Кварц обычно относится к низкотемпературному кварцу (α-кварц), а в широком смысле кварц также включает высокотемпературный кварц (β-кварц) и коэсит и т. д. Это один из самых распространенных породообразующих минералов в природе. Основным компонентом кварца является SiO2, который бесцветен и прозрачен, но часто имеет разные цвета из-за некоторых включений и микроэлементов. Он, как правило, белый, бесцветный, дымчатый, стекловидный и жирный на изломе. Удельный вес составляет 2,22 ~ 2,65, твердость по Моосу составляет 7,0, значение pH составляет 6,0, температура плавления составляет 1750 ℃, и он обладает пьезоэлектричеством. Кварц нетоксичен, не имеет запаха, не загрязняет окружающую среду, имеет хорошую термостойкость, стойкость к кислотной и щелочной коррозии, плохую теплопроводность, высокую изоляцию, низкое расширение, стабильные химические свойства и высокую твердость. Он широко используется в стекле, огнеупорных материалах, керамике, литье, химической промышленности, защите окружающей среды, шлифовании, строительных материалах и других отраслях. Среди них стекольная промышленность и промышленность строительных материалов имеют большой спрос на кварцевые ресурсы, и спрос растет с годовым темпом 8%. Высокочистый кварц, извлеченный из высококачественного кварцевого сырья, широко используется в высокотехнологичных отраслях, таких как полупроводники, аэрокосмическая промышленность, военная промышленность, связь, фотоэлектричество и т. д., и указан как стратегический новый материал. В настоящее время моя страна самодостаточна в низкосортной кварцевой продукции, а средне-высококлассная продукция в основном зависит от импорта (Хао Вэньцзюнь, 2020; Янь Линья, 2020).
Провинция Цзянси охватывает две древние плиты, плиты Янцзы и Хуася, с долгой геологической историей, частой магматической активностью и отличительным метаморфизмом, образуя кварцевые ресурсы различных генетических типов, с очевидными преимуществами ресурсов, особенно геологическими условиями для образования высокочистого кварцевого минерального сырья. В этой статье разбирается текущее состояние и характеристики распределения кварцевых ресурсов в провинции Цзянси, анализируется текущее состояние применения кварцевых ресурсов, обсуждается возможность использования гранитного кварца и кварцита в качестве высокочистого кварцевого сырья, а также предлагаются предложения по разработке и использованию кварцевых ресурсов в провинции Цзянси, чтобы привлечь внимание провинциального уровня и коллег в отрасли.
Состояние ресурсов и характеристики распределения
Провинция Цзянси богата кварцевыми ресурсами. По промышленным типам выделяют семь категорий: природный кристалл, кварцит, кварцевый песчаник, кварцевый песок, порошковый кварц, жильный кварц и гранитный кварц (таблица 1). Согласно Таблице запасов минеральных ресурсов провинции Цзянси (по состоянию на конец 2019 года), в провинции Цзянси известно 244 месторождения кварца (рисунок 1а) с подтвержденными запасами ресурсов 524 605,2 тыс. тонн (рисунок 1б). По количеству месторождений полезных ископаемых жильный кварц является крупнейшим, на него приходится более половины, за ним следуют кварцит и кварцевый песчаник, на которые приходится 22% и 15% соответственно, за ним следуют порошковый кварц и кварцевый песок, на которые приходится менее 5%, а наименьшее количество приходится на природный кристалл, на который приходится всего 1%; по подтвержденным запасам ресурсов основными являются кварцевый песчаник, кварцит и кварцевый песок, а сумма этих трех составляет 90% от общего объема подтвержденных ресурсов. Остальные — это жильный кварц и порошковый кварц, составляющие 6% и 4% соответственно. Подтвержденные ресурсы природного кристалла очень малы, составляя около одной десятитысячной. Подтвержденные кварцевые ресурсы Цзянси занимают высокое место в стране, среди которых розовый кварц и жильный кварц составляют более 25%, занимая первое место в стране.
