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【涂学会科普】全球高纯石英原料矿的资源分布与开发情况


  高纯石英指SiO2纯度极高、杂质元素含量极低的石英及其产品,是半导体、光伏、光纤、精密光学、照明设备、新型玻璃等产业不可缺少的重要功能材料。严格而言,高纯石英不是一种矿产,而是由水晶、脉石英、石英岩、花岗伟晶岩等矿石作为原料经提纯后的一种产品,因此,将能够提纯生产高纯石英的矿床称为高纯石英原料矿更为适宜。


1、什么是高纯石英?

但是,由于不同产业需要不同质量的石英,使得高纯石英质量没有统一的标准。为评价高纯石英原料矿,国内外学者多年来努力寻找具有普适性的质量评价指标。

早期的研究认为,高纯石英的杂质含量应小于50×10-6,即SiO2纯度应大于99.995%。

我国学者认为SiO2纯度大于99.9%的石英即为高纯石英。

挪威地质调查局汇总了该国高纯石英资源的测试数据,提出更详细的指标,要求在杂质总含量小于50×10-6的前提下,Al含量应小于30×10-6,Ti含量小于10×10-6,Na和K含量均小于8×10-6,Li、Ca含量均小于5×10-6,Fe含量小于3×10-6,P含量小于2×10-6,B含量小于1×10-6

2014年,Flook根据市场产业需求,提出更可靠的质量指标,认为SiO2纯度在99.95%、总杂质含量小于500×10-6的石英即为高纯石英,纯度99.5%~99.8%的石英可满足半导体填料、光纤、液晶屏生产行业的要求,纯度小于99.5%的石英可用在透明玻璃行业。

近年来,新兴起的光伏玻璃、Low-E玻璃、超白浮法玻璃等新型玻璃产业,降低了SiO2的纯度要求。

因此,综合这些指标体系,在考虑原料矿石质量、测试手段、现有提纯工艺和行业质量要求的情况下,将SiO2纯度大于99.9%的石英视为高纯石英是合理的

2、全球高纯石英原料矿的资源分布

根据现有资料,全球高纯石英原料矿床分布于美国、挪威、澳大利亚、俄罗斯、毛里塔尼亚、中国、加拿大等7个国家。除中国外,共有14处矿床,其中,有生产矿山的7处,尚未开采生产的7处。美国斯普鲁斯派恩(Spruce Pine)矿的高纯石英原料资源规模最大,超过1000万吨;资源量最小的是挪威德拉格(Drag)矿,仅有26.7万吨。


由于高纯石英原料矿床极为稀缺,21世纪初以来世界各国加大找矿勘查和矿石可利用性评价,发现了十多处高纯石英原料矿床,但尚未有对其进行综述性的研究。

我国硅质资源丰富,但大部分矿床被作为普通硅石矿,用于普通玻璃、石材、建筑用砂等。此外,由于缺少可利用性评价,从严格意义上我国没有专门生产高纯石英原料的矿山,每年需从他国进口大量高纯石英砂、原料矿石及高端石英制品

3、全球高纯石英原料矿供应格局及发展建议

目前,全球经济增长乏力,迫切呼唤新科技革命,世界经济提振依赖于新能源、新材料等新型产业的发展。以半导体、光伏、光纤、新型玻璃等产业为代表的高端制造业,特别是5G产业的高速建设将需要纯度更高、产量更大的高纯石英砂及其制品。

(1)高纯石英原料及其产品的供应格局将发生深刻变化

目前,虽然美国斯普鲁斯派恩矿拥有独特的白岗岩型高纯石英原料矿,提供全球90%的高纯石英砂,矽比科公司也垄断了IOTA超纯石英的生产和销售,其他国家难以发现类似的矿床,但近年来各国加大勘查找矿力度,已发现10多处可用作高纯石英原料的矿床,生产99.9%~99.999%的低-中档高纯石英砂,逐渐打破斯普鲁斯派恩矿在高纯石英砂产业的垄断格局。

(2)高纯石英原料矿石类型多样,具有独特的成矿背景

高纯石英原料的矿石类型非常广泛,既有热液脉石英、白岗岩、伟晶岩型,也有花岗闪长岩的风化残积型矿石,更有长石云母矿尾矿、高岭土尾矿、金矿尾矿等尾矿型矿石。虽然矿石类型多样,但大部分高纯石英矿产于太古宙-元古宙黑云母片麻岩、花岗片麻岩、片岩等古老变质岩系中,受古生代-中生代花岗质岩浆活动控制,经历了长期而缓慢的变质过程,形成质量优异的高纯石英。

(3)对我国的启示

首先,在找矿方向上,应立足国内资源,大力加强对境内太古宙-元古宙变质岩系,特别是苏鲁-大别超高压变质带中纯度较高的玻璃用脉石英、伟晶岩、白岗岩的筛查梳理,加强地质调查和质量评价;同时,应关注花岗闪长岩、伟晶岩和高岭土矿开采后残留尾矿中的石英。在发现可用作高纯石英原料的矿石后,支持地勘单位和矿山企业及时跟进勘查,开展选矿实验,评估资源潜力,估算资源量。

其次,为保障新材料新能源等新型创新产业所需的高纯石英资源,我国应打破高纯石英砂进口渠道单一的境况,加大挪威、俄罗斯、澳大利亚等国高纯石英砂及产品的进口力度;此外,应支持鼓励国内矿山企业通过合作,开发毛里塔尼亚等国的高纯石英原料矿,拓展高纯石英的来源渠道,维护国家战略安全。



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