摘要：马家坡硅质岩矿床位于上扬子古陆块(Ⅱ22）大巴山台缘褶皱带(Ⅱ22-1）青峰断裂南侧。文章在对马家坡硅质岩矿地质及矿体特征进行论述的基础上，对矿石的加工技术性能进行了评价，谷城县硅质岩矿石质量好，经简单的煅烧-水淬-酸洗工艺处理后，即可获得工业硅用优质精品矿。文章通过对矿床地质特征及加工利用性能进行分析总结，可为该地区寻找同类型矿床提供参考地质资料。

　　关键词：谷城；硅质岩；地质特征；加工技术性能

　　中国是全球最大的工业硅消费国，2021年工业硅消费全球占比57%。目前，硅石矿产业链生产环节清晰，下游应用丰富。上游生产原料包括硅石和碳质还原剂，原料清晰，生产工艺较为固定，生产工艺较为成熟；下游产品主要聚集于生产有机硅、制取高纯度的晶体硅材料以及配置有特殊用途的硅铝合金三大应用领域，在国民生活中得以广泛应用。马家坡矿区硅质岩矿经过勘查，其规模已达中型，具有重要的经济意义，通过对矿床地质特征及加工技术性能进行分析总结，可为在谷城地区寻找同类型矿床提供参考。

　　1区域地质

　　马家坡矿区所处大地构造位置属华南板块，位于上扬子古陆块大巴山台缘褶皱带中。区域地层依次出露震旦系、寒武系至志留系下统沉积的一套浅海-滨海相沉积碳酸盐岩、砂质碎屑岩、粉砂岩、页岩；古生界二叠系、三叠系沉积的一套浅海相碳酸盐岩夹砂岩、页岩，中生界白垩系内陆湖泊相沉积的红色砂砾岩及新生界第四系松散的砂质粘土风化残坡积物与河流冲积物［1］。

　　区域褶皱构造主要走向近东西，倾向北，向南倒转的一系列相间的背斜及向斜组成。断裂构造主要为青峰断裂及其以南扬子准地台范围内的东西断裂，由一系列多级别相互平行的逆冲断层组成，断层断面北倾，倾角以中等为主，由北向南逆冲。次为北东向断裂、北西向断裂。区内岩浆岩不发育。

　　2矿床地质特征

　　2.1地层

　　马家坡矿区位于扬子地层区上扬子地层分区，出露地层主要有震旦系上统-寒武系下统灯影组、寒武系下统牛蹄塘组、石牌组、天河板组、石龙洞组及第四系。

　　震旦系上统-寒武系下统灯影组根据岩性组合特征分为三个岩性段，本区主要出露第二岩性段（Z2∈1d2），根据岩性特征进一步划分为六个岩性亚段，其中第二岩性段4亚段（Z2∈1d2-4）、6亚段（Z2∈1d2-6）为赋矿层位。灯影组第二岩性段4亚段（Z2∈1d2-4）上部近顶板一侧为薄-中层白云质条带硅质岩夹硅质页岩，局部为角砾状硅质岩；下部为深灰色-浅灰色中-厚层状硅质岩，隐晶质结构，中厚层状构造，层理不发育，其间偶夹硅质条带白云岩或白云质条带硅质岩夹层。近底板一侧为较密集薄层白云质条带硅质岩、硅质条带白云岩。该层位总体厚度0~22m，为矿区硅石矿的主要矿层。灯影组第二岩性段6亚段（Z2∈1d2-6）上部为角砾状硅质岩，中部为中层状硅质岩与硅质页岩互层，中-下部为中厚层状硅质岩，底部为黄褐色硅质页岩。该层岩性组合较复杂，厚度0~35m，在区域上分布最稳定的矿层，也是谷城地区最主要的矿层。在马家坡矿区受矿区范围限制，出露规模较小，为矿区内次要矿层。

　　2.2构造

　　矿区构造线总体方向为北东-南西向，地层均表现为向北西倾斜的单斜，倾向一般在330。左右，倾角一般在15。～30。。局部受断层作用影响，岩石产状变陡，且局部变得产状杂乱，倾角一般50。左右，局部可达65。左右。

　　矿区靠近青峰断裂，断层较发育，但规模一般不大，断距一般在3~5m，对矿层有明显的破坏性，表现为沿断层破碎带节理、裂隙发育，使矿层破碎成直径3~5cm的碎块状且沿节理面有大量的铁质充填，对矿石质量影响较大［2］。

　　3矿体特征

　　3.1矿层（体）特征

　　矿区内矿体赋存于灯影组中段第四亚段（Z2∈1d2-4）和第六亚段（Z2∈1d2-6）中，严格受地层层位控制，矿体连续性好，局部见有夹石，不连续，矿体产状与地层产状一致，倾向330。～10。，倾角10。～35。不等，产状整体较为稳定，在矿区范围内呈上下两层单斜层状矿体，两者之间的距离约为180~200m。