1.1 Натуральный хрусталь
Природные кристаллы в основном кварцевые жильного типа и пегматитового типа. Кристаллические пещеры, образовавшиеся в кварцевых жилах, обычно расположены в расширенных частях или пересечениях тела жилы, а кристаллические пещеры, образовавшиеся в пегматитах, обычно расположены в ядре. В Цзянси много жильного кварца и пегматитов, и они широко распространены. Кристаллические рудники были обнаружены много раз. Было обнаружено более 100 природных кристаллических минеральных (химических) точек, но большинство из них не были разработаны и использованы в высокой степени, поскольку они не сформировали крупномасштабную разработку. Среди них природные кристаллические рудники в приведенной выше таблице - это только гора Сяому в городе Лушань и гора Дацзу Маньтоу в городе Гаоань. Ресурсы в районах добычи истощены, и добыча была прекращена.
1.2 Кварцит
Кварцит - метаморфическая порода, в основном состоящая из кварца, которая образуется путем перекристаллизации кварцевого песчаника или других кремнистых пород посредством регионального метаморфизма. В Цзянси имеется 53 месторождения кварцита с подтвержденным запасом ресурсов 157 263,56 тыс. тонн. Известные месторождения кварцита в основном распределены в районе Цзинганшань-Суйчуань поднятия Луосяо-Чжугуан, а также в Унин, Сюшуй, Лушань, Цзинъань, Фэнсинь, Тунгу, Ифэн, Ваньцзай, Гаоань и других районах поднятия Цзюлин; рассеянное распределение в Пинсян-Аньфу поднятия Угуншань, Шичэн-Гуанчане поднятия Уи, Дэсин-Лэпине поднятия Ваньняньского покрова и других районах.
1.3 Кварцевый песчаник
Кварцевый песчаник — это консолидированная морская и озерная осадочная песчаная порода с содержанием кварца более 90%. В Цзянси имеется 37 шахт по добыче кварцевого песчаника с подтвержденным запасом ресурсов в 173 740,3 килотонн. Известные шахты по добыче кварцевого песчаника в основном распределены в Лепине, Юшане, Гуанфэне, Гуйси, Ияне, Юцзяне и других районах на северо-востоке Цзянси, а также в районе Цзиань; они разбросаны в Жуйчане, Тунгу на севере Цзянси и Жуйцзине, Синьфэне, Цюаньнане и других районах на юге Цзянси. Кварцевый песчаник в Цзянси в основном встречается в осадочном чехле с позднего палеозоя, в основном в девонско-юрских слоях. Рудоносные пласты включают девонскую формацию Тяомацзян, формацию Линъянь Темпл, формацию Юньшань, формацию Чжунпэн, формацию Чжанцю, формацию Янху, формацию Гуаншань, формацию Лэйгутай, каменноугольную формацию Оутанди, пермскую формацию Лепин, триасовую формацию Аньюань и юрские формации Шуйбэй и Чжанпин.
1.4 Кварцевый песок
Кварцевый песок - это песчаноподобное кварцевое минеральное сырье с кварцем в качестве основного минерального компонента, которое образуется в результате естественного выветривания и транспортировки гранита, кварцита, кварцевого песчаника и жильного кварца. В Цзянси есть 9 шахт по добыче кварцевого песка с подтвержденным запасом ресурсов 141 001,27 тыс. тонн. Известные шахты по добыче кварцевого песка в основном распределены в районе озера Поянху, включая Хукоу, Дучан, Лушань, Юнсю и т. д. Крупнейшими из них являются район добычи кварцевого песка острова Сунмэнь в уезде Юнсю и район добычи кварцевого песка Чжэцзи в уезде Хукоу; другие разбросаны в Жуйцзине, Шангао и других районах. Кварцевый песок в Цзянси в основном поступает из озерного осадочного кварцевого песка в современных озерах и аллювиального песка вдоль реки. Он делится на озерное образование и речное образование. Озерное образование наиболее развито в крупных озерах. Озеро Поянху является крупнейшим пресноводным озером в Китае с богатыми ресурсами кварцевого песка; Рекообразование более развито в крупных реках, таких как пять основных рек: Ганьцзян, Фухэ, Жаохэ, Синьцзян и Сюхэ.
