与金属矿产通过冶炼提取有用金属元素不同，虽然一些非金属矿产也主要是提取有用化学成分，如钾盐、磷灰石、锂辉石、黄铁矿等，但更多非金属矿产的利用特点，不是以提取有用化学元素为目的，而是以矿物或岩石自身为利用对象，其利用形式主要有两种：一是利用其固有的物理和化学性质，如白云母、膨润土、凹凸棒石等；或是利用经加工后形成的物理和化学性质，如膨胀石墨、有机膨润土、页岩陶粒等。一是提供( 而非提取)有用化学成分，如用于玻璃和陶瓷原料的长石、用于水泥原料的石灰石等。如图2所示，与其他非金属矿相比，石英矿物原料工业应用的一个显著特点是同时存在三种形式：利用矿物晶体固有的物理和化学性质，如3D打印砂、结晶硅微粉等;提供有用化学成分，是硅酸盐材料的最基本原料；冶炼提取有用元素Si，目前是金属硅及其提纯加工产物多晶硅和单晶硅的唯一原料。
如图4所示，硅是自然界中分布很广的一种元素，在地壳中，它的含量仅次于氧，居第二位，其丰度为27.72%。而二氧化硅(SiO2 )在地壳中所占的质量分数高达60% ~ 65%，二氧化硅具有[ SiO4 ] 四面体分子结构(图 5)。地壳中SiO2主要以石英等矿物的形式存在，石英在地壳中分布是仅次于长石的矿物，占到地壳重量的12.6%。
从资源储量上看，我国石英矿物资源十分丰富。据自然资源部数据显示，2017年我国玻璃硅质原料查明资源储量88.75亿t，较2016年同比增加6.6%，近年查明资源储量一直保持增长的趋势。从资源分布上看，我国石英矿产地遍布全国，主要产地有:安徽、河南、四川、江苏、福建、山东、河北、辽宁、江西、海 南、广东、云南、贵州、陕西、宁夏、新疆、吉林和湖北等地。从矿床类型上看，石英岩占44.5%，石英砂岩32.1% ，天然水晶、粉石英和脉石英等所占比例较少，可利用的花岗岩石英还未见有报道。
矿床工业类型是根据矿床的成因类型、工业意义、经济价值及其代表性、矿石的矿物或元素建造、矿床的形态、产状及其与构造关系和围岩性质等因素所划分的矿床类型。石英在自然界中的分布十分广泛，成因多种多样，但根据本文作者了解，目前能够作 为工业应用的石英矿物资源主要有7种矿床工业类型:天然水晶、石英砂岩、石英岩、脉石英、粉石英、天然石英砂和花岗岩石英。
是一种无色透明的石英结晶体矿物，主要成分为SiO2。我国的天然水晶分布广泛，但矿床规模小、储量少。水晶的自然生长环境多是在岩洞、岩石裂缝或节理、断层中，其生长条件比较苛刻，必须同时满足四个条件:充裕的生长空间，能够提供富含二氧化硅的热液，一定的温度和压力，足够生长时间。我国天然水晶资源分布广泛，几乎每个省区都有产出，目前以江苏东海最为有名，在海南屯昌、贵州罗甸、黑龙江通河、四川康定、福建政和、黑龙江伊春、云南富宁和广西百色等地均有分布。
石英砂岩是一种固结的砂质岩石，其石英和硅质碎屑含量一般在95%以上，副矿物多为长石和高岭石、伊利石、蒙脱石等黏土矿物，重矿物含量很少，有黄铁矿、磁铁矿、钛铁矿、电气石、金红石等。胶结物一般为硅质，主要有蛋白石、玉髓等，硅质胶结石英砂岩又称为硅质石英砂岩。此外，还有钙质、铁质、海绿石质的石英砂岩，白云质胶结的石英砂岩少见。我国石英砂岩资源丰富，分布广泛，如四川江油、山东兰陵、山东沂水、重庆永川、广东东源、内蒙古达拉特旗、河北赞皇、湖南溆浦、陕西城固、宁夏石嘴山等，以及近年报道的四川沐川、云南大关-彝良等。
石英岩是一种由石英砂岩或其他硅质岩经区域变质作用或热接触变质作用而形成的变质岩石，其石英伴生矿物除长石、云母和黏土矿物以外，往往还含有微量的电气石、赤铁矿和锆英石等。与石英砂岩相比，其矿石致密坚硬，硬度较高。我国石英岩资源十分丰富，开发利用量大，如安徽凤阳、青海德令哈、青海大通、青海湟中、青海乐都、江西遂川、陕西汉中、辽宁庄河、山东昌邑、山东栖霞等。
