玻璃硅质原料矿概述

　　玻璃是国民经济中一种重要的产品，其中平板玻璃是建筑玻璃中用量最大的一种。随着现代建筑的发展需要，其制品由过去单纯作为采光和装饰功能，逐步向着控制光线、调节热量、节约能源、控制噪声、改善环境等多功能发展，被广泛应用于建筑业、工业和交通运输业等行业。品种繁多的器皿玻璃更是与国民生活密切相关。生产玻璃是以硅质岩(砂)为主要原料，一般占原料组成的70%左右，加入白云岩、石灰岩、长石、纯碱、芒硝、炭粉等配料,通过熔化、成型、退火、切割等工艺而成各种玻璃制品。可作玻璃原料的硅质岩(砂)有许多种，通常统称为玻璃硅质原料。本章所述玻璃硅质原料矿，系指在《中华人民共和国矿产资源法实施细则》矿产资源分类细目(1994)中，单列矿种的玻璃用石英砂岩、石英岩、脉石英及石英砂4种。此外,伟晶岩、细晶岩、霞石正长岩及粉石英等SiO2含量高的岩石，也可用作玻璃硅质原料。但目前在中国玻璃工业生产中应用尚少。(化学分子式SiO2)

全球分布情况

　　全球范围内，玻璃硅质原料矿产资源分布广泛，美国、俄罗斯、日本、德国、英国、加拿大、印度、澳大利亚等国拥有丰富的硅质原料，主要为石英砂矿，部分国家还包含石英砂岩、石英岩、伟晶花岗石英块体和云英岩等类型。

　　高纯石英砂是芯片制造不可或缺的原料，是硅产业高端产品的物质基础，而高纯石英原料矿极为稀缺。我国硅质资源丰富，但是大部分矿床为普通硅石矿，用于普通玻璃、石材、建筑用砂等。同时，受矿石品质的限制，生产出来的产品主要为低端高纯石英，对于高纯石英砂、原料矿石及高端石英制品每年都大量依赖进口。目前，高纯石英原料矿床主要分布于美国、挪威、澳大利亚、俄罗斯、毛里塔尼亚、中国、加拿大等7个国家。除中国外，美国斯普鲁斯派恩(Spruce Pine)矿的高纯石英原料资源规模最大，超过1000万吨;资源量最小的是挪威德拉格(Drag)矿，仅有26.7万吨。

　　全球七大国高纯石英原料矿分布

　　1. 美国

　　斯普鲁斯派恩矿床

　　斯普鲁斯派恩(Spruce Pine)高纯石英原料矿坐落于美国北卡罗来纳州西部米切尔县(Mitchell County)的斯普鲁斯派恩镇。采矿区有超过100年的悠久采矿历史。石英的杂质元素含量极低，经机械和化学提纯后，制得的高纯和超纯石英主要用于半导体晶体、精密光学玻璃以及光伏、照明等产业。该矿供给了全球90%以上的高纯石英砂需求量，在相当长时间内甚至是唯一的来源地。2009年BBC称此地为“地球上最具战略价值的平方英亩”。

　　博维尔矿床

　　博维尔矿位于爱达荷州北部拉塔县博维尔镇(Bovill，Latah County)。经电子探针分析，该矿石中石英晶体的纯度大于99.9%。2010年，艾矿产股份公司完成预可行性研究，研发出SiO2纯度为99.9%~99.997%的高纯石英砂产品。矿床钾长石和石英的探明资源量437.8万吨，控制资源量885.7万吨，共计1323.5万吨。博维尔矿高纯石英资源量巨大，矿石的提纯加工难度较低。采用传统浮选提纯工艺，即可生产高纯石英砂。

　　2.澳大利亚

　　澳大利亚的石英资源非常丰富，主要分布于昆士兰州北部、维多利亚州和西澳大利亚州。其中，昆士兰州北部为主要的高纯石英原料矿来源地，目前已发现灯塔(Lighthouse)、糖袋山(Sugarbag Hill)、白泉(White Springs)、石英山(Quartz Hill)等多处矿床。

