脉石英提纯研究:以南非、老挝、巴基斯坦等脉石英矿为例

发布日期:2024-05-21 浏览次数:11


1、高纯石英的研究意义


高纯石英是由自然界天然存在的含石英岩石中较高的纯度石英作为原料矿石经工业上破碎、煅烧、水淬、筛分、磁选色选、浮选、酸洗等提纯工艺生产而成的高品质石英(杨晓勇等, 2021)。汪灵(2023)制定了国内高纯石英的质量标准,将 SiO2≥99.9 wt.%的石英视为高纯石英。经过工业提纯后的高纯石英广泛应用于半导体、高温灯管、电信和光学、太阳能硅、微电子等行业(Müller et al., 2007; Haus, 2005)。


近年来,随着半导体、光通讯、光伏等领域市场的快速发展,作为原材料的高纯石英资源却相对缺(Haus, 2005)。因此,立足国内外石英资源,根据石英原矿的包裹体特征和提纯前后微量元素特征,对各类石英原料矿石进行高纯石英资源可利用性评价,可以发掘石英更大的经济价值,实现矿产资源的有效利用。其中,热液脉体中结晶出来的石英因晶粒结晶粒度粗大,易于解离,SiO2 含量高,是替代天然水晶作为加工高纯石英的理想原料矿石(汪灵, 2019; 杨晓勇等, 2021)

2、脉石英样品手标本


从手标本看(图 1):老挝 LW-1、津巴布韦 JBBW-1、南非 NF-1 和巴基斯坦 BJST-1 脉石英样品的透明度依次降低。南非 NF-1 呈乳白色,巴基斯坦 BJST-1 呈灰白色,4件脉石英样品均为粗粒,呈油脂光泽,无明显肉眼可见的共生矿物。图片

3、脉石英样品包裹体特征


在石英晶体生长过程中,残余的热液组分或副矿物易混入形成包裹体。对于高纯石英原料来说,包裹 体类型和含量都对高纯石英砂的品质有显著影响,是杂质元素的主要来源之一。当石英中包裹体以微细粒 矿物包裹体(<10μm)为主且视域内流体包裹体面积广泛分布时,即较难加工成高纯石英。

老挝 LW-1 与津巴布韦 JBBW-1 脉石英大面积晶粒内部干净,裂隙少,石英表面定向排列气液两相包裹 体。南非 NF-1 和巴基斯坦 BJST-1 脉石英样品包裹体相对较丰富,裂隙更发育,但部分晶粒内部干净,晶粒交界处分布大量微小的流体包裹体(图 2)。4 件脉石英样品仅巴基斯坦 BJST-1 伴生少量钾长石,气液包 裹体成分均为 CO2和 H2O。


4、提纯工艺研究


将4 件脉石英原矿进行擦洗除泥,去除表面杂质后,进行提纯工艺研究。具体提纯实验包括:一次煅烧-破碎-浮选-二次煅烧-酸浸-烘干得到粒径为 75~380 µm 的石英精砂,其 SiO2 百分含量、杂质元素种类和含量见表 1 所示。

4件脉石英原矿制得的精制石英砂 SiO2含量基本达到 4N9。其中,巴基斯坦BJST-1 脉石英SiO2含量最高为 99.99 wt.%,津巴布韦 JBBW-1 脉石英 SiO2含量最低为 99.989 wt.%,主要杂质元素为 Li、Al、Ca 和 Ti。


5、精制石英砂内部包裹体特征


对 4件脉石英原矿制得的精制石英砂进行显微观察(图 3),经过提纯后的精制石英砂,内部包裹体较少,较纯净,但部分石英砂样品仍残留一定包裹体,可能是精制石英砂中杂质元素 Na 和 Ca 的主要来源。

6、结论


4 种脉石英原矿粒径均为粗粒,老挝 LW-1 与津巴布韦 JBBW-1 脉石英气液流体包裹体含量较低,所有样品包裹体均主要以表面和晶粒交界处的流体包裹体为主,主要成分为 CO2 和 H2O,这类流体包裹体后期比较容易通过加工提纯去除。提纯后的精制石英砂内部包裹体较少,较纯净。4种脉石英原矿制得的精制石英砂的 SiO2含量均基本达到99.99 wt.%,主要杂质元素为 Li、Al、Ca 和 Ti,后期可以进一步通过高温氯化进行去


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