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石英在未來工業上的廣闊前景

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石英在未來工業上的廣闊前景

【摘要】:
它們既是組成堅固巖石的一份子又能形成華麗的水晶還能化為細碎的砂粒??無處不在?2氧+1硅礦物中最簡單的組合之一這對組合的結晶就是石英在地殼中,石英族礦物的比重達12.6%幾乎在各種地質作用下都能形成是主要造巖礦物之一?▲?二氧化硅晶體結構示意圖?石英的各種形態,源自不同的形成條件,比如,同樣是從酸性火山巖里結晶出來,但結晶時溫度的不同,就有了α-石英、β-石英、鱗石英之分。我們一般說的“石英”,其

它們既是組成堅固巖石的一份子

又能形成華麗的水晶

還能化為細碎的砂粒

 

 









無處不在

 

2氧+1硅

礦物中最簡單的組合之一

這對組合的結晶就是石英

在地殼中,石英族礦物的比重達12.6%

幾乎在各種地質作用下都能形成

是主要造巖礦物之一

 

▲ 二氧化硅晶體結構示意圖

 

石英的各種形態,源自不同的形成條件,比如,同樣是從酸性火山巖里結晶出來,但結晶時溫度的不同,就有了α-石英、β-石英、鱗石英之分。我們一般說的“石英”,其實是指石英族礦物中最常見的α-石英。

 









群“英”爭艷

 

自然界中的石英晶體

大小不同,顏色各異

如果晶體顆粒個頭大到肉眼能看出來

稱為“顯晶質石英”,比如各種水晶

如果晶體顆粒細小到要借助顯微鏡才能看到

稱為“隱晶質石英”,比如瑪瑙、玉髓

 

質地純凈、晶瑩透亮的大塊石英晶體

一般被稱為水晶

以離子形態混入水晶的微量元素

則賦予了水晶各種色彩

含鐵、錳、鈦的紫水晶

含鐵的黃水晶

含鈦的淺玫瑰色粉晶

含鐳的煙晶、茶晶、墨晶

 

▲ 絢麗多彩的各式水晶

 

水晶中、肉眼可見的礦物雜質“包裹體”

雖破壞了水晶的純凈

卻造就了獨特的水晶形態

如含毛發狀包裹體的“發晶”

含不規則形狀包裹體的“幽靈水晶”

瑪瑙幾乎啥顏色的都有

而且每塊瑪瑙的剖面上

都有一圈圈不同顏色的同心環狀條帶

像年輪一樣記錄了它在洞壁上的生長過程

每次進入空洞的礦物成分發生改變

這一圈的顏色就會隨之變化

▲ 瑪瑙

 

蛋白石又音譯為“歐泊”

是一類含水的二氧化硅膠凝體

蛋白石是沒有固定晶體形態的“非晶質”

嚴格來說,不屬于石英族礦物

由直徑不到1微米的方石英雛晶和吸附水組成

這些吸附水會緩慢流失

導致蛋白石內部常常出現裂隙

使光線發生衍射、干涉,形成“變彩”

 

 









中國主要石英產地

 

1.遼-翼-豫石英(砂)巖分布區。從最北的吉林渾江經過遼寧、河北、北京、山西到河南方山,基本上呈北東向展布,并嚴格地受元古界及震旦系含礦層所控制,為我國主要含礦區。

 

2.長江流域砂巖分布區。東起于江蘇、浙江,經江西至湖北,往北擴展至陜西漢中,往南延伸至廣西、湖南、貴州,為我國南方的主要成礦區。

 

3.南沿海砂礦分布區。主要于東南沿海分布,北起閩南晉江,南至廣西北海,為我國主要海砂礦分布區。

 

4.通遼砂礦分布區。為西遼河-柳河廣大地區,目前礦床主要集中于鄭大鐵路沿線一帶,為我國北方硅質原料的主要供應基地之一。

 

5.黃河沿岸砂礦分布區。如蘭州河灣砂礦和內蒙古四道泉砂礦。

 

6.宿遷、南寧、當陽砂礦分布區。受原沉積盆地所控制。分別單一鼓勵的出現。

 

7.沂南石英砂巖分布區。沂南地區大面積分布石英砂巖。

 

8.遼南-鳳陽石英巖分布區。分布較穩定,礦床規模大,質量好。

 









我國主要石英礦石類型

 

我國石英礦物資源十分豐富

據自然資源部數據顯示

2017年

我國玻璃硅質原料查明資源儲量 88.75 億 噸

較 2016 年同比增加6.6% 

近年查明資源儲量一直保持增長的趨勢

目前我國主要石英礦物有以下幾類

 

1.天然水晶

 

水晶的自然生長環境

多是在巖洞、巖石裂縫或節理、斷層中

其生長條件比較苛刻

必須同時滿足四個條件

充裕的生長空間、

能夠提供富含二氧化硅的熱液、

一定的溫度和壓力、

足夠生長時間

 

 

分布地區:以江蘇東海最為有名,海南屯昌、貴州羅甸、黑龍江通河、四川康定、福建政和、黑龍江伊春、云南富寧和廣西百色等地均有分布。

 

