关于高纯石英原料矿石地质学评价方法的探讨

高纯石英资源是一种重要的战略性资源。本文结合高纯石英成矿地质特征及其对后期选矿提纯、材料加工等的影响,系统总结了高纯石英原料中杂质的赋存状态、形成机理以及评价方法等,得出:(1)可以作为高纯石英原料的潜在岩石类型有花岗伟晶岩(包括不含暗色矿物的伟晶状花岗岩)、脉石英以及水晶,岩浆演化晚期的伟晶状花岗岩-伟晶岩早期阶段的NYF型花岗伟晶岩结晶形成的石英纯度更高,后期适当的变形变质作用更有利于高纯石英矿床的形成。高纯石英原料矿石中石英矿物呈现无色透明至半透明,矿物构造裂隙少,伟晶岩型矿石矿物组成通常为石英、钠长石、条纹长石、白云母等,黑云母等暗色矿物含量极少,基本不见锂辉石、独居石等稀有金属矿物和电气石、萤石等含挥发分矿物。(2)影响高纯石英的主要地质因素包括脉石矿物及晶界杂质、包裹体、晶格杂质等。其中包裹体类型、数量和尺寸是包裹体评价的关键指标,天然石英矿物中的气液两相包裹体、矿物包裹体和<10μm包裹体应尽量少;Al和Ti是晶格杂质元素评价标志性元素,通常要求天然石英矿物中Al<50×10-6和Ti<10×10-6。(3)建议按照手标本特征-石英矿物特征-石英中包裹体特征-晶格元素赋存状态及含量的顺序,从宏观到微观,综合借助光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、阴极荧光光谱分析系统(SEM-CL)、激光剥蚀电感耦合等离子质谱仪(LA-ICP-MS)等开展地质学评价和研究工作。

某锂矿低温熟化—水浸提锂和提纯高纯石英新工艺

皖南低品位热液蚀变型锂矿Li_(2)O含量0.21%,属于新类型锂矿资源,主要矿物成分有长石、石英、白云母、绿泥石,锂主要以晶格形式赋存于锂绿泥石中。新工艺采用-1 mm原矿筛分,+0.425 mm粒级进入磨矿,制备-0.425+0.074 mm合格粒级。脱泥后合格粒级产品经磁选得云母精矿,非磁性物浮选得到长石精矿和石英精矿,长石精矿和云母精矿分别进行提锂,石英精矿进行酸处理提纯得高纯石英。将原矿筛出的-0.074 mm细泥、再磨产生的-0.074 mm细泥、合格粒级搅拌擦洗产生的-0.074 mm细泥,合并为总泥进行后续提锂。试验结果表明:总泥、云母、长石分别采用低温熟化—水浸工艺提锂,累计得Li_(2)O浸出率88.78%,酸浸后石英精矿含SiO_(2)99.942%,Fe 4.38 mg/kg,达到高纯石英低端产品要求,提锂后的长石和云母浸渣产率54.48%,可用于建筑材料。浸出前后样品的XRD和SEM分析表明,硫酸低温熟化破坏了锂绿泥石晶格结构,H+代替锂绿泥石中Li+,将锂释放出来。新工艺降低了磨矿成本,锂浸出率高,兼顾云母、石英、长石的回收,减少了尾矿排放,提高了低品位热液蚀变型锂矿的综合利用水平。

