詹建華，王 依，陳正國(guó)，馮書文，陳軍元

(1.中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心安徽總隊(duì)，安徽 合肥 230031；2.中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心，北京 100035)

高純石英廣泛運(yùn)用于光伏、電子信息、光通訊和電光源等行業(yè)，在節(jié)能環(huán)保、新一代信息技術(shù)、新能源、新材料等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)有著巨大的需求。目前，制備高純石英砂的方法主要分為三大類：用含硅化合物(如SiCl4、CHSiCl3和Na2SiO3)化合而成，天然水晶粉磨而成，石英礦物深度提純[1]?；瘜W(xué)合成法的原料成本高、能耗大、產(chǎn)量低、工藝復(fù)雜、設(shè)備要求高，難以大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用[2]。國(guó)內(nèi)一般選用天然水晶作為原料，經(jīng)過(guò)精選提純加工后制備高純石英砂。但是，我國(guó)天然水晶礦產(chǎn)資源分布廣泛，貧礦多，富礦少，資源儲(chǔ)量極為有限，而且大多礦床規(guī)模小，多為洞采，開(kāi)采技術(shù)條件一般為中等復(fù)雜—復(fù)雜。因此，采用其他石英礦物資源替代天然水晶具有非常重要的意義[3]。德國(guó)和俄羅斯采用脈石英替代水晶原料加工高純石英砂取得了成功[4]，我國(guó)江蘇東海的脈石英經(jīng)加工提純生產(chǎn)的高純石英砂，應(yīng)用于電光源、光伏、光纖和半導(dǎo)體等行業(yè)。應(yīng)該說(shuō)，與使用量很大的玻璃、陶瓷和鑄造型砂等石英砂巖和石英巖礦床相比，脈石英礦床規(guī)模一般較小，開(kāi)采難度較大，難以作為傳統(tǒng)用途的工業(yè)巖石利用。但是，由于高純石英價(jià)值高、絕對(duì)用量少，按照這一標(biāo)準(zhǔn)脈石英則成為新的大礦種。因此，有必要全面梳理建國(guó)以來(lái)脈石英找礦勘查成果，分析資源現(xiàn)狀，總結(jié)其開(kāi)發(fā)應(yīng)用情況，研究地質(zhì)找礦方向，為全面提升脈石英的工業(yè)價(jià)值及石英產(chǎn)業(yè)布局提供參考。

1 脈石英資源現(xiàn)狀

脈石英是一種幾乎全部是致密石英塊體組成的脈體，白色、乳白色，多呈粒狀結(jié)構(gòu)，SiO2含量通常在98%左右。脈石英礦體呈不規(guī)則脈狀，長(zhǎng)度一般十幾米至幾百米，寬度一般為幾米，厚度一般幾米至幾十米，一個(gè)礦區(qū)可由單條礦脈或多條礦脈組成，脈體傾角較陡[5]。礦床規(guī)模一般不大，但與天然水晶相比，其資源儲(chǔ)量相對(duì)較豐富、開(kāi)采條件較有優(yōu)勢(shì)。按照工業(yè)用途的不同，脈石英可分為玻璃用、冶金用和水泥配料用三個(gè)亞礦種，這三個(gè)亞礦種的礦石質(zhì)量無(wú)嚴(yán)格差異，多以市場(chǎng)需求劃分。我國(guó)脈石英礦產(chǎn)資源具有以下特點(diǎn)。

(1)礦產(chǎn)資源分布廣泛，局部較為集中。

據(jù)《全國(guó)礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量通報(bào)》(2018 年)和全國(guó)地質(zhì)資料館館藏資料統(tǒng)計(jì)可知，全國(guó)共發(fā)現(xiàn)脈石英礦產(chǎn)地354 處[6]，以玻璃用、冶金用礦產(chǎn)地為主，分別占比55%和43%。由于脈石英硬度大，一般只有嚴(yán)重缺硅質(zhì)原料地區(qū)才使用脈石英作為水泥配料，故水泥配料用脈石英礦產(chǎn)地較少。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)共有23 個(gè)省(區(qū)、市)有脈石英礦產(chǎn)地，分布廣泛。其中，江西礦產(chǎn)地最多，達(dá)126 處，占比36%；次為福建，共76 處，占比22%；吉林32 處，占比9%；新疆、四川和遼寧各占比約5%；其他省份均幾處(圖1)。以大區(qū)劃分，則華東地區(qū)脈石英礦產(chǎn)地分布數(shù)量占比63%，東北地區(qū)占比15%，其他地區(qū)相對(duì)較少。按照成礦區(qū)帶統(tǒng)計(jì)，脈石英礦產(chǎn)地在江南隆起東段成礦帶、武功山—杭州灣成礦帶、小興安嶺—張廣才嶺成礦帶、塔里木陸塊北緣成礦帶、西秦嶺成礦帶、東秦嶺非金屬成礦帶等Ⅲ級(jí)成礦區(qū)帶分布相對(duì)集中[7]。

