全球高純石英原料礦的資源分布與開發情況

2021年6月23日 14:21
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　　高純石英指SiO2純度極高、雜質元素含量極低的石英及其產品，是半導體、光伏、光纖、精密光學、照明設備、新型玻璃等產業不可缺少的重要功能材料。嚴格而言，高純石英不是一種礦產，而是由水晶、脈石英、石英巖、花崗偉晶巖等礦石作為原料經提純后的一種產品，因此，將能夠提純生產高純石英的礦床稱為高純石英原料礦更為適宜。


1、什么是高純石英？

但是，由于不同產業需要不同質量的石英，使得高純石英質量沒有統一的標準。為評價高純石英原料礦，國內外學者多年來努力尋找具有普適性的質量評價指標。

早期的研究認為，高純石英的雜質含量應小于50×10-6，即SiO2純度應大于99.995%。

我國學者認為SiO2純度大于99.9%的石英即為高純石英。

挪威地質調查局匯總了該國高純石英資源的測試數據，提出更詳細的指標，要求在雜質總含量小于50×10-6的前提下，Al含量應小于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根據市場產業需求，提出更可靠的質量指標，認為SiO2純度在99.95%、總雜質含量小于500×10-6的石英即為高純石英，純度99.5%～99.8%的石英可滿足半導體填料、光纖、液晶屏生產行業的要求，純度小于99.5%的石英可用在透明玻璃行業。

近年來，新興起的光伏玻璃、Low-E玻璃、超白浮法玻璃等新型玻璃產業，降低了SiO2的純度要求。

因此，綜合這些指標體系，在考慮原料礦石質量、測試手段、現有提純工藝和行業質量要求的情況下，將SiO2純度大于99.9%的石英視為高純石英是合理的。

2、全球高純石英原料礦的資源分布

根據現有資料，全球高純石英原料礦床分布于美國、挪威、澳大利亞、俄羅斯、毛里塔尼亞、中國、加拿大等7個國家。除中國外，共有14處礦床，其中，有生產礦山的7處，尚未開采生產的7處。美國斯普魯斯派恩（Spruce Pine）礦的高純石英原料資源規模最大，超過1000萬噸；資源量最小的是挪威德拉格（Drag）礦，僅有26.7萬噸。

全球高純石英原料礦的資源分布與開發情況的圖1


全球高純石英原料礦的資源分布與開發情況的圖2


由于高純石英原料礦床極為稀缺，21世紀初以來世界各國加大找礦勘查和礦石可利用性評價，發現了十多處高純石英原料礦床，但尚未有對其進行綜述性的研究。

我國硅質資源豐富，但大部分礦床被作為普通硅石礦，用于普通玻璃、石材、建筑用砂等。此外，由于缺少可利用性評價，從嚴格意義上我國沒有專門生產高純石英原料的礦山，每年需從他國進口大量高純石英砂、原料礦石及高端石英制品。

3、全球高純石英原料礦供應格局及發展建議

目前，全球經濟增長乏力，迫切呼喚新科技革命，世界經濟提振依賴于新能源、新材料等新型產業的發展。以半導體、光伏、光纖、新型玻璃等產業為代表的高端制造業，特別是5G產業的高速建設將需要純度更高、產量更大的高純石英砂及其制品。

（1）高純石英原料及其產品的供應格局將發生深刻變化

目前，雖然美國斯普魯斯派恩礦擁有獨特的白崗巖型高純石英原料礦，提供全球90%的高純石英砂，矽比科公司也壟斷了IOTA超純石英的生產和銷售，其他國家難以發現類似的礦床，但近年來各國加大勘查找礦力度，已發現10多處可用作高純石英原料的礦床，生產99.9%～99.999%的低－中檔高純石英砂，逐漸打破斯普魯斯派恩礦在高純石英砂產業的壟斷格局。

（2）高純石英原料礦石類型多樣，具有獨特的成礦背景

高純石英原料的礦石類型非常廣泛，既有熱液脈石英、白崗巖、偉晶巖型，也有花崗閃長巖的風化殘積型礦石，更有長石云母礦尾礦、高嶺土尾礦、金礦尾礦等尾礦型礦石。雖然礦石類型多樣，但大部分高純石英礦產于太古宙－元古宙黑云母片麻巖、花崗片麻巖、片巖等古老變質巖系中，受古生代－中生代花崗質巖漿活動控制，經歷了長期而緩慢的變質過程，形成質量優異的高純石英。

（3）對我國的啟示

首先，在找礦方向上，應立足國內資源，大力加強對境內太古宙－元古宙變質巖系，特別是蘇魯－大別超高壓變質帶中純度較高的玻璃用脈石英、偉晶巖、白崗巖的篩查梳理，加強地質調查和質量評價；同時，應關注花崗閃長巖、偉晶巖和高嶺土礦開采后殘留尾礦中的石英。在發現可用作高純石英原料的礦石后，支持地勘單位和礦山企業及時跟進勘查，開展選礦實驗，評估資源潛力，估算資源量。

其次，為保障新材料新能源等新型創新產業所需的高純石英資源，我國應打破高純石英砂進口渠道單一的境況，加大挪威、俄羅斯、澳大利亞等國高純石英砂及產品的進口力度；此外，應支持鼓勵國內礦山企業通過合作，開發毛里塔尼亞等國的高純石英原料礦，拓展高純石英的來源渠道，維護國家戰略安全。

資料來源：《王九一.全球高純石英原料礦的資源分布與開發現狀[J].巖石礦物學雜志,2021,40(01):131-141》，由【粉體技術網】編輯整理，轉載請注明出處！

全球高純石英原料礦的資源分布與開發情況的圖3

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