新疆某熱液脈型石英礦石的礦物組成特征研究

姚 瑤 況守英 張 莉

（新疆維吾爾自治區礦產實驗研究所）

石英礦物在地球上普遍存在，常因穩定的物理化學性質、分布廣泛等特性被廣泛應用于玻璃制造、化工工業、光學元件等領域。近年來，隨著半導體、精密光學、太陽能等高新科技產業的快速發展，我國對純凈、高品質石英的需求量越來越大。

作為一種重要的綠色戰略資源，據統計，我國高純石英大多需要進口，其中SiO2含量≥99.99%的高純石英進口比例達到91%；用于芯片制造的SiO2含量≥99.998%的高純石英全球唯有美國可以提供，進口比例達100%［1］。如此重要資源的內供匱乏，引起了國內學者的高度關注。近年來，對高純石英的研究比較熱門，專家學者對石英中含有的微量雜質組成及其賦存狀態等進行了研究，對不同巖性和成因的石英作為高純石英原料的可行性進行了探索，但仍有大量細致的工作亟需完善。

本研究從巖石學的角度出發，對新疆某熱液脈型石英巖的物質組分特征進行了分析，旨在為該類型礦石資源作為高純石英原料的可行性給出理論依據。

1 高純石英特征

石英的化學式為SiO2，有不同的同質多象變體，業界常討論的是低溫α-石英，它在日常環境下能夠保持物理化學特性穩定。自然界不存在純二氧化硅成分的石英晶體，天然產出的石英內常含有雜質，雜質的來源可為晶體內包裹體帶入、晶格內雜質原子替代等。為獲得高品質的石英，需要對自然界純度較高的石英原料進行篩選、提純。

在工業上，不同應用領域對石英產品的純度要求有差異，其中光源行業要求石英純度99.5%～99.99%，高端光學器件行業要求石英純度99.99%以上，光伏等領域則要求純度達99.995%～99.999 9%［1］。此外，外國學者Müller等［2］從賦含雜質的角度出發，提出了一個高純石英的判定標準，他指出石英中主要的9種有害成分含量允許的上限分別為Al小于30 μg/g、Ti小于10 μg/g、Na小于8 μg/g、K小于8 μg/g、Li小于5 μg/g、Ca小于5 μg/g、Fe小于3 μg/g、P小于2 μg/g和B小于1 μg/g，且總和小于50 μg/g，只有達到這樣標準的石英才可稱為高純石英。

2 高純石英的理想原巖［3-8］

為獲得高純石英，需要找到合適的石英原料。作為最常見的造巖礦物之一，石英在自然界中的巖漿巖、沉積巖、變質巖以及熱液脈體中普遍存在，但不同成因的石英，其質量、數量和可提純工藝難易程度相差很大，根據前人的研究，其中可作為高純石英原料的并不多。例如，自然界常見的花崗巖中，石英礦物含量不低于25%，但其往往呈他形粒狀與長石、云母等礦物嵌布在一起，不利于分離，往往不能作為加工高純石英的原料。基于前人的實踐，在目前的生產中，往往選擇偉晶巖、白崗巖、某些熱液脈巖作為石英原料，這是因為這些礦巖的石英含量高、雜質礦物相對較少，便于分離和提純。世界著名的高純石英產品供應商美國尤尼明公司，其生產的產品就來自美國北卡羅來納州西部Spruce Pine的白崗巖。楊曉勇等［1］對不同地質環境形成的純度較高的石英的性質和首選應用領域進行了總結，認為高純石英的原料多為巖漿、巖漿后成因的白崗巖和偉晶巖及熱液石英巖。

3 熱液脈型石英巖的礦物組成特征

偏反光顯微鏡鏡下石英巖樣品的透明礦物種類較單一，主要為石英，含量高，粒徑多為細中粒，具他形粒狀、半自形柱粒狀結構，后期石英結晶細小，具微細粒、隱晶狀結構。礦物次生蝕變弱。可見多期熱液交代作用，表現為微細粒石英集合體沿較粗粒石英晶粒邊緣交代、或沿石英粒間裂縫充填。雜質礦物普遍含量低、粒度細，常見的雜質中透明礦物主要為絹（白）云母、長石、黏土礦物，電氣石、黑云母、鋯石、獨居石、磷灰石少見；不透明雜質礦物含量甚微。

