自然资源部4月10日发布公告，经国务院批准，高纯石英矿成为我国第174号新矿种。身处制裁年代，“关税大战”代替了“兵器大战”，“仪器设备的科学封锁”代替了“坚船利炮的物理封锁”。高纯石英矿对半导体、光伏等高新产业不可或缺，全球高纯石英矿资源分布不均，我国高度依赖进口，河南、新疆等地发现多处高纯石英矿，设立新矿种，对推进高纯石英矿相关产业资源本土化，确保我国高新技术产业链、供应链安全十分重要。

数年前，南京宏创矿产资源研究院提前布局，开展高纯石英矿相关研究工作，对来自世界各地的高纯石英原矿开展了系统全面的科学评价（原矿评价），对其中多个具有开采潜力的原矿开展了提纯实验（工艺设计）。见证了行业从小到大，各种规范逐渐建立，行业标准不断完善。高纯石英矿是最简单的矿种，简单到只有SiO2，随处可见；高纯石英矿是最复杂的矿种，复杂到每一点杂质都令人抓狂，多年来的研究让我们深刻体会到高纯石英矿研究要做详细，做全面，不是每颗石英都可以成为高纯石英，高纯石英原矿要经过详细的基因检测与品质评价，只有科学技术升级才可以推动产业升级！

项目成员在江西考察某粉石英原矿

一、高纯石英可能的地质产状

图1 地壳中主要元素组成和地壳中矿物分布

高纯石英是SiO2纯度大于99.9%的石英砂系列产品的总称，是天然石英矿经提纯加工制成的具有极高SiO2纯度的石英晶体原材料，广泛应用于半导体、电子、军工领域。硅元素（Si）和氧元素（O）在地壳中含量丰富，二者占地壳总量的3/4，石英在地壳中含量非常丰富，是仅次于长石的含量第二多的矿物（图1），但能成为高纯石英的石英原矿少之又少，并不是每颗石英都可以成为高纯石英！！！

图2 石英砂品质与市场价格、技术难度、地质储量、探矿成功率之间的关系

当前高纯石英原矿资源分布不均匀，行业门槛低，技术门槛高（图2），高纯石英的价格受政策和市场供需的影响，波动强烈。目前，美国斯普鲁斯派恩花岗伟晶岩几乎完全垄断了高纯石英原矿的供应（图3），我国或许也有众多潜在的高纯石英原矿矿床等待发现（图4），但无论是我国的前期原矿特征研究程度，还是后期的提纯工艺技术都有很大的提高空间。

图3 全球高纯石英原料矿床分布

图4 中国可能用作高纯石英原料矿的石英矿矿产地分布简图（王登红等，2024）

• 内生地质作用矿床：水晶、石英脉、花岗岩/花岗伟晶岩；
• 外生地质作用矿床：石英砂、石英砂岩；
• 内生+外生地质作用矿床：石英岩

水晶：以晶簇、晶洞形式产出。富硅流体进入先前存在的孔洞中形成，生长周期长、晶形完好，储量小，价格贵，其工艺价值大于工业价值（图5、6），资源已经枯竭，亟需替代品，不适合于超大批量、稳定化的工业生产。

图7 断层相关石英脉形成模式图

图8 斯普鲁斯派恩矿床远景照片，是全世界最大的高纯石英原矿矿床

图9 斯普鲁斯派恩伟晶岩，主要由石英、长石、云母组成，矿物颗粒巨大，非石英矿物含量高（早期甚至开采长石和云母，石英是废弃矿物），但并不影响其被加工成高纯石英。该矿床提纯过程中需要较高的浮选技术以去除伴生矿物（注意这里是伴生矿物，而不是固体包裹体等杂质矿物）

图10 斯普鲁斯派恩伟晶岩正在开采中矿洞

图13 岩石圈物质循环

二、高纯石英原矿评价的“基因检测”

高纯石英品质评价的理化指标包括元素杂质含量、包裹体特征、颗粒形态三个方面，其中前两项属于原矿“基因检测”与品质评价的内容，第三项属于生产工艺范畴。高纯石英中的杂质包含三类。①伴生矿物类：石英颗粒外部的伴生矿物，不同地质背景的矿区伴生矿物不相同，常见的伴生的矿物有长石、云母、金红石、方解石、萤石、磁铁矿和赤铁矿等。②包裹体类：石英颗粒内部的某些固体矿物或气液杂质。按内含物质状态可以分为：气相、液相、气液混合相和固相包裹体。③晶格杂质：石英晶体内部的晶格缺陷而混入的某些结构性杂质。石英晶体在结晶过程中，一些元素（如铝、铁、钛）会替代硅元素进入石英晶体中，例如：

•  Al3+替代Si4+：Al3++（Li+、K+、Na+）=Si4+；
• Al3+P5+替代Si4+：Al3++P5+=Si4++Si4+； 
• Fe3+替代Si4+：Fe3++（Li+、K+、Na+）=Si4+；
• Ti4+和Ge4+替代Si4+：Ti4+=Si4+；Ge4+=Si4+

指标1：基础地质 — —“望闻问切”

• 安全风险、政策风险：是否存在不可控的风险…
• 产地信息：来自于什么地区，附近是否有类似矿床的开采…
• 地质背景：矿石的构造背景如何，形成于什么年代…
• 矿体特征：成矿背景如何，矿石类型，矿床类型和规模…
• 围岩类型：周围是什么类型的岩石，是否伴生其他资源…
• 资源量预估：整个石英矿体有多大，是否有工业开采价值…
• 手标本观察：石英颜色，颗粒大小，是否有肉眼可见的矿物颗粒…

图14 东非某地石英原矿手标本

指标2：化学成分

图15 超净实验室（千级环境、百级通风橱）

图16  ICP-MS（Agilent 8900）

指标3：微区特征——对固体包裹体数量、尺寸、分布、成分特征的研究

图17 固体包裹体研究内容：数量、尺寸、分布、成分特征

指标4：微区特征——对气液包裹体数量、尺寸、分布的研究

图18 气液包裹体研究内容：数量、尺寸、分布

指标5：微区特征——对微观结构、生长期次的研究（CL图像）

图19  阴极发光图像（CL）

指标6：微区特征——对晶格杂质元素含量的研究

图20 LA-ICP-MS仪器设备和激光剥蚀坑

三、应用案例

指标1：基础地质 — —“望闻问切”

指标2：化学成分

指标3：微区特征——对固体包裹体数量、尺寸、分布、成分特征的研究

指标4：微区特征——对气液包裹体数量、尺寸、分布的研究

指标5：微区特征——对微观结构、生长期次的研究（CL图像）

指标6：微区特征——对晶格杂质元素含量的研究

• Q1样品：初步手标本、杂质元素含量分析结果表明，此样品有可能成为高纯石英，但进一步的微区分析发现，此样品中固体包裹体数量多，粒径小，种类多，CL图像显示其微量元素分布不均匀，石英多期生长的特征，综合分析，此样品不适合作为超高纯石英提纯原料。

• Q2样品：手标本、杂质元素含量分析表明该矿石有可能成为高纯石英；进一步的微区分析发现样品的包裹体含量少，杂质元素含量低，并且分布均匀，综合分析认为此样品适合作为超高纯石英的提纯原料。

• 拉管实验：支持我们原矿评价结果，Q1样品拉管“麻点”多，无法使用；Q2样品拉管成功。