1.5 Розовый кварц
Розовый кварц - это природный порошкообразный кварц с чрезвычайно мелкими частицами и высоким содержанием диоксида кремния. В Цзянси есть 11 рудников розового кварца с подтвержденным запасом ресурсов 22 201,1 тыс. тонн. Известно, что рудники розового кварца в основном распределены в Пинсян, Ичунь, Ляньхуа, Аньфу и других районах в западной части Цзянси; разбросаны в Уюань, Шанжао на северо-востоке Цзянси и Синьфэн, Юду и других районах в южной части Цзянси. Среди них четыре горнодобывающих района Хэцзятан в городе Пинсян, Майтянь в городе Ичунь, Цайцзялин в уезде Аньфу и Лофэнтоу в уезде Синьфэн являются средними по размеру. Месторождение розового кварца в Цзянси относится к месторождению кремнистых пород выветривания (микрокристаллический кварцит) (Фан Есен, 2010), а рудоносные пласты в основном представляют собой слои каменноугольно-пермского возраста, особенно сконцентрированные в кремнистых породах формации Маокоу и формации Чэтоу в средней перми.
1.6 Жильный кварц
Жильный кварц имеет крупные кристаллические частицы и очень чистый химический состав. Содержание SiO2 обычно превышает 98%. В Цзянси имеется 131 жильный кварцевый рудник с подтвержденным запасом ресурсов в 30 398,88 килотонн. Известно, что жильные кварцевые рудники многочисленны и широко распространены, в основном мелкие, с несколькими крупными. Существует только три средних по размеру жильных кварцевых рудника: Дафэншань в уезде Синган, Нанкэн в поселке Цзиньцзян, уезде Сяцзян и Чжаннао в уезде Чунъи. Жильный кварц, как правило, связан с магматическим гидротермальным воздействием, в основном образуется вдоль заполнения разломов и наиболее развит в областях гранита и метаморфических пород. Согласно «Геологии минералов Китая: Объем Цзянси», жильные кварцевые рудники в Сюшуй, Лушань, Ваньцзай, Гаоань, Синьюй, Чунжэнь, Личуань, Юйшань и других местах имеют хорошее качество кварца, а руда молочно-белая или бесцветная, прозрачная или полупрозрачная, с содержанием SiO2 более 99% и содержанием Fe2O3 менее 0,04%. Региональные разломы и вторичные разломы в приподнятых областях часто образуют крупномасштабные жильные кварцевые рудники. Наибольшие перспективы разведки находятся в горах Муфу, Цзюлин, Угун, Уи, Ю и Наньлин.
1.7 Гранит Кварц
Гранит чрезвычайно развит в Цзянси, с открытой площадью 35 000 км2, что составляет 23,1% площади провинции. По сравнению с другими типами кварца гранитный кварц имеет значительные преимущества масштаба и широкие перспективы для разработки и использования. Однако из-за его низкого содержания (обычно 20-35%) текущий уровень разработки и использования гранитного кварца относительно низок, и он в основном используется в качестве хвостов и сопутствующих минералов.
Современное состояние применения кварца и выбор высокочистого кварцевого сырья
Промышленный тип месторождений кварца тесно связан с характеристиками промышленного применения. Ван Лин обобщил характеристики промышленного применения на основе характеристик кварца различных промышленных типов месторождений (Ван Лин, 2019). Высокочистый кварц является незаменимым базовым материалом в развитии национальных стратегических отраслей и опорных отраслей. Это незаменимый и незаменимый важный функциональный материал для высокотехнологичных отраслей, таких как полупроводниковые чипы, солнечная фотоэлектричество, оптоволоконная связь, аэрокосмическая промышленность, прецизионная оптика и специальное стекло. Это действительно «застрявший» минеральный ресурс. Из-за своего важного стратегического положения его называют «гигантской пандой» в диоксиде кремния (Ван Цзюи, 2022). Высокочистое кварцевое сырье относится к кварцевому сырью, которое можно извлечь из высокочистого кварца с помощью процессов очистки. Исследования высокочистого кварцевого сырья являются передовым направлением исследований кварца в моей стране в настоящее время (Чэнь Цзюньюань, 2020; Ван Цзюи, 2021). Природный кристалл был исходным сырьем для производства кварца высокой чистоты, но из-за его небольших запасов и высоких цен его трудно удовлетворить потребности крупномасштабного промышленного производства. Ван Лин (2014) указал, что жильный кварц и гранитный кварц являются идеальным сырьем для замены природного кристалла для обработки кварца высокой чистоты среднего и высокого класса, но не все жильные кварцы и гранитные кварцы могут обрабатывать кварц высокой чистоты. Только очень небольшое количество или даже очень немногие могут обрабатывать высококачественную продукцию. Предыдущие исследователи (Тянь Цинъюэ, 2017; Ван Тин, 2018; Ван Юньюэ, 2020) провели много исследований жильного кварца как кварцевого сырья высокой чистоты и достигли замечательных результатов, но исследования гранитного кварца и кварцита относительно невелики. В последние годы Институт геологической службы Цзянси провел соответствующие исследовательские работы и считает, что гранитный кварц и кварцит, образовавшиеся в определенных геологических условиях, являются потенциально благоприятным кварцевым сырьем высокой чистоты.
