一种花岗伟晶岩型高纯石英原料的品质评价方法、评级指标及系统与流程

本发明涉及高纯石英砂材料领域，具体来讲，涉及一种花岗伟晶岩型高纯石英原料的品质评价方法、评级指标及系统。

背景技术：

1、高纯石英是由水晶、脉石英、花岗伟晶岩等矿石作为原料经提纯后的一种矿产品，是硅产业高端产品的物质基础，具有耐高温、耐腐蚀、低热膨胀性、高度绝缘性和透光率高等优异的物理化学特性，广泛应用于半导体、光伏、光纤通信、光学、电光源等领域，是新一代信息技术、新能源、高端装备等战略性新兴产业的关键基础材料。尽管我国高纯石英的产量连年增加，但我国目前是全球最大的高纯石英工业原料进口国，高端高纯石英原料主要依赖美国进口。因此，国内对高纯石英原料进行开发与利用的研究迫在眉睫，以期突破国际技术封锁，实现高纯石英及下游产业的国内自主生产。目前，我国还未完全掌握从天然岩石矿物中提纯生产高纯石英砂的核心技术，寻找合适的石英原料并进行针对性的提纯研究具有十分重大的意义。

2、花岗伟晶岩是我国分布最广、储量最大的高纯石英原料矿，由于其地质成因情况复杂，导致各地区矿的杂质赋存情况大相径庭，同时影响高纯石英最终纯度的因素有多方面，但目前国内尚无统一标准来对原料进行评估。因此，建立一套针对花岗伟晶岩型高纯石英的评价体系，对于优化高纯石英资源的开发利用和帮助企业降低成本、提升产品品质，均具有重要的实际意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种花岗伟晶岩型高纯石英原料的品质评价方法；本发明的目的之二在于提供一种花岗伟晶岩型高纯石英原料的品质评级指标；本发明的目的之三在于提供一种花岗伟晶岩型高纯石英原料的品质评级系统。

2、为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种花岗伟晶岩型高纯石英原料的品质评价方法，所述评价方法包括：

3、1）对原矿的矿物组成进行分析，获得原矿的矿物组成评级；

4、2）对原矿的风化程度进行分析，获得原矿的风化程度评级；

5、3）对原矿的矿物嵌布状态进行分析，获得原矿的矿物嵌布状态评级；

6、4）对原矿进行物理选别，并对物理选别精矿的形貌特征进行分析，获得物理选别精矿的形貌特征评级；

7、5）对物理选别精矿的sio2含量进行分析，获得物理选别精矿的sio2含量评级；

8、6）对经物理选别精矿进行化学选别，并对化学选别精矿的sio2含量进行分析，获得化学选别精矿的sio2含量评级；

9、7）对步骤1）-6）中的评级结果汇总，完成对花岗伟晶岩型高纯石英原料的品质评价。

10、可选择地，所述原矿的矿物组成评级包括a、b、c、d共4个级别；所述a级原矿中主要脉石矿物为白云母，含少量长石；所述b级原矿中主要脉石矿物为长石，含少量白云母或黑云母；所述c级原矿中含量大于5%的脉石矿物等于或多于3种，所述脉石矿物包括长石、白云母、黑云母、电气石和金红石；所述d级原矿中含量大于5%的脉石矿物等于或多于4种，所述脉石矿物包括长石、白云母、黑云母、电气石、金红石、锐钛矿和黏土矿物；

11、所述长石包括钾长石、钠长石和钙长石及其类质同像系列产物。

12、可选择地，所述原矿的风化程度评级包括a、b、c、d共4个级别；所述a级原矿矿物结晶性稳定且无风化痕迹；所述b级原矿表层出现风化，偶见长石高岭土化特征；所述c级原矿风化程度较高，晶相出现黏土矿物，且黏土物相含量超过3%；所述d级原矿风化程度严重，无法维持块状形貌，表现为砂状或沙土状矿石颗粒。

13、可选择地，所述原矿的矿物嵌布状态评级是根据花岗伟晶岩中石英与脉石矿物之间的嵌布特征划分的，包括a、b、c、d共4个级别；所述a级原矿中石英出现波状消光，矿物嵌布状态以独立伴生矿物为主；所述b级原矿中石英晶粒完整，嵌布矿物以白云母、长石充填石英晶间裂隙为主；所述c级原矿中石英晶粒内部出现较多嵌布矿物，且嵌布尺寸在微米级以上；所述d级原矿中石英晶粒内部出现较多嵌布矿物柱状，以及针状微米/亚微米级固体包裹体。

