中国粉体网讯 高纯石英产业的发展对高纯石英资源保障提出了迫切需求。制备高纯石英主要通过化学合成、天然水晶加工及石英矿物深度提纯等方式，但由于化学合成、天然水晶的加工制备受原料、成本、产量等方面的制约，难以大规模工业化应用，因此，脉石英等作为制备高纯石英的矿源及其加工提纯技术是未来重点研究方向。脉石英由于SiO2含量高，Fe2O3含量较低，不易作为一般硅质原料利用，且与天然水晶相比，其资源储量相对比较丰富，是加工高纯石英的理想的矿物原料之一[1]。
1.脉石英的定义及性能
高纯石英与战略性新兴产业中新一代信息技术、新材料产业等九大领域中的八大领域具有密切的关联性，是战略性新兴产业中重要的支撑材料[2]。随着国家战略性新兴产业的发展，高纯石英市场需求量越来越大，有广阔的市场应用前景。高纯石英是以天然石英矿为原料，经过比较复杂的提纯工艺加工获得的SiO2纯度极高的石英砂产品[3]。目前，能够用作高纯石英原料的矿床工业类型主要有天然水晶、脉石英和花岗伟晶岩石英3种[3]。
脉石英是一种几乎全部由致密石英块体组成的岩脉，是富含SiO2的热岩浆在围岩中冷却结晶形成的高品质石英。脉石英SiO2含量一般在99%以上，杂质含量较低，局部生成水晶，矿床因围岩多呈脉状、鸡窝状，一般规模较小。脉石英多呈致密块状，硬度高；常含有微量的云母、长石、赤铁矿、黄铁矿等杂质矿物[4]。脉石英矿床规模一般不大，产状陡，矿体呈不规则脉状，厚度一般几米至几十米，长度一般为十几米至几百米，一个矿区可由一条矿脉或由多条矿脉组成[5]。
2.脉石英地质特征和矿床成因类型
2.1 脉石英的地质特征
脉石英是热液作用的产物，主要形成于花岗岩和片麻岩中。矿体多为脉状，少数呈鸡窝状和不规则型矿脉。石英脉大小不一，多与纯水晶共生，常含少量长石、黄铁矿、黄铜矿、白云母、磁铁矿、镜铁矿等[6]。
脉石英矿床呈脉状产于变质岩或花岗岩中，赋矿围岩主要为元古代富硅的变质岩建造及花岗岩、花岗闪长岩。主要变质岩建造为黑云斜长片麻岩、二长花岗质片麻岩、花岗片麻岩等。脉石英成矿受构造控制，往往成群出现。矿体中的矿物以石英为主，还有少量或微量的长石、绢云母、辉钼矿、黄铁矿，偶见小晶洞，常见有围岩团块混杂于矿体中，矿脉围岩常见有黑云母化、绢云母化的蚀变现象[7]。
2.2 脉石英的矿床成因
脉石英的形成需要具备两个必要条件，物质基础和容矿空间。物质基础就是SiO2的供应，其可以来自深部的热液，也可以来自裂隙周围的围岩，通过扩散运移到容矿空间。容矿空间可以是裂隙（如断层），也可以是沉积岩的层理。断裂中常出现石英脉，但石英脉并非出现在所有的断裂中，一般热液型石英脉出现在渗透性较好的张性断裂中或者扭性和压性断裂之中，部分热液石英脉赋存于断裂拐弯处、断裂交切部位和大断裂附近的次级断裂中[6]。
2.3 脉石英的矿床成因类型
脉石英矿床类型可划分为岩浆热液型、变质热液型和伟晶岩型三种成因类型，以岩浆热液型、变质热液型为主。脉石英矿主要见于变质岩区或花岗岩发育地区，同一地区脉石英常是几种成因共同作用，既有变质热液型，也有岩浆热液型和伟晶岩型[1]。
岩浆热液型围岩一般为岩浆岩或产于岩浆岩与围岩接触带，围岩常发生泥石化、绢云母化、硅化、黄铁矿化、辉钼矿化，蚀变宽度约0.5～1m。如：湖北蕲春灵虬脉石英矿属岩浆热液矿床。变质热液型围岩一般为片麻岩、榴辉岩等，脉石英与围岩之间常夹有云母片岩。如：东海脉石英矿床。伟晶岩型脉石英矿常与钾长石和云母伴生。代表性矿床为山西省闻喜县文家坡长石矿(伴生脉石英)、江西省万田钾长石矿(伴生脉石英)、湖北省大悟县刘家冲云母矿(伴生脉石英)[1]。
2.4 脉石英中的杂质元素
脉石英中的微量元素主要有两种方式，一种是进入到脉石英晶格当中，充当晶格的一部分，为结构性微量元素；另一种是存在于脉石英矿中，但是在石英晶格之间，主要以包裹体、间隙杂质为主，为非结构性微量元素。虽然，存在于石英晶体中的微量元素对矿床成因具有很好的指示作用，但是，其存在的隐蔽性，导致脉石英在加工高纯石英过程中，极难将其除去，成为加工高纯石英的一个难关[6]。
脉石英含硅量高于石英砂岩、石英岩和粉石英，且杂质元素含量相对少。最主要的杂质元素为铁，一般以四种化合物形式存在于脉石英中：最常见的是含铁粘土矿物，这种较易选除，通过筛分或淘洗即可把铁除去；第二种形式的铁存在于重矿物中；第三种形式的铁以氧化物或氢氧化物薄膜附在石英颗粒的表面，选矿时需在水中擦洗，甚至在酸溶液擦洗才能除去；第四种形式铁存在于石英晶格或流体包裹体中，此类形式铁比较难以除去。脉石英中铁含量一般低于0.1%有利于高纯石英的加工提纯。其他杂质元素还包括Al、B、Li、K、Na、Ca、Mg、Ti、Mn、Cu、Cr、Ni等[8]。
