天然石英的質(zhì)量評估

天然石英的主要成分為SiO2，屬三方晶系，有 α?C石英，β?C石英，α?C鱗石英，β1?C鱗石英，β2?C鱗石英，α?C方石英，β?C方石英，柯石英，斯石英等同質(zhì)多象變體。其中α?C石英在自然界分布較廣，是許多火成巖、沉積巖和變質(zhì)巖的主要造巖礦物。α?C石英，又是花崗偉晶巖脈和大多數(shù)熱液脈的主要礦物成分。在偉晶巖脈晶洞和變質(zhì)巖系中的石英脈內(nèi)，α?C石英，能形成結(jié)晶完好的晶體——水晶。    人類對石英的認(rèn)識和利用可謂由來已久，古人稱水晶為“千年之冰”，將其作為飾品和寶物。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，石英因具有優(yōu)越的性能在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。比如：水晶用來制作壓電元件、石英玻璃的原料等，應(yīng)用于電子、光學(xué)材料等行業(yè)；石英砂是玻璃、陶瓷、鑄造、耐火材料、冶金等行業(yè)的主要原料；石英粉是陶瓷、無堿玻璃纖維、電子塑封填料、耐火涂層、塑模涂層、高技術(shù)隱瓷等行業(yè)的主要原料。當(dāng)然，不同粒度的石英在磨料、涂料等行業(yè)也得到了廣泛的應(yīng)用。 1.石英的地質(zhì)產(chǎn)出類型    石英在各種地質(zhì)條件下都有產(chǎn)出，具有工業(yè)價(jià)值的礦床有海相沉積的石英砂礦、湖相沉積石英砂礦、風(fēng)成石英砂礦、變質(zhì)成因的石英巖礦、熱液成因的脈石英礦、巖漿分異形成的偉晶巖石英礦等。不同成因的石英質(zhì)量不同，應(yīng)用領(lǐng)域也不同。不同類型的石英礦床的地質(zhì)類型及應(yīng)用領(lǐng)域見表1。   表1    不同石英礦床的石英質(zhì)量及應(yīng)用領(lǐng)域
序 號 地質(zhì)成因 分類 產(chǎn)出特征 T=I/Io (高標(biāo)準(zhǔn)) KA1=Cal/C (高標(biāo)準(zhǔn)) ∑Me (PPm) ∑Mc (PPm)
1 內(nèi)生巖漿巖 偉晶巖 稀有金屬礦 47 79 519 29
2 內(nèi)生巖漿巖 偉晶巖 含水晶礦 69 75 499 12
3 內(nèi)生巖漿巖 偉晶巖 含水晶礦 34 72 292 21
4 內(nèi)生巖漿巖 熱液礦床（脈） 乳白色脈石英 3 54 409 33
5 內(nèi)生變質(zhì)巖 偉晶巖 含云母玻璃狀石英 41 65 228 15
6 內(nèi)生變質(zhì)巖 偉晶巖 顆粒（�；┦� 66 55 220 14
7 內(nèi)生變質(zhì)巖 偉晶巖 顆粒（�；┦� 68 53 215 12
8 內(nèi)生變質(zhì)巖 熱液石英脈 顆粒（�；┦� 65 16 91 8
9 內(nèi)生變質(zhì)巖 熱液石英脈 透明石英 72 30 42  
10 內(nèi)生變質(zhì)巖 熱液石英脈 再結(jié)晶乳白色石英 15 41 78  
11 內(nèi)生變質(zhì)巖 熱液石英脈 再結(jié)晶石英 32 42 75 5
12 內(nèi)生變質(zhì)巖 熱液石英脈 水晶礦 72 38 71 4
13 外生沉積巖 熱液石英脈 石英巖 12 40 970 47
14 外生沉積巖 再結(jié)晶石英巖 石英巖 33 48 600 81
