田 沖， 壽立永， 崔擁軍， 韓鵬飛， 楊聯(lián)濤

(中國建筑材料工業(yè)地質勘查中心 陜西總隊， 陜西 西安 710003)

高純石英是具有耐高溫性、耐腐蝕性、熱穩(wěn)定性、絕緣性、透光性等特性的非金屬礦物材料， 廣泛應用于半導體、光伏、電光源、航天航空等高端硅產(chǎn)業(yè)(汪靈， 2019)。高純石英原料為我國短缺礦產(chǎn)， 嚴重依賴進口(陳軍元等， 2021)， 因此急需取得找礦上的重大突破， 來滿足我國現(xiàn)代高新技術快速發(fā)展對高純石英的重大需求。

工業(yè)上應用的高純石英原料大致分為4類(Larsenetal., 2004； Mülleretal., 2007)： 天然水晶、偉晶巖(如美國北卡羅來納州Spruce Pine)、石英巖(如挪威北部藍晶石石英巖)和熱液脈石英。其中， 前3類石英產(chǎn)出地質條件特殊， 比較罕見， 因此我國將尋找和處理高純石英原料的重點放在熱液脈型上， 很多學者在熱液脈石英加工方面做了大量研究工作(汪靈等， 2013， 2014； 黨陳萍， 2014； 魏玉燕， 2015； 鐘樂樂， 2015； 雷紹民等， 2016； 吳逍， 2016； 張大虎， 2016； 熊康， 2017)， 認識到脈石英中雜質元素通常以雜質礦物、流體包裹體、晶格雜質3種形式存在(嚴奉林， 2009； 汪靈等， 2014)。評價脈石英是否可以作為高純石英原料以及其達到何種等級， 取決于石英的可提純性， 而可提純性決定于石英中雜質元素含量及雜質元素賦存狀態(tài)。因此， 從雜質元素的賦存狀態(tài)(定性)及其含量(定量)入手， 對脈石英進行全面的研究， 明確其可提純性能， 對準確把握高純石英找礦方向和評價其經(jīng)濟價值具有重要現(xiàn)實意義。

南秦嶺武當?shù)貕K西緣安康地區(qū)的志留系地層中廣泛發(fā)育強烈的劈理構造， 是多類含石英脈后生熱液銅、鉛、鋅、金等金屬礦床的控礦構造和容礦構造(寧紅輝等， 2016)， 同時這些劈理帶中也產(chǎn)出含極少量其他礦物的石英脈， 是潛在的高純石英原料資源。前人的研究對象主要集中在受這一構造面控制的石英脈型金屬礦床(李定遠等， 2008)， 目前該區(qū)熱液型脈石英高純石英原料研究尚屬空白。本次研究在安康地區(qū)石英脈中采集了3件代表性脈石英樣品， 通過顯微薄片、X射線衍射、陰極發(fā)光等手段對3件脈石英樣品的礦物學特征進行了研究， 通過提純實驗， 評價樣品提純后達到高純石英的質量要求， 并根據(jù)提純前后雜質元素含量的變化， 從雜質元素含量與賦存狀態(tài)兩個方面分析了該區(qū)高純石英原料特征， 明確了該區(qū)高純石英原料找礦方向， 這對今后該區(qū)高純石英原料地質找礦具有重要參考價值。

1 地質背景

秦嶺造山帶以商丹斷裂為界分為北秦嶺與南秦嶺， 研究區(qū)位于商丹斷裂以南， 安康斷裂以北， 屬于南秦嶺地區(qū)(圖1)， 基底為武當巖群與耀嶺河群變基性火山巖、變酸性火山巖等， 沉積蓋層中的志留系梅子埡組是研究區(qū)的主體地層， 其經(jīng)歷了中元古代至青白口紀晚前寒武紀褶皺基底形成、南華紀至志留紀華南板塊北部陸緣裂陷-裂谷盆地形成和發(fā)展的演化階段， 同時經(jīng)歷了中元古代末-晚元古代初的晉寧期造山事件的區(qū)域變形變質作用改造以及印支造山期變形作用的構造改造， 形成一系列軸向北東-南西向的褶皺，并形成具有不同類型斷裂的復雜構造格局。

