中國粉體網訊 美國高純石英砂的原礦為產自北卡羅來納州Spruce Pine地區的花崗質偉晶巖。該區的偉晶巖最初的工業價值是用來生產長石和白云母，石英是尾礦中的廢棄物。在上世紀70年代，由于石英玻璃原料——水晶的日漸枯竭，尋找可替代水晶的天然石英成為當時許多國家急需攻克的國家目標。在此背景下，經過改進浮選技術，利用花崗質偉晶巖中的石英替代了水晶，生產出了高純石英砂，直到今天美國仍然壟斷著國際高端高純石英砂市場。
來自Spruce Pine的IOTA®白崗巖
美國Spruce Pine地區的高純石英原料礦石有啥特點呢？此前很少有研究報道。為了提升對這一特殊的石英礦產資源的認識，為我國同類型高純石英原料的找礦與評價提供科學依據，成都理工大學汪靈教授團隊近期以該地區花崗偉晶巖石英及其4N8高純石英高端產品為研究對象，采用電感耦合等離子體發射光譜儀、X射線熒光光譜儀、X射線衍射儀、掃描電鏡和偏光顯微鏡等現代分析測試技術，詳細研究了該礦典型樣品的化學成分與痕量元素特征、礦物組成、顯微結構、礦物包裹體和氣液包裹體等礦物材料學特征。
上述研究結果之一是，Spruce Pine地區花崗偉晶巖典型樣品的化學成分（wB/%）為SiO2 70.89%，Al2O3 14.97%，K2O 7.28%，Na2O 3.21%，礦物組合（wB/%）為微斜長石38%，鈉長石27%，石英24%，白云母7%。
一個具有全球壟斷地位的高純石英原料礦的SiO2 含量只有71%？國內的高純石英礦的SiO2 含量為2個9、3個9的不是有很多嗎？甚至4個9的也有聽說過。SiO2含量如此之低，那怎么可能提純出4N8的高純石英砂來呢？如果這樣純度的礦石都能加工出高純石英砂來，那我們國內很多礦石豈不是更容易嗎？
10多年前，南京大學的陳培榮教授也曾專門針對該地區的石英礦石做過研究。其研究結果中提到：美國Spruce Pine地區白崗巖和偉晶巖含有大約40%的更長石、25%石英、20%微斜長石和15%的白云母；Spruce Pine地區的石英礦石2個樣品中SiO2含量為74.50%和77.60%。也只是含有70%多而已。
針對這個問題，西南科技大學的孫紅娟教授在接受中國粉體網專訪時特別談到，以往人們判斷石英礦物資源是否具備高純石英潛力主要基于化學純度（SiO2和常見雜質元素含量）和氣液包裹體的含量。化學純度作為一個直觀的重要指標來評價石英原料的優劣，雖然可以簡單快速地判別石英的品質，但在處理其他復雜的替代原料時，具有明顯的局限性，即缺乏對原料性質的全面了解，雜質元素的賦存狀態并不明晰，不利于指導石英資源的加工工藝和技術的選擇。
為了解決高純石英原料礦的選擇與評價問題，孫紅娟教授課題組提出了一套科學可行的評價方法，具體涉及到化學成分、嵌布粒度、脈石礦物、包裹體和晶格雜質5個關鍵評價指標，這些因素之間的關系常常交叉耦合，構成了高純石英原料的評價因子。孫教授認為，當石英原料在以上5個關鍵評價指標中有3個及以上指標達到a級時，可以推薦為高純石英原料。
高純石英原料的評價指標
在汪靈教授團隊的研究結果中，也證實了上述評價方法的科學性：Spruce Pine地區的礦石由于具有良好的雜質提純可選性，石英中的晶格間隙雜質、礦物包裹體和氣液包裹體等主要雜質可被有效去除；以該礦為原料加工的4N8高純石英，其雜質主要為Al和Ti等晶格置換雜質，Al含量為12×10-6~15×10-6，Ti含量在±1.2×10-6，其他雜質元素含量均<1×10-6。
簡而言之，由于最難剔除的氣液包裹體和晶格雜質比較少且容易提純，那即使它礦石中SiO2含量再低也不是大問題；但如果最為關鍵的這類雜質較多且難以剔除，即使礦石純度達到4個9，也很難提純到4N8的程度，每提升0.001%的純度都會面臨極大的挑戰。
參考來源：
【1】美國Spruce Pine地區花崗偉晶巖高純石英優質原料的礦物材料學特；王哲皓，奚旺，汪靈；礦物巖石2025
【2】美國Spruce Pine與新疆阿爾泰地區高純石英偉晶巖的對比研究；張曄，陳培榮；高校地質學報2010
【3】中國粉體網
（中國粉體網編輯整理/平安）
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