15 外生沉積巖 砂  巖   6 41 9% 414
16 外生沉積巖 石英砂   3 43 4~3% 693

  序 號 地質(zhì)成因 分類 產(chǎn)出特征 用  途 產(chǎn)  地
1 內(nèi)生巖漿巖 偉晶巖 稀有金屬礦 光學(xué)玻璃 中國阿爾泰、芬蘭、阿根廷
2 內(nèi)生巖漿巖 偉晶巖 含水晶礦 壓電水晶 江蘇東海、馬達(dá)加斯加、巴西
3 內(nèi)生巖漿巖 偉晶巖 含水晶礦 熔煉石英 河北靈壽、安格拉
4 內(nèi)生巖漿巖 熱液礦床（脈） 乳白色脈石英 非均質(zhì)熔煉石英  
5 內(nèi)生變質(zhì)巖 偉晶巖 含云母玻璃狀石英 透明石英玻璃 印度、烏拉爾
6 內(nèi)生變質(zhì)巖 偉晶巖 顆粒（�；┦� 透明石英玻璃 烏拉爾
7 內(nèi)生變質(zhì)巖 偉晶巖 顆粒（�；┦� 透明石英玻璃 中烏拉爾、印度
8 內(nèi)生變質(zhì)巖 熱液石英脈 顆粒（粒化）石英 透明石英玻璃 烏拉爾
9 內(nèi)生變質(zhì)巖 熱液石英脈 透明石英 透明石英玻璃 烏拉爾、中亞
10 內(nèi)生變質(zhì)巖 熱液石英脈 再結(jié)晶乳白色石英    
11 內(nèi)生變質(zhì)巖 熱液石英脈 再結(jié)晶石英 熔練水晶 烏拉爾
12 內(nèi)生變質(zhì)巖 熱液石英脈 水晶礦 壓電水晶 馬達(dá)加斯加、巴西
13 外生沉積巖 熱液石英脈 石英巖 硅  鐵  
14 外生沉積巖 再結(jié)晶石英巖 石英巖 透明石英玻璃、 平板玻璃 烏拉爾、天山、安徽鳳陽
15 外生沉積巖 砂  巖   玻璃、陶瓷 德國、巴西
16 外生沉積巖 石英砂   多組分光學(xué)玻璃、 平板玻璃、鑄造 法國、比利時(shí)、海南文昌、福建東山
注：T-表示透光率、Kal-石英中的A1占原礦A1的百分?jǐn)?shù)，Me-金屬離子含量、Mc-著色離子含量   2.石英中的雜質(zhì)類型 石英作為一種天然產(chǎn)出的礦物原料，必然會與其它礦物共生，即使是水晶，因受成礦環(huán)境的影響，其中也支有一些雜質(zhì)。而以石英為原料的工業(yè)部門大都對石英中的雜質(zhì)含量和種類有一定的指標(biāo)要求。因此，研究天然石英所含的雜質(zhì)并將其有效地排除是十分重要的。通過多年的研究和實(shí)踐，我們將天然石英所含雜質(zhì)分為如下三類： 2.1礦物雜質(zhì) 這類雜質(zhì)系指與石英共生或在石英晶體中尺寸為0.1μm~10mm的固體包裹體，也可能是石英在變質(zhì)條件下重結(jié)晶時(shí)所形成的異礦物，存在于石英晶體中、結(jié)晶裂隙或晶面。    此類雜質(zhì)主要有：長石、云母、電氣石、黝簾石、綠簾石、石榴石、方解石、陽起石、金紅石、磷灰石、榍石、黃鐵礦、黃銅礦、赤鐵礦、滑石等，對玻璃工業(yè)而言，上述礦物有些在調(diào)溫時(shí)能釋放出氣體，有些熔融后能使玻璃著色。    2.2元素雜質(zhì)    此類雜質(zhì)系指在石英晶體中以離子形式存在的雜質(zhì)，其中能取代Si-O四面體中的Si而參與結(jié)晶的稱為結(jié)構(gòu)雜質(zhì)，如Al3+、Fe2+、Ti4+、Ge4+、B3+、P5+、As5+等，這些離子取代Si時(shí)伴有Na+、Li+、Ag+、Ca2+、K+、Cl-、F-等。