我国石英资源的开发利用特点及应用进展

石英资源是重要的基础性非金属矿产资源,广泛用于玻璃、机械铸造、电子电工、冶金、耐火材料、化工、陶瓷等领域,不同行业对石英砂的技术要求和用量各不相同,宏观了解石英资源的开发利用特点和市场应用对石英资源的高效合理利用意义重大。介绍了我国各类石英资源的资源现状、不同类型矿石的开发利用特点及主要应用方向,详细总结了玻璃、高纯石英、机械、电子电工、冶金、耐火材料、化工、陶瓷、石油、板材等不同领域对石英原料的标准技术要求和产品特点;从石英资源开发利用全领域角度出发,系统梳理了不同领域石英资源的用量及产值,详细分析了高纯石英市场现状及供需发展趋势。结合石英资源开发利用现状,提出了在石英资源的开发利用过程中应分类评价、分级利用等对策建议,以期进一步提高我国石英资源开发利用水平和保障能力。

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。

全球高纯石英资源开发利用现状及供需分析

高纯石英物理化学性能优异,应用广泛,是新一代信息产业、新能源、新材料等战略性新兴产业必不可少的关键基础材料。全球高纯石英资源稀少,主要集中在美国、挪威、俄罗斯、印度等国家,我国4N5级(SiO_(2)含量>99.995%)及以上高纯石英矿石原料基本依赖进口。目前国内高端高纯石英产能有限,供不应求,未来随着光伏、半导体等领域需求的迅速扩张,预计到2025年我国4N(SiO_(2)含量>99.99%)级及以上高纯石英需求将快速增长到38万t,高纯石英资源供给安全问题突出。通过全面分析全球高纯石英资源现状、市场供需现状、主要生产企业以及消费趋势,结合我国高纯石英产业现状,提出了将高纯石英矿产列入战略性矿产、加强高纯石英战略研究和科技攻关、建立全链条评价体系等对策建议,以保障我国高纯石英资源供给安全。

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。

高纯石英应用及化学提纯技术研究进展

高纯石英作为—种稀有矿产资源,由于其稳定的物理化学性质,在半导体、光伏、光学及光纤通信等高新技术领域有着广泛的应用。总结了高纯石英在高精尖产业的应用现状,详细介绍了脉石矿物杂质、包裹体杂质、类质同象类杂质的存在形式及特征,在此基础上综述了酸浸出法、碱浸出法、热处理法等化学提纯技术研究现状,并展望了我国高纯石英提纯技术未来的发展方向。

某矿区高纯石英化学深度提纯技术研究

高纯石英具有耐高温、耐腐蚀、低热膨胀性、高度绝缘性和透光性等优异的物理化学性质,是诸多尖端领域的关键性基础材料。以河南某脉石英经物理提纯后的石英砂精矿为研究对象,开展了化学深度提纯试验研究,并考察了浸出前处理工艺对浸出效果的影响;基于不同用途对高纯石英粒度要求的差异,进一步探讨了石英粒度对化学提纯的影响。研究结果表明,在HF-HCl-HNO3混酸体系中,浸出剂与石英液固比3∶1、浸出时间6 h、浸出温度60℃的条件下,得到了最好的浸出效果,高纯石英中杂质总量从400.67μg/g降低至248.87μg/g,高纯石英纯度达99.975%;试验确定了磨矿分级—色选—重选—磁选—浮选—煅烧—水淬—化学浸出工艺为该脉石英矿的最佳处理工艺;−0.42 mm和−0.25 mm石英砂精矿浸出后,平均粒径分别减少0.09 mm和0.05 mm。高纯石英砂粒度越细,提纯效果越好,化学提纯前后粒度的分析能够有效地为前期磨矿提供指导性意义;由于矿物本身存在缺陷,其中的气液包裹体较多且存在于矿物晶格中的Al、Ti杂质元素含量较高,该矿仅适合用于制备低端高纯石英砂,制备高端高纯石英砂需需寻找低气液包裹体和晶格杂质的高纯石英资源。

