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(jí)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(chǎng)需求。從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，美國(guó)以花崗偉晶巖、日本以細(xì)粒偉晶巖、俄羅斯和德國(guó)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(lái)源及加工特點(diǎn)

資源獲取方式

高純石英原料資源類(lèi)型并不局限于由石英單一組成的天然礦物巖石，它的來(lái)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(lèi)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(guò)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(duì)石英內(nèi)部的包裹體和類(lèi)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(guò)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(lèi)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(zhǎng)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(guò)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(guò)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(lèi)、尺寸和含量對(duì)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(guò)程中所捕獲的流體屬過(guò)飽和溶液，當(dāng)溫度降低時(shí)會(huì)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(lái)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(kāi)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(wú)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(guò)程中，一些元素會(huì)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(lèi)原子以類(lèi)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(jiàn)，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(lái)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(guò)渡金屬離子來(lái)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(guò)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(méi)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(lái)源：中國(guó)粉體網(wǎng)