其形成主要与花岗岩有关的岩浆热 液作用有关，致密块状构造，其矿物成分单一，几乎全部为石英，SiO2 含量一般在99%以上。脉石英矿床规模一般不大，产状陡，矿体呈不规则脉状，厚度一般几米至几十米，长度一般为十几米至几百米，一个矿区可由一条矿脉或由多条矿脉组成。我国的脉石英矿产资源分布广泛，资源优势明显，但长期以来，我国脉石英的工业价值一直未引起人们的关注，因此探明资源储量和公开报道的矿床还不多见。其主要原因是:与使用量很大的玻璃、陶瓷和铸造型砂等原料相比，由于脉石英储量一般相对较小，开采难度相对较大，难以作为这些传统用途的工业矿物加以利用。由于石英在电子信息、新材料和新能源等战略性新兴产业中得到广泛应用，以SiO2天然纯度高为特色的脉石英矿床工业类型正引起人们的极大关注。
粉石英是一种颗粒极细、二氧化硅含量很高的天然粉状石英。粉石英这一名词过去叫法很多，有“风化硅土”等，商业上也有称为“非晶质硅石”。粉石英矿主要是由硅质母岩风化解体而成的沉 积风化型矿床。硅质岩具有较好的抗风化能力，使之在表生作用下几乎不发生物质组分的变化。但在特殊的地质构造条件下，在温湿的古气候、地形平缓古地理等因素作用下，促使硅质岩不断碎裂解体，并在水力作用下将杂质带走，最终形成颗粒微细、纯度较高的粉石英矿床。目前我国发现和报道的粉石英矿床不多，如贵州贵定、江西莲花和渝东云峰山等。
是由花岗岩、石英岩、石英砂岩和脉石英等母岩经过自然界长期风化而形成的一种以石英为主要矿物成分的砂状石英矿物原料。其伴生矿物包括长石、岩屑、云母、黏土矿物及锆英石、电气石、钛铁矿和角闪石等重矿物。主要为海相沉积砂矿床和河湖相沉积砂矿床，如福建滨海石英砂，海南文昌、海南儋洲、广东湛江和山东荣成以及内蒙通辽等地石英砂。
美国尤尼明公司IOTA高纯石英系列产品能获得国际垄断地位的根本原因是，拥有世界上迄今为止唯一发现的独特的高纯石英优质原料———花岗岩石英。该原料为产自美国北卡罗来纳州Spruce Pine地区的伟晶花岗岩(曾称为白岗岩)，该特殊类型石英矿床的发现颇具传奇性:20世纪初，该地区主要的矿物资源目标是伟晶岩质的长石类和云母类矿物，因为晶粒粗大，可以直接通过人工手选的方式进行选矿。起初，花岗岩中的石英并未很好利用，作为长石浮选和高岭土回收的尾料，每月产出数千吨的晶体石英砂。一些石英砂被加工后卖给附近的陶瓷工厂用作普通陶瓷原料，而大部分和石榴子石、黑云母以及其它长石、高岭石中的杂质矿物一样被丢弃掉。20世纪70年代，由于石英玻璃原料 ——— 天然水晶的日渐枯竭，寻找可替代水晶的天然石英成为当时许多国家急需攻克的目标。在此背景下，经过改进的浮选技术，利用Spruce Pine地区伟晶花岗岩中的石英替代了天然水晶，生产出了高纯石英砂。目前，我国还没有可开发利用的花岗岩石英矿床报道。
石英矿物资源开发利用需要特别注意的是，由于不同矿床工业类型的形成地质条件不同，使石英的矿床规模大小、矿石组成结构以及石英的晶体结构、晶体化学、粒度、球度和圆度等都存在较大差别。因此，如表4所示，石英矿床工业类型与工业应用特点有着密切的关系，也就是说，不同的矿床工业类型的石英有不同的应用特点。这正是石英矿物资源开发利用多样性和复杂性的原因所在。如何根据不同矿床工业类型石英的特点有针对性地开发与利用，已成为石英矿物原料加工技术与项目成败的关键点。
（1）天然水晶:高纯石英最初是以一、二级天然水 晶为原料，再经精选提纯加工而成。天然水晶成因的特殊性决定了它存在两个先天不足：一是储量小，开采条件差，资源匮乏，价格昂贵，难以满足大规模工业生产的需要；一是受形成环境变化的影响，矿物晶体化学成分不稳定，在大批量的工业应用中导致原料化学成分波动较大，原料标准化困难，难以满足高纯石英高端产品生产的需要。由于天然水晶的色彩丰富，晶莹剔透，美丽纯正，寓意美好，目前主要用作 雕刻各种工艺品。
