巴基斯坦：下一個(gè)高純石英“新貴”？

目前，4N8（99.998%）級(jí)及以上純度的石英原料幾乎全部來(lái)自美國(guó)、挪威、印度等個(gè)別國(guó)家；世界其他地區(qū)極少發(fā)現(xiàn)此類(lèi)石英資源。因此，開(kāi)展高純度石英原料的礦產(chǎn)勘探技術(shù)及方法研究，對(duì)于實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)勘探突破并提交資源儲(chǔ)備，從而保障高純石英戰(zhàn)略資源的穩(wěn)定性具有重大意義。

在高純石英資源開(kāi)發(fā)中，重點(diǎn)在于開(kāi)發(fā)礦石資源，主要包括花崗偉晶巖（如美國(guó)云杉松山的花崗偉晶巖）和脈石英（例如挪威的變質(zhì)脈石英）。據(jù)巴基斯坦國(guó)家礦業(yè)公司（NMC）介紹，巴基斯坦在多個(gè)地區(qū)擁有豐富的石英和水晶石英資源。

01 巴基斯坦石英資源概況

水晶

又稱(chēng)巖晶，是一種透明無(wú)色的石英變種，因其清澈度、硬度和自然美感而備受珍視。它是地球上最豐富的礦物之一，但適合工業(yè)和裝飾用途的高質(zhì)量石英晶體卻相對(duì)稀少。在巴基斯坦，水晶石英既因作為寶石的美觀價(jià)值而受到重視，也因其在現(xiàn)代工業(yè)中的技術(shù)應(yīng)用而受到青睞。

圖源：NMC

巴基斯坦的水晶石英因其純凈度和光澤而受到國(guó)際市場(chǎng)的熱烈追捧。北部地區(qū)已成為手工采礦的中心，為當(dāng)?shù)睾腿蚴袌?chǎng)供應(yīng)石英。通過(guò)建立加工和拋光工廠，巴基斯坦能夠?yàn)槠湓际⒊隹谠黾语@著價(jià)值，從而提升外匯收入。

吉爾吉特-巴爾蒂斯坦：以斯卡杜、洪扎和希加爾山谷出產(chǎn)的高純度水晶石英而聞名，常被用于制作珠寶和雕刻品。

開(kāi)伯爾-普赫?qǐng)D赫瓦省：在斯瓦特、迪爾和科希斯坦發(fā)現(xiàn)了適合光學(xué)和工業(yè)用途的礦石。

俾路支斯坦：胡茲達(dá)爾和拉斯貝拉地區(qū)有石英礦脈，被用于建筑和陶瓷行業(yè)。

旁遮普：在鹽嶺和波托哈爾高原發(fā)現(xiàn)了較小的礦藏。

硅砂

硅砂，又稱(chēng)工業(yè)砂或石英砂，主要由二氧化硅（SiO2）組成。由于其高純度、高強(qiáng)度以及出色的耐熱和抗化學(xué)腐蝕性能，它成為最通用且需求量最大的工業(yè)礦物之一。硅砂在玻璃制造、鑄造業(yè)、建筑行業(yè)和電子制造業(yè)中發(fā)揮著重要作用，因此堪稱(chēng)巴基斯坦工業(yè)領(lǐng)域的基石。

巴基斯坦在多個(gè)地區(qū)擁有豐富的硅砂儲(chǔ)量，包括：

旁遮普：分布于卡拉巴格、米安瓦利和丹多特，比較適合玻璃制造。

信德省：塔塔、巴丁和海得拉巴地區(qū)有大量礦藏，被用于水泥和陶瓷生產(chǎn)。

俾路支斯坦：在胡茲達(dá)爾和拉斯貝拉發(fā)現(xiàn)了高品質(zhì)硅石，適合工業(yè)加工。

開(kāi)伯爾-普赫?qǐng)D赫瓦：斯瓦比和諾謝拉附近有規(guī)模較小但品質(zhì)優(yōu)良的礦床。

02 巴基斯坦高純石英礦石研究

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)楊曉勇教授目前重點(diǎn)在開(kāi)展全球不同類(lèi)型高純石英原料礦床成藏機(jī)理及提純實(shí)驗(yàn)研究，并在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《Minerals》上主持高純石英研究專(zhuān)輯。