圖1 南秦嶺地區(qū)區(qū)域大地構造位置圖(a)和區(qū)域地質圖(b) [據(jù)徐林剛等(2021)修改]

研究區(qū)內韓家溝、李家溝脈石英礦點韌性剪切帶和順層斷層發(fā)育， 走向近東西。韌性剪切帶為主要容礦構造， 主要表現(xiàn)為拉伸線理、劈理發(fā)育， 脈石英與圍巖順層同步褶曲。石英脈體一般分布較廣， 常由幾條脈體組成一個脈巖帶，單脈寬0.50～3.57 m， 長數(shù)十米至數(shù)百米， 圍巖接觸界線清楚， 有穿插切割現(xiàn)象， 局部見后期石英脈沿劈理、節(jié)理充填(圖2)， 具斜交層理。

圖2 韓家溝(a)、李家溝(b)脈石英野外露頭圖

興坪脈石英礦區(qū)內地質構造較為簡單， 較大褶皺不甚發(fā)育， 構造線總體方向呈北西向， 區(qū)內地層整體呈一單斜構造。區(qū)內常見一些層間構造裂隙， 整體呈北西西-南東東向展布， 帶內充填有斷層泥、炭質及小型石英脈體， 對礦體穩(wěn)定性基本無影響。脈石英出露于礦區(qū)西北部獅子背梁一帶， 礦體呈透鏡狀產(chǎn)于炭質千枚巖中， 呈北東-南西向展布， 礦體走向長度約260 m， 厚度11.02～24.66 m， 較穩(wěn)定， 平均厚度19.20 m。礦體巖性均勻， 僅含少量夾石。

2 樣品分析方法與提純試驗

測試樣品采自韓家溝、李家溝、興坪3處脈石英礦體， 均采集于規(guī)模最大的單脈體， 分別編號為AK200、AK201、AK202。采樣位置均在探槽工程底壁縫合線附近， 利用樣袋包裹地質錘進行取樣， 保證了樣品新鮮無污染， 挑選其中具有普遍代表性的塊狀樣品進行分析測試。3處取樣點間隔較遠， 客觀反映了南秦嶺武當隆起西緣高純度脈石英質量特征。

2.1 巖相學觀察與組分分析

樣品的前期處理在首鋼地質勘查院實驗室完成， 其中樣品的破碎篩分采用剛玉鄂破機進行， 進一步避免制樣過程混入雜質。

在中國地質科學院地質所進行鏡下的石英薄片巖相學觀察與靶區(qū)挑選， 顯微鏡型號為徠卡DM750P； 陰極發(fā)光薄片觀察在中國石油勘探開發(fā)研究院采用美國RELIOTRON陰極發(fā)光儀完成， 執(zhí)行巖石樣品陰極發(fā)光鑒定方法SY/T5916-2013標準， 在常溫常壓下測試。

本次X射線衍射分析由南京大學內生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室完成， 采用德國布魯克(Bruker)公司生產(chǎn)的D8 Advance型X射線衍射儀， 測試條件為陶瓷Cu靶， 管壓40 kV， 電流40 mA， 光源段狹縫0.6 mm加2.5°索拉狹縫， 樣品臺防散射狹縫為自動模式， 轉速15 r/min， 探測器段狹縫是2.5°索拉狹縫， 連續(xù)掃描模式， 等效步進角0.02°， 計數(shù)時間0.3″。測試數(shù)據(jù)運用MDI Jade6.5軟件進行處理、分析及成圖。

提純前后雜質元素含量的檢測在成都理工大學的美國PE公司型號Avio 500電感耦合等離子發(fā)射光譜儀(ICP-OES)上完成， 實驗數(shù)據(jù)檢測采用挪威The Quartz Corp生產(chǎn)的4N8高純石英砂進行同步對比， 放射性元素檢測使用美國PE公司ELAN DRC-e型電感耦合等離子發(fā)射質譜儀(ICP-MS)完成。

