水晶、脉石英和花岗伟晶岩谁最有潜力生产高纯石英砂？

2024-12-16

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，且资源匮乏，目前主要用作工艺品原料；脉石英矿床一般规模不大，仅部分可用做高纯石英原料；伟晶岩型高纯石英具有规模大、品质高的特点，是将来高纯石英相关勘查和研究的重要对象。
花岗伟晶岩制备高纯石英砂可行性分析
伟晶岩型石英资源通常具有规模大、杂质少、品质稳定、流体包裹体含量低等优点。目前，国际上认可度较高的高端高纯石英产品，如美国矽比科 (Sibelco) 公司的 IOTA 系列产品，其原料是来自美国北卡罗来纳州的花岗伟晶岩矿脉，Sibelco 公司利用该矿床伟晶岩生产的 4N8 及以上高端石英砂产品几乎垄断国际市场。国内也存在具备高纯石英提纯潜力的花岗伟晶岩矿脉。张海啟等针对新疆阿尔泰地区伟晶岩型高纯石英矿床采用适当的提纯工艺流程，成功制备了 4N8 级高端高纯石英砂。赵金洲等在秦岭东部发现了矿物学属性类似美国北卡罗来纳州斯普鲁斯番地区优质的花岗质伟晶岩，并通过煅烧水淬 - 破碎磨矿 - 磁选 - 超声清洗 - 浮选 - 酸浸的工艺流程，获得了 4N 级的高纯石英产品。此外，张海啟等将河南卢氏龙泉坪伟晶岩型高纯石英矿床与美国斯普鲁斯番伟晶岩型高纯石英矿床进行对比研究，发现两者具有相似的成矿地质背景和地球化学特征，具有较高的提纯潜力。因此，结合当前高纯石英的制备研究现状及国内高纯石英生产所面临的原矿问题，以花岗伟晶岩作为原料制备高纯石英在国内具有巨大的研究潜力。
花岗伟晶岩矿的特点
花岗伟晶岩是由粗粒 - 巨粒矿物组成的浅色花岗质结晶岩，多呈脉状、透镜体、板状、岩种体、不规则体等形态产出，常呈伟晶岩群出现。伟晶岩脉规模不等，出露宽几十厘米至几百米不等，延伸长可达几公里。花岗伟晶岩具有多种内部结构分带型式，包括均一结构、分带结构和分层结构；化学组成上与花岗岩相近，具有更高的稀有金属和挥发分含量；从太古代至中新世均有出现，产出构造背景包括造山、造山后和非造山。花岗伟晶岩是稀有金属、云母、陶瓷长石、高纯石英和宝石的重要赋存岩石。花岗伟晶岩的形成过程是复杂的，用任何一种简单的观点都难以解释伟晶岩成因的全过程。国内外学者在长期深入的研究中提出了多个花岗伟晶岩成因模式，目前主要认为花岗伟晶岩岩浆来自岩浆分异或深熔作用。
我国伟晶岩矿分布情况
（1）河南东秦岭 - 大别造山带花岗伟晶岩
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，经河南省有色金属地质矿产局与中国科学院地球化学研究所联合攻关研究和野外查证，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Spruce Pine 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高纯石英砂原料十分相似。在河南东秦岭 - 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。脉体规模大，岩石类型和石英矿物的结构构造特征类似于 Spruce Pine 花岗伟晶岩，并且其全岩石英矿物含量(40% ～ 45%) 大于后者 (25% ～ 35%)，有望开发成为制备高纯石英砂的原材料基地。
（2）龙泉坪伟晶岩型高纯石英矿床
河南卢氏龙泉坪伟晶岩型高纯石英矿床位于北秦岭构造带东部。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%。北秦岭地区伟晶岩脉数量多，规模大，新发现的卢氏龙泉坪石英矿床具有和美国 Spruce Pine 高纯石英矿床相似的地质特征。龙泉坪伟晶岩型高纯石英矿床的发现对我国高纯石英资源地质勘查具有重要的示范和引领作用。
（3）新疆阿尔泰地区花岗伟晶岩
我国新疆阿尔泰地区是世界闻名的花岗伟晶岩集中区，在长 413km、宽 20 ～ 60km 的变质岩带内，出露各类花岗伟晶岩脉数万条，形成十余个伟晶岩密集区，具有伟晶岩型高纯石英资源的禀赋条件。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 ～ 4mm，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。陈培荣等通过对比该区域与美国 Spruce Pine 地区花岗伟晶岩在地质背景、矿物学、岩石学和地球化学方面的特征差异，认为阿尔泰地区具有寻找高纯石英的前景。张海啟等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。该研究为我国伟晶岩型高纯石英资源的找矿突破指出了方向，可有力地支撑服务我国战略性新兴产业关键资源材料的安全供给。
（4）其他
广东省矿产应用研究所发现，从南雄某地花岗 - 花岗伟晶岩型矿床中分选出的石英砂具有遇水透明度高、棱角分明、裂纹少的特点，这一现象引起试验人员的高度重视，随即开展了一系列不同矿山石英砂样品的岩相对比试验。参考资料筛查，南雄花岗 - 花岗伟晶岩型石英资源为广东省内目前高纯石英资源。