东秦岭伟晶岩型高纯石英矿地球化学、锆石U-Pb及Hf同位素研究:对高纯石英找矿方向的探讨

[研究目的]高纯石英是战略性新兴产业的关键基础材料,是世界稀缺的战略性矿产资源。目前美国以Spruce-Pine花岗伟晶岩作为原料生产的4N8及以上高端石英砂产品几乎垄断国际市场。东秦岭4N级伟晶岩型高纯石英矿点的发现为研究高纯石英形成机制、实现找矿突破和建立成矿模型提供了难得的机遇。[研究方法]通过对东秦岭新发现的伟晶岩型高纯石英矿点开展野外调查,并与美国Spruce-Pine高纯石英矿床伟晶岩开展岩石地球化学、锆石U-Pb同位素年代学和Hf同位素等方面的对比研究。[研究结果]东秦岭10号高纯石英矿形成于早泥盆世,锆石U-Pb年龄为(406.8±0.8)Ma,稍早于美国Spruce-Pine的高纯石英花岗伟晶岩形成时代。东秦岭高纯石英矿点伟晶岩与美国Spruce-Pine高纯石英矿床伟晶岩形成温度均为600℃左右。东秦岭高纯石英矿点伟晶岩与美国Spruce-Pine高纯石英矿床伟晶岩具有相似的岩石地球化学特征,表现I型花岗岩和高分异演化特征,源区物质来源既有下地壳,也有幔源物质。仅通过对东秦岭高纯石英矿点伟晶岩和灰池子花岗岩体空间关系、形成时代和岩石地球化学特征,是不足以完全反演源区特征及成岩成矿过程,对于东秦岭高纯石英矿点伟晶岩和灰池子花岗岩体是否存在同源演化仍需要进一步研究。[结论]东秦岭与美国Spruce-Pine高纯石英矿床在花岗岩类型、岩浆特征和形成温度等方面具有相似性,为进一步揭示高纯石英成矿地质背景和实现找矿突破提供理论依据。

纯净胜瑾瑜贵若冠上珠——解读高纯石英

石英,作为一种传统的重要工业矿物,广泛应用在玻璃、陶瓷、铸造、建筑、宝玉石装饰等传统行业。20世纪80年代以来,石英的工业应用进一步扩大到石油压裂支撑剂和3D打印砂等新领域,尤其是计算机、新材料、新能源等新兴产业对石英原材料产品的纯度提出更高要求,发展出“高纯石英”这一概念。高纯石英是石英玻璃、硅材料及相关产业发展的物质基础。

江西某脉石英制备4N5级高纯石英砂试验研究

利用江西某脉石英岩心矿石制备高纯石英砂,探究了磨矿时间、磁选、擦洗、矿浆pH值对高纯石英砂纯度的影响,确定最佳试验条件,采用4段磁选-2段擦洗-2段水洗-2段浮选-2段脱药-焙烧-水淬-酸浸工艺,得到的最终产品石英砂SiO_(2)含量(质量分数,下同)达到4N5级,总杂质含量为54.84μg/g,其中Al元素含量为16.76μg/g,Na元素含量为5.83μg/g,K元素含量为6.46μg/g,Fe元素含量为17.50μg/g。该工艺对对脉石英矿物制备高纯石英砂具有一定指导意义。

江西高纯石英用硅质原料综合评价研究

高纯石英是太阳能光伏、半导体芯片、光纤通信等高端技术领域的关键基础矿物原材料,长期以来我国对高纯石英高端产品和中高端产品加工用硅质原料高度依赖进口,高端原料面临严重的资源瓶颈。2019年以来,江西省地质调查勘查院开展了高纯石英用硅质原料找矿研究工作(唐春花等,2021)(1).

高纯石英原料矿物的选择及提纯方法研究

随着战略性新兴产业的快速发展,高纯石英的重要性越来越引起重视。高纯石英通常注重天然石英矿物的可加工性,其提纯制备受原料性质影响很大。因此通过工艺矿物学研究,明确石英原料中杂质的种类、含量及可选择性是选择合适高纯石英原料和制定提纯方案的关键。本文重点介绍了高纯石英原料矿物的评价选择标准及提纯方法。

陕西某脉石英制备高纯石英研究

以陕西某脉石英为原料,采用X射线荧光光谱仪(XRF)、电子光学显微镜、电子显微探针及能谱仪对硅石的元素组成、矿物学特征和杂质赋存状态等进行研究。根据原料分析结果,采用“色选-棒磨-分级-磁选-浮选-酸浸”的工艺对原料进行提纯,得到精矿SiO_(2)含量(质量分数,下同)为99.995%,Fe_(2)O_(3)含量降至0.8×10^(-6),Al_(2)O_(3)含量降至25.2×10^(-6),达到4N5级高纯石英砂要求。

