高純石英質(zhì)量與原料中雜質(zhì)元素含量高低并不是簡單對應(yīng)關(guān)系，而是與原料工藝礦物學(xué)特征所決定的雜質(zhì)可選性密切相關(guān)。不同類型石英礦的礦物學(xué)特征存在明顯差異，詳細(xì)分析了解石英原料礦物學(xué)特征，是確定石英原礦性質(zhì)、選礦提純工藝方案和產(chǎn)品方向的基礎(chǔ)。
1、化學(xué)成分與雜質(zhì)元素賦存狀態(tài)
化學(xué)成分只反應(yīng)了石英所含元素的種類和含量，但難以對石英原料是否具備加工為高純石英的潛力做出正確判斷。石英原料中雜質(zhì)元素種類多、含量高、賦存狀態(tài)多樣化，常見賦存狀態(tài)見下表。
2、礦物組成與嵌布特征
化學(xué)成分只是獲得石英原料中雜質(zhì)種類和含量等信息，而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)成礦過程中很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。
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。
(a)美國Spruce Pine地區(qū)花崗偉晶巖巖石形貌圖；(b)青海某脈石英顯微形貌圖；(c)某脈石英經(jīng)選礦提純—焙燒水淬—混合酸浸后石英中礦物包裹體剖面形貌圖
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，如上圖（a）美國SprucePine地區(qū)的花崗偉晶巖礦物組成復(fù)雜，肉眼明顯觀察到大量黑色雜質(zhì)，主要礦物為斜長石和鉀長石，石英僅占25%～35%，還存在少量黑云母、石榴子石和綠簾石，平均顆粒尺寸1．3cm左右，且不含礦物和流體包裹體，粉碎過程中石英易單體解離。
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，如上圖（b）青海某脈石英晶粒粗大，質(zhì)地純凈，伴生少量白云母，且多分布于石英晶粒間隙和晶界間，容易與石英單體解離，經(jīng)提純加工也可獲得SiO2含量達(dá)99．99%，Al含量小于10ppm的高純石英。
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，如上圖（c）石英原礦晶粒粗大，經(jīng)提純加工可獲得主要雜質(zhì)元素總量小于40ppm的高純石英產(chǎn)品，但石英中的礦物包裹體并沒有被消失。
在現(xiàn)有技術(shù)條件下，不易與脈石礦物單體解離，普遍含有大量包裹體的石英原礦很難被加工為高純石英。
3、流體包裹體
礦物或巖石中廣泛存在流體包裹體，每立方厘米中含有流體包裹體數(shù)量大約為102～109個，直徑一般小于50μm。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。
流體包裹體對高純石英的熔融行為存在嚴(yán)重的不利影響。相比于雜質(zhì)元素，流體包裹體除去難度更大，是影響最終石英產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵性因素之一。
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。
4、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。
微量元素在石英晶格中存在方式主要有3種：
?。?）等價替代，如Ti4+、Ge4+等與Si4+的類質(zhì)同象替代；
?。?）離子團(tuán)替代，如Al3+和相鄰的P5+替代Si4+；
?。?）電荷補(bǔ)償替代，如Al3+、Fe3+替代Si4+形成了［AlO4/M+］0或［FeO4/M+］0結(jié)構(gòu)中心，M+充當(dāng)電價補(bǔ)償離子平衡電荷。
在石英結(jié)構(gòu)性雜質(zhì)中，Al雜質(zhì)元素含量一般最高。由于Al是以Al3+替代Si4+的形式存在，引起了石英晶格內(nèi)部電荷不平衡，當(dāng)石英中存在大量Al雜質(zhì)時，Li、K、Na等雜質(zhì)元素的含量會增加。因此可以使用天然石英中Al的含量來判斷石英原料的質(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。
總體來說，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)具備以下礦物學(xué)特征：石英晶?；瘜W(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。
來源：馬超,馮安生,劉長淼,等.高純石英原料礦物學(xué)特征與加工技術(shù)進(jìn)展[J].礦產(chǎn)保護(hù)與利用,2019,39(06):48-57.
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