买了一座“高纯”石英矿，结果却是这个样

有这么一则故事：前两年，高纯石英砂价格飞涨，某公司的林先生也想跨界抓一下这个风口，于是，他匆匆忙忙花千万买下了一座石英矿的采矿权，谁知，这矿根本生产不出所谓的高纯石英，至此，林先生的“矿老板”梦被无情地打碎，差点赔了个血本无归。 那么，究竟什么样的矿能生产高纯石英呢？   常见的高纯石英原料矿有脉石英、石英砂岩、石英岩、天然石英砂、水晶等，但可以加工为高纯石英的矿石类型相对稀少，且处理工艺极其复杂，目前可以作为潜在原料矿石的矿石类型有花岗伟晶岩、脉石英以及水晶。 高纯石英原料矿石是特定成矿条件下形成的、稀缺的战略性资源，这类原料的找矿评价方法和常规的硅质原料评价方法完全不同，常规硅质原料通常更注重原料本身品位，而高纯石英原料矿石则更注重天然石英矿物的可加工性，需要结合地质、选冶、检测、材料评价等多学科进行综合分析。 高纯石英原料评价指标 纯度 关于高纯石英硅质原料纯度的描述应该包括SiO2的百分含量和影响提纯的关键杂质元素含量。因此，可以以SiO2、Al、(Ti+Li)的含量作为高纯石英用硅质原料评价指标体系的方案。 将高纯石英用硅质原料纯度划分为两个品级：高纯硅质原料：SiO2≥99.9%，Al≤700×10-6，Li+Ti≤200×10-6；超纯硅质原料：SiO2≥99.995%，Al≤35×10-6，Li+Ti≤10×10-6。 嵌布粒度 矿物的嵌布粒度大小直接影响石英的单体解离难度，对于普通高纯石英原料来说，除石英外的其他脉石矿物(如白云母、铁质矿物等)间的嵌布粒度特征的影响较为显著，脉石矿物嵌布粒度越微细均匀，则石英单体越难解离，选矿提纯加工的难度也越大。 脉石矿物及晶界杂质 脉石矿物类杂质是与石英出现在同一空间上的矿物，不同地质条件下伴生矿物不尽相同，与之伴生的矿物有长石、云母、金红石、方解石、萤石以及磁铁矿和赤铁矿等含铁类矿物。脉石矿物主要影响高纯石英原料矿石的初始品位和选矿产率，晶界杂质则会对高纯石英纯度产生一定程度影响。 相较于包裹体、晶格杂质等难去除杂质，在高纯石英提纯加工过程中，脉石矿物和晶界杂质相对容易去除，采用适当方法去除后一般不会对高纯石英最终纯度产生影响。 包裹体 包裹体是影响高纯石英原料矿石质量的最重要因素之一，当高纯石英中包裹体尤其是微细粒气液两相包裹体和矿物包裹体过多时，会对高纯石英的产品性能产生严重影响：一方面包裹体中的杂质元素（如Ti、Li、K、Na等）会导致高纯石英纯度降低，影响产品品质；另一方面，制成产品后产品中细小的气液两相包裹体在高温下会逐渐膨胀汇聚，进而影响高纯石英产品性能。 评价高纯石英原料矿石时，对石英矿物中包裹体的类型、形态、大小、数量等特征进行研究是十分必要的。 晶格杂质 石英中常见的晶格杂质元素有Al、Ti、Li、Na、K、Ge、OH等，这些杂质元素含量通常超过1×10-6，很难利用经济的选矿手段和化学提纯方法除去，是影响高纯石英纯度和产品性能的重要因素之一。 石英晶格的外来元素中，Al的研究和分析是最重要的，是判断高纯石英矿物原料品质的重要标志物，这是因为其相较天然石英中其他杂质元素，Al含量往往最高，也最容易通过测试分析方法分析出来。当石英中存在大量Al杂质时，Li、K、Na等杂质元素的含量会增加。除Al外，Ti也是判断高纯石英矿物原料品质的重要标志物之一，由于Ti-O键非常稳定，不易破坏，无论是晶格间Ti还是包裹体中的含Ti矿物，均很难通过常规的选矿手段和化学提纯方式经济合理除去，因此当石英中Ti含量超过一定程度时，其也很难加工成高纯石英。 高纯石英原料评价技术 影响石英提纯的关键是石英矿物中所含的杂质元素及其赋存状态，不同成因石英具有显著不同的杂质特征和物化性能。要获得特定高纯石英砂产品和稳定的生产指标，需要掌握矿床岩石地球化学的基本差异，以及原矿品质对提纯过程和产品应用的限制，原矿决定产品质量，而矿床成因是关键的基础研究工作。 矿床成因研究、高纯石英用硅质原料品级划分和高纯石英砂产品质量情况需要实验分析测试技术支撑。 原矿主量和微量元素分析 采用X射线荧光光谱法(XＲF)对原矿的主量元素含量检测，但对于高二氧化硅含量的原矿需采用化学分析法(比重法)。采用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP OES)对原矿微量元素含量检测。 包裹体分析 进行包裹体分析可以借助电子显微镜、激光拉曼光谱仪、电子探针、离子色谱仪、傅里叶变换红外光谱仪等设备。 电子显微镜用于观察石英粒间与粒内显微特征，定性、半定量描述共伴生矿物特征和粒内固、液、气相包裹体特征，可较大程度定性判断原料的优劣和砂样品质；通过观察拉曼光谱显示的矿物元素特征振动峰及峰值对应关系，能够分析石英颗粒内各相态包裹体的化学成分；扫描电镜及电子探针可以显示矿物包裹体的分布特征，结合能谱仪则能够对固态包裹体中的子矿物进行定性分析；离子色谱仪则用于石英粒内气液包裹体分析，研究阴离子、阳离子种类和含量。 晶格杂质分析 傅里叶变换红外光谱仪可用于石英发生类质同象替换程度的研究，也能确定石英中水的定量分布和形态。LAICP MS面扫描图像可以判断石英杂质元素赋存状态，区分晶格杂质与包裹体杂质类型。阴极发光(CL)可以灵敏地反映晶体种类、晶格缺陷、有序度、微观结构、杂质元素、晶体生长的物化条件，以及各种相关的外界影响因素等多方面信息。激光剥蚀电感耦合等离子质谱仪(LAICP MS)可用于石英矿物微区杂质元素含量的检测。 矿物解离分析 矿物解离分析(MLA)可以完成石英及其共伴生矿物物质组成、成分定量、嵌布特征、粒级分布、矿物解离度等分析，包含矿物颗粒的尺寸、矿物组成、元素组成等，用于判断石英可提纯性能，对于查明石英中的杂质具有重要作用。 产品质量分析 采用四氟化硅挥发重量法对产品二氧化硅含量进行检测。采用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP OES)对产品微量杂质元素含量进行检测，也可对高二氧化硅含量的原矿、中间产品和最终产品进行检测。 结语 简而言之，石英晶粒化学成分纯净，晶格杂质少甚至是没有，嵌布粒度大，矿物包裹体和流体包裹体少，共伴生脉石矿物少的天然石英矿物更具有高纯石英的加工潜力。 高纯石英原料矿石需要综合地质、选矿、化学提纯、检测、材料性能评价等多学科评价才能完全确定其可利用。对高纯石英原料的评价应考虑石英矿物的纯度、嵌布粒度、脉石矿物及晶界杂质、包裹体、晶格杂质等因素，并综合借助光学显微镜、扫描电子显微镜、阴极荧光光谱分析系统、激光拉曼光谱仪、电子探针分析仪等设备开展研究。