全岩SiO2平均含量为72%~75%，部分在75%以上（表1），显示富SiO2、Al2O3、K2O，贫CaO、MgO，属于强过铝质岩石和钙碱性系列；富集大离子亲石元素，亏损高场强元素，稀土元素具有四分组效应，Na/Ta-Zr/Hf图解中具有明显的演化趋势（超纯矿物新材料产业技术研究院，2024），在演化程度上相当于高分异花岗岩（吴福元等，2023）。岩石单元之间无明显接触界限，尤其在浅部区域，似伟晶岩和伟晶岩大量出现在岩体内，且呈混杂状分布。因此，根据岩石的颜色、矿物成分、结构构造以及岩体产状特征厘定其为白岗岩。

基于白岗岩的识别和区域上资源调查研究，首选漂池岩体（河南省卢氏县）的白岗岩分布区作为勘查评价靶区（图2a），分两个阶段开展勘查评价。第一阶段进行普查及详查，按照石英纯度4N（以Al、B、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Na、Ni、P、Ti、Zn等15种杂质元素含量折扣而来的SiO2≥99.99%）的边界指标圈定高纯石英原料矿体，并按相关工业指标计算高纯石英原料矿矿石量。第二阶段的勘探工作，按照50m×50m网度进行了加密控制，形成更高级别的资源量，在自然资源管理部门完成储量评审备案的高纯石英原料矿石量3668万t，其中探明资源量706万t，控制资源量矿石量1150万t，推断资源量矿石量1811万t（超纯矿物新材料产业技术研究院，2024）。

总体上，矿床具有如下特征：赋矿母岩为白岗岩，岩石组合主要包括二云母花岗岩、白云母花岗岩及似伟晶岩。矿体形态和产状受岩体大小和岩相变化控制，局部岩相带整体上可圈为矿体。矿石类型按岩石类型划分，主要有二云母花岗岩、白云母花岗岩以及似伟晶岩型。矿石矿物石英呈半自形-他形粒状，脉石矿物主要为斜长石、钾长石和白云母等，还有少量石榴子石、磷灰石、电气石、黑云母、绿帘石族矿物、榍石，局部含少量黄铁矿、黄铜矿和磁黄铁矿。矿石结构主要为花岗结构和半自形-他形粒状结构等，矿石构造主要为块状构造等。从成因角度看来，矿床不仅赋存于白岗岩，而且矿体与岩体关系密切，它们共同受制于白岗岩的分异演化，故将矿床类型划分为白岗岩型高纯石英原料矿床。

勘探成果最重要的进展证实了两个设证：其一，可以按照石英纯度4N8（以Al、B、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Na、Ni、P、Ti、Zn共15种杂质元素含量折扣而来的SiO2≥99.998%）的边界指标圈出高纯石英原料矿体（图2b），证实在特定地质条件下可以形成4N8级以上高纯度高纯石英原料矿床；其二，白岗岩型高纯石英原料矿床杂质元素具有特殊结构比例，晶格杂质铝（Al）、钛（Ti）含量呈现特定数值（表2），这种情况与美国SprucePine矿山相似（超纯矿物新材料产业技术研究院，2024）。

利用东秦岭白岗岩型高纯石英原料，在超纯矿物新材料产业技术研究院实验室开展了精细分离—深度纯化—定向除杂等工序的分离提纯实验。精细分离试验主要采用磨矿分级、高梯度磁选、浮选等物理分选方法实现石英、长石、云母和其他矿物之间的分离。深度纯化试验对经过精细分离的石英砂样品进行一次酸洗、煅烧水淬、二次酸洗，确定该样品的提纯潜力。定向除杂试验利用石英的晶型转变，采用氯化焙烧工艺对化学性质活跃的碱金属元素进行定向去除。经以上工序加工提纯后，可稳定制备4N8级高纯石英砂（图3），代表性样品的检测结果（经过具有相关资质的第三方机构检测）15项总杂质含量为13.02×10-6，SiO2纯度为99.9987%（表2）。批量制备出的4N8级高纯石英砂，SiO2纯度在99.998%以上，各项理化指标符合国际公认的IOTA-CG标准和国内GB/T32649-2016标准，可适用于光伏用高纯石英砂的质量要求，并具备符合IOTA-4标准以及半导体制程用高纯石英砂的应用潜力。

