全球高纯石英原料矿的资源分布与开发情况

材料科学与工程技术

2021年6月23日 14:21

　　高纯石英指SiO₂纯度极高、杂质元素含量极低的石英及其产品，是半导体、光伏、光纤、精密光学、照明设备、新型玻璃等产业不可缺少的重要功能材料。严格而言，高纯石英不是一种矿产，而是由水晶、脉石英、石英岩、花岗伟晶岩等矿石作为原料经提纯后的一种产品，因此，将能够提纯生产高纯石英的矿床称为高纯石英原料矿更为适宜。

1、什么是高纯石英？

但是，由于不同产业需要不同质量的石英，使得高纯石英质量没有统一的标准。为评价高纯石英原料矿，国内外学者多年来努力寻找具有普适性的质量评价指标。

早期的研究认为，高纯石英的杂质含量应小于50×10^-6，即SiO₂纯度应大于99.995%。

我国学者认为SiO₂纯度大于99.9%的石英即为高纯石英。

挪威地质调查局汇总了该国高纯石英资源的测试数据，提出更详细的指标，要求在杂质总含量小于50×10^-6的前提下，Al含量应小于30×10^-6，Ti含量小于10×10^-6，Na和K含量均小于8×10^-6，Li、Ca含量均小于5×10^-6，Fe含量小于3×10^-6，P含量小于2×10^-6，B含量小于1×10^-6。

2014年，Flook根据市场产业需求，提出更可靠的质量指标，认为SiO₂纯度在99.95%、总杂质含量小于500×10^-6的石英即为高纯石英，纯度99.5%～99.8%的石英可满足半导体填料、光纤、液晶屏生产行业的要求，纯度小于99.5%的石英可用在透明玻璃行业。

近年来，新兴起的光伏玻璃、Low-E玻璃、超白浮法玻璃等新型玻璃产业，降低了SiO₂的纯度要求。

因此，综合这些指标体系，在考虑原料矿石质量、测试手段、现有提纯工艺和行业质量要求的情况下，将SiO₂纯度大于99.9%的石英视为高纯石英是合理的。

2、全球高纯石英原料矿的资源分布

根据现有资料，全球高纯石英原料矿床分布于美国、挪威、澳大利亚、俄罗斯、毛里塔尼亚、中国、加拿大等7个国家。除中国外，共有14处矿床，其中，有生产矿山的7处，尚未开采生产的7处。美国斯普鲁斯派恩（Spruce Pine）矿的高纯石英原料资源规模最大，超过1000万吨；资源量最小的是挪威德拉格（Drag）矿，仅有26.7万吨。

全球高纯石英原料矿的资源分布与开发情况的图1

全球高纯石英原料矿的资源分布与开发情况的图2

由于高纯石英原料矿床极为稀缺，21世纪初以来世界各国加大找矿勘查和矿石可利用性评价，发现了十多处高纯石英原料矿床，但尚未有对其进行综述性的研究。

我国硅质资源丰富，但大部分矿床被作为普通硅石矿，用于普通玻璃、石材、建筑用砂等。此外，由于缺少可利用性评价，从严格意义上我国没有专门生产高纯石英原料的矿山，每年需从他国进口大量高纯石英砂、原料矿石及高端石英制品。

3、全球高纯石英原料矿供应格局及发展建议

目前，全球经济增长乏力，迫切呼唤新科技革命，世界经济提振依赖于新能源、新材料等新型产业的发展。以半导体、光伏、光纤、新型玻璃等产业为代表的高端制造业，特别是5G产业的高速建设将需要纯度更高、产量更大的高纯石英砂及其制品。

（1）高纯石英原料及其产品的供应格局将发生深刻变化

目前，虽然美国斯普鲁斯派恩矿拥有独特的白岗岩型高纯石英原料矿，提供全球90%的高纯石英砂，矽比科公司也垄断了IOTA超纯石英的生产和销售，其他国家难以发现类似的矿床，但近年来各国加大勘查找矿力度，已发现10多处可用作高纯石英原料的矿床，生产99.9%～99.999%的低－中档高纯石英砂，逐渐打破斯普鲁斯派恩矿在高纯石英砂产业的垄断格局。

（2）高纯石英原料矿石类型多样，具有独特的成矿背景

高纯石英原料的矿石类型非常广泛，既有热液脉石英、白岗岩、伟晶岩型，也有花岗闪长岩的风化残积型矿石，更有长石云母矿尾矿、高岭土尾矿、金矿尾矿等尾矿型矿石。虽然矿石类型多样，但大部分高纯石英矿产于太古宙－元古宙黑云母片麻岩、花岗片麻岩、片岩等古老变质岩系中，受古生代－中生代花岗质岩浆活动控制，经历了长期而缓慢的变质过程，形成质量优异的高纯石英。

（3）对我国的启示

首先，在找矿方向上，应立足国内资源，大力加强对境内太古宙－元古宙变质岩系，特别是苏鲁－大别超高压变质带中纯度较高的玻璃用脉石英、伟晶岩、白岗岩的筛查梳理，加强地质调查和质量评价；同时，应关注花岗闪长岩、伟晶岩和高岭土矿开采后残留尾矿中的石英。在发现可用作高纯石英原料的矿石后，支持地勘单位和矿山企业及时跟进勘查，开展选矿实验，评估资源潜力，估算资源量。

其次，为保障新材料新能源等新型创新产业所需的高纯石英资源，我国应打破高纯石英砂进口渠道单一的境况，加大挪威、俄罗斯、澳大利亚等国高纯石英砂及产品的进口力度；此外，应支持鼓励国内矿山企业通过合作，开发毛里塔尼亚等国的高纯石英原料矿，拓展高纯石英的来源渠道，维护国家战略安全。

资料来源：《王九一.全球高纯石英原料矿的资源分布与开发现状[J].岩石矿物学杂志,2021,40(01):131-141》，由【粉体技术网】编辑整理，转载请注明出处！

全球高纯石英原料矿的资源分布与开发情况的图3