　　灯影组中段第四亚段（Z2∈1d2-4）为矿区内下矿层，也是主矿层，矿体走向长约550m，倾向宽约730m，厚度2.23~21.95m，平均厚7.97m。矿体主要由浅灰或深灰色中厚层状硅质岩组成，以深灰色为主，具隐晶质结构，中厚层或块状构造，岩石层理不发育。矿层顶板岩石为薄层白云质条带硅质岩夹硅质页岩、角砾状硅质岩，底板为硅质条带白云岩。

　　灯影组中段第六亚段（Z2∈1d2-6）为矿区内上矿层，矿体走向长度约750m，倾向宽约120m，矿体厚3.03~13.84m，平均厚6.57m。矿体主要由灰色中厚层状硅质岩，矿体上部为灰黄色角砾状硅质岩、中层状硅质岩-硅质页岩互层。矿体底部为黄褐色硅质页岩，硅质条带白云岩。

　　3.2矿石特征

　　3.2.1矿物成分

　　矿石成分主要为石英，另含少量的白云石、铁的化合物等。石英：呈它形粒状，一般粒径0.02mm，含量90%以上，白云石：呈自形-它形粒状，混生于石英颗粒之中，粒径0.4~0.06mm，含量0.5%~6%。铁的化合物：主要是黄铁矿，多呈细脉状分布于微晶石英集体粒间，可见其粒径较大者为0.1mm左右，含量0~2%。

　　3.2.2化学成分

　　矿区内两个矿层矿石组分含量变化较稳定，矿石主要化学成分SiO2含量90.02%~99.35%，平均值95.94%~96.45%，组分变化系数2.17%~2.78%，变化稳定；有害组分Al2O3含量为0.05%~2.03%，平均值0.32%~0.52%；Fe2O3含量为0.11%~0.78%，平均值0.41%~0.43%；CaO含量为0.17%~2.68%，平均值0.74%~0.78%；P2O5含量为0.007%~0.25%，平均值0.036%~0.052%。据采样分析结果（共采矿石样154个），矿石SiO2含量≥98%以上的43个，占比27.92%；有害组分Al2O3含量≦0.5%以下的118个，占比76.62%；有害组分Fe2O3含量≦0.5%以下的103个，占比66.88%；有害组分CaO含量≦0.5%以下的83个，占比53.908%。

　　矿石中有害组分Al2O3主要分布于粘土矿物中，粘土矿物主要以泥质夹层分布于硅质岩矿层中；CaO主要分由于白云石中，主要以白云岩条带在矿层中分布，另有少量呈星散状分布于硅质岩中，这种星散状白云石主要分布于深灰-灰黑色硅质岩中，当白云石含量较高时，矿石的透明度有降低的趋势。Fe2O3主要以铁质薄膜沿裂隙分布，当铁质含量较高时，将矿石表面浸染成红褐色，P2O5主要分布于白云岩条带中，当SiO2含量高时，P2O5含量明显降低。

　　根据调查，矿区内及周边矿区同一层位矿石中的有害组分主要以夹层、条带分布于矿石中，易识别。生产过程中，通过人工手选并水洗后，即可获得高品质的冶金用石英岩矿石（SiO2含量≥98%），这也是谷城县一带赋存于灯影组中冶金用石英岩矿能长期开采，并销售良好的重要原因。

　　3.2.3矿石结构、构造

　　区内矿石主要呈细晶-微晶结构，石英呈他形粒状，粒径一般在0.02mm左右。呈中厚层构造、块状构造，少量矿石呈中薄层构造［3］。

　　4矿石加工技术性能评价

　　文章中，采集了两件样品进行工艺矿物学研究，在此基础上开展了提纯工艺的实验室流程实验，并对提纯后的产品是否可作为生产结晶硅的原料进行了评价。

　　4.1原矿化学性质

　　4.1.1矿石化学成分

　　所采集样品SiO2含量为98.67%，与周边及老矿山矿山销售的标准矿石的SiO2含量基本一致。

　　4.1.2原矿化学多元素分析

　　本次实验利用全谱直读等离子体发射光谱仪测定原矿的痕量元素，测试结果如表1所示。

　　4.2原矿石物相分析

　　4.2.1偏光显微镜分析

　　利用OLYMPUsBX53M型偏光显微镜，放大倍数40X-8000X分析矿石中杂质矿物物相组成。通过石英岩块状样品的显微镜照片可知主要矿物的嵌布特征：

　　（1）变质石英（Qtz）：形态不规则的颗粒状集合体，多由原硅质岩经变质重结晶后形成，边缘不平整，无色透明，一级灰白干涉色，镶嵌式接触，零散聚集分布，石英集合体中可见残留的线状或团粒状硅质玉髓，石英颗粒大小多在0.03~0.15mm之间，局部可见0.20mm左右。