甘肃北山南部早古生代古亚洲洋俯冲作用:来自明舒井埃达克质侵入体锆石U-Pb年龄及地球化学的证据

甘肃北山南部具有重要的构造位置与复杂的构造演化历史,制约着北山造山带大地构造归属研究。北山明舒井埃达克质侵入体位于南部辉铜山以西地区,岩性主要为二长花岗岩、正长花岗岩、花岗闪长岩、石英闪长岩等。对明舒井侵入体中的二长花岗岩、正长花岗岩和花岗闪长岩进行LA-ICP-MS锆石U-Pb测年,定年结果分别为423.4±3.4 Ma、425.4±2.3 Ma和437.8±3.5 Ma。岩石SiO2含量多数大于56%(55.53%~64.42%),Al2O3大于15%(15.1%~17.79%),MgO多数小于3%,全部小于6%(2.07%~3.5%),Y和Yb含量均较低,同时轻稀土元素富集,Eu异常不明显,Sr含量较高,具有与埃达克岩相似的特征。综合区域地质背景,认为北山南部志留纪埃达克质侵入岩形成于活动大陆边缘火山弧环境,可能是志留纪古亚洲洋向北消减俯冲背景下岩浆作用的产物,同时发生了大规模的地壳增生。明舒井埃达克质侵入岩体的识别为北山造山带早古生代构造演化提供了重要依据。

新疆阿尔泰伟晶岩型高纯石英矿床地质特征及4N8级产品制备技术

我国高纯石英资源的国产化自主供给迫在眉睫。以新疆阿尔泰某地区伟晶岩为研究对象,在类比国外典型高纯石英资源地质背景、岩石学、矿物学和地球化学特征的基础上,对重点脉体开展高纯石英调查研究。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0.3~4 mm,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。依据矿石组成特征,研发了矿物精细浮选分离除杂技术,实现了石英矿物与其他中微细粒脉石矿物的高效分离。在此基础上,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。

伟晶岩型高纯石英资源全链条调查评价体系的建立与实践——以北秦岭地区调查评价为例

高纯石英作为战略性新兴产业的关键基础材料,对保障我国的资源安全至关重要。以伟晶岩型高纯石英资源为研究对象,建立了国内唯一的高纯石英资源全链条调查评价体系,涵盖“成矿远景区预测—调查区圈定—样品精准采集—预处理—选矿深度除杂—化学深度提纯—产品检测分析”,并在北秦岭地区进行了方法验证。通过北秦岭地区350条伟晶岩脉评价研究,结果表明该区域11条伟晶岩脉体可制备出4N级(SiO_(2)含量≥99.99%)甚至4N5级(SiO_(2)含量≥99.995%)以上的高纯石英。该方法体系实现了北秦岭地区伟晶岩型高纯石英资源的精准调查评价、以资源特征为依据的分级评价。针对不同脉体建立配套的开发利用方案及产品应用分析,充分保证了优质资源优用于终端市场。该研究为我国伟晶岩型高纯石英资源的找矿及利用提供借鉴,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。

新疆阿尔泰地区某花岗伟晶岩型石英深度除杂技术研究

高纯石英广泛应用于高科技领域,是半导体芯片、电光源、新能源等战略新兴产业的关键基础材料,是世界稀缺、我国短缺的战略资源。为解决高纯石英原料“卡脖子”难题,需要聚焦花岗伟晶岩石英找矿方向,攻关原料选择、深度除杂等核心技术,为推动战略新兴产业发展提供支撑。以新疆阿尔泰地区某花岗伟晶岩型石英为研究对象,采用重选—磁选—浮选—酸浸等工艺,对该样品进行了深度除杂研究。研究结果表明,首先通过重选除去大部分针铁矿、磷灰石、钙铝榴石及矿泥等,对重选中矿采用磁选除铁和浮选除去云母后,经一次长石粗选浮选,获得了产率为32.94%、钠长石矿物含量为97.44%、回收率为74.90%的高品质钠长石精矿,经一次长石扫选浮选,获得了产率为3.61%的超白长石石英粉,长石扫选尾矿再经一次石英精选,得到浮选精矿和石英次精矿两种产品,其中石英次精矿产率为5.59%、SiO2含量为99.61%、SiO2回收率为10.35%,其成分符合光伏玻璃用石英砂要求;浮选精矿采用煅烧—水淬—酸浸工艺,获得了产率为37.32%、SiO2含量为99.996%、石英回收率69.52%的中端高纯石英砂。通过该工艺,既回收了花岗伟晶岩伴生的钠长石资源,又使矿石中的石英得到梯级利用,不仅验证了高纯化评价流程的有效性和可靠性,也为在新疆阿尔泰地区勘查高纯石英资源指明了方向。

