶺巖群石槽溝組和峽河巖群寨根組中，礦石類(lèi)型為白云母花崗偉晶巖型，其主要礦物成分為鈉長(cháng)石(31%～51%)、微斜長(cháng)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。石英礦物經(jīng)深度提純SiO2含量可達99．997%。與美國Spruce Pine偉晶巖型高純石英礦床對比，兩者具有相似的成礦地質(zhì)背景和地球化學(xué)特征。通過(guò)系統的調查分析，研究人員認為北秦嶺地區具有尋找偉晶巖型高純石英礦床的潛力。
研究人員在河南東秦嶺-大別造山帶出露的花崗偉晶巖中發(fā)現了高純度石英自然礦物，經(jīng)研究查證，科研人員認為石英礦物賦存的花崗偉晶巖類(lèi)型與美國北卡羅來(lái)納州SprucePine花崗偉晶巖相近，巖石造巖礦物組合簡(jiǎn)單，除石英外，其他礦物主要為長(cháng)石和少量白云母。石英顆粒中少有氣液相包裹體，雜質(zhì)元素Al、Fe、Ti、Ca、Mg等含量較少，礦物的其他基本特征與國外制備超高純石英砂原料十分相似。將優(yōu)選礦石經(jīng)深加工提純之后鑒定，精礦純度達到4 N級(99.99%)以上。據悉，河南東秦嶺-大別造山帶已發(fā)現花崗偉晶巖脈近7000條，平均密度約為86條/km2，中大型偉晶巖脈近400條，東秦嶺-大別山造山帶高純石英工業(yè)礦床方面具有重大的找礦潛力。
科研人員以新疆阿爾泰某地區偉晶巖為研究對象，在類(lèi)比國外典型高純石英資源地質(zhì)背景、巖石學(xué)、礦物學(xué)和地球化學(xué)特征的基礎上，對重點(diǎn)脈體開(kāi)展高純石英調查研究。這些偉晶巖型高純石英脈體賦存于瓊庫爾地體震旦系下寒武統喀納斯巖群中，礦石類(lèi)型為白云母偉晶巖型，其主要礦物組成為石英、鉀長(cháng)石、斜長(cháng)石、白云母和少量黑云母。石英顆粒粒徑介于0.3～4 mm，部分石英顆粒包裹于長(cháng)石內部。石英顆粒中包含流體包裹體的非純凈顆粒含量較多，顆粒內流體包裹體主要呈面狀分布，尺寸較小，多在10μm以下，類(lèi)型以富液相氣液兩相包裹體為主。科研人員依據礦石組成特征，利用礦物精細浮選分離除雜技術(shù)，實(shí)現了石英礦物與其他中微細粒脈石礦物的高效分離。在此基礎上，采用雜質(zhì)定向去除技術(shù)，進(jìn)一步去除石英礦物中晶間雜質(zhì)和包裹體雜質(zhì)，成功制備了SiO2純度達到99.9983%的4N8級高端高純石英砂。
研究人員以新疆阿爾泰地區某花崗偉晶巖型石英為研究對象，采用重選—磁選—浮選—酸浸等工藝，對該樣品進(jìn)行了深度除雜研究。研究結果表明，首先通過(guò)重選除去大部分針鐵礦、磷灰石、鈣鋁榴石及礦泥等，對重選中礦采用磁選除鐵和浮選除去云母后，經(jīng)一次長(cháng)石粗選浮選，獲得了產(chǎn)率為32.94%、鈉長(cháng)石礦物含量為97.44%、回收率為74.90%的高品質(zhì)鈉長(cháng)石精礦，經(jīng)一次長(cháng)石掃選浮選，獲得了產(chǎn)率為3.61%的超白長(cháng)石石英粉，長(cháng)石掃選尾礦再經(jīng)一次石英精選，得到浮選精礦和石英次精礦兩種產(chǎn)品，其中石英次精礦產(chǎn)率為5.59%、SiO2含量為99.61%、SiO2回收率為10.35%，其成分符合光伏玻璃用石英砂要求。浮選精礦采用煅燒—水淬—酸浸工藝，獲得了產(chǎn)率為37.32%、SiO2含量為99.996%、石英回收率69.52%的中端高純石英砂。通過(guò)該工藝，既回收了花崗偉晶巖伴生的鈉長(cháng)石資源，又使礦石中的石英得到梯級利用，同時(shí)為在新疆阿爾泰地區勘查高純石英資源指明了方向。
參考來(lái)源：
張海啟，等：河南盧氏龍泉坪偉晶巖型高純石英礦床的首次發(fā)現及找礦意義，中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所2022
張海啟，等：偉晶巖型高純石英資源全鏈條調查評價(jià)體系的建立與實(shí)踐——以北秦嶺地區調查評價(jià)為例，中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所2022
張海啟，等：新疆阿爾泰偉晶巖型高純石英礦床地質(zhì)特征及 4N8 級產(chǎn)品制備技術(shù)，中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所2022
劉廣學(xué)，等：新疆阿爾泰地區某花崗偉晶巖型石英深度除雜技術(shù)研究，中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所2022
趙金洲等：東秦嶺花崗偉晶巖中高純石英礦物的可利用性研究，河南省自然資源科技創(chuàng )新中心礦物新材料高值綜合評價(jià)與利用中心2021
王九一：全球高純石英原料礦的資源分布與開(kāi)發(fā)現狀，自然資源部成礦作用與資源評價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗室2021
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