　　灯塔矿床

　　矿床位于昆士兰州北部的乔治敦区(Georgetown)。艾恩斯利(Einasleigh) 镇在矿区西南16km，是最近的城镇。灯塔矿床由东、西两座状似灯塔、高出地表约440m的石英山峰组成，因此得名。该矿区矿石纯净、呈半透明或乳白色、块状，近直立状充填于断层中。经测试东、西矿体的矿石纯度>99.9%，主要杂质元素Al、Ti、Fe、P、Ca 等含量均较低，经过简单机械提纯后，纯度即可达99.95%以上，证明灯塔矿床为优质的高纯石英原料矿。

　　糖袋山矿床

　　矿床位于乔治敦区(Georgetown)，西北距离乔治敦镇约25km，东距灯塔矿60km。矿石质量极为优质，原位SiO2纯度可达99.99%以上。2016年普查结果表明，矿体长约600m，平均厚度20m，钻孔揭示矿体深度60~80m。经取样测试和选矿提纯实验，可制得高纯石英砂纯度达99.995%~99.999%，满足太阳能和半导体产业的质量要求。目前，糖袋山矿床尚未开采和生产高纯石英砂，但其探明和控制的资源量规模可观，可露天开采。

　　白泉和石英山矿床

　　从乔治敦镇到惊喜山镇(Mt.Surprise)的1号公路沿线分布着白泉和石英山矿。矿床均为热液石英脉型。白泉矿的矿石质量优异，原料SiO2纯度达99.99%以上，被推断高纯石英的资源量150万吨。石英山矿石原料纯度大于99.5%，预测高纯石英资源量达1400万吨，资源规模巨大。白泉矿可生产的高纯石英砂纯度涵盖99.99%~99.999%，年产高纯石英砂3万吨，应用于光伏和半导体产业领域。目前，石英山矿床尚未进入开采期。

　　克雷西克矿床

　　矿床位于澳大利亚维多利亚州(Victoria)中南部的克雷西克区(Creswick)。矿床为金矿尾矿型，由19世纪淘金热开采金矿废弃后的尾矿组成。矿石是尾矿中6～200mm的石英砾石，质量优异，杂质元素含量低，尤其是B和P含量很低，可用于液晶显示器、光伏、半导体、光学玻璃等产业。经澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO) 采用传统机械和化学提纯工艺处理后，制得的高纯石英砂SiO2纯度可达99.995%。

　　3.俄罗斯

　　在俄罗斯乌拉尔山脉的东侧，有2处高纯石英矿床，分别是亚极地乌拉尔的萨兰保尔(Saranpaul)矿床和南乌拉尔的克什特姆(Kyshtym) 矿床。其中，克什特姆矿的规模较大，开发程度高，其高纯石英产品质量优，在国际市场占有一定比例。

　　克什特姆矿床

　　克什特姆矿床位于俄罗斯车里雅宾斯克州(Chelyabinsk)的克什特姆市( Kyshtym)，东南距离车里雅宾斯克市100km。矿床为热液脉石英型。矿区总长15km，宽1~3km，面积20km2，石英储量136万吨。矿床开发始于20世纪60~70年代，至今已超过50年。早期采矿主要用于建筑材料、玻璃等传统行业。2011年之后开始开采生产高纯石英砂。2022年产能预计达6000吨/年，矿山可满足满负荷生产30年服务年限。

　　萨兰保尔矿床

　　萨兰保尔矿床地处俄罗斯汉特-曼西自治区(Khanty-Mansi Autonomous Okrug-Ugra) 别列佐夫斯基区(Berezovsky District) 的西北缘，东南距萨兰保尔村( Saranpaul')85km。矿床为热液脉石英型。矿石呈半透明-透明状，玻璃光泽。根据2014年矿区的勘探报告，可用作高纯石英的资源量为33万吨。此外，在矿区范围外发现有多条尚未勘探的石英脉，远景资源量可能更为可观。

