我国脉石英资源现状分析

詹建华，王 依，陈正国，冯书文，陈军元

(1.中国建筑材料工业地质勘查中心安徽总队，安徽 合肥 230031；2.中国建筑材料工业地质勘查中心，北京 100035)

高纯石英广泛运用于光伏、电子信息、光通讯和电光源等行业，在节能环保、新一代信息技术、新能源、新材料等战略性新兴产业有着巨大的需求。目前，制备高纯石英砂的方法主要分为三大类：用含硅化合物(如SiCl4、CHSiCl3和Na2SiO3)化合而成，天然水晶粉磨而成，石英矿物深度提纯[1]。化学合成法的原料成本高、能耗大、产量低、工艺复杂、设备要求高，难以大规模工业应用[2]。国内一般选用天然水晶作为原料，经过精选提纯加工后制备高纯石英砂。但是，我国天然水晶矿产资源分布广泛，贫矿多，富矿少，资源储量极为有限，而且大多矿床规模小，多为洞采，开采技术条件一般为中等复杂—复杂。因此，采用其他石英矿物资源替代天然水晶具有非常重要的意义[3]。德国和俄罗斯采用脉石英替代水晶原料加工高纯石英砂取得了成功[4]，我国江苏东海的脉石英经加工提纯生产的高纯石英砂，应用于电光源、光伏、光纤和半导体等行业。应该说，与使用量很大的玻璃、陶瓷和铸造型砂等石英砂岩和石英岩矿床相比，脉石英矿床规模一般较小，开采难度较大，难以作为传统用途的工业岩石利用。但是，由于高纯石英价值高、绝对用量少，按照这一标准脉石英则成为新的大矿种。因此，有必要全面梳理建国以来脉石英找矿勘查成果，分析资源现状，总结其开发应用情况，研究地质找矿方向，为全面提升脉石英的工业价值及石英产业布局提供参考。

1 脉石英资源现状

脉石英是一种几乎全部是致密石英块体组成的脉体，白色、乳白色，多呈粒状结构，SiO2含量通常在98%左右。脉石英矿体呈不规则脉状，长度一般十几米至几百米，宽度一般为几米，厚度一般几米至几十米，一个矿区可由单条矿脉或多条矿脉组成，脉体倾角较陡[5]。矿床规模一般不大，但与天然水晶相比，其资源储量相对较丰富、开采条件较有优势。按照工业用途的不同，脉石英可分为玻璃用、冶金用和水泥配料用三个亚矿种，这三个亚矿种的矿石质量无严格差异，多以市场需求划分。我国脉石英矿产资源具有以下特点。

(1)矿产资源分布广泛，局部较为集中。

据《全国矿产资源储量通报》(2018 年)和全国地质资料馆馆藏资料统计可知，全国共发现脉石英矿产地354 处[6]，以玻璃用、冶金用矿产地为主，分别占比55%和43%。由于脉石英硬度大，一般只有严重缺硅质原料地区才使用脉石英作为水泥配料，故水泥配料用脉石英矿产地较少。

据统计，全国共有23 个省(区、市)有脉石英矿产地，分布广泛。其中，江西矿产地最多，达126 处，占比36%；次为福建，共76 处，占比22%；吉林32 处，占比9%；新疆、四川和辽宁各占比约5%；其他省份均几处(图1)。以大区划分，则华东地区脉石英矿产地分布数量占比63%，东北地区占比15%，其他地区相对较少。按照成矿区带统计，脉石英矿产地在江南隆起东段成矿带、武功山—杭州湾成矿带、小兴安岭—张广才岭成矿带、塔里木陆块北缘成矿带、西秦岭成矿带、东秦岭非金属成矿带等Ⅲ级成矿区带分布相对集中[7]。

图1 脉石英矿产地分布图

表1 主要大中型脉石英矿床特征

(2)矿床规模小，矿床少矿点多。

据统计，全国脉石英矿产地中矿点(资源量＜20万t)数量居多，占矿产地总数的74%；大型矿床仅1 处，中型矿床18 处，小型矿床58 处。其中，江西的矿点数量占比全省达93%，仅有中型2 处，小型7处；福建无大中型矿床，仅有小型矿床9 处，其他均为矿点。主要大中型矿床特征见表1。大中型矿床的矿体总体以脉状为主，一般由一条至几条脉组成，多数为同一空间范围内多条脉组成矿床，或者矿体仅为一条最大的脉体，但其周边石英脉十分发育，有无数条不同方向小规模脉体。矿床规模与矿体长度和厚度密切相关，脉体长度大、脉体宽厚则矿床规模大。从成因类型看，岩浆热液型矿床规模相对较大，大部分大中型矿床均为此类型，而变质热液型和火山热液型矿床规模一般不大，其他类型则未见中型矿床。全国脉石英保有资源量约1.63 亿t，其中，江西和海南保有资源量最多，各占全国总资源量15%左右。海南南蛇岭为国内探明规模最大的脉石英矿床，其保有资源量超2 000 万t[8]；四川和新疆各占10%左右；福建、安徽、陕西、内蒙古、辽宁等五省(区)各占5%左右，其他省(区)占比较少(图2)。

图2 脉石英资源量分布图

受矿床特征和矿种重要性的影响，脉石英矿地质勘查程度偏低，大多数矿床为普查工作程度，仅有13%矿床达到详查工作程度，极少数矿床开展过勘探地质工作。一般来说，脉石英矿床均为露天开采，由于其厚度不大、深部延伸矿体的开采难度较大，大中型矿床的开采技术条件相比小矿要简单，随着生态环境约束条件提高，地质勘查工作应该更要着重于规模较大或者脉体密集的工作对象。目前，我国脉石英矿产地开发利用程度偏高，已有73%的矿产地已开采或正在开采。