2.2 提純實驗

雜質含量檢測及提純加工委托成都理工大學汪靈教授團隊采用其發(fā)明專利方法(汪靈等， 2012)進行，提純流程： ① 粗碎與篩分，將脈石英原料破碎至約30 mm，再篩分為5～30 mm； ② 清洗與手選，去除雜物及含雜質物料； ③ 一次焙燒水淬，將物料在1 000℃焙燒0.5～2 h后迅速在室溫蒸餾水中水淬； ④ 烘干與細碎，破碎至約40目； ⑤ 二次焙燒水淬，將物料在650℃焙燒1～3 h后迅速在室溫蒸餾水中水淬； ⑥ 烘干與篩分，篩分為40～70、70～140和140目； ⑦ 酸浸提純，酸浸試劑為HCl+H2SO4+HF， HCl和H2SO4濃度為10%～30%， HF濃度為5%，固液比1∶2， 溫度60～150℃，時間2～6 h； ⑧ 清洗，將物料用普通蒸餾水清洗2次，純凈水清洗1～2次； ⑨ 烘干。

3 結果

3.1 巖相學特征

AK200樣品手標本呈致密塊狀， 肉眼觀察局部表面有淡黃褐色鐵銹， 石英為乳白色、白色， 透明-半透明， 具油脂光澤(圖3a)； 薄片中石英無色透明-半透明， 表面混濁， 有裂隙大量發(fā)育， 其內含有方解石以及黑色雜質， 推測為含鐵礦物雜質(圖3b)。在正交偏光下可見波狀消光和重結晶現(xiàn)象， 重結晶顆粒光性方位一致， 顆粒邊界模糊， 發(fā)生明顯重結晶現(xiàn)象， 僅可見少量殘余顆粒， 粒徑為0.2～2 mm(圖3c)。

AK201樣品手標本呈致密塊狀， 肉眼觀察下未見其他雜質礦物， 石英呈顏色較淺的煙灰色、乳白色， 透明-半透明(圖3d)； 薄片中石英無色透明， 表面比較混濁， 存在少量微裂紋(圖3e)。在正交偏光下可見波狀消光， 石英晶體粒徑較大， 與手標本觀察結果相同， 光性方位近乎一致， 顆粒邊界比較模糊， 晶界平直， 多呈直線狀(圖3f)。

AK202樣品手標本呈致密塊狀， 肉眼觀察下未見其他雜質礦物， 石英呈白色弱透明狀， 局部半透明， 斷口具油脂光澤(圖3g)； 薄片中石英無色透明，表面裂隙不發(fā)育， 肉眼觀察無明顯其他礦物， 見少量微裂隙發(fā)育， 呈交叉狀(圖3h)。在正交偏光下， 具全消光， 顆粒邊界比較清楚， 多呈直線狀、鋸齒狀， 石英質地純凈， 表面平整光滑， 石英顆粒內部幾乎沒有其他雜質礦物(圖3i)。

圖3 南秦嶺安康地區(qū)脈石英顯微特征對比圖

在陰極射線下， AK200樣品中石英顆粒大部分區(qū)域發(fā)暗紫色光， 表現(xiàn)為石英的本征光， 另有少許呈星點狀分布的橙黃色光， 可能為雜質礦物方解石(圖4a)。AK201樣品隱約可見定向的變形紋， 可能為早期構造應力作用形成， X型節(jié)理裂隙中有發(fā)亮藍色光成分， 應該是雜質礦物鉀長石以及Ti4+和[AlO4/M+]的暗藍紫色特征光(G?tzeetal., 2001)， 其余部分都表現(xiàn)為石英的本征光(圖4b)。AK202樣品內部較純凈， 幾乎沒有出現(xiàn)星染狀和環(huán)帶結構等陰極發(fā)光現(xiàn)象， 在石英顆粒晶界邊緣發(fā)暗藍紫色特征光(圖4c)， 說明這些明亮的發(fā)光區(qū)域可能包含有Ti4+和[AlO4/M+]。