　　4.毛里塔尼亚

　　乌姆阿奎尼纳矿床

　　矿床位于毛里塔尼亚西部的努瓦迪布湾省(Dakhlet Nouadhibou)，西距努瓦迪布(Nouadhibou)港口130km。矿床为热液脉石英型。矿石呈浅灰色的半透明状、光滑透明状，部分采样矿石的SiO2含量大于99.8%。地表出露的矿体表现为破碎的大块脉石英砾石，其上覆盖少量红土。石英的推断资源量为500~1000万吨，但因缺少钻孔验证和测试分析以及必备的选矿实验，可用作高纯石英原料的资源量不明。截至目前未进行有效的采矿活动。

　　查米矿床

　　查米矿床位于努瓦迪布湾省(Dakhlet Nouadhibou)东部，距乌姆阿奎尼纳矿20km。矿床成因、矿石类型、围岩、赋存特征与乌姆阿奎尼纳矿类似，矿石呈半透明状、光滑透明状，矿石SiO2含量为98% ~99.9%。表层2.7m以上矿体的高纯石英原料探明储量72.5万吨; 2.7m以下矿体可延伸至8m，探明储量有进一步扩大的空间。

　　5.加拿大

　　在加拿大魁北克省东南部约翰比兹湾(Johan Beetz Bay) 的海岸带，10条北东-南西向的热液脉石英矿体出露地表，即约翰比兹高纯石英原料矿。结果显示矿石的SiO2含量为98.7%~99.6%，杂质元素B和P的平均含量分别低于0.25×10-6和0.2×10-6，可用来生产光伏石英坩埚。在计入采矿损失后，2号脉和9号脉地表矿体的高纯石英控制资源量分别为174.3万吨和50.7万吨，合计225万吨。

　　6.挪威

　　作为南北狭长的山地之国，挪威的石英资源非常丰富，并且拥有TQC、埃肯股份( Elkem ASA) 等全球石英产业巨头。挪威地质调查局根据境内石英矿石的测试数据，还提出一套基于晶格杂质元素含量的高纯石英质量评价指标。当前，北部的德拉格矿床和南部的内索登(Nesodden) 矿床是挪威主要的高纯石英原料产地。

　　德拉格矿床

　　德拉格矿区地处挪威北部诺尔兰郡廷斯菲尤尔峡湾(Tysfjord) 西侧的德拉格村(Drag)附近，由分布在方圆5km2的数十个伟晶岩型的石英矿体组成。石英晶体纯净，粒径平均6mm，Al、Ti、Li、B等晶格杂质元素均达到高纯石英原料的质量要求( Müller et al，2012)。德拉格矿区的开采始于1907年。早期的矿山以露天方式开采伟晶岩中的钾长石，到了1996年开始采矿生产用于光学、照明设备、光伏的高纯石英砂。

　　6.2内索登矿床

　　内索登矿(Nesodden)位于挪威西南部的霍达兰郡的克文赫拉德市(Kvinnherad)。矿体长约580m，宽15m，延伸150m，矿石中的石英晶体较大。截至目前，尚未开采内索登高纯石英矿。但是，该矿对高纯石英砂及制品行业具有相当大的影响。矿床的资源量大且矿区高纯石英的后备资源相当丰富。在断裂带北段也发现了克瓦维克( Kvalvik) 热液脉石英矿，推断资源量70万吨，其矿石质量与内索登矿类似，可用作高纯石英原料。

　　7.中国

　　近年来，我国一些石英砂矿山企业正努力研发高纯石英的提纯工艺，取得了突破性进展。湖北蕲春、江苏东海、安徽旌德和太湖等地的优质热液脉石英可能具有高纯石英原料的潜力。灵虬山脉石英矿位于湖北省蕲春县西北约20km的横车镇。钻孔取样分析结果表明，矿石几乎全由石英组成，晶体粒径1~2mm。矿石SiO2纯度>99.35%，Al2O3<0.22%，Fe2O3<0.02%。目前，灵虬山石英矿采用露天开采，其设计矿山规模为年采1.5万吨矿石。

