1、什么是高純石英砂
高純石英砂是指SiO2含量大于99.9%的石英礦產(chǎn)品，是生產(chǎn)高檔石英制品的原料，因其產(chǎn)品具有耐高溫、耐腐蝕、低熱膨脹性、高度絕緣性和透光性等優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于光纖通訊、太陽能光伏、航空航天、電子及半導(dǎo)體等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，戰(zhàn)略地位十分重要。
表1 美國Unimin公司IOTA系列產(chǎn)品和挪威Crystallites AS公司HPQ石英砂化學(xué)成分
表2 江蘇某石英公司高純石英砂產(chǎn)品化學(xué)成分（ug/g）
2、什么是高純石英原料
高純石英原料是指那些能被現(xiàn)有成熟的礦物加工技術(shù)將其SiO2純度提純至99.9%及以上的天然石英礦物資源，提純后的高純石英砂滿足現(xiàn)代高新產(chǎn)業(yè)使用效能的嚴(yán)格要求。
研究表明：規(guī)模大、品位高、品質(zhì)好的高純石英礦床有3個(gè)基本地質(zhì)條件：
?。?）硅源充足；
?。?）無同期金屬礦床伴生以保證硅源和礦石的純度；
（3）動(dòng)定相宜的構(gòu)造環(huán)境以提供大規(guī)模硅質(zhì)運(yùn)移通道、穩(wěn)定的壓力一溫度和充分的高純石英結(jié)晶時(shí)間（P-T-t）以及足夠的成礦空間。
水晶曾是主要的高純石英原料，但國內(nèi)資源儲(chǔ)量僅為0.47億噸，經(jīng)過30多年的開采，已逐漸枯竭，不能滿足高純石英砂日益增長的需求，脈石英、石英巖和石英砂巖等逐漸替代水晶成為主要的高純石英原料。
表3 不同成因類型的石英原料特點(diǎn)與優(yōu)先應(yīng)用領(lǐng)域
3、如何判定石英礦可作高純石英原料？
在不同地質(zhì)成因下形成的石英礦的礦物學(xué)特征存在明顯差異，其礦物組成、嵌布粒度特征、晶體結(jié)構(gòu)與晶格雜質(zhì)、化學(xué)成分和雜質(zhì)元素賦存狀態(tài)直接影響礦石原料的質(zhì)量。了解石英原料的工藝礦物學(xué)特征，詳細(xì)查明礦石性質(zhì)，是確定石英原礦品質(zhì)、選礦提純工藝方案和產(chǎn)品方向的基礎(chǔ)。
（1）化學(xué)成分
化學(xué)成分是石英原料內(nèi)各元素組成的集中體現(xiàn)，原礦中的雜質(zhì)元素的含量高低對(duì)加工生產(chǎn)的高純石英砂品質(zhì)有關(guān)鍵影響，決定了產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)價(jià)值和應(yīng)用領(lǐng)域。
例如，石英玻璃是高純石英砂的主要產(chǎn)品之一，其性能指標(biāo)在一定程度上取決于熔制工藝，化學(xué)純度就只與原料的純度相關(guān)，若Al、B、P、堿金屬元素和關(guān)鍵的過渡金屬元素的含量超過要求，將影響熔體粘度并引起產(chǎn)品失透、高溫變形、低軟化點(diǎn)和光損耗等缺陷。
對(duì)高純石英產(chǎn)品性能有害的微量元素，影響較大的12種元素為A1、B、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Na和Ni，查明這些有害元素的賦存狀態(tài)類型和具體的存在形式，對(duì)于了解原料性質(zhì)和選礦提純的工藝設(shè)計(jì)都有重要指導(dǎo)意義。