圖4 南秦嶺安康地區(qū)脈石英陰極發(fā)光特征對比圖

3.2 XRD分析結果

3個脈石英樣品的XRD圖譜中衍射峰型均很尖銳(圖5a、5b、5c)， 峰位均與標準卡片PDF33-1161(圖5d)吻合良好， 表明石英的結晶程度高。除石英主要峰型外， 還有一些微弱的白云母等雜質礦物的衍射峰。 根據(jù)標準卡片對衍射圖譜進行擬合精修， 得到晶胞參數(shù)結果見表1。

圖5 南秦嶺安康地區(qū)脈石英X衍射特征對比圖

表1 南秦嶺安康地區(qū)脈石英晶胞參數(shù)數(shù)據(jù)表

由表1可見， AK200、AK201、AK202樣品a軸長分別為0.491 58、0.491 52和0.491 41 nm， 均大于標準卡片。AK200、AK201樣品c軸長分別為0.540 70和0.540 71 nm， 大于標準卡片， AK202樣品c軸長為0.540 50 nm， 小于標準卡片。AK200、AK201樣品晶胞體積分別為0.113 16 nm3和0.113 13 nm3，略大于標準卡片；AK202樣品晶胞體積為0.113 04 nm3， 接近于標準卡片PDF33-1161(a0為4.913 4 nm，c0為5.405 3 nm， 晶胞體積為0.113 nm3)。3件樣品的晶胞體積參數(shù)接近于標準卡片數(shù)據(jù)表明樣品質量較好， 晶體結構內部類質同像替換較少(Cohen and Sunmer,1958； 曹燁等， 2010)。

3.3 流體包裹體特征

AK200樣品中發(fā)育有大量的氣液包裹體， 主要是原生包裹體， 成群密集分布， 由于該樣品發(fā)生了明顯的重結晶現(xiàn)象， 可推測其氣液包裹體主要是在重結晶過程中形成的。 包裹體相態(tài)主要為氣液兩相， 呈橢圓狀、長條狀、不規(guī)則狀等， 大小在5 μm × 5 μm～12 μm × 13 μm之間(圖6a、6b)。32個包裹體測溫結果顯示， 均一溫度在118.3～370.3℃之間， 集中在290～299℃之間，冰點溫度在-9.2～-1.4℃之間，根據(jù)冰點溫度計算出鹽度在2.4%～13.1%之間， 相對集中在5.0%以上， 總體屬于中高溫-中低鹽度流體。

AK201樣品中的氣液包裹體沿愈合裂隙呈條帶狀或成群分布， 多為次生包裹體， 相態(tài)主要為氣液兩相和純液相， 形態(tài)為長條狀、橢圓狀、不規(guī)則狀等， 大小一般在5 μm × 7 μm ～10 μm × 14 μm之間(圖6c、6d)， 30個包裹體測量結果顯示， 均一溫度在152.4～258.6℃之間(存在少量亞穩(wěn)態(tài)的包裹體， 導致部分均一溫度數(shù)據(jù)偏小)， 集中在240～259℃之間， 冰點溫度在-9.8～-1.9℃之間， 根據(jù)冰點溫度計算出鹽度在3.2%～13.7%之間， 相對集中在5.0%以上， 總體屬于中溫-中低鹽度流體。

AK202樣品中的氣液包裹體主要是次生包裹體(氣液比10%～25%)， 沿愈合裂隙呈條帶狀分布， 在本視域下， 可見少量呈橢圓狀、長柱狀、不規(guī)則狀、負晶形等包裹體分布， 大小一般在6 μm × 8 μm ～12 μm × 26 μm之間， 但大多視域下不可見(圖6e、6f)， 30個包裹體測量結果顯示， 均一溫度在144.3～273.5℃之間， 集中在210～249℃之間， 冰點溫度在-8.3～ -0.5℃之間， 根據(jù)冰點溫度計算出鹽度在0.9%～12.0%之間， 相對集中在5.0%～7.9%之間， 總體屬于中溫-低鹽度流體。