国内分布情况

　　玻璃硅质原料矿产涵盖了玻璃用石英岩、玻璃用砂、玻璃用砂岩以及玻璃用脉石英等多个类型。这些矿产在我国多个省份均有分布，其中青海、辽宁、陕西、山东、河南和甘肃等地是玻璃用石英岩的主要产地，合计保有储量占比高达98.37%。同时，海南、福建、广东、江西和内蒙古则是玻璃用砂的重要产地，其保有储量占总储量的86.99%。此外，山东、湖南、江苏、浙江、河北和四川等地则是玻璃用砂岩的丰富区域，其保有储量占总储量的70.78%。而四川、黑龙江、浙江、新疆和安徽等地则是玻璃用脉石英的主要产地，其保有储量占比达到87.03%。

　　石英矿分布与特点

　　我国玻璃硅质原料矿产的特点还包括：矿床规模以大型为主，且保有储量的95%都集中于大型矿中;原矿品位适中，虽然以一类三级品为主，但也有部分二类矿石;矿石类型多样，其中石英岩类储量占比超过半数;开采技术条件相对简单，多数岩类矿床都适宜露天开采。

　　我国玻璃用硅质原料资源非常丰富，主要有石英岩、石英砂岩、石英砂和脉石英。2015年年底，我国玻璃用硅质原料矿区数为648个，储量为12.99亿吨、基础储量为19.9亿吨、资源量为59.08亿吨、查明资源储量为78.97亿吨。其中，石英岩矿区为203个，石英砂矿区为116，石英砂岩矿区为147个，脉石英矿区为182个。

　　我国玻璃用硅质原料资源特点，一是资源丰富，但分布不均衡，平板玻璃工业相对发达的华东、华北资源总量并不大;二是资源以石英岩(31.47亿吨，占53.27%)、石英砂(21.47亿吨，占36.35%)及石英砂岩(5.48亿吨，占9.28%)的储量为主，脉石英(0.65亿吨，占1.10%)较少，水晶资源已基本枯竭;三是不同成因矿物品位各异，岩类矿比砂矿质量好，北方岩类矿比南方好，砂矿南方比北方好，海相沉积砂比陆相沉积砂矿好;四是伴生类硅质资源有所开发利用，近年来随着霞石正长岩、白岗岩、浅粒岩等资源的发现与开发，成为玻璃用硅质原料的又一来源。

　　中国玻璃硅质原料矿的规模以大型为主，占矿产地总数的67%，中型矿占12%，小型矿占13%，规模极小的占8%。保有储量99%集中于大型矿中。石英岩矿、石英砂岩矿、石英砂矿的规模一般较大，脉石英矿近半数规模极小，大型矿少。但是，矿山规模划分标准是按单一工厂单一生产线规模所需矿石储量考虑的。如按建设年产30万t以上玻璃硅质原料基地考虑，保有储量大于2 000万t的有30处，其中：青海大通卧牛掌石英岩矿规模最大，保有矿石储量15.9亿t，其余保有矿石储量1～2亿t的4处，0.9～0.3亿t的13处，0.3～0.2亿t的12处。

　　中国玻璃硅质原料矿产地大多为单一矿产，只有11处矿产地有共(伴)生矿产。其中:北京房山高庄—广录庄、山东苍山尖顶山、宁夏惠农柳条沟、四川永川柏林及甘肃华亭安口5处石英砂岩与冶金用、水泥用砂岩或陶瓷土共生;山东平度长乐、浙江平阳渔塘、青海大通斜沟3处石英岩与透辉石或伊利石等共生;湖北大悟刘家冲脉石英与云母共生，上述共生矿产均可综合利用;黑龙江讷河全胜和海南文昌铺前石英砂中，伴生高岭土、钾长石或锆石、钛铁矿，近期暂难利用。