中国粉体网讯 美国高纯石英砂的原矿为产自北卡罗来纳州Spruce Pine地区的花岗质伟晶岩。该区的伟晶岩最初的工业价值是用来生产长石和白云母，石英是尾矿中的废弃物。在上世纪70年代，由于石英玻璃原料——水晶的日渐枯竭，寻找可替代水晶的天然石英成为当时许多国家急需攻克的国家目标。在此背景下，经过改进浮选技术，利用花岗质伟晶岩中的石英替代了水晶，生产出了高纯石英砂，直到今天美国仍然垄断着国际高端高纯石英砂市场。
来自Spruce Pine的IOTA®白岗岩
美国Spruce Pine地区的高纯石英原料矿石有啥特点呢？此前很少有研究报道。为了提升对这一特殊的石英矿产资源的认识，为我国同类型高纯石英原料的找矿与评价提供科学依据，成都理工大学汪灵教授团队近期以该地区花岗伟晶岩石英及其4N8高纯石英高端产品为研究对象，采用电感耦合等离子体发射光谱仪、X射线荧光光谱仪、X射线衍射仪、扫描电镜和偏光显微镜等现代分析测试技术，详细研究了该矿典型样品的化学成分与痕量元素特征、矿物组成、显微结构、矿物包裹体和气液包裹体等矿物材料学特征。
上述研究结果之一是，Spruce Pine地区花岗伟晶岩典型样品的化学成分（wB/%）为SiO2 70.89%，Al2O3 14.97%，K2O 7.28%，Na2O 3.21%，矿物组合（wB/%）为微斜长石38%，钠长石27%，石英24%，白云母7%。
一个具有全球垄断地位的高纯石英原料矿的SiO2 含量只有71%？国内的高纯石英矿的SiO2 含量为2个9、3个9的不是有很多吗？甚至4个9的也有听说过。SiO2含量如此之低，那怎么可能提纯出4N8的高纯石英砂来呢？如果这样纯度的矿石都能加工出高纯石英砂来，那我们国内很多矿石岂不是更容易吗？
10多年前，南京大学的陈培荣教授也曾专门针对该地区的石英矿石做过研究。其研究结果中提到：美国Spruce Pine地区白岗岩和伟晶岩含有大约40%的更长石、25%石英、20%微斜长石和15%的白云母；Spruce Pine地区的石英矿石2个样品中SiO2含量为74.50%和77.60%。也只是含有70%多而已。
针对这个问题，西南科技大学的孙红娟教授在接受中国粉体网专访时特别谈到，以往人们判断石英矿物资源是否具备高纯石英潜力主要基于化学纯度（SiO2和常见杂质元素含量）和气液包裹体的含量。化学纯度作为一个直观的重要指标来评价石英原料的优劣，虽然可以简单快速地判别石英的品质，但在处理其他复杂的替代原料时，具有明显的局限性，即缺乏对原料性质的全面了解，杂质元素的赋存状态并不明晰，不利于指导石英资源的加工工艺和技术的选择。
为了解决高纯石英原料矿的选择与评价问题，孙红娟教授课题组提出了一套科学可行的评价方法，具体涉及到化学成分、嵌布粒度、脉石矿物、包裹体和晶格杂质5个关键评价指标，这些因素之间的关系常常交叉耦合，构成了高纯石英原料的评价因子。孙教授认为，当石英原料在以上5个关键评价指标中有3个及以上指标达到a级时，可以推荐为高纯石英原料。
高纯石英原料的评价指标
在汪灵教授团队的研究结果中，也证实了上述评价方法的科学性：Spruce Pine地区的矿石由于具有良好的杂质提纯可选性，石英中的晶格间隙杂质、矿物包裹体和气液包裹体等主要杂质可被有效去除；以该矿为原料加工的4N8高纯石英，其杂质主要为Al和Ti等晶格置换杂质，Al含量为12×10-6~15×10-6，Ti含量在±1.2×10-6，其他杂质元素含量均<1×10-6。
简而言之，由于最难剔除的气液包裹体和晶格杂质比较少且容易提纯，那即使它矿石中SiO2含量再低也不是大问题；但如果最为关键的这类杂质较多且难以剔除，即使矿石纯度达到4个9，也很难提纯到4N8的程度，每提升0.001%的纯度都会面临极大的挑战。
参考来源：
【1】美国Spruce Pine地区花岗伟晶岩高纯石英优质原料的矿物材料学特；王哲皓，奚旺，汪灵；矿物岩石2025
【2】美国Spruce Pine与新疆阿尔泰地区高纯石英伟晶岩的对比研究；张晔，陈培荣；高校地质学报2010
【3】中国粉体网
（中国粉体网编辑整理/平安）
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