（1）石英。石英多為他形粒狀結構，內部較干凈，邊緣多不平直，呈波浪狀或似縫合線狀鑲嵌分布（圖1）。石英晶粒變化范圍較大，為多期熱液作用形成（圖2）。早期高溫熱液形成的石英晶粒結晶稍粗，呈他形粒狀，表面干凈，包裹體較少，受應力作用多具波狀消光（圖3）；后期形成的石英結晶微小，分布在早期結晶石英間，含量少，粒徑微（圖4）。

（2）云母。云母主要為絹云母，黑云母較少。絹云母常呈板條狀、鱗片狀，雜亂分布在石英粒間（圖5）。部分樣品受應力作用，重結晶的絹（白）云母定向排列，連續定向分布，形成線狀，含量較高（圖6）。

（3）長石。樣品中含有一定量的長石，在鏡下不易分辨，以堿性長石為主，個別樣品中見斜長石，堿性長石多無雙晶紋，與石英共生，表面干凈，蝕變弱。

（4）黏土礦物。黏土礦物常分布于晚期石英微晶集合體中，微顯光性，常呈鱗片狀，粒徑微小，含量低（圖5）。

（5）電氣石。樣品中偶見電氣石，多為自形-半自形柱粒狀晶，分布在石英粒間（圖7），個別被石英包裹，粒度大小不一，為熱液作用產物（圖8）。

（6）鋯石。鋯石偶見，為巖石中的副礦物，粒徑微小，單粒狀分布在石英粒間，晶形較好（圖8）。

（7）獨居石。獨居石偶見，為巖石中的副礦物，粒徑微小，單粒碎粒狀分布在巖石中，晶形差。

（8）磷灰石。磷灰石含量極微，為巖石中的副礦物，粒徑微小，單晶粒狀分布在巖石中，晶形好。

（9）不透明礦物。金屬礦物含量甚微，常見鈦鐵礦，多呈微小他形粒狀晶，星散狀分布在透明礦物粒間；其次可見自形細柱狀TiO2礦物，由于其粒徑微小，光性特征不明顯，顯微鏡下不易分辨其同質異象種類，可能為板鈦礦或金紅石（圖9）。此外，偶見幾顆磁黃鐵礦晶粒（圖10），呈渾圓粒狀、星點狀分布，粒徑微小。

4 樣品提純前后主要化學成分對比

研究對2種有代表性的樣品進行了提純，并進行了主要化學成分分析，結果見表1。

從表1可知，樣品由于成礦條件的差異，不同的樣品SiO2含量和雜質種類有所不同，但SiO2含量均高于95%，可作為較高品質的石英原料。提純后的石英精砂整體品質較高，SiO2含量均高于99.80%，提高顯著，可作為玻璃工業用石英砂、球形二氧化硅微粉、熔融石英、電子及電器工業用二氧化硅微粉等加工的原料。

5 結語

（1）新疆某熱液脈型石英巖的主要組成礦物為石英，主要呈他形粒狀，邊緣多呈波浪狀鑲嵌，表面干凈，包裹體較少，SiO2含量高達95%以上，可作為較優質的石英原料，經過加工提純，SiO2含量可提高至99%以上，可應用于玻璃工業、電子電器工業等。

（2）樣品中雜質礦物主要為云母，部分樣品中長石、黏土礦物含量稍高，電氣石、鈦鐵礦、板鈦礦、獨居石、鋯石、磷灰石等為巖石中含量甚微的副礦物，粒徑微，但存在普遍。

（3）多期熱液作用形成的石英粒徑差異較大，晚期低溫熱液形成的微細粒石英集合體中常包裹微小雜質礦物，不利用高純石英的提取。