14、可选择地，所述物理选别精矿的形貌特征评级是根据花岗伟晶岩经物理选别获得的精矿的显微形貌划分的，包括a、b、c、d共4个级别；所述a级物理选别精矿中石英晶粒透亮、无侵染颜色，晶粒内部少见固体包裹体，气液包裹体数量较少且以次生代/假次生代包裹体为主；所述b级物理选别精矿中石英晶粒透亮、少见表层染色，晶粒内部少见固体包裹体，气液包裹体数量较少；所述c级物理选别精矿中石英晶粒颜色可见侵染，偶有暗色颗粒混杂其中，晶粒内部可见固体包裹体或气液包裹体数量较多；所述d级物理选别精矿中石英晶粒颜色可见侵染，有暗色颗粒混杂其中，晶粒内部可见固体包裹体且气液包裹体数量多，类型复杂，可见原生气液包裹体特征。

15、可选择地，所述物理选别精矿的sio2含量评级是根据花岗伟晶岩经物理选别获得的精矿的杂质含量划分的，包括a、b、c、d共4个级别；所述a级物理选别精矿的sio2化学成分纯度大于99.95%；所述b级物理选别精矿的纯度大于99.9%；所述c级物理选别精矿的纯度大于98%；所述d级物理选别精矿的纯度低于98%。

16、可选择地，所述化学选别精矿的sio2含量评级是根据花岗伟晶岩经化学选别获得的精矿的杂质含量划分的，包括a、b、c、d共4个级别；所述a级化学选别精矿的纯度大于4n5，且杂质化学成分以k、na为主时；所述b级化学选别精矿的纯度大于4n，且杂质化学成分以al、k、na、fe、mg为主；所述c级化学选别精矿的纯度大于3n，且杂质化学成分以al、k、na、fe、mg、ca、ti为主；所述d级化学选别精矿的纯度低于3n，杂质化学成分复杂时，则其评级为d类。

17、可选择地，步骤1）所述对原矿的矿物组成进行分析的方法包括通过x射线衍射结合x射线荧光光谱来确定花岗伟晶岩原矿的矿物组成及化学成分。

18、可选择地，步骤2）所述对原矿的风化程度进行分析通过采样原矿手标本外观形貌特征来判别。

19、可选择地，步骤3）所述对原矿的矿物嵌布状态进行分析包括通过透反射偏光显微镜观察花岗伟晶岩原矿切片，鉴定脉石矿物与石英之间的嵌布状况及石英内部包裹杂质情况。

20、可选择地，所述对物理选别精矿的形貌特征进行分析包括通过透反射偏光显微镜观察石英精矿颗粒，鉴定精矿中脉石矿物占比、石英内部包裹体嵌布特征、石英颗粒形貌及粒径大小。

21、可选择地，所述物理选别精矿是由花岗伟晶岩原矿经过制砂、重选、磁选、浮选、色选、电选中的一种或多种非化学法制备获得。

22、可选择地，所述化学选别精矿是由所述物理选别精矿通过高温酸浸、氯化焙烧、热压酸浸提纯得到的高纯化石英砂。

23、可选择地，所述sio2含量的分析方法包括通过icp-oes（电感耦合等离子体发射光谱仪）或icp-ms（电感耦合等离子体发射质谱仪）检测高纯石英中的微量元素化学成分，sio2含量采用差减法得到，即w（sio2）=（1–w（杂质元素总量））×100%。

24、本发明另一方面提供了一种花岗伟晶岩型高纯石英原料的品质评级指标，所述评级指标适用于上面所述的花岗伟晶岩型高纯石英原料的品质评价方法。

25、可选择地，所述评级指标包括六个要素，分别为：a-原矿的矿物组成、b-原矿的风化程度、c-原矿的矿物嵌布状态、d-物理选别精矿的形貌特征、e-物理选别精矿的sio2含量、f-化学选别精矿的sio2含量；所述六个要素的评级分别包含a、b、c、d共4个级别，综合评级结果得到对花岗伟晶岩型高纯石英原料的品质评价；其中：