2.1 Гранит Кварц
Гранитный кварц является идеальным сырьем для извлечения кварца высокой чистоты из-за его медленной кристаллизации и длительного времени, и он относительно чистый. Самая известная в мире серия IOTA кварцевого песка высокой чистоты поступает из белого гранита в районе Spruce Pine в Соединенных Штатах. Результаты внутренних исследований подтвердили, что гранитный кварц, образованный при определенных геологических условиях, может использоваться для извлечения кварца высокой чистоты (Zhang Ye, 2012; Zhang Yanyan, 2018; Cong Jinyao, 2019; Zhao Jinzhou, 2022). После обширных исследований и всесторонних исследований автор считает, что пегматит, пегматитовый гранит и мусковитовый пегматитовый гранит являются потенциально благоприятными материалами для получения кварца высокой чистоты. Было обнаружено крупномасштабное и высококачественное сырье для получения кварца высокой чистоты, представленное Yihuang Tangyin и Ningdu Wangxi Village. Пегматит Yihuang Tangyin① распределен поясами и внедряется в средне-мелкозернистый биотитовый монцогранит. Имеется 5 крупных пегматитов, которые являются крупными жилообразными и кистозными, с длинной осью простирания NEE, длиной 265-650 метров, шириной 6-80 метров и общим наклоном NNW и локальным наклоном SSE. Залегание относительно крутое, обычно 65-85°. Пегматиты в основном состоят из полевого шпата, кварца и мусковита, за которыми следует турмалин, с гранатом в качестве характерного минерала. Основными примесными элементами высококачественного кварца в пегматите Танъинь являются Al54.34×10-6, Li0.34×10-6 и Ti25.46×10-6, которые имеют потенциал для очистки до кварца высокой чистоты 99.992% или более; примесными элементами обычного кварца являются Al54-200×10-6, Li0.33-17×10-6 и Ti3-40×10-6, которые имеют потенциал для очистки до кварца высокой чистоты 99.98% или более. Белый слюдяной пегматитовый гранит в деревне Ванси, Нинду②, образован в форме скальной опухоли с неправильной эллиптической плоскостью, почти восточно-западным простиранием, длиной более 300 метров и шириной около 160 метров. Он встречается в средне-крупнозернистом порфировом биотитовом монцоните граните. Основными минералами белого слюдяного пегматита являются полевой шпат, кварц и белая слюда, а темных минералов очень мало. Основными примесными элементами кварца мусковитового пегматитового гранита деревни Ванси являются Al54,94×10-6, Ti13,71×10-6 и Li1,03×10-6, и он имеет потенциал для очистки до кварца высокой чистоты выше 99,991%, и, как прогнозируется, будет крупномасштабным или выше.