国际高纯石英研究态势文献计量分析与启示

为明确和缓解高纯石英“卡脖子”的关键问题,本文依托Web of Science数据库(简称WOS),检索出1970-2024年7月15日期间国际高纯石英研究论文共3496篇。借鉴采用文献计量的方法对高纯石英进行研究态势分析,把握高纯石英动态发展趋势,丰富高纯石英研究的宏观层面,明确中外高纯石英关注热点异同。为科研人员提供切实可行的热点方向引导和支持,促进高效率、可持续高纯石英选冶工程的发展,为协同保障高纯石英技术攻关提供科学的量化依据。

天然石英矿物微量元素赋存特征研究进展及对高纯石英找矿的指示

目前,中国4N8以上高纯石英高度依赖进口,高纯石英是保障中国芯片安全、光纤安全、光伏安全、高端器件安全的战略矿产。笔者通过国内外对石英的微量(杂质)元素分布特征研究相关的文献进行了梳理和总结,并结合近年来找矿勘查实践认识。研究发现,控制4N以上中高端高纯石英杂质元素的种类主要是类质同象,包括有B、Li、Al、Ge、Ti、Fe、Mn、K和P等元素。中国高纯石英找矿方向包括变质重结晶石英、钨锡矿床云英岩和石英脉、花岗伟晶岩石英、高分异演化花岗岩石英等,其中4N以上中高端高纯石英可能为非成矿花岗伟晶岩。高纯石英矿床形成的地质背景、物质组成、物质来源、控制因素等与成矿有关的理论,即建立高纯石英成矿模型,可能是中国高纯石英矿床的找矿勘查突破的基础。这些研究除了能够很好地指导高纯石英找矿,同时也是示踪钨、锡、铌、钽和锂等金属矿床岩浆-热液演化过程的关键。中国高纯石英地质勘查处于起步阶段,笔者总结近年攻关中国高纯石英找矿勘查理论和技术研究,以供同行参考。

茂名某高岭土尾矿分级利用及制备高纯石英

在自然条件下,高岭土及其伴生脉石矿物因风化作用呈现不同的粒径分布。高岭石及其他黏土类矿物的粒径较小,而伴生的石英等矿物粒径较大,因此常采用筛分法分离不同种类的矿物资源。本试验对广东茂名高岭土尾矿进行粒度分级,并针对不同粒径尾矿样品进行化学成分、物相组成、宏观和微观形貌特征测试。根据不同矿物组成特点,对高岭土尾矿进行分级利用可行性分析,评估不同粒径高岭土尾矿作为石英提纯原料的潜力,筛选出最适用于石英提纯的部分原料,并进行分级提纯与利用,得到石英纯度为99.98%的高纯石英砂、98.83%的光伏玻璃用石英砂,满足JC/T 2314—2015《光伏玻璃用硅质原料》要求。

青海某脉石英制备初级高纯石英砂试验研究

以青海东昆仑某地脉石英矿为原料,对其进行工艺矿物学研究。根据原料分析结果,采用“破碎-色选-棒磨-分级-磁选-浮选-酸浸”的工艺对原料进行提纯,得到精矿SiO_(2)含量(质量分数,下同)为99.901%,Fe_(2)O_(3)含量降至3.4×10^(-6),Al_(2)O_(3)含量降至780×10^(-6),达到初级高纯石英砂要求。

典型光伏坩埚用高纯石英砂工艺属性对比研究

以美国矽比科公司、挪威TQC公司和中国江苏太平洋石英股份有限公司生产的3种坩埚用高纯石英砂为研究对象,通过激光粒度分析、光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射等分析测试手段,对3种坩埚用高纯石英砂的粒度分布、微观形貌、化学成分、晶胞参数等特征进行分析。结果表明,美国矽比科公司和挪威TQC公司生产的坩埚用高纯石英砂粒度集中在200μm左右,形状和尺寸均匀程度均优于中国江苏太平洋石英股份有限公司生产的石英砂;3个样品均存在包裹体和个别元素含量略高情况,但不影响石英坩埚生产;石英砂化学元素含量会影响晶胞参数的变化,3个样品a值均偏小,中国江苏太平洋石英股份有限公司石英砂样品c值偏大;结合不同浸出介质石英砂微观形貌对比分析,3个石英样品均经过高温煅烧处理及氢氟酸酸浸处理,挪威TQC公司生产的坩埚用高纯石英砂中还存在硝酸酸浸的痕迹。