26、a级别不少于3个的划分为一级高纯石英原料；

27、b级别以上不少于3个的划分为二级高纯石英原料；

28、b级别以上不少于2个的划分为三级高纯石英原料；

29、b级别以上少于2个的建议作为非高纯石英原料进行开发利用。

30、可选择地，所述一级高纯石英原料通过提纯工艺优化后可以制备得到4n5级以上的高纯石英；

31、所述二级高纯石英原料通过提纯工艺优化后可以制备得到4n级以上的高纯石英；

32、所述三级高纯石英原料通过提纯工艺进行优化后可以制备得到3n级以上的高纯石英。

33、本发明再一方面提供了一种花岗伟晶岩型高纯石英原料的品质评级系统，所述评价系统能够实现上面所述的花岗伟晶岩型石英原料品质的评价方法，并基于上面所述的花岗伟晶岩型高纯石英原料的品质评级指标进行。

34、可选择地，所述评级系统采用半定量阈值分级评价法，通过数字信号逻辑电路对花岗伟晶岩原矿、及其物理与化学选别精矿六个要素进行评价与分级的指标进行可编程设计；所述评级系统是由译码器、全加器、超前进位加法器、数值比较器和计数器构成的多指标评级系统。

35、可选择地，所述评级系统按a、b、c、d、e、f六个要素设定为六个平行评级模块，每个评级模块具有a、b、c、d四个评级指标，所述四个评级指标用两位二进制数a1a0表示，a=10，b=01，c=11，d=00；每个指标的评分等级通过二进制代码a1a0输入，经过译码器、全加器、超前进位加法器、数值比较器及多个逻辑门串联的逻辑电路，输出对花岗伟晶岩原料的综合性的评价等级level1、level2、level3、level4。

36、其中，level1花岗伟晶岩原料可以制备4n5级以上的高纯石英，level2花岗伟晶岩原料可以制备4n级以上的高纯石英，level3花岗伟晶岩原料可以制备3n级以上的高纯石英，level4花岗伟晶岩原料不建议作为高纯石英原料进行开发利用。

37、可选择地，所述译码器为74ls139或74hc139，能够将两位二进制a1a0转化为一位二进制数。

38、可选择地，所述全加器将所述六个平行评级模块的所述译码器输出的二进制数相加，s为本位和数相加，c为向高位的进位数。

39、可选择地，所述超前进位加法器为74ls283或74hc283，能够将两片全加器的本位和数及进位数相加，计算六个要素中评级a的数目na或评级a+b的数目na+b。

40、可选择地，所述数值比较器为74ls85或74hc85，能够将加法器输出的三位和数s2s1s0与（011）b或（010）b进行比较，得出对指令“na是否不小于3”、“nb是否不小于3”及“nb是否不小于2”的判断。

41、可选择地，片1、片2、片3均为由所述超前进位加法器和所述数值比较器构成的模组，能够对六个要素的评级指标进行分级计数，同时比较相应的分级数目。

42、可选择地，所述片1为计算a的数目na并将na与（011）b=（3）d比较，当na≥3，则输出该样品综合等级为level1；所述片2包括计算a+b（a或b）的数目na+b并将na+b与（011）b=（3）d比较，当na+b≥3，则输出该样品综合等级为level2；所述片3计算a+b（a或b）的数目na+b并将na+b与（010）b=（2）d比较，当na+b≥2，则输出该样品综合等级为level3，否则输出该样品综合等级为level4。

43、与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：

44、（1）本发明提供的花岗伟晶岩型高纯石英的品质评价方法，通过全面的评估体系、评级指标，对花岗伟晶岩型高纯石英原料进行评价筛选，该方法综合考虑了矿物组成、风化程度、岩矿鉴定特征（嵌布特征）、物理选别精矿特征、物理选别精矿纯度、化学选别精矿纯度的关键因素，能够有效解决当前高纯石英砂评价标准不一、过度依赖单一测试来验证原料提纯潜力的问题，同时还能够显著减少在人力、物力以及财力上的不必要浪费。

45、（2）本发明能够在生产过程中快速筛选出具备高纯石英提纯潜力的原料，将不同品位石英的原料进行分级利用，避免了低品位石英高值化利用的成本浪费，高品位石英低值化利用的原料浪费。

46、（3）本发明提供了一种高纯石英原料的品质评级系统，通过数字信号逻辑电路对该方法进行可编程设计，构建出一种高纯石英提纯潜力的矿物学评估系统，涵盖了流程端、检测端和评级端，是综合矿物成因、杂质可控性及结构缺陷等维度的全方位评估体系，通过对国内各地区多种石英矿样品进行系统测试，证实该评估系统的可靠性，为国内地质勘察找矿工作提供重要参考，展望未来能进一步提出高纯石英原矿鉴别的ai数据库模型。