2.2 Кварцит
Кварцит образуется в результате метаморфизма кварцевого песчаника или других кремнистых пород. Метаморфизм приводит к миграции исходных примесных элементов в кварце, тем самым повышая чистоту кварца. Мюллеретал (2007) изучал кианитовый кварцит в северной Норвегии и обнаружил, что содержание примесных элементов в кварце низкое, имеется мало флюидных включений, а границы зерен между кварцем и другими минералами в основном плоские. Ян Сяоюн (2021) считает, что ретроградный метаморфизм влияет на исходный состав микроэлементов кварца. Во время ретроградного метаморфизма кварц претерпевает восстановление решетки, сопровождающееся усадкой области границ зерен и миграцией границ зерен, что способствует залечиванию дефектов решетки кварца и вытеснению примесных элементов в решетке (таких как Al, Ti и т. д.) к границе зерен или концентрации их во включениях. Кварцит в Цзянси в основном распространен в докембрийских метаморфических слоях. Представительные кварцитоносные пласты включают формацию Наньхуа Сяфан, формацию Шабахуан, формацию Хуншань, формацию Синиан Лаохутан и кембрийскую формацию Вайгуанькэн, которые широко распространены в центральной и южной части Цзянси. Содержание SiO2 в кварците составляет более 98%. Из-за наложения магматического контактного термического метаморфизма или некоторых положительно коррелированных тектонических действий кварц может быть дополнительно очищен естественным путем. Внутри кварца очень мало газожидкостных включений, а содержание SiO2 увеличивается до более чем 99%. Предварительно считается, что он имеет потенциал быть высококачественным и высокочистым кварцевым сырьем.
Предложения по развитию и использованию
(1) Рекомендуется провести исследования по разработке и использованию различных типов кварцевых ресурсов, чтобы понять статус их применения в высокотехнологичной кварцевой промышленности Цзянси.
С быстрым развитием социальной экономики, науки и техники, в дополнение к устойчивому росту спроса на кварцевые ресурсы в традиционных отраслях промышленности, полупроводниковая, фотоэлектрическая и коммуникационная отрасли чрезвычайно популярны, и спрос на кварцевые ресурсы значительно возрос. Кроме того, нехватка высококачественных кварцевых ресурсов привела к недостаточной общей производственной мощности и ограниченному предложению кварцевых ресурсов в моей стране. С другой стороны, высокотехнологичная область предъявляет все более высокие требования к чистоте кварца. Высокочистый кварц был включен в список стратегических ресурсов некоторыми крупными странами и державами (Го Цзя, 2018; Чэнь Цишен, 2021), а технология производства кварцевого песка средней и высокой чистоты была включена в область высоких технологий правительствами различных стран и строго защищена. Цзянси богат кварцевыми ресурсами. В прошлом не проводилось систематических исследований ресурсов и состояния их разработки по всей провинции. Проводя исследования по разработке и использованию различных типов кварцевых ресурсов, мы можем понять состояние ресурсов, их разработку и использование, проанализировать ситуацию со спросом и предложением, особенно качество кварцевого минерального сырья, расширение производственной цепочки и применение в высокотехнологичных отраслях промышленности, чтобы оказать техническую поддержку развитию высокотехнологичных отраслей промышленности Цзянси и связанных с ними планов промышленного развития.
(2) Рекомендуется включить высокочистое кварцевое кремнистое сырье в число основных геологоразведочных полезных ископаемых провинции, а также приложить усилия для расширения геологоразведочных работ и научных исследований с целью обеспечения ресурсных гарантий для быстрого развития новых отраслей промышленности Цзянси.
Высокочистый кварц является ключевым базовым сырьем в области высоких технологий. Он имеет национальное стратегическое значение для обеспечения безопасности чипов, оптоволокна, фотоэлектрической безопасности и безопасности высококлассных устройств. 7 ноября 2018 года Национальное бюро статистики выпустило «Классификацию стратегических развивающихся отраслей (2018)», которая впервые подняла высокочистый кварц до уровня национальных стратегических ресурсов. В «Концепции 14-го пятилетнего плана национального экономического и социального развития провинции Цзянси и долгосрочных целях на период до 2035 года» указано, что необходимо углубить стратегию укрепления промышленности, сосредоточиться на новых отраслях, таких как авиация, электронная информация, производство оборудования, традиционная китайская медицина, новая энергия и новые материалы на основе преимуществ, энергично реализовать высококачественное действие по развитию отрасли «2+6+N», решительно бороться за обновление промышленной базы и модернизацию промышленной цепочки, а также создать возвышенность для трансформации и модернизации традиционных отраслей и выращивания и развития новых отраслей в стране. С концентрированным развитием таких отраслей, как электронная информация (печатные платы, оптоэлектронные дисплеи, полупроводниковое освещение), новая энергия (фотоэлектричество) и новые материалы (полупроводниковые новые материалы) в Цзянси, спрос на высокочистый кварц демонстрирует непрерывную тенденцию к росту. Если проблема источника ресурсов не может быть решена, степень зависимости от импорта будет продолжать расти. Для того чтобы лучше развивать новые точки роста для высокотехнологичных отраслей промышленности и содействовать высококачественному экономическому развитию в Цзянси, рекомендуется включить кремнистое сырье для получения кварца высокой чистоты в число основных геологоразведочных полезных ископаемых провинции, увеличить финансовые инвестиции, направлять социальные инвестиции, поощрять и поддерживать геологоразведочные подразделения и научно-исследовательские институты в проведении ключевых технологических исследований и разработок, таких как поиск и оценка ресурсов, переработка и очистка полезных ископаемых, восполнить недостатки отраслей промышленности, занимающихся добычей и переработкой полезных ископаемых, а также создать полную промышленную цепочку для использования кварца высокой чистоты.
