高純石英是由水晶、脈石英、花崗偉晶巖等礦石作為原料經(jīng)提純后的一種礦產(chǎn)品，是硅產(chǎn)業(yè)高端產(chǎn)品的物質(zhì)基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。
全球高純石英原料礦床主要分布于巴西、美國、加拿大、挪威、澳大利亞、俄羅斯、中國等。據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2019年底，全球高純石英原料礦產(chǎn)資源約7300萬t，其中，巴西是全球第一大資源量國，資源量為2111萬t，礦石類型主要為天然水晶；美國是第二大資源量國，資源量為1822萬t，礦石類型主要為花崗偉晶巖型石英。加拿大位列全球第三，資源量為1000萬t，礦石類型主要為脈石英。
國際上公認的是美國的花崗偉晶巖型石英礦床，以儲量大、品質(zhì)好最為著名。我國高純石英原料礦以脈石英和水晶為主，資源量共計為685萬t，其中水晶資源量僅為0.69萬t。我國的高純石英原料礦床主要分布在湖北蘄春（靈虬山脈石英礦SiO2含量為99.35%）、江蘇東海（SiO2含量為99.19%）、安徽旌德（版書鄉(xiāng)龍川脈石英礦SiO2含量為99.01%）和太湖等地區(qū)，其中以江蘇東海的水晶品質(zhì)最為優(yōu)越，但保有資源量已接近枯竭。另外在安徽鳳陽、江蘇新沂、新疆阿勒泰地區(qū)也有分布。 1. 美國1.1斯普魯斯派恩礦床
今天，一起看看全球七大國高純石英原料礦分布，純度超乎你想象！
斯普魯斯派恩（Spruce Pine）高純石英原料礦坐落于美國北卡羅來納州西部米切爾縣（Mitchell County）的斯普魯斯派恩鎮(zhèn)。采礦區(qū)有超過100年的悠久采礦歷史。石英的雜質(zhì)元素含量極低，經(jīng)機械和化學提純后，制得的高純和超純石英主要用于半導體晶體、精密光學玻璃以及光伏、照明等產(chǎn)業(yè)。該礦供給了全球90%以上的高純石英砂需求量，在相當長時間內(nèi)甚至是唯一的來源地。2009年BBC稱此地為“地球上最具戰(zhàn)略價值的平方英畝”（Nelson，2009）。
1.2博維爾礦床
博維爾礦位于愛達荷州北部拉塔縣博維爾鎮(zhèn)(Bovill，Latah County)。經(jīng)電子探針分析，該礦石中石英晶體的純度大于99.9%。2010年，艾礦產(chǎn)股份公司(I-Minerals，Inc.)完成預(yù)可行性研究，研發(fā)出SiO2純度為99.9%~99.997%的高純石英砂產(chǎn)品。礦床鉀長石和石英的探明資源量437.8萬噸，控制資源量885.7萬噸，共計1323.5萬噸( I-Minerals，2020a)。博維爾礦高純石英資源量巨大，礦石的提純加工難度較低。采用傳統(tǒng)浮選提純工藝，即可生產(chǎn)高純石英砂。
2.澳大利亞
澳大利亞的石英資源非常豐富，主要分布于昆士蘭州北部、維多利亞州和西澳大利亞州。其中，昆士蘭州北部為主要的高純石英原料礦來源地，目前已發(fā)現(xiàn)燈塔（Lighthouse）、糖袋山（Sugarbag Hill）、白泉（White Springs）、石英山（Quartz Hill）等多處礦床。
2.1燈塔礦床
礦床位于昆士蘭州北部的喬治敦區(qū)(Georgetown)。艾恩斯利(Einasleigh) 鎮(zhèn)在礦區(qū)西南16km，是最近的城鎮(zhèn)。燈塔礦床由東、西兩座狀似燈塔、高出地表約440m的石英山峰組成，因此得名。該礦區(qū)礦石純凈、呈半透明或乳白色、塊狀，近直立狀充填于斷層中。經(jīng)測試東、西礦體的礦石純度＞99.9%，主要雜質(zhì)元素Al、Ti、Fe、P、Ca 等含量均較低，經(jīng)過簡單機械提純后，純度即可達99.95%以上，證明燈塔礦床為優(yōu)質(zhì)的高純石英原料礦。