圖6 南秦嶺安康地區(qū)脈石英流體包裹體特征對比圖

3.4 提純實驗結果

提純前后樣品痕量雜質元素ICP-OES檢測結果見表2。由表2可以看出， AK200樣品中13種痕量雜質元素含量由原礦的85.255×10-6降低至提純后的68.884×10-6， 痕量雜質元素降低了19.20%， SiO2純度由原礦的99.991 47%提升到99.993 11%； AK201樣品中13種痕量雜質元素含量由原礦的33.064×10-6降低至23.422×10-6， 痕量雜質元素降低了29.16%， SiO2純度由原礦的99.996 69%提升到99.997 66%； AK202樣品中13種痕量雜質元素含量由原礦的37.023×10-6降低至14.227×10-6， 痕量雜質元素降低了61.57%， SiO2純度由原礦的99.996 30%提升到99.998 58%。

表2 南秦嶺安康地區(qū)脈石英痕量雜質元素ICP-OES檢測結果

表3是提純后樣品放射性元素的ICP-MS檢測結果， 從中可以看出， 樣品AK200中放射性元素232Th和238U含量分別由原礦的2.165 61×10-9和2.423 18×10-9降低至0.484 07×10-9和0.610 29×10-9， 樣品AK201中放射性元素232Th和238U含量分別由原礦的4.326 38×10-9和1.492 03×10-9降低至0.342 10×10-9和0.467 45×10-9， AK202樣品中放射性元素232Th和238U含量分別由原礦的4.370 86×10-9和3.447 93×10-9降低至0.095 79×10-9和0.127 25×10-9。

表3 南秦嶺安康地區(qū)脈石英提純加工樣品放射性元素的ICP-MS檢測結果 wB/10-9

高純石英應用領域廣泛， 目前并沒有統(tǒng)一的質量標準， 自然界天然存在的石英礦物原料含有較多的雜質， 一般都需要進行提純加工才能滿足高純石英標準。我國學者認為高純石英是SiO2純度大于99.9%的石英系列產(chǎn)品的總稱， 根據(jù)高純石英原料提純加工效果， 將其分為與高純石英產(chǎn)品等級相對應的4個等級(汪靈， 2021)。通常Al、B、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Na、Ni、Ti等13種雜質元素的含量在一定程度上直接影響著高純石英原料的質量優(yōu)劣， 但卻不是簡單的線性對應關系。

根據(jù)高純石英的產(chǎn)品分類和礦石原料品質要求， 本次實驗AK200樣品的礦石品質為高純石英中等原料， 可加工SiO2純度>99.99%(4N)的高純石英中端產(chǎn)品； AK201樣品的礦石品質為高純石英上等原料， 可加工SiO2純度>99.995%(4N5)的高純石英中高端產(chǎn)品； AK202樣品的礦石品質為高純石英優(yōu)質原料， 可加工SiO2純度≥99.998%(4N8)的高純石英高端產(chǎn)品。根據(jù)對硅微粉高端產(chǎn)品放射性元素的質量要求， 即Th<3×10-9， U<1×10-9， 這3件樣品的232Th和238U含量均符合硅微粉放射性質量要求。

4 討論

4.1 雜質礦物因素

高純石英原料質量一般由結構構造、顏色、透明度、裂隙大小、消光現(xiàn)象等表征， 優(yōu)質高純石英原料多為乳白色塊狀， 礦物組成單一， 幾乎全部由石英組成， 光澤度高， 晶粒完整且結晶度較好， 表面干凈， 幾乎沒有可以充填雜質的大構造裂隙(王云月等， 2021)。

本次3個樣品在偏光顯微鏡下可觀測到裂隙， AK200樣品薄片裂隙較多， 同時可觀測到裂隙中充填有較多的方解石以及鐵質礦物， 與其提純前后ICP-OES結果相吻合(Ca、Fe元素的降低)， AK201、AK202樣品肉眼幾乎不可見其他雜質礦物； 根據(jù)X射線衍射反映的白云母物相， 結合提純前后ICP-OES檢測結果(Al元素的大量減少)， 推斷3個樣品中都可能含有少量的雜質礦物白云母。經(jīng)過提純實驗， 雜質礦物均可較好地去除， 總體對AK200、AK201、AK202樣品的質量影響較小。