（3）Рекомендуется разработать метод классификации и оценки качества кварцевого сырья для содействия научному и эффективному использованию высококачественных кварцевых ресурсов.
Кварц - это не только неметаллический минерал с большим объемом потребления, но и минерал, срочно необходимый для передовых технологий. Разработка и использование кварцевых ресурсов Цзянси имеет заметную проблему некачественного использования высококачественных ресурсов, что приводит к потере и расточительству высококачественных кварцевых ресурсов. Основная причина заключается в том, что оценка кварцевого сырья и исследования его применения недостаточно глубоки. Поэтому очень важно провести комплексную оценку кварцевого сырья. Рекомендуется провести исследование адаптивности применения основного кварцевого сырья в Цзянси в соответствии с областью применения и установить метод оценки классификации и сортировки сырья для содействия иерархическому развитию и научному использованию ресурсов. Защитить высококачественные ресурсы и обеспечить спрос на кварцевое сырье высокой чистоты в области высоких технологий.
(4) Рекомендуется создать базу разработки и использования кварцевых ресурсов на основе местоположения и преимуществ ресурсов для содействия промышленному развитию.
Цзянси богат кварцевыми ресурсами, которые относительно сконцентрированы в соответствии с типами их генезиса. В некоторых районах имеются обильные крупномасштабные, высококачественные и высокочистые кварцевые сырьевые материалы. Рекомендуется, чтобы местные органы власти полагались на свои ресурсные преимущества для создания баз разработки и использования кварцевых ресурсов; далее оптимизировать распределение ресурсов, сформулировать преференциальную политику, построить современные высокостандартные кварцевые промышленные парки, привлечь социальный капитал для инвестирования в строительство заводов, активно продвигать объединение и развитие кварцевой промышленности и создать высокочистую кварцевую промышленную базу.
Заключение
Кварцевые ресурсы в Цзянси бывают разных типов, широко распространены и имеют большие запасы. Среди них порошковый кварц и жильный кварц являются полезными минералами, а запасы ресурсов занимают первое место в стране. Тип кварца определяет промышленное применение. Кварцит, кварцевый песчаник и жильный кварц являются важным стекольным сырьем. Порошковый кварц и жильный кварц являются основным сырьем для кремниевого микропорошка. Гранитный кварц и кварцит являются благоприятным высокочистым кварцевым сырьем. Ввиду текущего состояния и существующих проблем разработки и использования кварцевых ресурсов в Цзянси, выдвигаются четыре предложения: 1) Рекомендуется провести обследование по разработке и использованию различных типов кварцевых ресурсов, чтобы выяснить применение кварцевых высокотехнологичных отраслей в Цзянси; 2) Рекомендуется включить кремнистое сырье для высокочистого кварца в ключевые разведочные минералы провинции, повысить интенсивность разведки и научных исследований и предоставить ресурсные гарантии для быстрого развития новых отраслей в Цзянси; 3) Рекомендуется разработать метод классификации и оценки сортов кварцевого сырья для содействия научному и эффективному использованию высококачественных кварцевых ресурсов; 4) Рекомендуется разработать базу разработки и использования кварцевых ресурсов на основе местоположения и ресурсных преимуществ для содействия промышленному развитию.