凤阳石英岩的矿物禀赋与杂质赋存资源禀赋与矿床特征

图1  石英岩矿石照片

安徽省累计查明玻璃用石英岩资源储量超过100亿吨，占全国总资源储量的30.33%；凤阳县石英资源矿床分布面积超过80平方公里，集中分布在大庙一带，已形成规模化石英砂加工区。^[1]

分矿段化学分析显示，牛牧岭矿区茨角山矿段玻璃用石英岩SiO2含量93.76%～99.72%、平均98.10%，TiO2含量0.018%～0.061%；石门山矿区东矿段冶金用石英岩主要化学成分平均含量为SiO2 98.08%、Al2O3 0.71%；牛牧岭整合矿区玻璃用石英岩矿保有资源量404.50万吨，属中型矿床规模，SiO2含量约98.60%。^[8][9][10]

可以看出，凤阳不同矿段石英岩SiO2含量存在明显波动，杂质以Al、Fe、Ti为主，资源禀赋呈“总体中等、局部优质”的分布特征。

矿物组成与杂质赋存

工艺矿物学研究显示，凤阳某石英岩矿原矿中主要矿物为石英和白云母，石英约占98%、白云母约占2%，零星见金红石、长石，石英颗粒内发育气液两相流体包裹体，大小为2～10微米。^[1]

凤阳鹰鼻咀石英岩主要由石英组成，杂质矿物以细小片状白云母及细粒金红石为主，含少量磁铁矿和锆石，石英中主要存在沿微裂隙发育的次生流体包裹体。^[2]

从杂质赋存形式看，凤阳石英岩的杂质可分为两大类：一是以金红石、铁氧化物、云母、长石等独立矿物相存在的粒间杂质，可通过擦洗、磁选、浮选等物理分选去除；二是以Al³⁺置换晶格中Si⁴⁺为主的晶格取代杂质，并伴随K、Na等电荷补偿离子，这类杂质嵌入石英晶体骨架，常规物理分选与普通酸浸均难以有效去除，是决定提纯上限的关键瓶颈。

原料优缺点小结

综合来看，凤阳变质石英岩的优势在于矿体规模大、资源储量充足、开采成本低，石英颗粒重结晶程度中等，适合大规模连续化选矿生产；其短板则集中在原生晶格Al本底偏高、微细粒金红石与铁氧化物包裹体较丰富、流体包裹体含量高于优质脉石英等方面。这些先天属性决定了凤阳石英岩难以直接对标高端脉石英与花岗伟晶岩石英，而更适宜定位为中高端高纯石英的补充原料。

主流提纯技术解析工艺链概述

针对凤阳变质石英岩杂质的赋存特点，行业普遍采用“物理分选—化学提纯—外场强化”的阶梯式提纯路线：先通过破碎、擦洗、磁选、浮选等物理手段去除表面与独立矿物杂质，再以焙烧—酸浸等化学手段处理裂隙与包裹体杂质，最后视纯度目标选择氯化焙烧、水热重结晶等深度提纯工序。各工艺的去除对象、技术上限与成本差异显著，见表1。^[4]

表1  凤阳变质石英岩主要提纯工艺对比

凤阳石英岩提纯工艺案例

对安徽凤阳某石英岩矿开展系统提纯试验，最终确定的最佳工艺为“四段磁选—八段擦洗—三段水洗—二段浮选—焙烧—水淬—酸浸”，其中磁选最优磁感应强度为1.7 T。提纯后石英砂SiO₂含量由原矿99.6423%提升至99.9929%，总杂质含量由3577.11 μg/g降至71.16 μg/g，达到中端高纯石英砂标准。^[1]

对凤阳鹰鼻咀石英岩开展煅烧水淬、重选、磁选、浮选、酸浸及氯化焙烧等深度提纯，获得纯白色石英砂，SiO₂含量达99.995%，总微量元素含量为49.15×10-6，达到4N5级中高端高纯石英砂水平；但残留的晶格Al、Ti及微细流体包裹体、细粒金红石包裹体仍制约其在更高端产品中的应用。^[2]

图2  凤阳某石英岩矿提纯前后主要杂质元素含量对比（数据来源：靳晨杰等，2025）

前沿强化工艺与工程化现状

水热温差重结晶、超临界流体提纯等外场强化工艺是近年来高纯石英研究的热点，前者可针对性地将晶格Al与流体包裹体随母液分离，后者可高效破除闭合纳米包裹体并降低酸耗。但从工程化角度看，两类工艺仍以实验室研究和小试为主，高压设备造价高、单批次产能低、连续化装备不成熟，成本尚难以与传统选矿—氯化路线竞争，规模化放大是当前的主要瓶颈。^[5]

高纯石英分级与下游应用分级定义

根据国内高纯石英产品生产及应用情况，按SiO₂纯度可将高纯石英分为四个等级：高端产品SiO2≥99.998%（4N8）、中高端产品SiO2≥99.995%（4N5）、中端产品SiO₂≥99.99%（4N）、低端产品SiO2≥99.9%（3N）。^[3]