表4 石英原料中微量元素常見的賦存狀態(tài)
（2）礦物組成
對(duì)石英原料進(jìn)行礦物組成分析，可推斷石英礦的形成過程和方式，并根據(jù)脈石礦物的種類選擇合適的選礦提純方法。
化學(xué)成分中含有害雜質(zhì)元素的獨(dú)立礦物構(gòu)成了石英原料中的脈石礦物，特別是一些鋁硅酸鹽礦物中堿金屬元素和A1元素的含量較高（例如白云母），是雜質(zhì)元素的主要載體礦物，這些礦物的種類、含量和粒度對(duì)石英原料的質(zhì)量有嚴(yán)重影響。
長石、云母是石英原料中最常見的脈石礦物，其他脈石礦物則與礦石類型有關(guān)。
石英巖中還有鋯英石、電氣石、方解石、黃鐵礦、褐鐵礦、石榴子石等脈石礦物；石英砂巖中常見蛋白石、玉髓等膠結(jié)物，往往還含有電氣石、磁鐵礦、鈦鐵礦、赤鐵礦、鐵白云石和金紅石等；脈石英中含有典型的熱液礦物，螢石、鐵質(zhì)礦物等。
Qta-石英，Ms-白云母，Tur-電氣石圖1 江油某石英砂巖顯微形貌照片
（3）嵌布粒度特征
不同類型的石英原料的嵌布粒度特征存在明顯的差異，這與礦床成因密切相關(guān)。
如脈石英的嵌布粒度主要受成礦環(huán)境制約和巖漿活動(dòng)影響，常常共生有白云母等鋁硅酸鹽礦物，這些礦物的嵌布粒度大小直接影響石英的單體解離度，當(dāng)粉碎顆粒粒度小于后期石英脈寬時(shí)，脈石礦物才能從連生體中解離出來。
石英受成巖作用和變質(zhì)作用改造強(qiáng)度越大，與其他礦物的嵌布粒度差異越明顯，與白云母等脈石礦物的連生體類型也漸由毗鄰型變?yōu)榭p狀、甚至包裹型，越不容易解離。
（4）包裹體特征
在石英晶體生長過程中，殘余的熱液組分或副礦物易混入形成包裹體，高壓變質(zhì)作用也可能導(dǎo)致子礦物包裹體（如金紅石）的出溶形成。
包裹體本身可提供共生組合、溫度和流體的化學(xué)成分等豐富的成礦信息，包裹體的分布、相態(tài)、均一溫度和化學(xué)成分等特征可以區(qū)別不同成因的石英。
對(duì)于高純石英原料來講，包裹體類型和含量都對(duì)高純石英砂的品質(zhì)有顯著影響，一方面構(gòu)成了雜質(zhì)元素的主要來源，另一方面也將改變石英工業(yè)原料的熔融行為。
a、b為偏光顯微鏡(正交光)下的顯微形貌，c、d為掃描電鏡下的石英微觀形貌圖2 青海某石英巖中包裹體形態(tài)特征
（5）晶格雜質(zhì)
除脈石礦物和包裹體外，有少量雜質(zhì)元素以類質(zhì)同象形式賦存于石英晶體中，構(gòu)成石英原料中的晶格雜質(zhì)。
圖3 微量元素在石英晶格中類質(zhì)同象的結(jié)構(gòu)示意圖
在目前的高純石英礦物加工過程中，晶格雜質(zhì)幾乎不能被除去，其含量高低決定了原料提純潛力的極限。
（6）晶體結(jié)構(gòu)
α-石英（低溫石英）是地殼中分布最廣的礦物之一，廣泛存在于巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖中。α-石英晶體結(jié)構(gòu)屬三方晶系，這種晶體結(jié)構(gòu)在常壓且溫度低于573℃的情況下，都能夠穩(wěn)定存在，幾乎是唯一的高純石英礦物的來源。
（7）熱效應(yīng)特征
石英的熱學(xué)性質(zhì)是晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和包裹體特征等在溫壓變化過程的具體表現(xiàn)，對(duì)石英原料進(jìn)行熱分析不僅有利于查明礦物學(xué)特征，對(duì)于后期加工也有重要意義。