在分离提纯实验基础上，还开展了吨级中试、千吨级工业试验。总体结论：东秦岭白岗岩型高纯石英原料矿以岩体形式产出，规模大且岩性岩相稳定；矿物组成相对简单，主要矿物为斜长石、石英、白云母、钾长石，含有少量石榴子石、磷灰石；石英嵌布特征相对简单，流体包裹体很少且呈串珠状，利于分离提出过程中的定向解离。另外，还对花岗伟晶岩、石英岩、石英脉型高纯石英原料矿进行了对比实验，结果显示，这些原料矿的矿物组成复杂，杂质元素含量变化大，导致工业化提纯与矿物解离难度增加，影响石英砂产品稳定性。

东秦岭造山带与阿巴拉契亚造山带南部区域具有相似的构造演化历史，在加里东期-海西期，两个地区都经历了俯冲和造山过程，并且都伴随了超高压变质岩片的折返。由此推测，相似的地质背景有可能导致相似的成岩成矿作用。美国北卡罗来纳州SprucePine矿山的高纯石英原料矿床，虽常被称之为花岗伟晶岩型，但主要赋存于白岗岩。东秦岭地区，虽然在花岗伟晶岩型高纯石英的相关研究和找矿工作取得快速进展（赵金洲等，2022；张海啟等，2022b；李开文等，2023；赵海波等，2024），但在白岗岩型高纯石英原料矿发现方面还属新的突破性进展。根据东秦岭白岗岩型高纯石英原料矿床特征与SprucePine矿山对比，矿物学图解均投影于花岗闪长岩区域，按照淡色矿物含量划分，可以归为淡色（浅色）花岗岩，同时也属于白岗岩。矿体赋存的白岗岩体，外围分布大量花岗伟晶岩脉，内部也发育似伟晶岩且呈渐变过渡关系。矿石矿物组合以石英、斜长石（更长石）和碱性长石（条纹长石、微斜长石）为主，含石榴子石、磷灰石及电气石等特征副矿物。地球化学特征显示二者均属过铝质系列，经过高分异演化，所处的地质环境相似。特别在石英品质方面，东秦岭矿区所产石英砂纯度及晶格杂质铝（Al）、钛（Ti）含量呈现特定数值，也与SprucePine矿山所产石英砂相似。因此，随着研究和勘探工作的深入进行，东秦岭地区很可能形成与SprucePine矿山类似的白岗岩型4N8级以上高纯度高纯石英原料矿山。

（1）在东秦岭古生代造山带识别出高分异花岗岩单元，并在这些岩石单元中分解出白岗岩，岩石组合主要包括二云母花岗岩、白云母花岗岩和似伟晶岩。这对于研究区域岩浆演化和成岩成矿作用都具有重要意义。

（2）通过区域资源调查优选找矿靶区，选择漂池白岗岩体开展高纯石英原料矿勘查与评价，精准圈定出4N8级高纯石英原料矿体，提交高纯石英原料矿石量3000多万吨，确认了东秦岭地区存在白岗岩型高纯石英原料矿床。

（3）利用东秦岭白岗岩型高纯石英原料开展了系统的分离提纯实验，批量制备出4N8级高纯石英砂，各项理化指标符合国际公认的IOTA-CG标准和国内GB/T32649-2016标准，这对于解决半导体和光伏坩埚内层砂等高端原料的关键来源，满足半导体用高品质高纯石英砂的需要具有重要价值。

文章内容来源于《东秦岭白岗岩型高纯石英原料矿发现、研究与意义》，作者：王建平，李开文，张正伟，方怀宾，左鹏飞，吴承泉，黄业豪，内容仅供参考，交流分享，转载请注明出处！