4.2 流體包裹體因素

流體包裹體的數(shù)量、大小、分布狀態(tài)、成分組成、形態(tài)特征等是影響高純石英原料質量的重要因素。優(yōu)質的高純石英原料中流體包裹體一般數(shù)量少、體積大、分布范圍小， 在高溫高壓下易于爆裂粉碎， 有利于提純(Mülleretal., 2012)。

3個樣品提純前均不同程度地含有氣液包裹體， 其成分主要為H2O和CO2， 均一溫度為118.3～370.3℃， 鹽度為0.9%～13.7%， 具有較為明顯的變質熱液特征。經(jīng)過破碎、焙燒水淬等方法提純之后， 與挪威4N8高純石英產(chǎn)品NC4AF(圖7a)相比較可以看出， 提純后樣品中的氣液包裹體仍然較多(圖7b、7c、7d)， 少數(shù)石英顆粒中氣液包裹體比較集中。氣液包裹體通常含有大量的水鹽溶液， 是Na、K、Ca、Mg等堿性雜質元素的重要來源(Hausetal.， 2012； 田青越， 2017)， 當溫度降低時會析出石鹽、鉀鹽等礦物。AK200樣品中含有大量氣液包裹體， 提純前后Na、K元素減少量極為有限， 提純后的Na、K元素含量為53.054×10-6， 占總雜質含量的77.02%， 可以判斷出該樣品中氣液包裹體中可能以含Na、K元素為主， 是影響石英質量的主要因素。AK201、AK202樣品也表現(xiàn)同樣的特征， 雖然Na、K元素含量相較AK200樣品低， 但是提純前后并沒有發(fā)生明顯的降低， 煅燒(1 000℃)水淬前后氣液包裹體的數(shù)量同樣沒有發(fā)生較為明顯的降低， 提純后的Na、K元素含量分別為9.181×10-6、5.77×10-6， 分別占總雜質含量的39.20%、40.56%，因此判斷， 氣液包裹體是影響AK200、AK201、AK202樣品質量的重要因素。

圖7 南秦嶺安康地區(qū)脈石英提純石英砂樣的顯微照片(單偏光)

4.3 晶格雜質因素

高純石英原料的質量通常受石英晶格中類質同像替換的影響， 但在實際提純過程中， 對晶格雜質的去除較為困難。通過對石英晶胞參數(shù)的測定可以反映類質同像替換發(fā)生的程度大小， 其值越大表明發(fā)生類質同像替換現(xiàn)象越明顯(曹燁等， 2010； 馬超等， 2019)。天然形成的石英會有不同雜質元素進入石英晶格當中， 在陰極射線下， 會表現(xiàn)出不同的顏色， 雜質少的石英內部幾乎不發(fā)光或者暗發(fā)光(崔源遠等， 2021)。結合晶胞參數(shù)值以及陰極發(fā)光結果， 可以對石英中的晶格雜質有一定的認識。

AK200、AK201、AK202樣品的晶胞體積分別為0.113 16、0.113 13 和0.113 04 nm3， 均略大于標準卡片PDF33-1161， AK202樣品的晶胞參數(shù)更接近標準卡片參數(shù)。在陰極發(fā)光下， AK202樣品大部分區(qū)域幾乎不發(fā)光， 發(fā)生類質同像替換現(xiàn)象不明顯， 僅在晶界邊緣位置出現(xiàn)Al3+、Ti4+元素的藍紫色特征光， 結合其提純前后Al、Ti元素含量下降明顯， 說明這兩種元素大部分以雜質礦物的形式存在， 而非晶格雜質， 因此相對較容易去除。AK200、AK201樣品由于裂隙的發(fā)育， 在陰極發(fā)光下， 裂隙中多表現(xiàn)為雜質礦物的特征光， 不易觀察到其他元素類質同象替換Si元素所致的特征光， 結合其提純前后Al、Ti元素含量無明顯下降， 說明這兩種元素可能以晶格雜質的形式存在， 同時考慮到置換過程中為了保持電價平衡(Al3+→Si4+)， 還會在原子間引入部分Na+、K+等電價補償離子(Weil， 1984； Nesbitt and Young, 1984； G?tze， 2009； 陳小丹等， 2011)， 也會存在部分Na+、K+以晶格雜質元素的形式存在， 這也是本地區(qū)Na、K雜質元素含量高的原因之一。

