中國粉體網(wǎng)訊 美國高純石英砂的原礦為產(chǎn)自北卡羅來納州Spruce Pine地區(qū)的花崗質(zhì)偉晶巖。該區(qū)的偉晶巖最初的工業(yè)價值是用來生產(chǎn)長石和白云母，石英是尾礦中的廢棄物。在上世紀(jì)70年代，由于石英玻璃原料——水晶的日漸枯竭，尋找可替代水晶的天然石英成為當(dāng)時許多國家急需攻克的國家目標(biāo)。在此背景下，經(jīng)過改進(jìn)浮選技術(shù)，利用花崗質(zhì)偉晶巖中的石英替代了水晶，生產(chǎn)出了高純石英砂，直到今天美國仍然壟斷著國際高端高純石英砂市場。
來自Spruce Pine的IOTA®白崗巖
美國Spruce Pine地區(qū)的高純石英原料礦石有啥特點呢？此前很少有研究報道。為了提升對這一特殊的石英礦產(chǎn)資源的認(rèn)識，為我國同類型高純石英原料的找礦與評價提供科學(xué)依據(jù)，成都理工大學(xué)汪靈教授團(tuán)隊近期以該地區(qū)花崗偉晶巖石英及其4N8高純石英高端產(chǎn)品為研究對象，采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀、X射線熒光光譜儀、X射線衍射儀、掃描電鏡和偏光顯微鏡等現(xiàn)代分析測試技術(shù)，詳細(xì)研究了該礦典型樣品的化學(xué)成分與痕量元素特征、礦物組成、顯微結(jié)構(gòu)、礦物包裹體和氣液包裹體等礦物材料學(xué)特征。
上述研究結(jié)果之一是，Spruce Pine地區(qū)花崗偉晶巖典型樣品的化學(xué)成分（wB/%）為SiO2 70.89%，Al2O3 14.97%，K2O 7.28%，Na2O 3.21%，礦物組合（wB/%）為微斜長石38%，鈉長石27%，石英24%，白云母7%。
一個具有全球壟斷地位的高純石英原料礦的SiO2 含量只有71%？國內(nèi)的高純石英礦的SiO2 含量為2個9、3個9的不是有很多嗎？甚至4個9的也有聽說過。SiO2含量如此之低，那怎么可能提純出4N8的高純石英砂來呢？如果這樣純度的礦石都能加工出高純石英砂來，那我們國內(nèi)很多礦石豈不是更容易嗎？
10多年前，南京大學(xué)的陳培榮教授也曾專門針對該地區(qū)的石英礦石做過研究。其研究結(jié)果中提到：美國Spruce Pine地區(qū)白崗巖和偉晶巖含有大約40%的更長石、25%石英、20%微斜長石和15%的白云母；Spruce Pine地區(qū)的石英礦石2個樣品中SiO2含量為74.50%和77.60%。也只是含有70%多而已。
針對這個問題，西南科技大學(xué)的孫紅娟教授在接受中國粉體網(wǎng)專訪時特別談到，以往人們判斷石英礦物資源是否具備高純石英潛力主要基于化學(xué)純度（SiO2和常見雜質(zhì)元素含量）和氣液包裹體的含量。化學(xué)純度作為一個直觀的重要指標(biāo)來評價石英原料的優(yōu)劣，雖然可以簡單快速地判別石英的品質(zhì)，但在處理其他復(fù)雜的替代原料時，具有明顯的局限性，即缺乏對原料性質(zhì)的全面了解，雜質(zhì)元素的賦存狀態(tài)并不明晰，不利于指導(dǎo)石英資源的加工工藝和技術(shù)的選擇。
為了解決高純石英原料礦的選擇與評價問題，孫紅娟教授課題組提出了一套科學(xué)可行的評價方法，具體涉及到化學(xué)成分、嵌布粒度、脈石礦物、包裹體和晶格雜質(zhì)5個關(guān)鍵評價指標(biāo)，這些因素之間的關(guān)系常常交叉耦合，構(gòu)成了高純石英原料的評價因子。孫教授認(rèn)為，當(dāng)石英原料在以上5個關(guān)鍵評價指標(biāo)中有3個及以上指標(biāo)達(dá)到a級時，可以推薦為高純石英原料。
高純石英原料的評價指標(biāo)
在汪靈教授團(tuán)隊的研究結(jié)果中，也證實了上述評價方法的科學(xué)性：Spruce Pine地區(qū)的礦石由于具有良好的雜質(zhì)提純可選性，石英中的晶格間隙雜質(zhì)、礦物包裹體和氣液包裹體等主要雜質(zhì)可被有效去除；以該礦為原料加工的4N8高純石英，其雜質(zhì)主要為Al和Ti等晶格置換雜質(zhì)，Al含量為12×10-6~15×10-6，Ti含量在±1.2×10-6，其他雜質(zhì)元素含量均<1×10-6。
簡而言之，由于最難剔除的氣液包裹體和晶格雜質(zhì)比較少且容易提純，那即使它礦石中SiO2含量再低也不是大問題；但如果最為關(guān)鍵的這類雜質(zhì)較多且難以剔除，即使礦石純度達(dá)到4個9，也很難提純到4N8的程度，每提升0.001%的純度都會面臨極大的挑戰(zhàn)。
參考來源：
【1】美國Spruce Pine地區(qū)花崗偉晶巖高純石英優(yōu)質(zhì)原料的礦物材料學(xué)特；王哲皓，奚旺，汪靈；礦物巖石2025
【2】美國Spruce Pine與新疆阿爾泰地區(qū)高純石英偉晶巖的對比研究；張曄，陳培榮；高校地質(zhì)學(xué)報2010
【3】中國粉體網(wǎng)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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