2.石英砂巖

 

一種固結的砂質巖石

石英和硅質碎屑含量一般在95%以上

副礦物多為長石、高嶺石、蒙脫石等黏土礦物

重礦物含量很少

膠結物一般為硅質

主要有蛋白石、玉髓等

硅質膠結石英砂巖又稱為硅質石英砂巖

此外

還有鈣質、鐵質、海綠石質的石英砂巖

白云質膠結的石英砂巖少見

 

 

分布地區:我國石英砂巖資源豐富,分布廣泛,如四川江油、重慶永川、廣東東源、河北贊皇、湖南溆浦、陜西城固、寧夏石嘴山等。

 

3.石英巖


一種由石英砂巖或其他硅質巖

經區域變質作用或熱接觸變質作用而形成的變質巖石

其石英伴生礦物除長石、云母和黏土礦物以外

往往還含有微量的電氣石、赤鐵礦和鋯英石等

與石英砂巖相比

其礦石致密堅硬,硬度較高

 

分布地區:我國石英巖資源十分豐富,開發利用量大,如安徽鳳陽、青海德令哈、青海大通、青海湟中、青海樂都、江西遂川、山東棲霞等。

 

4.脈石英

 

其形成主要與花崗巖有關的巖漿熱液作用有關

致密塊狀構造

其礦物成分單一,SiO2含量一般在99%以上

脈石英礦床規模一般不大

產狀陡,礦體呈不規則脈狀

厚度一般幾米至幾十米

長度一般為十幾米至幾百米

一個礦區可由一條礦脈或由多條礦脈組成

 

 

分布地區:我國的脈石英礦產資源分布廣泛,資源優勢明顯,但長期以來,我國脈石英的工業價值一直未引起人們的關注,因此探明資源儲量和公開報道的礦床還不多見。

 

與使用量很大的玻璃、陶瓷和鑄造型砂等原料相比,脈石英儲量相對較小,開采難度較大,難以作為傳統用途的工業礦物加以利用。隨著石英在電子信息、新材料和新能源等戰略性新興產業中得到廣泛應用,以SiO2天然純度高為特色的脈石英礦床工業類型正引起人們的極大關注。

 









石英在未來工業上的廣闊前景

 

我國是高純石英生產、消費大國。中低端產品自給有余,部分出口,高端產品仍依賴進口。未來,高純石英砂在光纖光纜電子通訊半導體、LED照明制造封裝、軟件芯片制造材料、太陽能等戰略新興產業應用前景廣闊,預計2019—2030年高純石英需求增速約為10.0%~14.0%。

 

(1)半導體

 

半導體行業是全球信息產業的基礎,半導體產品的廣泛應用推動了信息化、智能化時代的來臨。半導體中最具商業價值的是硅和它的一些二元化合物,如碳化硅。這些高性能材料在電子信息領域中被廣泛應用,被制造成各種性能優異的芯片等高科技產品。高純石英在該領域被用于生產更高性能的單質硅以及其他化合物材料,這些材料在半導體領域具有廣泛的應用前景。

 

 

(2)光導纖維

 

光纖直徑小于8毫米,數字數據以光的形式通過光纖傳輸,由光纖組成的光纜在現代通訊傳輸領域具有不可取代的重要作用,石英玻璃是用來制造光纖的主要材料。

 

 

此外,高純石英還具有一定的光學特性,它可以形成偏振激光束,利用高純石英作為窗口,以棱鏡、濾光片和定時裝置制造光纖激光器。

 

(3)太陽能電池

 

在提倡綠色能源的現代社會,人們對太陽能電池的需求非常大,而生產太陽能電池需要大量的高純石英。高純石英砂耐高溫性、熱穩定性好,被廣泛應用于制造單晶硅用石英坩堝,以至于高純石英在光伏產業中的需求也是十分巨大的。

 

 

(4)電光源行業

 

電光源石英制品可用于生產紫外管、高純石英管、透明管燈,廣泛運用于照明及特種光源行業,如鹵素燈、HID燈、殺菌設備及半導體行業所用的LED燈等。隨著LED對白熾燈的替代加快,LED市場規模和滲透率不斷提升,石英管作為LED的制作原料,市場需求也會不斷增加。

 

 









石英的歸宿

 

在風、水、冰川等外力的長期作用下

巖石中的石英會逐漸破碎

變成一粒粒細小的沙子

其他常見礦物比石英更沒“抵抗力”

在風化中會變成顆粒更小的黏土礦物

因此自然界的砂粒

(地質學定義為直徑0.07毫米~2毫米之間)

多以石英族礦物為主

 

海岸邊,海浪日復一日地沖刷

部分礦物在海水中溶解

而性質穩定的石英則留了下來

形成了沙灘的中堅力量

 

在沙漠地區,強烈的晝夜溫差和狂風吹打

大塊巖石不斷破碎分解

碎屑中過于細小的顆粒會被風吹到遠方

最終留在沙漠里的主要是石英砂粒

 

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