圖1 脈石英礦產(chǎn)地分布圖

表1 主要大中型脈石英礦床特征

(2)礦床規(guī)模小，礦床少礦點(diǎn)多。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)脈石英礦產(chǎn)地中礦點(diǎn)(資源量＜20萬(wàn)t)數(shù)量居多，占礦產(chǎn)地總數(shù)的74%；大型礦床僅1 處，中型礦床18 處，小型礦床58 處。其中，江西的礦點(diǎn)數(shù)量占比全省達(dá)93%，僅有中型2 處，小型7處；福建無(wú)大中型礦床，僅有小型礦床9 處，其他均為礦點(diǎn)。主要大中型礦床特征見(jiàn)表1。大中型礦床的礦體總體以脈狀為主，一般由一條至幾條脈組成，多數(shù)為同一空間范圍內(nèi)多條脈組成礦床，或者礦體僅為一條最大的脈體，但其周邊石英脈十分發(fā)育，有無(wú)數(shù)條不同方向小規(guī)模脈體。礦床規(guī)模與礦體長(zhǎng)度和厚度密切相關(guān)，脈體長(zhǎng)度大、脈體寬厚則礦床規(guī)模大。從成因類型看，巖漿熱液型礦床規(guī)模相對(duì)較大，大部分大中型礦床均為此類型，而變質(zhì)熱液型和火山熱液型礦床規(guī)模一般不大，其他類型則未見(jiàn)中型礦床。全國(guó)脈石英保有資源量約1.63 億t，其中，江西和海南保有資源量最多，各占全國(guó)總資源量15%左右。海南南蛇嶺為國(guó)內(nèi)探明規(guī)模最大的脈石英礦床，其保有資源量超2 000 萬(wàn)t[8]；四川和新疆各占10%左右；福建、安徽、陜西、內(nèi)蒙古、遼寧等五省(區(qū))各占5%左右，其他省(區(qū))占比較少(圖2)。

圖2 脈石英資源量分布圖

受礦床特征和礦種重要性的影響，脈石英礦地質(zhì)勘查程度偏低，大多數(shù)礦床為普查工作程度，僅有13%礦床達(dá)到詳查工作程度，極少數(shù)礦床開(kāi)展過(guò)勘探地質(zhì)工作。一般來(lái)說(shuō)，脈石英礦床均為露天開(kāi)采，由于其厚度不大、深部延伸礦體的開(kāi)采難度較大，大中型礦床的開(kāi)采技術(shù)條件相比小礦要簡(jiǎn)單，隨著生態(tài)環(huán)境約束條件提高，地質(zhì)勘查工作應(yīng)該更要著重于規(guī)模較大或者脈體密集的工作對(duì)象。目前，我國(guó)脈石英礦產(chǎn)地開(kāi)發(fā)利用程度偏高，已有73%的礦產(chǎn)地已開(kāi)采或正在開(kāi)采。

2 礦床成因類型與礦石質(zhì)量

2.1 礦床成因類型

脈石英礦床以巖漿熱液型、變質(zhì)熱液型和花崗偉晶巖型為多見(jiàn)，此外，火山熱液型、碳酸鹽巖型和砂巖型亦有分布。

脈石英礦石礦物組合簡(jiǎn)單，以石英為主，少量共伴生礦物存在于石英晶體中、結(jié)晶裂隙或晶面，包括有長(zhǎng)石、云母、螢石、重晶石，電氣石、蛭石、黝簾石、石榴石、方解石、陽(yáng)起石、金紅石、磷灰石、榍石、滑石等。共伴生礦物種類與脈石英礦床類型有關(guān)?；◢弬ゾr型成因的多共生鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石，如北京水泉溝、山西聞喜文家坡、吉林北溝、吉林團(tuán)結(jié)等礦產(chǎn)地。福建和江西多處偉晶巖型脈石英均共生鉀長(zhǎng)石，其中大部分礦產(chǎn)地的主礦種為鉀長(zhǎng)石，脈石英為其共生礦產(chǎn)。熱液型成因的多見(jiàn)螢石共生，比如福建大田張地、福建遂川桃坑、江西金溪芳源等礦產(chǎn)地，有時(shí)也見(jiàn)重晶石脈共生。碳酸鹽巖型則多見(jiàn)方解石、水晶共生。一般來(lái)說(shuō)，脈石英作為高純石英原料時(shí)其共伴生礦物則視為礦物雜質(zhì)，需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的選礦和加工提純。含金、鉛鋅的石英脈因其含金、銀、銅、鎢和錫等金屬元素并達(dá)到一定含量，嚴(yán)重影響礦石加工提純，一般不作為高純石英原料。此外，受后期地質(zhì)作用影響，脈石英會(huì)產(chǎn)生波狀效果、帶狀消光現(xiàn)象，以及構(gòu)造裂隙和顯微裂隙，所以不均勻現(xiàn)象不明顯、裂隙少的脈石英更有潛力成為高純石英原料[9]。

