新疆某热液脉型石英矿石的矿物组成特征研究

姚 瑶 况守英 张 莉

（新疆维吾尔自治区矿产实验研究所）

石英矿物在地球上普遍存在，常因稳定的物理化学性质、分布广泛等特性被广泛应用于玻璃制造、化工工业、光学元件等领域。近年来，随着半导体、精密光学、太阳能等高新科技产业的快速发展，我国对纯净、高品质石英的需求量越来越大。

作为一种重要的绿色战略资源，据统计，我国高纯石英大多需要进口，其中SiO2含量≥99.99%的高纯石英进口比例达到91%；用于芯片制造的SiO2含量≥99.998%的高纯石英全球唯有美国可以提供，进口比例达100%［1］。如此重要资源的内供匮乏，引起了国内学者的高度关注。近年来，对高纯石英的研究比较热门，专家学者对石英中含有的微量杂质组成及其赋存状态等进行了研究，对不同岩性和成因的石英作为高纯石英原料的可行性进行了探索，但仍有大量细致的工作亟需完善。

本研究从岩石学的角度出发，对新疆某热液脉型石英岩的物质组分特征进行了分析，旨在为该类型矿石资源作为高纯石英原料的可行性给出理论依据。

1 高纯石英特征

石英的化学式为SiO2，有不同的同质多象变体，业界常讨论的是低温α-石英，它在日常环境下能够保持物理化学特性稳定。自然界不存在纯二氧化硅成分的石英晶体，天然产出的石英内常含有杂质，杂质的来源可为晶体内包裹体带入、晶格内杂质原子替代等。为获得高品质的石英，需要对自然界纯度较高的石英原料进行筛选、提纯。

在工业上，不同应用领域对石英产品的纯度要求有差异，其中光源行业要求石英纯度99.5%～99.99%，高端光学器件行业要求石英纯度99.99%以上，光伏等领域则要求纯度达99.995%～99.999 9%［1］。此外，外国学者Müller等［2］从赋含杂质的角度出发，提出了一个高纯石英的判定标准，他指出石英中主要的9种有害成分含量允许的上限分别为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，且总和小于50 μg/g，只有达到这样标准的石英才可称为高纯石英。

2 高纯石英的理想原岩［3-8］

为获得高纯石英，需要找到合适的石英原料。作为最常见的造岩矿物之一，石英在自然界中的岩浆岩、沉积岩、变质岩以及热液脉体中普遍存在，但不同成因的石英，其质量、数量和可提纯工艺难易程度相差很大，根据前人的研究，其中可作为高纯石英原料的并不多。例如，自然界常见的花岗岩中，石英矿物含量不低于25%，但其往往呈他形粒状与长石、云母等矿物嵌布在一起，不利于分离，往往不能作为加工高纯石英的原料。基于前人的实践，在目前的生产中，往往选择伟晶岩、白岗岩、某些热液脉岩作为石英原料，这是因为这些矿岩的石英含量高、杂质矿物相对较少，便于分离和提纯。世界著名的高纯石英产品供应商美国尤尼明公司，其生产的产品就来自美国北卡罗来纳州西部Spruce Pine的白岗岩。杨晓勇等［1］对不同地质环境形成的纯度较高的石英的性质和首选应用领域进行了总结，认为高纯石英的原料多为岩浆、岩浆后成因的白岗岩和伟晶岩及热液石英岩。

3 热液脉型石英岩的矿物组成特征

偏反光显微镜镜下石英岩样品的透明矿物种类较单一，主要为石英，含量高，粒径多为细中粒，具他形粒状、半自形柱粒状结构，后期石英结晶细小，具微细粒、隐晶状结构。矿物次生蚀变弱。可见多期热液交代作用，表现为微细粒石英集合体沿较粗粒石英晶粒边缘交代、或沿石英粒间裂缝充填。杂质矿物普遍含量低、粒度细，常见的杂质中透明矿物主要为绢（白）云母、长石、黏土矿物，电气石、黑云母、锆石、独居石、磷灰石少见；不透明杂质矿物含量甚微。

（1）石英。石英多为他形粒状结构，内部较干净，边缘多不平直，呈波浪状或似缝合线状镶嵌分布（图1）。石英晶粒变化范围较大，为多期热液作用形成（图2）。早期高温热液形成的石英晶粒结晶稍粗，呈他形粒状，表面干净，包裹体较少，受应力作用多具波状消光（图3）；后期形成的石英结晶微小，分布在早期结晶石英间，含量少，粒径微（图4）。

（2）云母。云母主要为绢云母，黑云母较少。绢云母常呈板条状、鳞片状，杂乱分布在石英粒间（图5）。部分样品受应力作用，重结晶的绢（白）云母定向排列，连续定向分布，形成线状，含量较高（图6）。

（3）长石。样品中含有一定量的长石，在镜下不易分辨，以碱性长石为主，个别样品中见斜长石，碱性长石多无双晶纹，与石英共生，表面干净，蚀变弱。

（4）黏土矿物。黏土矿物常分布于晚期石英微晶集合体中，微显光性，常呈鳞片状，粒径微小，含量低（图5）。

（5）电气石。样品中偶见电气石，多为自形-半自形柱粒状晶，分布在石英粒间（图7），个别被石英包裹，粒度大小不一，为热液作用产物（图8）。

（6）锆石。锆石偶见，为岩石中的副矿物，粒径微小，单粒状分布在石英粒间，晶形较好（图8）。

（7）独居石。独居石偶见，为岩石中的副矿物，粒径微小，单粒碎粒状分布在岩石中，晶形差。

（8）磷灰石。磷灰石含量极微，为岩石中的副矿物，粒径微小，单晶粒状分布在岩石中，晶形好。

（9）不透明矿物。金属矿物含量甚微，常见钛铁矿，多呈微小他形粒状晶，星散状分布在透明矿物粒间；其次可见自形细柱状TiO2矿物，由于其粒径微小，光性特征不明显，显微镜下不易分辨其同质异象种类，可能为板钛矿或金红石（图9）。此外，偶见几颗磁黄铁矿晶粒（图10），呈浑圆粒状、星点状分布，粒径微小。

4 样品提纯前后主要化学成分对比

研究对2种有代表性的样品进行了提纯，并进行了主要化学成分分析，结果见表1。

从表1可知，样品由于成矿条件的差异，不同的样品SiO2含量和杂质种类有所不同，但SiO2含量均高于95%，可作为较高品质的石英原料。提纯后的石英精砂整体品质较高，SiO2含量均高于99.80%，提高显著，可作为玻璃工业用石英砂、球形二氧化硅微粉、熔融石英、电子及电器工业用二氧化硅微粉等加工的原料。

5 结语

（1）新疆某热液脉型石英岩的主要组成矿物为石英，主要呈他形粒状，边缘多呈波浪状镶嵌，表面干净，包裹体较少，SiO2含量高达95%以上，可作为较优质的石英原料，经过加工提纯，SiO2含量可提高至99%以上，可应用于玻璃工业、电子电器工业等。

（2）样品中杂质矿物主要为云母，部分样品中长石、黏土矿物含量稍高，电气石、钛铁矿、板钛矿、独居石、锆石、磷灰石等为岩石中含量甚微的副矿物，粒径微，但存在普遍。

（3）多期热液作用形成的石英粒径差异较大，晚期低温热液形成的微细粒石英集合体中常包裹微小杂质矿物，不利用高纯石英的提取。