石英砂（Quartz Sand）、石英砂岩（Quartzite Sandstone）、石英岩（Quartzite）

一、概述

自然界的石英砂、石英砂岩、石英岩统称为硅质原料，分布广泛。石英是构成硅质原料的主要矿物成分，是一种物理性质和化学性质均十分稳定的矿产资源，广泛应用于光学、玻璃、电子、化学、耐火材料等工业。

二、岩石矿物学特征

硅质原料矿石的主要矿物成分为石英，次要矿物有各类长石、岩屑、重矿物（石榴子石、电气石、辉石、角闪石、精石、黄玉、绿帘石、钛铁矿等）及云母、绿泥石、粘土矿物等。石英是自然界由SiO2单独形成的最常见的矿物，包括三方晶系的低温石英（α-石英）和六方晶系的高温石英（β-石英）。常见的绝大部分为低温石英，一般简称石英。石英集合体呈晶簇状或粒状、块状、钟乳状、结核状，无解理，贝壳状断口，玻璃光泽，断口常呈油脂光泽。纯净者无色透明，但大多因含微量色素离子或细分散包裹体，或因具有色心而呈灰、黄到橙黄、紫、深紫、粉红、灰褐、褐、黑色，并使透明度降低。条痕白色。密度265～266g/cm3。莫氏硬度7。折射率1533～1541，双折射率差0009，色散0013。其化学、热学和机械性能具有明显的异向性，不溶于酸，微溶于KOH溶液。石英晶体具有旋光性、热电性、压电性。石英晶体中常有固体、液体和气体包裹体。

石英砂是指石英成分占绝对优势的各种砂，如海砂、河砂、湖砂等。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、云母和粘土矿物，重矿物含量很少。常见的重矿物有电气石、金红石、磁铁矿、钛铁矿等。胶结物一般为硅质。石英岩是由石英砂岩或其他硅质岩石经过变质作用而形成的变质岩。

我国硅质原料原矿品位不高，一般来说，岩类矿石质量比砂类矿石好，石英岩比石英砂岩好，北方砂岩比南方砂岩好，海砂比陆相砂好。石英砂岩、石英岩矿石化学成分较稳定，SiO2含量一般大于97%，Al2O3含量一般为04%～13%，Fe2O3含量一般为004%～039%。石英砂矿的化学成分各地变化较大，SiO2含量82%～99%，Al2O3含量02%～6%，Fe2O3含量007%～138%。硅质原料矿石中主要有害杂质为铁的化合物。石英岩中Fe2O3含量012%～1%，多数小于02%；石英砂岩中Fe2O3含量006%～112%，多数小于03%；石英砂中Fe2O3含量01%～25%，多数小于06%。Al2O3含量与长石含量相关，低的01%，高的可达10%。

三、用途

硅质原料广泛应用于玻璃、耐火材料、陶瓷、铸造、石油、化工、环保、研磨等行业。

1）冶金工业：石英有较高的耐火性能，主要用于制造耐火材料（硅砖）、冶炼硅质合金（硅铁、硅锰、硅铬）和作熔剂。质纯的可制结晶硅。结晶硅是生产单晶硅的主要原料，又可制硅铝和有机硅。铸造行业用于造型用砂。冶金行业可作冶炼添加剂、熔剂及各种硅铁合金。耐火材料行业可作窑用高温砖、普通砖、耐火材料等。

2）玻璃工业：是制造玻璃的主要原料，也可做成耐火砖作玻璃熔窑的窑衬。玻璃制品是以硅质岩（砂）为主要原料，一般占原料组成的70%左右，加入白云岩、石灰岩、长石、纯碱、芒硝、炭粉等配料，通过熔化、成型、退火、切割等工艺而制成。

3）水泥工业：石英可作为硅酸盐水泥的校正材料，也可用沙子作水泥配料、加气混凝土、普通制品等。

4）建筑工业：可作为重要的建筑基石，用作道路充填石及铁路道砟。

5）化学工业：可制做各种硅化物、硅酸盐及硝酸盐，质佳者可作为耐酸性的硫酸塔中的充填物。也可制造硅酸铅、硅酸钾、偏硅酸钠、水玻璃、硅胶、干燥剂、石油精炼催化剂、外墙涂料、马路画线漆等。

6）研磨材料：石英岩和石英砂岩可制做磨石、油石、砂纸、碳酸硅等研磨材料；石英砂也常用于锯石料、磨光玻璃、磨金属制品及石器制品的表面，也用于琢磨珠宝。

7）喷砂磨料：石英砂可用于喷砂磨料，去除各种铝合金件表面的氧化皮，进行花岗岩、大理岩表面处理。

8）其他工业：可做搪瓷和陶瓷原料、水处理。质纯者广泛用于绝缘材料、装饰材料、无线电工业、光学仪器、谐振器、振荡器、滤波器、通信网络、无线数据传输、高速数字数据传输、红外探测器、热电激光量热计、夜视仪、光谱仪接收器、医疗用石英灯、超声波技术、现代国防和尖端技术。