總體來看， 晶格雜質是影響AK200、AK201、AK202樣品質量的次要因素。結合3個樣品對比， 推斷更多的裂隙會充填更多的雜質， 如方解石、赤鐵礦、云母等， 在構造應力的影響下， 也會進一步進入到石英晶格中， 從而增加雜質去除的難度， 影響石英原料的質量。

4.4 指示意義

前人在研究高純石英原料(阿爾泰地區(qū)花崗偉晶巖)時認為成礦圍巖、微量元素、稀土元素、Eu異常等特征都可以作為判別高純石英的標志(張曄等， 2010)。石英結晶時的流體性質和結晶后的后期改造也會影響高純石英原料的質量。美國Spruce Pine地區(qū)的偉晶巖石英礦物中雜質含量少， 很大程度上得益于高度分異演化的巖漿， 使其所含雜質礦物相對較少(楊曉勇等， 2021)； 挪威的藍晶石石英巖則是受后期重結晶的影響， 石英晶格發(fā)生恢復， 雜質元素向晶界進行遷移而形成的一種“自我凈化”(Mülleretal., 2005)， 使得石英晶格中的雜質元素含量降低。成礦背景同樣也是影響高純石英原料質量的因素之一， 全球范圍內高純石英礦產(chǎn)大多產(chǎn)于太古宙-元古宙黑云母片麻巖、花崗片麻巖、片巖等古老變質巖系中， 成礦物質來源受古生代-中生代花崗質巖漿活動控制， 經(jīng)歷了長期而緩慢的變質過程， 最后形成質量優(yōu)異的高純石英(王九一， 2021)。南秦嶺安康地區(qū)強烈的巖漿活動及構造運動為變質作用提供熱源， 使得含水的火成巖和基底原巖釋放出大量的水而形成變質熱液(顏玲亞等， 2020)， 受溫壓條件變化的影響， 過飽和的SiO2沿次級斷裂、裂隙節(jié)理面及構造滑脫面充填形成脈石英礦。在400～500℃的高溫條件下形成的脈石英透明度高， 含氣液包裹體相對較少(田青越， 2017)， 南秦嶺安康地區(qū)脈石英質量可能受其中高溫(均一溫度， 即礦物形成溫度的下限多在250℃以上)成礦溫度影響； 也可能與該地區(qū)板塊折返引起的重結晶和退變質有關(秦江鋒， 2010)， 使得石英內部雜質元素向晶界進行遷移， 形成該地區(qū)高純度的脈石英礦。

5 結論

(1) 安康韓家溝、李家溝、興坪等地AK200、AK201、AK202脈石英樣品經(jīng)提純SiO2含量分別可達99.993 11%、99.997 66%、99.998 58%， 達到高純石英原料質量要求。其中AK202樣品的礦石品質為高純石英優(yōu)質原料， 可加工SiO2純度≥99.998%(4N8)的高純石英高端產(chǎn)品。

(2) 雜質礦物、流體包裹體、晶格雜質等因素對安康地區(qū)脈石英質量均產(chǎn)生不同程度影響， 其中流體包裹體為主要影響因素(多含Na、K元素)， 晶格雜質次之(Al、Ti、Na、K元素)， 雜質礦物影響最小。

(3) 南秦嶺武當隆起西緣安康地區(qū)具備高純石英原料產(chǎn)出的成礦地質條件， 同時安康韓家溝、李家溝、興坪等地的脈石英提純結果表明該區(qū)具有較好的高純石英原料找礦前景。

致謝本文樣品的前期處理和測試工作得到了中國地質科學院地質研究所宋玉財研究員、莊亮亮博士的大力幫助， 石英提純工作得到了汪靈教授團隊的幫助與指導， 在此表示感謝！同時， 衷心感謝兩位匿名審稿人給出的寶貴意見！