2.2 礦石質(zhì)量

脈石英含硅量高于石英砂巖、石英巖和粉石英，且雜質(zhì)元素含量相對(duì)少。最主要的雜質(zhì)元素為鐵，一般以四種化合物形式存在于脈石英中：①最常見(jiàn)的是含鐵粘土礦物，這種較易選除，通過(guò)篩分或淘洗即可把鐵除去；②第二種形式的鐵存在于重礦物中；③第三種形式的鐵以氧化物或氫氧化物薄膜附在石英顆粒的表面，選礦時(shí)需在水中擦洗，甚至在酸溶液擦洗才能除去；④第四種形式鐵存在于石英晶格或流體包裹體中，此類形式鐵比較難以除去[10]。脈石英中鐵含量一般低于0.1%有利于高純石英的加工提純。其他雜質(zhì)元素還包括Al、B、Li、K、Na、Ca、Mg、Ti、Mn、Cu、Cr、Ni 等，工 業(yè)上以石英砂中含有此13 種雜質(zhì)元素總含量來(lái)劃分礦產(chǎn)品等級(jí)[11]。一般來(lái)說(shuō)，巖漿熱液型和花崗偉晶巖型礦床礦石中Al 含量高于其他類型的；Ti 含量反映了礦物形成時(shí)的溫度，變質(zhì)熱液型和花崗偉晶巖型礦床礦石中Ti 含量高于其他類型的。另外，還有氣—液雜質(zhì)，包括結(jié)構(gòu)水(也稱羥基)和流體包裹體。前者在高溫條件下熔制的石英玻璃仍有大量的結(jié)構(gòu)水不會(huì)從SiO2熔體中釋放出來(lái)，最終形成石英玻璃的羥基雜質(zhì)；后者較為均勻分布或沿解理、裂隙分布，最終形成石英玻璃的氣泡缺陷和羥基雜質(zhì)[11]。

脈石英中雜質(zhì)元素含量高低與高純石英砂質(zhì)量不是簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系[12]，經(jīng)過(guò)有效的選礦加工提純后，其礦物組成和化學(xué)成分含量發(fā)生較大變化。比如，青海海西大頭羊西溝脈石英礦石經(jīng)半工業(yè)提純?cè)囼?yàn)，可將SiO2含量由原礦的97.02%提高到99.98%以上，雜質(zhì)總量可控制在100μg/g 以內(nèi)，白度可達(dá)94.8，產(chǎn)品達(dá)到電工級(jí)高純硅微粉的工業(yè)要求，所提純的石英砂可作為石英坩堝、石英玻璃管材等相關(guān)下游石英產(chǎn)品的原料[13]。海南澄邁南蛇嶺礦石經(jīng)篩分、分級(jí)、擦洗、弱磁選、強(qiáng)磁選、浮選、酸洗等試驗(yàn)，原礦石中SiO2、Al2O3、Fe2O3含量由99.18%、0.41%、0.091%提升至99.39%、0.30%、0.012%[14]。

3 資源潛力和找礦方向

近幾年以來(lái)，隨著戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中地位逐步提高，中央和地方財(cái)政以需求為導(dǎo)向部署了一大批脈石英礦產(chǎn)資源調(diào)查評(píng)價(jià)工作，取得了較為豐富的成果。

(1)東西秦嶺的丹鳳—商南一帶，發(fā)育在白云質(zhì)灰?guī)r、石英砂巖和燕山早期丹江鈉長(zhǎng)巖體中的脈石英成礦帶。

(2)桐柏—大別造山帶南段的麻田—英山一帶“靈虬山式”脈石英，脈體走向延伸數(shù)百米，厚度數(shù)十厘米至二十余米。

(3)大別山東段的“白石山式”脈石英，主要分布在溪沸—菖蒲—田頭及塘梨巖—靈山寨—團(tuán)石灣共兩條近北東向的成礦帶，前帶長(zhǎng)約20km，寬約5km；后帶長(zhǎng)約12km，寬約4km[15]。

(4)蘇魯造山帶南端的東海地區(qū)，脈石英主要沿南部、北部?jī)蓷l成礦帶分布，南部成礦帶長(zhǎng)度25km、寬2.2km；北部成礦帶長(zhǎng)度41km、寬度小于6km。

(5)蘇魯造山帶南端的臨沂中北部地區(qū)，巖漿熱液型、變質(zhì)熱液型和偉晶巖型脈石英均有發(fā)現(xiàn)。

(6)柴達(dá)木北緣的海西地區(qū)印支期花崗巖中廣泛發(fā)育石英脈，脈體規(guī)模一般較大。

此外，在20 世紀(jì)60 ～70 年代，全國(guó)性的水晶找礦工作中發(fā)現(xiàn)一批脈石英型水晶礦，同樣具有較好的脈石英找礦潛力。如貴州羅甸地區(qū)發(fā)育于砂巖內(nèi)水晶—脈石英礦，以及桂西碳酸鹽巖地區(qū)方解石脈型的水晶—脈石英礦等，不僅為脈石英新的成礦類型，而且為低溫低鹽度熱液礦床，推測(cè)可能具備低羥基含量、少流體包裹體型脈石英，有利于加工提純，且適用于電子級(jí)高純石英原料。