四、地质特征

我国硅质原料矿床主要有5种类型。

1）沉积变质石英岩矿床。大多数生成于地台边缘构造沉降带，属滨海—前滨相沉积，后期受成岩作用和轻微的浅变质作用而形成。属于此类型的有辽宁本溪小平顶山、安徽凤阳老青山等石英岩矿床，规模多为大型。矿体呈层状，厚数十米至数百米，不含或少含夹层，夹层呈规律分布。矿石矿物成分中石英占95%～99%以上，不含或少含长石、粘土矿物及岩屑，常见的微量矿物有云母、电气石、锆石、金红石、磁铁矿、磷灰石等。硅质胶结，次生铁染现象不严重。矿石化学成分：SiO2 9642%～9978%，一般不大于97%；Al2O3014%～15%；一般小于1%；Fe2O3008%～02%，一般小于015%。矿石质量较好，粒度以细粒为主，一般多在02～04mm之间。

2）沉积石英砂岩矿床。生成于古陆或古隆起边缘的陆缘海边部，多属潮间—潮上带沉积。属于此类型的有江苏苏州清明山、湖南湘潭雷子排、贵州凯里万潮等石英砂岩矿床，规模以大型为主。矿体呈层状，一般有2～3层或4～5层矿，层厚一般数十米，但很少超过50 m。矿体形态尚属稳定，多含似层状或透镜体夹层，分布不规律。矿石矿物成分中石英含量占95%以上，粒径以02～05mm为主，呈棱角状—次圆状，含少量长石、粘土矿物及岩屑，常见的微量矿物有云母、电气石、锆石、金红石、磁铁矿、钛铁矿、赤铁矿、磷灰石等。硅质、粘土质胶结，具不同程度的次生铁染。矿石化学成分：SiO29558%～9975%，一般大于96%；Al2O3 029%～3%；一般小于15%；Fe2O3 001%～024%，一般小于02%。本类型矿石原矿质量一般较次于石英岩矿石，不同矿床的矿石质量差别也大，但矿石可选性能一般较好，经选矿后可获得优质精矿。此外，分布于四川江津、永川和湖北当阳的中生代石英砂岩矿，属内陆湖相沉积矿床。

3）海相沉积石英砂矿床。矿床沿海岸分布，属滨海前滨潮下—潮间带沉积砂矿。属于此类型的有福建东山梧龙、广东惠东碧甲、广东阳东大沟、广东雷州企水、海南东方八所、广西北海白虎头、山东荣成、旭口等石英砂矿床。矿床规模多为大型。矿床一般高于海平面几十厘米至1m左右，滩面或矿层面以小角度向海方向倾斜。矿层底部为滨海潮间相富有机质砂质粘土。矿体呈层状，厚数米至十余米，含透镜体夹层，多为有机质粘土砂。矿石矿物成分中石英占90%～99%以上，多为中、细粒，粒度均匀，分选良好，含少量长石、粘土矿物及岩屑，常见微量矿物有云母、电气石、锆石、金红石、磁铁矿、钛铁矿、白钛矿、石榴子石、独居石等，有的含铬尖晶石，具不同程度的次生铁染。矿石化学成分：SiO2 9212%～9845%，一般大于 92%；Al2O3 01%～35%，一般小于 25%；Fe2O3 001%～021%，一般小于02%。矿石质量较好，各产地虽有变化，但具有一定的规律性，矿物成分、化学成分及颗粒组成三者之间关系较为密切。

4）河湖相沉积石英砂矿床。分布于黄河中游两侧甘肃兰州虎脖子嘴、内蒙古鄂托克旗四道泉等石英砂矿床，属滨河相河漫滩沉积；分布于江苏沂河、沭河与骆马湖交界处和马陵山麓一带的江苏宿迁白马涧、新沂城岗等石英砂矿床属河流三角洲相沉积。矿层交错层理发育，结构复杂，厚度变化大，矿石质量差，粘土质弱胶结，淘洗后砂泥分离，进一步选矿分离长石后，可获高品位的石英砂精矿。分布于东北通辽盆地的吐尔基山、甘旗卡、章古台等石英砂矿床，属河湖相沉积，矿层分布稳定，矿石物质成分及粒级均匀，矿层内部结构简单，夹层多为含有机质黑、灰色粘土砂层，全新统盆地上升后产生风成堆积，形成现今的风成地貌景观。矿床规模小到大型。矿体呈不规则状或透镜体，一般厚数米，含不同矿体或粘土层组成的透镜状夹层，分布无规律。矿石矿物成分中石英占80%～95%，含较多的长石、粘土矿物及岩屑，常见的微量矿物有云母、电气石、锆石、金红石、磁铁矿、钛铁矿、石榴子石、绿帘石、绿泥石等，具不同程度的次生铁染。矿石化学成分：SiO2 8170%～9846%，Al2O3 15%～929%，Fe2O3 007%～103%。