在工程管控上，4N8级高纯石英砂的杂质元素总量要求小于20 μg/g，行业多参考美国尤尼明公司的高纯石英评价标准，对Li、B、Na、Mg、Al、P、K、Ca、Ti、Fe等十余项痕量元素进行总量与单项双重控制。^[6]

表2  高纯石英砂分级指标与下游应用

下游应用匹配

表3  凤阳石英岩产品定位与下游应用匹配

结合凤阳石英岩的原料特性，其最现实的落地产品方向为光伏低铁砂与坩埚外层砂；向坩埚内层砂、石英砣等中高端产品拓展需要深度提纯，成本明显抬升；而半导体级（4N8及以上）产品受原生晶格Al限制，目前尚无基于凤阳变质石英岩的公开量产案例。

产业现状与技术挑战产业现状

凤阳本地聚集了大量石英加工企业，以本地变质石英岩为原料，主力生产3N～4N级中低端石英砂，主要供给光伏低铁砂、玻璃等领域。国内头部高纯石英企业的高端产品，原料仍优先选用脉石英与花岗伟晶岩石英，凤阳变质石英岩多作为中低端产品线的原料补充。

图3  凤阳福莱特公司的光伏低铁砂生产线石英砂仓库

技术卡点：工程化难题与实验室方向

从工程实践看，凤阳石英岩路线面临四个主要难题：一是微细粒金红石包裹体嵌布极细，常规磁选、浮选难以完全脱除，是Ti杂质超标的主要来源；二是晶格Al属于晶体骨架杂质，常规焙烧—酸浸无法去除，构成纯度天然上限；三是含氟混酸浸出产生大量危废，环保处置成本高，制约扩产；四是流体包裹体残留影响石英玻璃高温发泡性能与紫外透过率。

与之对应的实验室研究方向包括：超声、微波等外场辅助预处理以解离微细包裹体；水热温差重结晶以突破晶格杂质与包裹体上限；以及无氟绿色提纯工艺以替代传统氢氟酸浸出。这些方向在试验层面已有进展，但距离规模化产业化仍有较大距离，应理性区分“工程化难题”与“实验室方向”。

总结与展望

凤阳变质石英岩凭借储量巨大、开采成本低的优势，是国内高纯石英原料体系的重要补充，其合理定位是中高端石英砂的备选原料，而非半导体级高纯砂的主原料来源。依靠“擦洗—磁选—浮选—焙烧酸浸”的成熟工艺链，凤阳石英岩可稳定产出4N级光伏用高纯石英砂，有效缓解国内光伏石英砂的原料供给压力；借助氯化焙烧乃至水热重结晶等深度工艺，部分优质矿段（如鹰鼻咀）已具备冲击4N5级的潜力，但工程化与成本仍待突破。

高纯石英产业的核心逻辑，是“原料禀赋决定纯度上限，提纯工艺决定能否触达上限”。脉石英、花岗伟晶岩石英与变质石英岩并非相互替代，而是共同构成互补的原料矩阵。对凤阳石英岩而言，立足资源规模优势、深耕光伏与普通石英制品等适配场景，并在晶格杂质与绿色提纯方向持续攻关，是更为务实的发展路径。

参考文献

[1]        靳晨杰, 李育彪, 胡祥琳, 等. 安徽凤阳某石英岩矿提纯试验研究[J]. 中国矿业, 2025, 34(7): 115-121. DOI: 10.12075/j.issn.1004-4051.20250668.

[2]        夏梅, 蒋柏群, 张佳, 等. 安徽凤阳鹰鼻咀石英岩作为4N5级高纯石英潜在原料的评价: 矿物学及提纯实验证据[J]. 无机材料学报, 2026.

[3]        汪灵, 等. 高纯石英的概念及其原料品级划分[J]. 矿产保护与利用, 2022(5). DOI: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2022.05.009.

[4]        凤阳石英砂煅烧淬火—酸浸深度提纯及其动力学研究[J]. 矿产保护与利用, 2022(7). DOI: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2022.07.013.

[5]        高纯石英砂提纯技术研究进展[J]. 中国地质调查, 2024. DOI: 10.12476/kczhly.202412270339.

[6]        密闭酸溶-高分辨电感耦合等离子体质谱法测定高纯石英砂中的杂质元素[J]. 岩矿测试.

[7]        国家质量监督检验检疫总局, 国家标准化管理委员会. 电感耦合等离子质谱法检测石英砂中痕量元素: GB/T 32650—2016[S]. 北京: 中国标准出版社, 2016.

[8]        滁州市自然资源和规划局. 安徽省凤阳县牛牧岭矿区茨角山矿段玻璃用石英岩矿矿产资源开发利用方案(修编)[R]. 2023.

[9]        滁州市自然资源和规划局. 安徽省凤阳县石门山矿区东矿段冶金用石英岩矿深部矿产资源开发利用方案评审意见[R]. 2022.

[10]     滁州市自然资源和规划局. 安徽省凤阳县牛牧岭整合矿区玻璃用石英岩矿矿产资源开发利用方案审查意见书[R]. 2020.

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