吉爾吉特-巴爾蒂斯坦脈石英研究

楊曉勇教授團(tuán)隊(duì)研究了巴基斯坦吉爾吉特-巴爾蒂斯坦地區(qū)洪扎區(qū)兩種石英脈礦石作為原料制備4N8高純度石英砂的潛力。研究人員采用光學(xué)顯微鏡、拉曼光譜和電感耦合等離子體光譜等分析技術(shù)，對(duì)石英原礦及加工后石英砂的微觀結(jié)構(gòu)、包裹體特征和化學(xué)成分進(jìn)行了分析。

顯微觀察結(jié)果顯示，PK-AML石英原礦純度較高，次生流體包裹體呈定向線性排列或沿晶體微裂紋發(fā)育，且大部分晶內(nèi)區(qū)域包裹體含量較低；而PK-JTLT石英原礦含有較多熔融包裹體。兩種加工后的石英砂樣品表面光滑，流體包裹體含量極低。

對(duì)比不同提純工藝發(fā)現(xiàn)，石英砂煅燒的雜質(zhì)去除率高于礦石煅燒。將原礦破碎成砂后，顆粒變得更細(xì)，比表面積增大，這有助于石英內(nèi)部包裹體和晶格雜質(zhì)的充分暴露，從而便于后續(xù)的酸浸除雜。

經(jīng)過(guò)破碎、超聲脫泥、浮選、砂煅燒、水淬、酸浸和氯化焙燒等工序處理后，PK-AML處理后的石英砂中，有效成分含量為99.998%，僅殘留有少量鈦和鋰，各種雜質(zhì)元素的總含量為20.83微克/克。這符合工業(yè)應(yīng)用中石英坩堝制備的標(biāo)準(zhǔn)要求，因此這種脈石英非常適合用于生產(chǎn)高端HPQ產(chǎn)品。

相比之下，PK-JTLT石英的總體純度較低，其中鋰、鋁和鈦等雜質(zhì)元素的含量較高，難以通過(guò)提純實(shí)驗(yàn)去除。PK-JTLT處理過(guò)的石英砂含量為99.991%，可用于生產(chǎn)電子玻璃和光學(xué)玻璃等高質(zhì)量玻璃產(chǎn)品，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。

開(kāi)伯爾-普赫?qǐng)D赫瓦脈石英研究

楊曉勇教授團(tuán)隊(duì)采用光學(xué)顯微鏡、拉曼光譜和掃描電子顯微鏡分析了巴基斯坦開(kāi)伯爾-普赫?qǐng)D赫瓦省脈石英樣品的礦物學(xué)特征，對(duì)該脈狀石英礦的提純與性能做了評(píng)估。

微觀觀察顯示，脈狀石英原礦具有中粗粒級(jí)變晶結(jié)構(gòu)，石英含量較高，僅含有少量細(xì)粒鉀長(zhǎng)石。包裹體主要為大型原生包裹體以及沿微裂隙形成的次生流體包裹體，大部分晶體區(qū)域的包裹體含量極低甚至不存在。具有此類(lèi)包裹體特性的石英礦屬于較優(yōu)質(zhì)的石英原料。

成分分析表明，石英礦中的主要雜質(zhì)元素為鋁、鉀、鈣、鈉、鈦、鐵和鋰，總雜質(zhì)元素含量為128.86 μg/g。提純后，經(jīng)過(guò)處理的石英砂中僅殘留有晶格雜質(zhì)元素鋁、鈦和鋰，其總雜質(zhì)元素含量為24.23微克/克。雜質(zhì)去除率為81.20%，SiO2的純度達(dá)到了99.998%。

研究表明，當(dāng)石英原礦中含有較高含量的晶格雜質(zhì)元素，如鋁、鋰和鈦時(shí)，現(xiàn)有的提純方法難以將其有效去除。在工業(yè)生產(chǎn)中，考慮到經(jīng)濟(jì)成本因素，如果浮選后石英砂中仍含有較高的鋁、鈦和鋰等雜質(zhì)元素，那么它就無(wú)法被用作高端HPQ的原料。

參考來(lái)源：

巴基斯坦國(guó)家礦業(yè)公司官網(wǎng)、MDPI

Yutian Xie等：利用巴基斯坦脈石英制備4N8高純度石英提純技術(shù)的研究

夏梅等：通過(guò)脈石英提純制備高純度石英砂及其特性：以巴基斯坦脈石英為案例的研究