江西宁都白云母伟晶花岗岩型高纯石英用硅质原料矿床特征与资源潜力

高纯石英以优异的物理化学性能成为战略性新兴产业的关键基础原料,中国是高纯石英消费大国,高端产品全部依赖进口。在高端高纯石英领域,中国面临着优质高纯石英用硅质原料匮乏和高端产品提纯技术短板,优质资源是提纯加工高端高纯石英的关键基础,中国迫切需要突破优质资源瓶颈。通过与美国Spruce Pine白岗岩高纯石英用硅质原料矿床对比研究,在武夷山隆起西部的江西宁都地区发现了白云母伟晶花岗岩型高纯石英用硅质原料,认为西武夷山地区是花岗岩型高纯石英用硅质原料找矿有利地区。本次在成矿地质背景和矿床地质特征基础上,开展矿石矿物特征、石英内部包裹体特征、气液包裹体成分、岩石地球化学、石英杂质元素、主要晶格杂质等研究,探讨矿床成因,评价资源潜力。宁都白云母伟晶花岗岩为亚碱性过铝质花岗岩,富含钾长石,K含量大于Na,具有较高的大离子亲石元素,较低的高场强元素和稀土元素含量,Eu既有正异常也有负异常。石英包裹体以气液为主,气液包裹体面积占比1.69%,含少量白云母等矿物包裹体,主要杂质元素Mg、Fe、Li与Spruce Pine白岗岩石英相近,杂质元素总量低,平均618.03×10^(-6)。石英主要晶格杂质Al、Li、Ti元素总量低,为89.82×10^(-6),石英纯度达到SiO_(2)99.99%以上,是优质高纯石英矿物原料,预测资源规模为大型。宁都白云母伟晶花岗岩赋存于会同岩体中深根部带,为加里东期“S”型花岗岩,由伴随会同岩体同期演化的富含长英质的浅色熔体演化成岩。研究成果对西武夷地区寻找同类型矿床具有典型矿床对比意义,调查评价方法对中国同类型高纯石英用硅质原料找矿具有指导意义。

高纯石英SiO2纯度检测方法研究

为解决高纯石英SiO2纯度检测结果存在准确度低和精确度差的缺陷,拟构建高纯石英SiO2纯度检测方法,包括化学分析法和仪器分析法。通过设计预处理过程耦合响应曲面法获取优化的测试操作参数,并分析高纯石英中杂质的主要种类以及杂质类别对检测结果精确度的影响。结果表明:HF酸剂量、样品质量对测试结果的影响大于消解温度和消解时间;化学分析法适用于纯度为99.0%~99.9%的高纯石英样品,相对标准偏差(DRS)≤5%,仪器分析法适用于纯度为99.99%的高纯石英样品,DRS≤20%。因此,构建的检测方法适用于高纯石英中SiO2纯度检测,具有低检出限和灵敏度高的优点。

豫西卢氏南部含高纯石英花岗伟晶岩岩石地球化学特征研究

卢氏南部官坡—狮子坪—瓦窑沟一带是河南省最大的花岗伟晶岩脉密集区,伟晶岩类型复杂多样,本文对研究区13件代表性样品进行野外观察及镜下观测,并结合高纯石英实验室提纯验证,发现部分特殊种类白云母—钠长石型、白云母—二长石型花岗伟晶岩可提纯出SiO_(2)含量超过99.99%的成品石英砂,这暗示“高纯石英矿物”在空间分布上存在不均匀性,并且对伟晶岩有特定的岩性要求。通过岩石地球化学分析,东秦岭卢氏南部含高纯石英花岗伟晶岩成分相当于碱性花岗岩或钾质花岗岩,暗示形成于张性构造背景;伟晶岩的微量元素成分相当于LCT型,推测母岩为侵位于寨根组变火山岩的灰池子二长花岗岩岩体,含高纯石英花岗伟晶岩岩石类型相当于LCT-I型。