4、高純石英原料的判定標(biāo)準(zhǔn)
?。?/strong>1）普通石英原料
對(duì)于普通石英原料（w（SiO2）<99.9%）來講，脈石礦物種類和含量與礦物間的嵌布粒度特征的影響較為顯著。
這種影響常見于脈石礦物與石英之間，若脈石礦物嵌布粒度越微細(xì)均勻，則石英單體解離的難度越大，選礦提純的難度也越大。
例如微細(xì)白云母在青海石英巖中的均勻鑲嵌，即便原礦SiO2含量較高，但在高純石英砂的粒度要求內(nèi)，白云母難以完全分離。
當(dāng)石英晶粒尺寸達(dá)到偉晶（d>5mm)以上時(shí)，脈石種類和含量的影響迅速減弱，例如在花崗偉晶巖中，雖然脈石礦物種類和含量較多，但石英晶粒尺寸粗大，在磨礦過程中易于相互解離，脈石礦物在很大程度上可以被選除，白崗巖作為尤尼明公司IOTA系列高純石英砂產(chǎn)品的主要礦源，深度加工后得到的IOTA-8雜質(zhì)元素總含量不超過8ug/g，并在高純石英砂市場中獨(dú)占鰲頭。
（2）高純石英原料
在高品級(jí)的高純石英原料中（w（SiO2）<99.9%），雜質(zhì)元素的含量處于較低水平，此時(shí)，包裹體和晶格雜質(zhì)是主要的雜質(zhì)來源，對(duì)原料性質(zhì)的影響最為關(guān)鍵。
不同成礦條件下形成的脈石英，其包裹體的相態(tài)、數(shù)量和分布特征不同，可以分為已破壞、稀疏分布、密集分布、含較多礦物包裹體，在特殊情況下還需要進(jìn)行化學(xué)的定量分析，通過細(xì)磨和鍛燒作用后，可以去除大部分包裹體雜質(zhì)。
但在目前的高純石英礦物加工過程中，晶格雜質(zhì)兒乎不能被除去，其含量高低決定了原料提純潛力的極限。
（3）石英原料評(píng)價(jià)指標(biāo)
在實(shí)際的分析測(cè)試中，化學(xué)成分、嵌布粒度、脈石礦物、包裹體和晶格雜質(zhì)是高純石英原料評(píng)價(jià)的主要因素。
吳逍等按對(duì)石英原料的影響程度從小到大分為a、b、c、d四個(gè)等級(jí)，得到高純石英原料的評(píng)價(jià)指標(biāo)，其中脈石礦物的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要考察礦物種類，其含量與化學(xué)成分中w（SiO2）指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)。
表5 高純石英原來的評(píng)價(jià)指標(biāo)（來自：高純石英原料選擇評(píng)價(jià)及提純工藝研究）
當(dāng)石英原料具有3個(gè)及以上指標(biāo)達(dá)到a級(jí)時(shí)，可以推薦為高純石英原料。從高純石英原料產(chǎn)出的地質(zhì)條件來看，相較于外生礦床，更容易產(chǎn)出于穩(wěn)定地質(zhì)條件的內(nèi)生礦床，特別是巖漿高度結(jié)晶分異的花崗偉晶巖及其巖脈中。
5、如何把你的石英原料變成高純石英？
不同石英原料的礦石性質(zhì)差異較大，其礦物學(xué)特征決定具體的選礦工藝條件。
目前，工業(yè)上成熟應(yīng)用的石英提純傳統(tǒng)工藝有分級(jí)、擦洗、鍛燒-水淬、磨礦、篩分、磁選、重選、浮選、酸浸、高溫脫氣等，深度提純工藝有氯化焙燒、輻照色選、超導(dǎo)磁選、高溫真空法、高溫?fù)诫s提純法、煅燒-酸淬法、微波爆裂法、超聲波分散提純法等。
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