　　（2）硅质玉髓（Cln）：多为隐晶状或显微细粒状，一级灰白干涉色，多聚集成线状或团粒状零散分布在变质石英集合体中，玉髓集合体中可见微量铁泥质分布，硅质玉髓晶粒大小0.002~0.02mm。

　　（3）铁泥质：不规则微细片粒状或尘状，黑褐色，由片粒状粘土矿物和尘状铁质混合的产物，多零星分布在硅质玉髓集合体中，由于粒度极细小无法确定铁泥质的具体成分，铁泥质矿物片粒径大小＜0.001~0.005mm。

　　（4）褐铁矿（Lm）：不规则微细粒集合体状或胶状、土状集合体，零星分布在石英颗粒间隙中，暗灰色，褐色内反射色，可交代其它硫化物，集合体大小0.005~0.03mm。

　　（5）黄铁矿（Py）：自形-半自形或它形微细粒状，浅黄白色，自形和半自形黄铁矿多见立方体晶形，零星分布在石英颗粒中以及石英间隙中，可被褐铁矿交代，黄铁矿粒径大小0.001~0.005mm。

　　（6）磁黄铁矿（Po）：半自形或不规则微细粒状，浅粉色，强非均质性，零星分布在石英晶粒间隙中，磁黄铁矿粒径大小0.001~0.005mm。

　　4.2.2电子探针X射线微区分析

　　利用电子探针X射线微区分析仪分析矿石中Fe元素的赋存状态，测试结果显示，该石英原矿中的脉石矿物为硅质玉髓、铁泥质、褐铁矿和少量的（磁）黄铁矿。Fe元素赋存状态复杂，存在于铁泥质、褐铁矿、黄铁矿和磁黄铁矿中。

　　4.3加工利用性能

　　标矿的生产工艺流程为：剥离覆盖层—潜孔钻凿岩—中深孔爆破—铲车运输—粗碎（第一次手选）—过筛—二次破碎—第二次手选—清洗—成品标矿。

　　工业硅加工厂家对标矿的处理流程为：成品标矿—煅烧—水淬—酸洗—精矿。

　　通过上述工艺生产出可进行工业硅（结晶硅）生产的精矿。

　　针对Fe2O3复杂的赋存状态，采用煅烧-水淬-酸浸的联合工艺去除石英岩矿中的杂质，最终产品的产率约为80%，SiO2含量为99.69%，Fe2O3含量为1392.31μg/g，达到结晶硅用石英岩Fe2O3含量低于1500μg/g的质量要求。之后采用全煤作为还原剂，少量木块作为疏松剂，按照《工业硅》（GB/T 2881—2014）标准开展工业硅冶炼，成品421以上牌号工业硅达总产量的90%以上。

　　马家坡矿区所处的谷城县有较长的冶金用石英岩矿开发历史，所产出的冶金用石英岩矿产量大、SiO2含量高，且易提纯，长期作为工业硅的生产原料。本次实验结果显示，对矿山所生产的标矿，经简单的煅烧—水淬—酸洗工艺处理后，即可获得工业硅用优质精品矿。这充分说明，该矿山石英岩矿及周边同一层位硅质岩矿具有较好的开发利用前景。

　　5结论

　　综上所述，马家坡硅质岩矿主要赋存于震旦系上统—寒武系下统灯影组中段第四亚段和第六亚段中，严格受层位控制。矿石主要为中厚层状硅质岩，矿石呈浅灰、灰、深灰色，以灰色和深灰色为主，呈细晶—微晶结构，主要矿物有石英（玉髓）。其他次要矿物有白云石、绢云母、褐铁矿。玉髓呈隐晶质，石英呈它形粒状，晶粒间零星的见有一些细小的绢云母、褐铁矿等。

　　（2）马家坡矿区石英岩矿经人工手选成品标矿—煅烧—水淬—酸洗工艺处理后，即可获得工业硅用优质精品矿，最终产品的产率约80%，SiO2含量为99.69%，Fe2O3含量为1392.31μg/g。按照《工业硅》（GB/T 2881—2014）标准开展工业硅冶炼，成品421以上牌号工业硅达总产量的90%以上。

　　（3）本地区灯影组分布面积较大，且以赋矿地层第二岩性段为主，其中冶金用石英岩矿广泛分布，具有中—大型矿床的成矿前景，若在矿区外围及深部进一步工作，有可能找到大型冶金用石英岩矿床。

　　参考文献

　　［1］马菊英，金成彬，彭春艳.太阳能光伏玻璃原料用砂的提纯试验研究［J］.中国非金属矿工业导刊，2014（6）：18-20.

　　［2］李小黎，张其东，徐宏祥，等.四川某石英矿选矿提纯试验研究［J］.矿产保护与利用，2014（2）：35-38.

　　［3］张亚冠，杜远生，徐亚军，等.湘中震旦纪—寒武纪之交硅质岩地球化学特征及成因环境研究［J］.地质论评，2015，61（3）：499-510.