2.2糖袋山礦床
礦床位于喬治敦區(qū)（Georgetown），西北距離喬治敦鎮(zhèn)約25km，東距燈塔礦60km。礦石質(zhì)量極為優(yōu)質(zhì)，原位SiO2純度可達99.99%以上。2016年普查結(jié)果表明，礦體長約600m，平均厚度20m，鉆孔揭示礦體深度60~80m(Alper，2019)。經(jīng)取樣測試和選礦提純實驗，可制得高純石英砂純度達99.995%~99.999%，滿足太陽能和半導體產(chǎn)業(yè)的質(zhì)量要求。目前，糖袋山礦床尚未開采和生產(chǎn)高純石英砂，但其探明和控制的資源量規(guī)?？捎^，可露天開采。
2.3白泉和石英山礦床
從喬治敦鎮(zhèn)到驚喜山鎮(zhèn)(Mt.Surprise)的1號公路沿線分布著白泉和石英山礦。礦床均為熱液石英脈型。白泉礦的礦石質(zhì)量優(yōu)異，原料SiO2純度達99.99%以上，被推斷高純石英的資源量150萬噸。石英山礦石原料純度大于99.5%，預(yù)測高純石英資源量達1400萬噸，資源規(guī)模巨大。白泉礦可生產(chǎn)的高純石英砂純度涵蓋99.99%~99.999%，年產(chǎn)高純石英砂3萬噸，應(yīng)用于光伏和半導體產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。目前，石英山礦床尚未進入開采期。
2.4克雷西克礦床
礦床位于澳大利亞維多利亞州（Victoria）中南部的克雷西克區(qū)（Creswick）。礦床為金礦尾礦型，由19世紀淘金熱開采金礦廢棄后的尾礦組成(Hughes，2013) 。礦石是尾礦中6～200mm的石英礫石，質(zhì)量優(yōu)異，雜質(zhì)元素含量低，尤其是B和P含量很低，可用于液晶顯示器、光伏、半導體、光學玻璃等產(chǎn)業(yè)。經(jīng)澳大利亞聯(lián)邦科學與工業(yè)研究組織(CSIRO) 采用傳統(tǒng)機械和化學提純工藝處理后，制得的高純石英砂SiO2純度可達99.995%。
3. 俄羅斯
在俄羅斯烏拉爾山脈的東側(cè)，有2處高純石英礦床，分別是亞極地烏拉爾的薩蘭保爾(Saranpaul)礦床和南烏拉爾的克什特姆(Kyshtym) 礦床。其中，克什特姆礦的規(guī)模較大，開發(fā)程度高，其高純石英產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)，在國際市場占有一定比例。
3.1克什特姆礦床
克什特姆礦床位于俄羅斯車里雅賓斯克州（Chelyabinsk）的克什特姆市( Kyshtym)，東南距離車里雅賓斯克市100km。礦床為熱液脈石英型。礦區(qū)總長15km，寬1~3km，面積20km2，石英儲量136萬噸。礦床開發(fā)始于20世紀60~70年代，至今已超過50年。早期采礦主要用于建筑材料、玻璃等傳統(tǒng)行業(yè)。2011年之后開始開采生產(chǎn)高純石英砂。2022年產(chǎn)能預(yù)計達6000噸/年，礦山可滿足滿負荷生產(chǎn)30年服務(wù)年限。
3.2薩蘭保爾礦床
薩蘭保爾礦床地處俄羅斯?jié)h特－曼西自治區(qū)(Khanty-Mansi Autonomous Okrug-Ugra) 別列佐夫斯基區(qū)(Berezovsky District) 的西北緣，東南距薩蘭保爾村( Saranpaul＇)85km。礦床為熱液脈石英型。礦石呈半透明－透明狀，玻璃光澤。根據(jù)2014年礦區(qū)的勘探報告，可用作高純石英的資源量為33萬噸 (Development Corporation JSC，2017)。此外，在礦區(qū)范圍外發(fā)現(xiàn)有多條尚未勘探的石英脈，遠景資源量可能更為可觀。
4.毛里塔尼亞
4.1烏姆阿奎尼納礦床
