脈石英提純研究:以南非、老撾、巴基斯坦等脈石英礦為例
發布日期:2024-05-21 瀏覽次數:1573
1、高純石英的研究意義
高純石英是由自然界天然存在的含石英巖石中較高的純度石英作為原料礦石經工業上破碎、煅燒、水淬、篩分、磁選色選、浮選、酸洗等提純工藝生產而成的高品質石英(楊曉勇等, 2021)。汪靈(2023)制定了國內高純石英的質量標準,將 SiO2≥99.9 wt.%的石英視為高純石英。經過工業提純后的高純石英廣泛應用于半導體、高溫燈管、電信和光學、太陽能硅、微電子等行業(Müller et al., 2007; Haus, 2005)。
近年來,隨著半導體、光通訊、光伏等領域市場的快速發展,作為原材料的高純石英資源卻相對缺(Haus, 2005)。因此,立足國內外石英資源,根據石英原礦的包裹體特征和提純前后微量元素特征,對各類石英原料礦石進行高純石英資源可利用性評價,可以發掘石英更大的經濟價值,實現礦產資源的有效利用。其中,熱液脈體中結晶出來的石英因晶粒結晶粒度粗大,易于解離,SiO2 含量高,是替代天然水晶作為加工高純石英的理想原料礦石(汪靈, 2019; 楊曉勇等, 2021)
2、脈石英樣品手標本
從手標本看(圖 1):老撾 LW-1、津巴布韋 JBBW-1、南非 NF-1 和巴基斯坦 BJST-1 脈石英樣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件脈石英樣品均為粗粒,呈油脂光澤,無明顯肉眼可見的共生礦物。圖片
3、脈石英樣品包裹體特征
在石英晶體生長過程中,殘余的熱液組分或副礦物易混入形成包裹體。對于高純石英原料來說,包裹 體類型和含量都對高純石英砂的品質有顯著影響,是雜質元素的主要來源之一。當石英中包裹體以微細粒 礦物包裹體(<10μm)為主且視域內流體包裹體面積廣泛分布時,即較難加工成高純石英。
老撾 LW-1 與津巴布韋 JBBW-1 脈石英大面積晶粒內部干凈,裂隙少,石英表面定向排列氣液兩相包裹 體。南非 NF-1 和巴基斯坦 BJST-1 脈石英樣品包裹體相對較豐富,裂隙更發育,但部分晶粒內部干凈,晶粒交界處分布大量微小的流體包裹體(圖 2)。4 件脈石英樣品僅巴基斯坦 BJST-1 伴生少量鉀長石,氣液包 裹體成分均為 CO2和 H2O。
4、提純工藝研究
將4 件脈石英原礦進行擦洗除泥,去除表面雜質后,進行提純工藝研究。具體提純實驗包括:一次煅燒-破碎-浮選-二次煅燒-酸浸-烘干得到粒徑為 75~380 μm 的石英精砂,其 SiO2 百分含量、雜質元素種類和含量見表 1 所示。
4件脈石英原礦制得的精制石英砂 SiO2含量基本達到 4N9。其中,巴基斯坦BJST-1 脈石英SiO2含量最高為 99.99 wt.%,津巴布韋 JBBW-1 脈石英 SiO2含量最低為 99.989 wt.%,主要雜質元素為 Li、Al、Ca 和 Ti。
5、精制石英砂內部包裹體特征
對 4件脈石英原礦制得的精制石英砂進行顯微觀察(圖 3),經過提純后的精制石英砂,內部包裹體較少,較純凈,但部分石英砂樣品仍殘留一定包裹體,可能是精制石英砂中雜質元素 Na 和 Ca 的主要來源。
6、結論
4 種脈石英原礦粒徑均為粗粒,老撾 LW-1 與津巴布韋 JBBW-1 脈石英氣液流體包裹體含量較低,所有樣品包裹體均主要以表面和晶粒交界處的流體包裹體為主,主要成分為 CO2 和 H2O,這類流體包裹體后期比較容易通過加工提純去除。提純后的精制石英砂內部包裹體較少,較純凈。4種脈石英原礦制得的精制石英砂的 SiO2含量均基本達到99.99 wt.%,主要雜質元素為 Li、Al、Ca 和 Ti,后期可以進一步通過高溫氯化進行去
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