高純石英是高檔石英制品的原料，是硅產(chǎn)業(yè)高端產(chǎn)品的物質(zhì)基礎(chǔ)，廣泛運(yùn)用于光伏、電子信息、光通訊和電光源等行業(yè)，在新材料新能源戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中具有重要地位和作用。

最早的高純石英使用一、二級天然水晶為原料，隨著高科技行業(yè)快速發(fā)展，有限且逐漸枯竭的天然水晶并不能滿足高純石英巨大的市場需求。從20世紀(jì)70年代開始，美國以花崗偉晶巖、日本以細(xì)粒偉晶巖、俄羅斯和德國則以變質(zhì)石英巖和脈石英為原料加工高純石英。目前，以天然石英礦物為原料已變?yōu)楂@取高純石英的最主要方式。

高純石英原料的來源及加工特點(diǎn)

資源獲取方式

高純石英原料資源類型并不局限于由石英單一組成的天然礦物巖石，它的來源既包括地質(zhì)產(chǎn)出條件嚴(yán)苛的水晶，又包括脈石英、石英巖、石英砂巖等，甚至可以從花崗偉晶巖等富石英礦物的巖石中獲取。不同成因類型的石英原料性質(zhì)存在差異，應(yīng)用領(lǐng)域也有所不同，但高純石英原料僅占其中一小部分，主要用于生產(chǎn)高附加值的產(chǎn)品。

加工利用特點(diǎn)

高純石英原料的資源利用特點(diǎn)是從石英本身的物理化學(xué)性質(zhì)出發(fā)，原料需經(jīng)過礦物加工技術(shù)處理，分離石英砂中的脈石礦物，富集純凈的石英顆粒，必要時(shí)還對石英內(nèi)部的包裹體和類質(zhì)同象形式的雜質(zhì)元素進(jìn)行破壞和去除，最終提純到目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域的工業(yè)要求。高純石英原料的提純潛力受礦石的化學(xué)成分、礦物組成、嵌布粒度和固結(jié)度等性質(zhì)的影響，提純產(chǎn)品的化學(xué)純度越高價(jià)值越高，下游石英制品具有高新技術(shù)含量高、應(yīng)用領(lǐng)域尖端等特點(diǎn)。高純石英原料的加工過程具有原礦性質(zhì)影響大、產(chǎn)品純度高、應(yīng)用目的性強(qiáng)和易受污染的特點(diǎn)。

雜質(zhì)賦存狀態(tài)

石英原料中雜質(zhì)元素種類多、含量高、賦存狀態(tài)多樣化，各地區(qū)形成石英礦石的熱力條件不同，原料中的雜質(zhì)的賦存狀態(tài)均有差異。

要選擇正確的高純石英原料和制定最佳的石英提純方案，則必須明確石英中雜質(zhì)元素的賦存狀態(tài)。共伴生獨(dú)立脈石礦物（如云母、長石、赤鐵礦、電氣石、綠泥石和黏土礦物等）是石英中雜質(zhì)元素的主要載體礦物，且在地質(zhì)成礦過程中佷容易成為石英中的礦物包裹體，是制約最終石英產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素之一。

礦物組成與嵌布特征

石英與脈石礦物嵌布特征直接影響石英單體解離度，進(jìn)而影響選礦提純效果。石英受成巖作用和變質(zhì)作用改造強(qiáng)度越大，石英與脈石礦物的嵌布差異越明顯，嵌布特征也逐漸由毗鄰型轉(zhuǎn)變?yōu)榭p狀、甚至包裹型，在粉碎過程中單體解離難度依次增加，被加工為高純石英的可能性也逐漸降低。

研究表明，礦物組成即使很復(fù)雜的石英原料也具備被加工為高純石英的潛力，石英晶粒間隙和晶界間處存在礦物雜質(zhì)的脈石英也可能被加工為高純石英，但是目前技術(shù)條件下，礦物包裹體雜質(zhì)并不能從石英中被有效分離出，因此，不易與脈石礦物單體解離，普遍含有大量包裹體的石英很難被加工為高純石英。

流體包裹體

流體包裹體的種類、尺寸和含量對高純石英質(zhì)量有著顯著影響。石英中流體包裹按內(nèi)含物質(zhì)狀態(tài)可以分為:純氣體、純液體、氣液混合包裹體和三相包裹體。流體包裹體在形成過程中所捕獲的流體屬過飽和溶液，當(dāng)溫度降低時(shí)會從溶液中結(jié)晶形成包括石鹽、鉀鹽以及一些硅酸鹽礦物的子礦物，因此流體包裹體中含有Na、K、Ca等雜質(zhì)，是高純石英產(chǎn)品中雜質(zhì)主要來源之一。

關(guān)于如何降低石英中流體包裹體含量的研究雖然已開展很久，但在脫除富氣相、微小尺寸流體包裹體方面等方面并未取得良好進(jìn)展。因此，選擇流體包裹體含量極少或無流體包裹體的石英作為高純石英原料是加工高純石英的關(guān)鍵。

晶格雜質(zhì)

石英晶體在形成過程中，一些元素會替代硅元素進(jìn)入石英晶體中，形成了石英的結(jié)構(gòu)性雜質(zhì)。這些雜質(zhì)含量雖然很低，但從石英中分離難度大，是制約高純石英質(zhì)量最關(guān)鍵性因素。

石英中晶體結(jié)構(gòu)雜質(zhì)分為晶格雜質(zhì)和非晶格雜質(zhì)。晶格雜質(zhì)主要以他類原子以類質(zhì)同象的方式取代硅氧四面體中的硅原子，主要雜質(zhì)元素有Al3+、Ti4+、Ge4+等。其中，微量元素替代石英中的硅原子主要有三種方式：（1）等價(jià)替代，如Ti4+、Ge4+替代Si4+；（2）離子團(tuán)替代，如Al3+與P5+或Al3+與Na+替代Si4+；（3）電荷補(bǔ)償替代，如Al3+、Fe3+所形成的[AlO4/M+]0或[FeO4/M+]0結(jié)構(gòu)中心。由于Al3+和Si4+半徑相近，Al3+替代硅原子最為常見，Al3+替代Si4+后為了達(dá)到電荷平衡，首先由正一價(jià)堿金屬離子（如Li+、Na+、K+）以及H+來補(bǔ)償，如果堿金屬離子不足，有時(shí)用正二價(jià)的Ca2+、Mg2+離子及部分過渡金屬離子來補(bǔ)償，從而堿金屬離子（如Li+、Na+、K+）以及H+等可作為電荷補(bǔ)償離子進(jìn)入石英晶格而賦存于石英晶格間隙中，因此可以通過石英中Al的含量判斷石英原料的質(zhì)量。

在現(xiàn)有加工技術(shù)下，石英原料中晶格雜質(zhì)幾乎不能被除去。以晶格雜質(zhì)形式存在的Al元素含量雖然極低，但除去難度極大，是制約高純石英最終質(zhì)量的關(guān)鍵。                         

小結(jié)

總之，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，能被用于加工高純石英的天然石英礦物應(yīng)具備石英晶粒化學(xué)成分純凈，晶格雜質(zhì)少甚至是沒有，嵌布粒度大，礦物包裹體和流體包裹體少，共伴生脈石礦物少等礦物學(xué)特征。

來源：中國粉體網(wǎng)