礦床位于毛里塔尼亞西部的努瓦迪布灣省(Dakhlet Nouadhibou)，西距努瓦迪布（Nouadhibou）港口130km。礦床為熱液脈石英型。礦石呈淺灰色的半透明狀、光滑透明狀，部分采樣礦石的SiO2含量大于99.8%。地表出露的礦體表現(xiàn)為破碎的大塊脈石英礫石，其上覆蓋少量紅土。石英的推斷資源量為500~1000萬噸(Feytis，2010)，但因缺少鉆孔驗證和測試分析以及必備的選礦實驗，可用作高純石英原料的資源量不明。截至目前未進行有效的采礦活動。
4.2查米礦床
查米礦床位于努瓦迪布灣省(Dakhlet Nouadhibou)東部，距烏姆阿奎尼納礦20km。礦床成因、礦石類型、圍巖、賦存特征與烏姆阿奎尼納礦類似，礦石呈半透明狀、光滑透明狀，礦石SiO2含量為98% ~99.9%。表層2.7m以上礦體的高純石英原料探明儲量72.5萬噸; 2.7m以下礦體可延伸至8m，探明儲量有進一步擴大的空間。
5. 加拿大
在加拿大魁北克省東南部約翰比茲灣(Johan Beetz Bay) 的海岸帶，10條北東－南西向的熱液脈石英礦體出露地表，即約翰比茲高純石英原料礦。結(jié)果顯示礦石的SiO2含量為98.7%~99.6%，雜質(zhì)元素B和P的平均含量分別低于0.25×10-6和0.2×10-6，可用來生產(chǎn)光伏石英坩堝。在計入采礦損失后，2號脈和9號脈地表礦體的高純石英控制資源量分別為174.3萬噸和50.7萬噸，合計225萬噸(Bathalon，2014)。
6. 挪威
作為南北狹長的山地之國，挪威的石英資源非常豐富，并且擁有TQC、?？瞎煞? Elkem ASA) 等全球石英產(chǎn)業(yè)巨頭。挪威地質(zhì)調(diào)查局根據(jù)境內(nèi)石英礦石的測試數(shù)據(jù)，還提出一套基于晶格雜質(zhì)元素含量的高純石英質(zhì)量評價指標(Müller et al., 2007; Müller et al., 2012)。當前，北部的德拉格礦床和南部的內(nèi)索登(Nesodden) 礦床是挪威主要的高純石英原料產(chǎn)地。
6.1德拉格礦床
德拉格礦區(qū)地處挪威北部諾爾蘭郡廷斯菲尤爾峽灣(Tysfjord) 西側(cè)的德拉格村(Drag)附近，由分布在方圓5km2的數(shù)十個偉晶巖型的石英礦體組成。石英晶體純凈，粒徑平均6mm，Al、Ti、Li、B等晶格雜質(zhì)元素均達到高純石英原料的質(zhì)量要求( Müller et al，2012)。德拉格礦區(qū)的開采始于1907年。早期的礦山以露天方式開采偉晶巖中的鉀長石，到了1996年開始采礦生產(chǎn)用于光學、照明設(shè)備、光伏的高純石英砂。
6.2內(nèi)索登礦床
內(nèi)索登礦(Nesodden)位于挪威西南部的霍達蘭郡的克文赫拉德市(Kvinnherad)。礦體長約580m，寬15m，延伸150m，礦石中的石英晶體較大。截至目前，尚未開采內(nèi)索登高純石英礦。但是，該礦對高純石英砂及制品行業(yè)具有相當大的影響。礦床的資源量大且礦區(qū)高純石英的后備資源相當豐富。在斷裂帶北段也發(fā)現(xiàn)了克瓦維克( Kvalvik) 熱液脈石英礦，推斷資源量70萬噸，其礦石質(zhì)量與內(nèi)索登礦類似，可用作高純石英原料。
7.中國
近年來，我國一些石英砂礦山企業(yè)正努力研發(fā)高純石英的提純工藝，取得了突破性進展。湖北蘄春、江蘇東海、安徽旌德和太湖等地的優(yōu)質(zhì)熱液脈石英可能具有高純石英原料的潛力(焦麗香，2019)。靈虬山脈石英礦位于湖北省蘄春縣西北約20km的橫車鎮(zhèn)。鉆孔取樣分析結(jié)果表明，礦石幾乎全由石英組成，晶體粒徑1~2mm。礦石SiO2純度＞99.35%，Al2O3＜0.22%，F(xiàn)e2O3＜0.02%。目前，靈虬山石英礦采用露天開采，其設(shè)計礦山規(guī)模為年采1.5萬噸礦石。