2 矿床成因类型与矿石质量

2.1 矿床成因类型

脉石英矿床以岩浆热液型、变质热液型和花岗伟晶岩型为多见，此外，火山热液型、碳酸盐岩型和砂岩型亦有分布。

脉石英矿石矿物组合简单，以石英为主，少量共伴生矿物存在于石英晶体中、结晶裂隙或晶面，包括有长石、云母、萤石、重晶石，电气石、蛭石、黝帘石、石榴石、方解石、阳起石、金红石、磷灰石、榍石、滑石等。共伴生矿物种类与脉石英矿床类型有关。花岗伟晶岩型成因的多共生钾长石、钠长石，如北京水泉沟、山西闻喜文家坡、吉林北沟、吉林团结等矿产地。福建和江西多处伟晶岩型脉石英均共生钾长石，其中大部分矿产地的主矿种为钾长石，脉石英为其共生矿产。热液型成因的多见萤石共生，比如福建大田张地、福建遂川桃坑、江西金溪芳源等矿产地，有时也见重晶石脉共生。碳酸盐岩型则多见方解石、水晶共生。一般来说，脉石英作为高纯石英原料时其共伴生矿物则视为矿物杂质，需要经过严格的选矿和加工提纯。含金、铅锌的石英脉因其含金、银、铜、钨和锡等金属元素并达到一定含量，严重影响矿石加工提纯，一般不作为高纯石英原料。此外，受后期地质作用影响，脉石英会产生波状效果、带状消光现象，以及构造裂隙和显微裂隙，所以不均匀现象不明显、裂隙少的脉石英更有潜力成为高纯石英原料[9]。

2.2 矿石质量

脉石英含硅量高于石英砂岩、石英岩和粉石英，且杂质元素含量相对少。最主要的杂质元素为铁，一般以四种化合物形式存在于脉石英中：①最常见的是含铁粘土矿物，这种较易选除，通过筛分或淘洗即可把铁除去；②第二种形式的铁存在于重矿物中；③第三种形式的铁以氧化物或氢氧化物薄膜附在石英颗粒的表面，选矿时需在水中擦洗，甚至在酸溶液擦洗才能除去；④第四种形式铁存在于石英晶格或流体包裹体中，此类形式铁比较难以除去[10]。脉石英中铁含量一般低于0.1%有利于高纯石英的加工提纯。其他杂质元素还包括Al、B、Li、K、Na、Ca、Mg、Ti、Mn、Cu、Cr、Ni 等，工 业上以石英砂中含有此13 种杂质元素总含量来划分矿产品等级[11]。一般来说，岩浆热液型和花岗伟晶岩型矿床矿石中Al 含量高于其他类型的；Ti 含量反映了矿物形成时的温度，变质热液型和花岗伟晶岩型矿床矿石中Ti 含量高于其他类型的。另外，还有气—液杂质，包括结构水(也称羟基)和流体包裹体。前者在高温条件下熔制的石英玻璃仍有大量的结构水不会从SiO2熔体中释放出来，最终形成石英玻璃的羟基杂质；后者较为均匀分布或沿解理、裂隙分布，最终形成石英玻璃的气泡缺陷和羟基杂质[11]。

脉石英中杂质元素含量高低与高纯石英砂质量不是简单的对应关系[12]，经过有效的选矿加工提纯后，其矿物组成和化学成分含量发生较大变化。比如，青海海西大头羊西沟脉石英矿石经半工业提纯试验，可将SiO2含量由原矿的97.02%提高到99.98%以上，杂质总量可控制在100μg/g 以内，白度可达94.8，产品达到电工级高纯硅微粉的工业要求，所提纯的石英砂可作为石英坩埚、石英玻璃管材等相关下游石英产品的原料[13]。海南澄迈南蛇岭矿石经筛分、分级、擦洗、弱磁选、强磁选、浮选、酸洗等试验，原矿石中SiO2、Al2O3、Fe2O3含量由99.18%、0.41%、0.091%提升至99.39%、0.30%、0.012%[14]。

3 资源潜力和找矿方向

近几年以来，随着战略性新兴产业在国民经济中地位逐步提高，中央和地方财政以需求为导向部署了一大批脉石英矿产资源调查评价工作，取得了较为丰富的成果。

(1)东西秦岭的丹凤—商南一带，发育在白云质灰岩、石英砂岩和燕山早期丹江钠长岩体中的脉石英成矿带。

(2)桐柏—大别造山带南段的麻田—英山一带“灵虬山式”脉石英，脉体走向延伸数百米，厚度数十厘米至二十余米。

(3)大别山东段的“白石山式”脉石英，主要分布在溪沸—菖蒲—田头及塘梨岩—灵山寨—团石湾共两条近北东向的成矿带，前带长约20km，宽约5km；后带长约12km，宽约4km[15]。

(4)苏鲁造山带南端的东海地区，脉石英主要沿南部、北部两条成矿带分布，南部成矿带长度25km、宽2.2km；北部成矿带长度41km、宽度小于6km。

(5)苏鲁造山带南端的临沂中北部地区，岩浆热液型、变质热液型和伟晶岩型脉石英均有发现。

(6)柴达木北缘的海西地区印支期花岗岩中广泛发育石英脉，脉体规模一般较大。

此外，在20 世纪60 ～70 年代，全国性的水晶找矿工作中发现一批脉石英型水晶矿，同样具有较好的脉石英找矿潜力。如贵州罗甸地区发育于砂岩内水晶—脉石英矿，以及桂西碳酸盐岩地区方解石脉型的水晶—脉石英矿等，不仅为脉石英新的成矿类型，而且为低温低盐度热液矿床，推测可能具备低羟基含量、少流体包裹体型脉石英，有利于加工提纯，且适用于电子级高纯石英原料。