而那些以機(jī)械混入、離子吸附或以單質(zhì)包裹體形成存在于石英晶體的雜質(zhì)稱為非結(jié)構(gòu)雜質(zhì)，如Cu2+、Pb2+、Mn2+、Fe3+、Cr3+、Au、C等。    2.3氣-液雜質(zhì)    此類雜質(zhì)系指以氣體、液體或氣液混合體形成存在于石英晶體中的雜質(zhì)。其存在形式主要有：    均勻分布或沿解理紋表面分布的原生和次生氣-液包裹體（0.1μm~10mm），其中所含物質(zhì)主要有H2O、CO2、CO、CxHyOH、H2、H2S、SO2、HCl、Cl2、F2、Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、F-、SO42-、HCO3-等；    以分子形式散布并溶解于石英結(jié)構(gòu)中的分子雜質(zhì)，如H2O、CO2、H2等；結(jié)構(gòu)氣體雜質(zhì)，如≡Si-OH、≡Si-H等。 3.石英原料的分選和提純    針對石英中所含的雜質(zhì)不同，我們可以采取不同的方法對其進(jìn)行選礦提純。見表2。   表2  石英原料的分選和提純
雜質(zhì)種類 分配原理 分選方法
礦物雜質(zhì) 根據(jù)礦物的顏色、比重、磁性、 電導(dǎo)率、表面性質(zhì) 光選、重選、磁選、 電選、浮選等
  結(jié)構(gòu)雜質(zhì) SiO2+HF→SiF4(H2SiF6)↑+H2O KAlSi3O8+HCl→KCl+AlCl3+SiO2nH2O CaCO3+HCl→CaCl2+CO2↑ SiO2nH2O+HF→SiF4↑H2O   酸洗、酸浸等
  氣液雜質(zhì) 氣體高溫膨脹及 α?C石英——→β?C石英（573℃） 石英的結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)可以成為擴(kuò)散通道   熱破碎、氯化煅燒等

    通過以上分析我們不難看出對一定的地質(zhì)條件下形成的石英礦床，只要通過必要的手段檢驗(yàn)出其中雜質(zhì)的類別和賦存狀態(tài)，不用做工業(yè)試驗(yàn)就能判斷該石英能應(yīng)用于哪些工業(yè)領(lǐng)域，并可推薦其加工流程。    天然石英是生產(chǎn)石英玻璃的原料，石英玻璃的質(zhì)量是由天然石英的質(zhì)量決定的。通過對天然石英中主要雜質(zhì)即：礦物雜質(zhì)、元素雜質(zhì)和氣-液雜質(zhì)研究，可以幫助我們在不做工業(yè)試驗(yàn)的前提下判斷天然石英的質(zhì)量從而確定其能束用于生產(chǎn)透明石英玻璃還是其他產(chǎn)品。 4.結(jié)論    1）不同地質(zhì)類型的石英質(zhì)量不同，不同的地質(zhì)作用對石英礦床的影響不同，對石英的品質(zhì)也有不同程度的影響。這些因素決定了石英的應(yīng)用領(lǐng)域。    2）石英中的雜質(zhì)主要以礦物雜質(zhì)、元素雜質(zhì)、和氣-液雜質(zhì)的形式存在，根據(jù)不同雜質(zhì)的不同性質(zhì)可采用選礦、酸浸和脫氣的辦法予以排除。    3）對一定的石英礦床，只要對其地質(zhì)類型、石英中的雜質(zhì)等因素進(jìn)行分析，就可以在不做工業(yè)試驗(yàn)的情況下對石英的質(zhì)量進(jìn)行評估，并推薦加工流程及產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。