河南卢氏龙泉坪伟晶岩型高纯石英矿床的首次发现及找矿意义

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SiO_(2)含量可达99.997%。与美国Spruce Pine伟晶岩型高纯石英矿床对比,两者具有相似的成矿地质背景和地球化学特征。通过系统的调查分析,本研究认为北秦岭和阿尔泰地区具有寻找伟晶岩型高纯石英矿床的潜力;不含稀有金属矿化、流体包裹体含量低的伟晶岩是寻找高纯石英矿床的理想目标地质体。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。

基于机器视觉的石英流体包裹体自动识别与指数计算

石英中流体包裹体的含量对石英提纯等级及后续石英制品熔炼加工性能有显著影响,传统人工镜下识别石英包裹体特征并定性评价石英流体包裹体含量的方法在其工作效率和量化精度方面存在缺陷。利用机器视觉技术对包裹体显微照片进行石英颗粒的分割提取,使用自主研发的石英流体包裹体量化计算软件对石英颗粒内部流体包裹体特征开展灰度量化统计。为了验证所得计算结果的可靠性,采用美国尤尼明IOTA-STA标准砂作为参比样品并建立其样品数据集,利用随机抽样方法获取了尤尼明标样参考标准值稳定存在的抽样模拟条件及最佳图像采集数量,建立了针对待测石英样品流体包裹体指数的计算方法,并以河南东秦岭地区伟晶岩型高纯石英LD-5号脉体不同采样位置的石英样品为研究对象开展流体包裹体指数计算,结果显示该矿脉石英流体包裹体指数均值为93.09,整个矿脉的流体包裹体指数接近尤尼明标准砂且波动较小,为后续进一步优化找矿目标提供了有益的借鉴和指导。

熔融石英玻璃制备工艺研究进展

石英玻璃作为国家战略性产业和支柱型产业中不可替代的高纯基础材料,得到了越来越多的关注。熔融石英玻璃是石英玻璃中产量最高的一类产品,具有原料来源广、制备工艺成熟、尺寸可控等优点。文章总结了熔融石英玻璃原料的晶格杂质、包裹体、粒度分布与颗粒形状对产品的影响,梳理了电熔法、气炼法和等离子体熔制法等熔融石英玻璃制备工艺现状及改进措施发展,提出了存在的问题及今后发展建议,为熔融石英玻璃产业的发展提供参考。

某花岗伟晶岩型石英矿中长石的浸出性能研究

长石是制备高纯石英过程中需要去除的主要杂质矿物之一。以某花岗伟晶岩型石英矿中的长石样品为研究对象,对比研究了常规焙烧、氯化焙烧、单级混酸浸出和三级混酸浸出等不同处理工艺对长石的浸出效果,并采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等分析了长石矿物组成变化特征。试验结果表明,样品采用1130℃氯化焙烧—三级混酸(90 g/L HCl+30 g/L HF)浸出的工艺,长石的失重率最高,达到70.27%,浸出性能最佳。XRD和SEM分析结果表明,长石经过氯化焙烧,可以实现K元素的部分气化脱除;在高酸度混酸条件下,长石矿物结构更容易受到破坏,Al元素浸出率较高,但浸出后K+和[SiF_(6)]^(2-)离子生成新的方氟硅钾石相,影响了钾元素进一步浸出脱除。

4A分子筛吸脱水特性研究

这是一篇陶瓷复合材料领域的论文。为了解4A分子筛在吸水脱水过程中水含量分布特征,采用高温脱水与低温吸水计算方法,探讨了不同脱附温度与气氛下4A分子筛水含量分布,结果表明,脱附温度为200~230℃时,在非真空气氛脱附时,有效残留水含量为4%~5%,有效脱附水含量达到了24%~25%,吸水率为83%~87%;在真空气氛下脱附时,有效残留水含量为1%~2%,有效脱附水含量达到了27%~28%,吸水率为93%~97%。为了使有效残留水含量低于2%,较佳脱附再生条件为真空气氛、脱附温度不低于200℃。采用差热失重法可以估算分子筛在非真空气氛下的有效脱水含量与有效残余水含量。真空脱附后样品吸水速率大于非真空脱附的吸水速率。