3.脉石英的资源现状
我国的脉石英矿产资源具有分布广泛、局部集中、矿床少、矿点多的特点，主要分布在江西、四川、安徽、黑龙江、新疆、陕西、浙江7个省(区)，约占总资源储量的84.74%。我国脉石英矿产地354处，大部分矿产资源用于中低端产品，制造玻璃的矿产占55%，冶金的矿产占43%，用于生产高纯石英的脉石英矿物原料资源比较稀缺[9]。
我国脉石英江西矿产地最多，达126处，占比36%；次为福建，共76处，占比22%；吉林32处，占比9%；新疆、四川和辽宁各占比约5%；其他省份均几处。以大区划分，则华东地区脉石英矿产地分布数量占比63%，东北地区占比15%，其他地区相对较少。按照成矿区带统计，脉石英矿产地在江南隆起东段成矿带、武功山—杭州湾成矿带、小兴安岭—张广才岭成矿带、塔里木陆块北缘成矿带、西秦岭成矿带、东秦岭非金属成矿带等Ⅲ级成矿区带分布相对集中。全国脉石英矿产地中矿点（资源量＜20万t）数量居多，占矿产地总数的74%；大型矿床仅1处，中型矿床18处，小型矿床58处。其中，江西的矿点数量占比全省达93%，仅有中型2处，小型7处；福建无大中型矿床，仅有小型矿床9处，其他均为矿点[8]。
根据张佩聪等推测，用于生产高纯石英矿物资源占据已勘察的水晶、脉石英等资源的10%，目前我国已查明的水晶资源约为29.2万t，脉石英约9200万t，因此应用于高纯石英资源仅为约920万t。整体来看，我国石英矿产资源丰富，但是用于生产高纯石英的矿物资源水晶比较缺乏，脉石英较多[9]。
4.脉石英的应用领域
脉石英目前主要的应用领域是制备w(SiO2)99%～99.9%的硅微粉，主要原因是与石英砂岩和石英岩等其它石英矿产资源相比，脉石英几乎全部由石英组成，SiO2通常大于2N，其它杂质含量相对较少，不需要复杂加工就能满足硅微粉的SiO2纯度技术指标要求；另外，与石英的传统应用领域相比，硅微粉附加值较高但用量并不巨大，矿床资源量能够满足需求。同时，如果脉石英高温防爆性技术指标符合要求的，还可用于金属硅冶炼原料；色泽均匀、杂质少、硬度高、油脂光泽好的脉石英还是人工石英板材用砂的良好原料[5]。
高纯石英是目前脉石英最具吸引力的应用领域，脉石英是加工高纯石英的理想原料之一，其工业价值和应用优势是：高纯石英的附加值高，绝对用量少，过去按传统应用标准，是小矿；而今，按新用途标准，则是大矿。与石英岩和石英砂岩相比，脉石英几乎都由石英组成，SiO2纯度一般都在3N及以上，其他杂质含量相对较少，有利于高纯石英的提纯加工。与天然水晶相比，同一矿区的脉石英矿石质量相对比较稳定，为矿物原料均一化加工创造了条件[3]。
5.结论
我国脉石英资源分布广泛，资源优势明显，由于高纯石英在电子信息、新材料和新能源等战略性新兴产业中得到广泛应用，以SiO2天然纯度高为特色的脉石英矿床工业类型正引起人们的极大关注。因此，必须重视脉石英的开发利用，分析其资源现状，总结其开发应用情况，为我国高纯石英产业的发展提供资源保障。
参考文献：
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[2]李光惠,王超峰,詹建华,陈正国,张徐,郝文俊,胡甦. 高纯石英原料作为战略性矿产的分析及建议[J]. 中国非金属矿工业导刊,2020,(05):20-24.
[3]汪灵. 高纯石英的概念及其原料品级划分[J]. 矿产保护与利用,2022,42(05):55-63.
[4]林敏. 脉石英中白云母、晶格杂质分离及机理[D].武汉理工大学,2018.
[5]汪灵.石英的矿床工业类型与应用特点[J]. 矿产保护与利用,2019,39(06):39-47.
[6]魏玉燕. 脉石英显微结构与包裹体特征及其与高纯石英加工提纯的关系[D].成都理工大学,2015.
[7]高树学,颜玲亚,陈正国,詹建华,焦丽香,周雯,韩兰臻. 我国脉石英成矿区带初步划分[J]. 中国非金属矿工业导刊,2020,(05):5-9.
[8]詹建华,王依,陈正国,冯书文,陈军元. 我国脉石英资源现状分析[J]. 中国非金属矿工业导刊,2020,(05):1-4.
[9]欧阳静,陈广,梁力行,彭勇慧,周文韬. 石英矿物资源的提纯及在战略性新兴产业中的应用技术分析[J]. 矿产保护与利用,2021,41(06):35-45.
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