天選的高純石英原料來源：花崗偉晶巖
編輯：轉(zhuǎn)自：材料科學與工程技術(shù)
發(fā)布時間：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(nèi)高純石英砂生產(chǎn)企業(yè)嚴重依賴進口。高純石英原料的來源主要分為水晶、脈石英和花崗偉晶巖三種。水晶礦床一般規(guī)模較小，目前主要用作工藝品原料。現(xiàn)階段，國內(nèi)高純石英資源的找礦方向主要側(cè)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僅709萬t，且多呈脈狀、雞窩狀分布，礦床規(guī)模小、礦石品質(zhì)不穩(wěn)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，恐難以滿足高純石英高端產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)的需要。偉晶巖型高純石英具有規(guī)模大、品質(zhì)高的特點，其中以北卡羅來納州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上高端石英砂產(chǎn)品。該原料礦所在的小鎮(zhèn)也被BBC稱之為“地球上最具戰(zhàn)略價值的平方英畝”。
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石、鉀長石、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(xiàn)。據(jù)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驗結(jié)果進行了分析。
該礦床位于北秦嶺構(gòu)造帶東部。據(jù)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，礦石類型為白云母花崗偉晶巖型，其主要礦物成分為鈉長石(31%～51%)、微斜長石(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)背景和地球化學特征。通過系統(tǒng)的調(diào)查分析，研究人員認為北秦嶺地區(qū)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(xiàn)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型與美國北卡羅來納州SprucePine花崗偉晶巖相近，巖石造巖礦物組合簡單，除石英外，其他礦物主要為長石和少量白云母。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(jù)悉，河南東秦嶺-大別造山帶已發(fā)現(xiàn)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(qū)偉晶巖為研究對象，在類比國外典型高純石英資源地質(zhì)背景、巖石學、礦物學和地球化學特征的基礎(chǔ)上，對重點脈體開展高純石英調(diào)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(tǒng)喀納斯巖群中，礦石類型為白云母偉晶巖型，其主要礦物組成為石英、鉀長石、斜長石、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石內(nèi)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(nèi)流體包裹體主要呈面狀分布，尺寸較小，多在10μm以下，類型以富液相氣液兩相包裹體為主。科研人員依據(jù)礦石組成特征，利用礦物精細浮選分離除雜技術(shù)，實現(xiàn)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(chǔ)上，采用雜質(zhì)定向去除技術(shù)，進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(qū)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，對該樣品進行了深度除雜研究。研究結(jié)果表明，首先通過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)一次長石粗選浮選，獲得了產(chǎn)率為32.94%、鈉長石礦物含量為97.44%、回收率為74.90%的高品質(zhì)鈉長石精礦，經(jīng)一次長石掃選浮選，獲得了產(chǎn)率為3.61%的超白長石石英粉，長石掃選尾礦再經(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。通過該工藝，既回收了花崗偉晶巖伴生的鈉長石資源，又使礦石中的石英得到梯級利用，同時為在新疆阿爾泰地區(qū)勘查高純石英資源指明了方向。
參考來源：
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(xiàn)及找礦意義，中國地質(zhì)科學院鄭州礦產(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(diào)查評價體系的建立與實踐——以北秦嶺地區(qū)調(diào)查評價為例，中國地質(zhì)科學院鄭州礦產(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)科學院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所2022
劉廣學，等：新疆阿爾泰地區(qū)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發(fā)現(xiàn)狀，自然資源部成礦作用與資源評價重點實驗室2021
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