5）湖相沉积石英砂矿床。主要为分布于江西鄱阳湖东岸湖口、永修等地的近代滨湖相沉积石英砂矿床，现在仍在接受湖相沉积。矿床规模小到大型。矿体呈层状，厚数米，夹层分布较规律。矿物成分中石英占90%以上，含较多长石、岩屑，常见的微量矿物有云母、电气石、金红石、磁铁矿、石榴子石、绿帘石、绿泥石等。具不同程度的次生铁染。矿石化学成分：SiO2 92%～9554%，一般93%；Al2O3 01%～55%，一般25%；Fe2O3 007%～032%，一般016%。

五、矿床分布

1）石英砂矿床。分布于海南、江西、广东、福建、内蒙古、吉林、广西、江苏、山东、辽宁、甘肃、黑龙江、新疆、宁夏等省区。海南占4969%、江西占1138%、广东占1114%。我国石英砂矿多分布于东部及胶东半岛沿海第四纪近代滨海沉积中，主要成矿带为南海岸石英砂矿分布带，北起闽南，包括广东惠东、阳西、雷州和海南，直至广西北海，是我国海砂矿主要的开发利用对象。河湖相沉积石英砂矿床主要分布于内蒙古、吉林、辽宁接合部位的通辽盆地第四系中。通辽石英砂矿分布区范围包括西辽河—柳河地区，矿床主要集中于大郑铁路沿线一带，是我国北方玻璃硅质原料的主要供应基地之一。河流冲积相石英砂（岩）矿床主要分布于黄河中游沿岸及安徽宿迁一带的新近系中，湖相沉积石英砂矿床见于江西湖口至永修一带的鄱阳湖东岸一级或二级阶地的第四系中，部分矿床已为其附近的玻璃厂所利用。

2）石英砂岩矿床。分布于山东、四川、河北、江西、湖南、江苏、浙江、贵州、山西、湖北、云南、宁夏、吉林、广西、陕西、北京、新疆、甘肃、内蒙古等省（区、市）。山东占2816%、四川占1183%、河北占903%。

我国石英砂岩矿主要产于扬子地台沉积盖层中，产出层位以泥盆系为主，其次有震旦系、寒武系、侏罗系、三叠系及新近系，矿层往往赋存在浅海相或海陆交互相沉积中。主要成矿区为长江流域石英砂岩分布区，东起江苏、浙江，西至湖北，往北扩至陕西汉中，往南扩至湖南、贵州，分布矿床多，规模较大，质量较好。此外，山东沂南、苍山等地的寒武系中已发现数个大型石英砂岩矿床，形成又一个石英砂岩成矿区。

3）石英岩矿床。分布于青海、辽宁、陕西、安徽、山东、河南、甘肃、福建、山西、浙江、北京、内蒙古、江苏、新疆、江西、吉林等省（区、市）。青海占6925%、辽宁占1245%、陕西占780%。

我国石英岩矿主要产于华北地台次级沉降带和祁连褶皱带，在扬子地台也有分布，含矿层位多为前寒武系，部分为志留系、泥盆系。主要成矿区为辽、冀、豫石英岩（石英砂岩）分布区，从吉林白山经辽宁、河北、北京、山西止于河南，大致呈北东向展布并严格地受震旦纪含矿地层的控制；另一成矿区为西宁—渤海湾石英岩（石英砂岩）分布带。矿带围绕中朝地台西部边缘分布，矿床规模与质量不如前者，但为我国西北地区的主要开采利用对象。沉积变质石英岩主要成矿带为辽南—凤阳石英岩分布带，矿床见于辽宁庄河、江苏邳县、安徽凤阳等地。详见图2-46-1。

图2-46-1 中国硅质原料矿床分布示意图

六、可供资源

截止2005年底，我国查明矿产地228处，查明资源储量47×108t（表2-46-1）。从数量上看，我国硅质原料矿产供大于求，除满足国内需要外，尚有部分出口；从品种上看，优质硅质原料不足，在一定程度上影响了平板玻璃产品质量的稳定和提高。

表2-46-1 中国各大区不同类型硅质原料矿床查明资源储量的分布情况（104t，矿石）

（据国土资源部《全国矿产资源储量通报》，2005）

一、火成岩

火成岩又称岩浆岩，它是因地壳变动，熔融的岩浆由地壳内部上升后冷却而成。火成岩是组成地壳的主要岩石，占地壳总质量的89%。火成岩根据岩浆冷却条件的不同，又分为深成岩、喷出岩和火山岩三种。