（2）石英砂岩:该类矿床一般规模较大，地质产状稳定，开采条件较好；同时，矿石一般具有硬度相对较低，天然粒度适中，易于破碎分级和大规模工业化生产。但是，石英砂岩胶结物成分比较复杂，产生了较多杂质，加工产物通常能够满足石英传统应用领域的技术指标要求，能够加工几乎所有w( SiO2 )99%左右产品，也是该产品的最主要原料。需要指出的是，该类矿床的一些并不能用于铸造用石英砂产品加工，因为该产品对石英的粒度大小和角形因数还有严格要求；同时，受粒度大小、球度、圆度和破碎率等天然因素的影响和制约，一些不适用于3D打印砂和石油支撑剂的原料。
（3）石英岩:该类矿床同样具有规模大，地质产状稳定，开采条件较好等优点。同时，矿石一般致密均匀，块度好，比较适合大规模工业化生产。其主要缺点是硬度大，破碎加工成本高，杂质提纯加工困难，缺少天然粒形和粒度。因此，不适用于对球度、圆度等有要求的铸造用石英砂和3D打印砂产品的加工，而主要用于其它w(SiO2 ) 99% 左右产品生产，也是该产品的主要原料。需要说明的是，石英岩一个十分重要的应用是用作金属硅原料，因为金属硅对石英原料 纯度要求并不高，而石英岩在均匀性、块度和高温抗爆性等比较符合金属硅冶炼工艺技术指标要求。
（4）脉石英:脉石英目前主要的应用领域是制备w(SiO2) 99% ~99.9%的硅微粉，主要原因有二:一是 与石英砂岩和石英岩等其它石英矿产资源相比，脉石英几乎全部由石英组成，SiO2通常大于2N，其它杂质含量相对较少，不需要复杂加工就能满足硅微粉的 SiO2 纯度技术指标要求；一是与石英的传统应用领域相比，硅微粉附加值较高但用量并不巨大，矿床资源量能够满足需求。同时，如果脉石英高温防爆性技术指标符合要求的，还可用于金属硅冶炼原料;色泽均匀、杂质少、硬度高、油脂光泽好的脉石英还是人工石英板材用砂的良好原料。脉石英最有潜力的新用途是高纯石英。根据国际成功案例和我国研究实践，脉石英是加工高纯石英的理想原料之一，其工业价值和应用优势是: 第一，高纯石英的附加值高，绝对用量少，过去按传统应用标准，是小矿；而今按新用途标准，则是大矿。第二，与石英岩和石英砂岩相比，脉石英几乎都由石英组成，SiO2纯度一般都在3N及以上，其它杂质含量相对较少，有利于高纯石英的提纯加工。第三，与天然水晶相比，脉石英除开采条件优势外，同一矿区的矿石质量相对比较稳定，为矿物原料均一化加工创造了条件。目前，笔者汪灵教授所在课题组已在脉石英加工制备高纯石英高端产品技术上取得新进展。
（5）粉石英:与石英岩和石英砂岩相比，该类矿床分布不多，规模一般不大。其主要优点是通常自然白度高，天然疏松多孔，容易超细粉碎加工，可作为陶瓷 原料，如果w(SiO2)达标，可加工w(SiO2) 99% ~ 99.9%的硅微粉等浅色矿物填料。其缺点是缺少天然块度和粒度，在许多w(SiO2 ) 99%±产品的应用中受限。
（6）天然石英砂:该类矿床规模一般较大，其主要优点是通常具有良好的天然粒度、球度和圆度，是加工铸造用石英砂、3D 打印砂、彩色石英砂和石油压裂支撑剂等产品理想原料。但天然石英砂的杂质成分比较多，如果w(SiO2 )达标，可用于w(SiO2 ) 99% 左右所有产品加工。
(7)花岗岩石英:日本于20世纪90年代，采用细粒伟晶岩为原料加工透明的高纯石英。美国PPCC公司于20世纪80年代，采用英国西北海岸 Fox- dale 地区花岗岩加工高纯石英，作为西欧石英玻璃的原料，其产品SiO2纯度为4N，Fe<1×10-6 ，其它杂质元素<5×10-6。美国尤尼明公司于上世纪90年代开始，对北卡罗来纳州Spruce Pine地区的伟晶花岗岩开展了卓有成效的开发利用，已开发出IOTA - STD( 标准级)、IOTA- 4、IOTA - 6、IOTA-8等高纯石英系列产品。显然，花岗岩石英已成为国外高纯石英生产的主要原料。
文章部分内容来源于石英产业、汪灵·《石英的矿床工业类型与应用特点，2019》，文中涉及信息仅供参考，如有侵权请告知删除！
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