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。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,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。

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。

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2000万t;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。

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。

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。

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。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。

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。

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,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。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%。

 

我国脉石英资源摸底