高纯石英砂浮选工艺与药剂研究进展

高纯石英砂是半导体、光纤通信、光伏、航空航天等高新技术产业的基础原料,战略地位十分重要,直接关系到国家高新技术产业的健康可持续发展。作为高纯石英砂提纯工序中的关键一步,浮选技术的发展直接影响高纯石英砂原料的品质。对比分析了“有氟有酸”法、“无氟有酸”法以及“无氟无酸法”等主流浮选技术的优缺点,系统介绍了抑制剂、pH调整剂、活化剂等高纯石英砂浮选药剂的研究进展。在总结传统和新型合成药剂特点的基础上,阐述了目前高纯石英砂浮选行业面临的问题。为了突破国外高纯石英的垄断与封锁,尽可能降低浮选对环境的不利影响,发展环境友好型高纯石英砂浮选技术和开发绿色高效高纯石英浮选药剂将是未来的研究重点。

江西棠阴花岗伟晶岩型高纯石英原料杂质元素含量特征研究及评价方法探讨

花岗伟晶岩是高纯石英原料选择的重要方向,但对于该类型高纯石英原料的评价仍处于探索阶段。基于此,采用石英岩相学、原矿石英化学成分和石英原位微区分析等方法,对江西棠阴矿区的花岗伟晶岩中石英矿物杂质元素含量及赋存状态开展了研究,以期为花岗伟晶岩型高纯石英原料评价体系的建立提供依据。研究结果表明,棠阴花岗伟晶岩石英内部包裹体以气液相为主,主要呈带状、群状、线状分布,少量呈星散状分布,在提纯工艺过程中易于去除。棠阴花岗伟晶岩石英中微量元素主要为Al、Ti、Ca、P、Li、Na,少量为K、Ge、B、Fe,杂质元素总量(∑_(总))为100.40×10^(-6)~408.61×10^(-6)(平均含量为202.84×10^(-6)),Al、Li、Ti元素含量之和(∑_(Al+Li+Ti))为80.15×10^(-6)~327.94×10^(-6)(平均含量为151.09×10^(-6))。赋存于棠阴花岗伟晶岩石英晶格的∑_(Al+Li+Ti)低于100×10^(-6)。棠阴花岗伟晶岩石英具有较好的可提纯性,经提纯SiO_(2)含量可达99.99%以上。

高纯石英前体砂球磨工艺研究

磨矿是岩石矿物在被开发利用前的一种预处理方式,由于目标产品、性能要求及矿物自身性质不同,所采取的磨矿方法不尽相同,效果也不同。本试验以优质脉石英为原料,通过对罐体和磨球材质、介质级配、介质及矿物填充率、研磨时间及干湿法对比等工艺条件及参数进行研究。结果表明,罐体材质对产品纯度的影响相较磨球材质的影响更大。柔性材质聚氨酯橡胶(PR)罐体更有利于减少过粉碎现象。将钇稳定氧化锆陶瓷球+聚氨酯橡胶罐用于高纯石英砂前期磨矿作业,能有效避免外来杂质元素尤其是Al、Fe等金属元素的污染。矿物填充量及研磨时间对磨矿产率影响较大,当矿物填充率质量分数为15%~25%,研磨时间为30 min,有效粒度60~200目(0.074~0.25 mm)区间产率最高,可达60%。采用湿法研磨工艺能最大限度避免介质磨损,此时研磨介质每吨矿每小时磨损率仅为0.038%,而干法磨损率为0.86%,湿法磨矿更加经济,产品高纯度更有保障。

动能歧视碰撞-电感耦合等离子体质谱法测定高纯石英砂中16种元素

采用动能歧视碰撞模式消除多原子离子干扰,以干扰方程扣除Sr对Ca的双电荷干扰,建立一种用单四级杆电感耦合等离子体质谱仪同时测定Al、Ca、Cr、Cu、Fe、Ge、K、Li、Mg、Mn、Na、Ni、P、Sr、Ti、Zn 16种杂质元素含量的方法,检出限为0.001~0.1μg/g,样品回收率为92%~110%。将其应用于高纯石英标准物质测定,结果的相对误差(RE)为-29.03%~10.77%,相对标准偏差(RSD)不大于6.0%(n=10)(仅考察给出认定值的元素)。方法用于4N8纯度高纯石英砂中杂质含量的测定,结果满意。