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  • 生產高純石英砂的礦石原料需要滿足哪些指標?

    2022-09-26 09:26:14 來源:

     

    以天然石英礦物為原料是獲取廣泛應用于高科技領域重要非金屬礦物材料高純石英的主要途徑。我國石英資源豐富,但高純石英原料稀缺。高純石英原料只有在滿足一系列特定化學和物理參數的地質條件下才能形成。目前僅有少數石英礦床適合加工為高純石英,且處理工藝極其復雜。

    判斷高純石英原料的重要標準

    目前國內對于高純石英沒有統一的標準界定。國外學者主要根據石英中的有害元素含量對高純石英進行分類。國內一部分學者僅基于SiO2的純度對高純石英進行分類;一部分學者則基于SiO2的純度和有害雜質元素含量的上限對高純石英進行分類。綜合而言,大部分學者認為單靠化學成分來評判石英品質的優劣具有片面性,評價石英應綜合考慮各種因素。就石英礦物本身而言,除了化學成分,天然石英中雜質元素賦存狀態、石英嵌布特征、包裹體數量大小位置、晶格雜質等所決定的雜質可選性是判斷高純石英原料的重要標準。

    石英的化學成分

    石英理論化學組成是SiO2,但是在自然界不存在純SiO2石英。石英或多或少都包含一些雜質元素(如Al、Ti、K、Na、Ge等)。理想的高純石英原料肯定是SiO2的質量分數越高越好。

    嵌布粒度

    礦物的嵌布粒度是決定礦物單體解離的重要因素。石英與脈石礦物嵌布特征直接影響石英單體解離度,進而影響選礦提純效果。石英受成巖作用和變質作用改造強度越大,石英與脈石礦物的嵌布差異越明顯,嵌布特征也逐漸由毗鄰型轉變為縫狀、甚至包裹型,在粉碎過程中單體解離難度依次增加,被加工為高純石英的可能性也逐漸降低?梢哉f石英嵌布粒度越大,雜質礦物越容易分離。

    脈石礦物種類

    脈石礦物種類越少越容易提純。中酸性巖漿巖如花崗巖、閃長巖、流紋巖等是主要的富石英巖石,含有大量的石英。但是由于其他造巖礦物如長石、角閃石、云母等常與石英嵌布在一起,并不是很好的石英源巖。在實際生產中,常常選擇白崗巖、偉晶巖和熱液脈體作為提取石英原料的源巖,因為它們主要由石英組成,雜質礦物相對較少,便于分離和提純。

    包裹體

    天然的石英晶體通常包含流體、硅酸鹽熔體和礦物包裹體(>1μm)。包裹的種類和豐度取決于結晶環境、結晶后的蝕變和變形。如果在石英晶體中包裹體大量存在,那么它們會對石英原材料的化學純度和質量有很大影響。

    流體包裹體是石英中最常見、最豐富的包裹體。它們既可以在石英晶體生長時,為石英所捕獲,形成原生流體包裹體,也可以在后期流體沿石英的微裂縫滲透,在石英晶體愈合時形成,稱之為次生包裹體。石英中流體包裹按內含物質狀態可以分為:純氣體、純液體、氣液混合包裹體和三相包裹體。流體包裹體中含有Na、K、Ca等雜質,對高純石英的熔融行為存在嚴重的不利影響。

    晶格雜質

    石英晶體在結晶過程中以及后來經歷的變質作用下,經常摻雜一些雜質元素。這些雜質元素其中一種來源是晶格雜質,例如:鋁、鐵、鈦、鍺、磷、硼等三價、四價或五價離子常常會替代硅原子,占據硅原子所在的位置,而鋰、鉀、鈉等單價離子常與鋁、鐵、鈦、鍺、磷、硼離子結合在一起,“漂浮”在硅氧鍵上,來達到晶體電荷平衡。替代硅原子或處在“漂浮”態的這些雜質元素被稱為石英晶格雜質元素。顯然,晶格雜質越純凈越利于提純。

    綜上,在評價石英原料時,首先要對石英原料SiO2的質量分數、石英嵌布粒度、脈石礦物種類、包裹體的種類和數量以及石英晶格雜質多少進行研究和判斷,然后再對石英原料的這5項指標進行等級評價(等級分a、b、cd)綜合判斷。例如,如果某石英原料的5項指標中,獲得的a越多,那么石英就越純凈,是理想的高純石英原料;反之,則石英原料不理想,需要經過復雜的工藝進行提純。

    高純石英原料特征研究方法

    高純石英原料的評價是一項復雜的系統工作。高純石英原料的質量優劣與與原料的礦物學、巖石學特征所決定的雜質可選性有關。

    通過觀察石英巖相學特征,分析礦物包裹體及流體包裹體的數量、大小、化學成分、存在形式和分布狀態,以及SiO2和微量雜質元素的含量和賦存狀態,可以研究高純石英原料的礦物學特征;通過 Ar-Ar 同位素定年可以計算高純石英原料礦床的成礦年齡;通過H-O同位素測試,Ti、Al、Ge、Li 等微量元素含量分析,可以研究高純石英原料礦床的成礦物質來源;通過分析流體包裹體的均一溫度、鹽度、化學組成等特征以及SEM- CL 微結構觀察,可以研究高純石英原料礦床的成礦作用過程。

    目前而言,我國的高純石英原料質量評價體系不完善,尚未形成統一標準。在實際的生產過程中,需要綜合各方面因素,權衡利弊,綜合評價。

    來源:網絡

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