1深成岩

深成岩是岩浆在地壳深处，在很大的覆盖压力下缓慢冷却而成的岩石，其特性是：构造致密，容重大，抗压强度高，吸水率小，抗冻性好、耐磨性和耐久性好。例如，花岗岩、正长岩、辉长岩、闪长岩、檄揽岩等。

2喷出岩

喷出岩是熔融的岩浆喷出地表后，在压力降低、迅速冷却的条件下形成的岩石，如建筑上使用的玄武岩、安山岩等。当喷出岩形成较厚的岩层时，其结构致密特性近似深成岩，若形成的岩层较薄时，则形成的岩石常呈多孔结构，近于火山岩。

3火山岩

火山岩又称火山碎屑岩。火山岩是火山爆发时，岩浆被喷到空中，经急速冷却后落下而形成的碎屑岩石，如火山灰、浮石等。火山岩都是轻质多孔结构的材料，其中火山灰被大量用作水泥的混合材，而浮石可用作轻质骨料，以配制轻骨料混凝土用作墙体材料。

二、沉积岩

沉积岩又称水成岩。沉积岩是由原来的母岩风化后，经过风吹搬迁、流水冲移而沉积和再造岩等作用，在离地表不太深处形成的岩石。沉积岩为层状构造，其各层的成分、结构、颜色、层厚等均不相同，与火成岩相比，其特性是：结构致密性较差，容重较小，孔隙率及吸水率均较大，强度较低，耐久性也较差。

1机械沉积岩

风化后的岩石碎屑在流水、风、冰川等作用下，经搬迁、沉积、固结(多为自然胶结物固结)而成。如常用的砂岩、砾岩、火山凝灰岩、粘土岩等。此外，还有砂、卵石等(未经固结)。

2化学沉积岩

由岩石风化后溶于水而形成的溶液、胶体经搬迁沉淀而成。如常用的石膏、菱镁矿、某些石灰岩等。

3生物沉积岩

由海水或淡水中的生物残骸沉积而成。常用约有石灰岩、硅藻土等。

沉积岩虽仅占地壳总质量的5%，但在地球上分布极广，约占地壳表面积的75%，加之藏于地表不太深处，故易于开采。沉积岩用途广泛，其中最重要的是石灰岩。石灰岩是烧制石灰和水泥的主要原料，更是配制普通混凝土的重要组成材料。石灰岩也是修筑堤坝和铺筑道路的原材料。

三、变质岩

变质岩是由原生的火成岩或沉积岩，经过地壳内部高温、高压等变化作用后而形成的岩石，其中沉积岩变质后，性能变好，结构变得致密，坚实耐久，如石灰岩(沉积岩)变质为大理石；而火成岩经变质后，性质反而变差，如花岗岩(深成岩)变质成的片麻岩，易产生分层剥落，使耐久性变差。

石英砂岩的构造

（1）构成砂岩峰林的地层为中泥盆统云台观组和上泥盆统黄家磴地，岩性为巨厚层或厚层石英岩状砂岩夹薄层粉砂岩等，其石英含量高达90%以上，且其胶结物多为铁质、硅质等,石英和铁、硅质胶结物的化学性质在表生环境下十分稳定，具较强的抗蚀性，另一方面，由于它具有坚硬的物质特性，构成峰柱的坚固的基座。而黄家磴组顶部铁质胶结的紫红色厚层石英砂岩（鲕状铁矿层）组成峰顶的顶盖，就象给峰柱戴上了坚固的安全帽，形成名副其实的“铁帽”。所有这些，都是石英砂岩峰林地貌得以形成并保存至今的物质基础，在巨厚层石英砂岩中，存在着若干层薄层粉砂质软弱层，因其抗风化侵蚀的能力软弱，易于风化剥蚀。软弱层的存在，一方面降低了峰柱的坚固程度，但同时也有利于单个峰柱的雕塑造型，形成众多栩栩如生的拟人拟物的造型地貌。

（2）高角度裂隙的发育，是砂岩峰林地貌形成的必要条件。本区属典型的地台型构造。巨厚层石英砂岩、由于抗剪强度低，加之产状平缓，共轭垂裂特别发育，经历多次构造运动，导致区内不同方向、不同性质、不同规模的断裂或裂隙纵横交错，为日后的外营力地质作用开辟了道路。

紫砂壶矿土， 是一种自然特殊的矿土，即含铁质粘土质粉砂岩，除紫泥外还有绿泥、红泥，这三种泥统称紫砂泥。由三种基泥单独造制外，或以不同成份配比，不同温度气氛烧成。紫砂是一种含铁的粘土质粉砂岩，由水云母和高岭土、石英、云母屑、铁质等 矿物成分构成，主要化学成分有氧化铁、氧化硅、氧化钙、氧化镁、氧化锰、氧化钾、氧化钠等。