生产高纯石英砂的矿石原料需要满足哪些指标?

2022-09-26 09:26:14 来源:

 

以天然石英矿物为原料是获取广泛应用于高科技领域重要非金属矿物材料高纯石英的主要途径。我国石英资源丰富,但高纯石英原料稀缺。高纯石英原料只有在满足一系列特定化学和物理参数的地质条件下才能形成。目前仅有少数石英矿床适合加工为高纯石英,且处理工艺极其复杂。

判断高纯石英原料的重要标准

目前国内对于高纯石英没有统一的标准界定。国外学者主要根据石英中的有害元素含量对高纯石英进行分类。国内一部分学者仅基于SiO2的纯度对高纯石英进行分类;一部分学者则基于SiO2的纯度和有害杂质元素含量的上限对高纯石英进行分类。综合而言,大部分学者认为单靠化学成分来评判石英品质的优劣具有片面性,评价石英应综合考虑各种因素。就石英矿物本身而言,除了化学成分,天然石英中杂质元素赋存状态、石英嵌布特征、包裹体数量大小位置、晶格杂质等所决定的杂质可选性是判断高纯石英原料的重要标准。

石英的化学成分

石英理论化学组成是SiO2,但是在自然界不存在纯SiO2石英。石英或多或少都包含一些杂质元素(如AlTiKNaGe等)。理想的高纯石英原料肯定是SiO2的质量分数越高越好。

嵌布粒度

矿物的嵌布粒度是决定矿物单体解离的重要因素。石英与脉石矿物嵌布特征直接影响石英单体解离度,进而影响选矿提纯效果。石英受成岩作用和变质作用改造强度越大,石英与脉石矿物的嵌布差异越明显,嵌布特征也逐渐由毗邻型转变为缝状、甚至包裹型,在粉碎过程中单体解离难度依次增加,被加工为高纯石英的可能性也逐渐降低。可以说石英嵌布粒度越大,杂质矿物越容易分离。

脉石矿物种类

脉石矿物种类越少越容易提纯。中酸性岩浆岩如花岗岩、闪长岩、流纹岩等是主要的富石英岩石,含有大量的石英。但是由于其他造岩矿物如长石、角闪石、云母等常与石英嵌布在一起,并不是很好的石英源岩。在实际生产中,常常选择白岗岩、伟晶岩和热液脉体作为提取石英原料的源岩,因为它们主要由石英组成,杂质矿物相对较少,便于分离和提纯。

包裹体

天然的石英晶体通常包含流体、硅酸盐熔体和矿物包裹体(>1μm)。包裹的种类和丰度取决于结晶环境、结晶后的蚀变和变形。如果在石英晶体中包裹体大量存在,那么它们会对石英原材料的化学纯度和质量有很大影响。

流体包裹体是石英中最常见、最丰富的包裹体。它们既可以在石英晶体生长时,为石英所捕获,形成原生流体包裹体,也可以在后期流体沿石英的微裂缝渗透,在石英晶体愈合时形成,称之为次生包裹体。石英中流体包裹按内含物质状态可以分为:纯气体、纯液体、气液混合包裹体和三相包裹体。流体包裹体中含有NaKCa等杂质,对高纯石英的熔融行为存在严重的不利影响。

晶格杂质

石英晶体在结晶过程中以及后来经历的变质作用下,经常掺杂一些杂质元素。这些杂质元素其中一种来源是晶格杂质,例如:铝、铁、钛、锗、磷、硼等三价、四价或五价离子常常会替代硅原子,占据硅原子所在的位置,而锂、钾、钠等单价离子常与铝、铁、钛、锗、磷、硼离子结合在一起,“漂浮”在硅氧键上,来达到晶体电荷平衡。替代硅原子或处在“漂浮”态的这些杂质元素被称为石英晶格杂质元素。显然,晶格杂质越纯净越利于提纯。

综上,在评价石英原料时,首先要对石英原料SiO2的质量分数、石英嵌布粒度、脉石矿物种类、包裹体的种类和数量以及石英晶格杂质多少进行研究和判断,然后再对石英原料的这5项指标进行等级评价(等级分abcd)综合判断。例如,如果某石英原料的5项指标中,获得的a越多,那么石英就越纯净,是理想的高纯石英原料;反之,则石英原料不理想,需要经过复杂的工艺进行提纯。

高纯石英原料特征研究方法

高纯石英原料的评价是一项复杂的系统工作。高纯石英原料的质量优劣与与原料的矿物学、岩石学特征所决定的杂质可选性有关。

通过观察石英岩相学特征,分析矿物包裹体及流体包裹体的数量、大小、化学成分、存在形式和分布状态,以及SiO2和微量杂质元素的含量和赋存状态,可以研究高纯石英原料的矿物学特征;通过 Ar-Ar 同位素定年可以计算高纯石英原料矿床的成矿年龄;通过H-O同位素测试,TiAlGeLi 等微量元素含量分析,可以研究高纯石英原料矿床的成矿物质来源;通过分析流体包裹体的均一温度、盐度、化学组成等特征以及SEM- CL 微结构观察,可以研究高纯石英原料矿床的成矿作用过程。

目前而言,我国的高纯石英原料质量评价体系不完善,尚未形成统一标准。在实际的生产过程中,需要综合各方面因素,权衡利弊,综合评价。

来源:网络

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