高純石英是世界稀缺和我國短缺的高技術(shù)戰(zhàn)略礦物資源，制造高技術(shù)石英玻璃不可替代的礦物原料和戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)需求的稀缺類共性高增值礦物資源。
圖1 高純石英礦物資源工程及高純石英產(chǎn)業(yè)支撐圖（☆為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)）
1、什么是高純石英？
高純石英是石英晶格中鋁-硅異價有限類質(zhì)同像替代形成的鋁晶格占位雜質(zhì)含量（晶格Al）≤30微克/克（×10-6）的天然礦物。
其內(nèi)涵是：
（1）石英礦物內(nèi)晶格Al雜質(zhì)的天然屬性：該Al是通過地質(zhì)作用以類質(zhì)同像方式替代Si后進入晶格的雜質(zhì)元素，天然形成，除令石英消失或再經(jīng)受地質(zhì)作用外，其含量不會改變，是決定高純石英產(chǎn)品和提純工藝限度的根本因素。
?。?）高純石英晶格Al的主導性：晶格Al平均占高純石英金屬雜質(zhì)總量的70%，且純度越高，所占比例越大，最大可達91%（見表1），是評價產(chǎn)品質(zhì)量和提純效率的首要指標。
表1 石英玻璃和高純石英砂Al雜質(zhì)含量及Al占金屬元素雜質(zhì)總量的比例，單位w（Ｂ）/10 -6
按晶格w（Al）高純石英分3個品級：
Al 30級（30×10-6~20×10-6）
Al 20級（20×10-6~10×10-6）
Al 10級（＜10×10-6）。
?。?）數(shù)值30×10-6的工藝屬性：高純石英Al 30×10-6與石英玻璃Al雜質(zhì)的最大允許含量（30×10-6）在數(shù)值上對應，兩者Al是傳承關系（見表1）。故高純石英的Al 30×10-6只是用石英玻璃工藝數(shù)值劃分的工業(yè)礦物界限值，并非石英礦物成分的突變值。
2、高純石英的雜質(zhì)含量及純度
根據(jù)“高純石英”的定義，當其晶格w（Al）為30×10-6時，其他雜質(zhì)的最大容量為30×10-6，如表2所示，則對應的石英w（SiO2）純度是99.99%（4N）。
表2 高純石英雜質(zhì)元素一般含量及比例
此外，研究表明標準型石英玻璃用砂和高技術(shù)石英玻璃用砂的純度分界點、石英經(jīng)濟價值從一百倍率向一千倍率高速增值的純度拐點、高純石英礦物工程“基礎工藝”（即除去粒外礦物雜質(zhì)）的石英純度起點等也均為w（SiO2）≥99.99%（4N）。故w（SiO2）≥99.99%（4N）是普通石英和高技術(shù)石英在純度方面的技術(shù)經(jīng)濟分界點。
3、高純石英粒內(nèi)雜質(zhì)元素的相關性
研究表明Al-Ti和Al-k-Na正相關，如圖2所示。
圖2 高純石英粒內(nèi)雜質(zhì)元素的相關性
4、高純石英粒內(nèi)雜質(zhì)元素的分布形式
高純石英粒內(nèi)雜質(zhì)元素分布形式有３種，即均勻分布、不均勻分布和環(huán)帶分布，環(huán)帶又分為正環(huán)帶和反環(huán)帶分布（以Al為例）。
（1）正環(huán)帶：內(nèi)帶或中央部分Al高，外帶或邊緣Al低，形成高鋁核石英顆粒，它是高純石英晶格Al天然聚集的“堡壘”，難以去除，越除Al越高；
?。?）反環(huán)帶：內(nèi)帶或中央部分Al低，外帶或邊緣Al高，形成低鋁核石英顆粒，除雜時可有限的降低Al雜質(zhì)含量。
?。?）其他雜質(zhì)元素如Ti、Fe、K、Na等，亦顯示類似分布形式。
5、高純石英粒內(nèi)微裂隙和晶洞
高純石英晶粒內(nèi)部存在＜2μm的微-納米級裂隙和晶洞，其中充填有微-納米級雜質(zhì)微粒，如石英、粘土、氧化鐵、碳酸鹽類礦物等（見圖3）。
圖3 高純石英粒內(nèi)微裂隙和晶洞
6、流體包裹體
高純石英內(nèi)無流體包裹體或極罕見，觀察和統(tǒng)計表明，其單顆粒流體包體面積比率＜1%；顯微鏡視域內(nèi)以10X物鏡和平均粒度0.1mm砂樣計算含流體包體的顆粒數(shù)＜1%；熱失重＜15×10-6。
7、高純石英的物理性質(zhì)
（1）光學性質(zhì)：無色、透明、油脂光澤是高純石英的首要特征。
?。?）陰極發(fā)光特征：在光學顯微鏡下觀察到Al、Fe、Mn、Ti等雜質(zhì)元素及晶格缺陷受激發(fā)后發(fā)出的色彩，一般Al（藍光）、Fe3+（褐色）、Fe2+/Mn（紫色）等，借助色調(diào)的變化可觀察到高純石英礦石中的均勻性、不均勻性或帶狀結(jié)構(gòu)特征。在電子顯微鏡下則呈現(xiàn)不同灰階的陰極發(fā)光，結(jié)合探針分析可揭示粒內(nèi)雜質(zhì)元素的分布形式（如環(huán)帶等）。
?。?）裂理：據(jù)測量表明，破碎的長條形石英顆粒與c軸的交角33°~45°（平均39°），該角度符合石英菱面裂理方向。巴西水晶薄片中所顯現(xiàn)的稀疏直線裂紋與c軸交角45°~50°（平均47.5°）。這些數(shù)值與石英M面與c軸的交角接近，則預示在該方向上存在次一級弱性連接面——裂理，這是石英、特別是水晶粉碎施力不當時而出現(xiàn)條形顆粒的原因。
8、高純石英的礦物形態(tài)和粒度
除自形晶——高純水晶外，高品級他形高純石英粒度均在粗粒（＞5mm）以上，并可一直延伸到偉晶或巨粒（＞10mm；英制中把＞0.5英寸即＞12.7mm的顆粒稱為偉晶或巨粒）。中-低品級多為中粒（5mm~1mm）和細粒級（＜1mm）。對于石英玻璃原料而言＜0.1mm者意義不大，當制備＜2μm的封裝料時則粒度不限。
9、高純石英成因類型
高純石英成因類型有花崗質(zhì)巖漿石英-長石共結(jié)結(jié)晶型；巖漿熱液析晶型；變質(zhì)流體析晶型；變質(zhì)（固體）重結(jié)晶型；機械風化碎屑型（見表3）。
表3 高純石英礦床成因分析和成因類型劃分表
來源：高純石英礦物資源工程研究，作者：張佩聰、劉岫峰等
編輯整理：中國粉體技術(shù)網(wǎng)
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