中国粉体网讯 高纯石英及其高端产品被广泛应用在大规模及超大规模集成电路、光纤、光伏、航天、军事等行业中，是信息、新能源等高科技技术产业的基石，是面向未来的战略性资源。高品质矿物原料和提纯技术是我国高纯石英产业持续发展的两大瓶颈，不同成因石英矿物具有差异性物理化学特征，对选矿提纯效果具有约束作用。
高纯石英砂对原矿的要求
矿物组成与嵌布特征
要选择正确的高纯石英原料和制定最佳的石英提纯方案，则必须明确石英中杂质元素的赋存状态。
共伴生独立脉石矿物（如云母、长石、赤铁矿、电气石、绿泥石和黏土矿物等）是石英中杂质元素的主要载体矿物，且在地质成矿过程中佷容易成为石英中的矿物包裹体，是制约最终石英产品质量的重要因素之一。石英与脉石矿物嵌布特征直接影响石英单体解离度，进而影响选矿提纯效果。在现有技术条件下，不易与脉石矿物单体解离，普遍含有大量包裹体的石英很难被加工为高纯石英。
流体包裹体
流体包裹体的种类、尺寸和含量对高纯石英质量有着显著影响。石英中流体包裹按内含物质状态可以分为：纯气体、纯液体、气液混合包裹体和三相包裹体。
流体包裹体杂质是最丰富、最主要的杂质，主要含有H2O、CO2、CH4、烃、N2和H2S等，是影响高纯石英纯度的主要因素之一。相比于杂质元素，流体包裹体除去难度更大，是影响最终石英产品质量的关键性因素之一。关于如何降低石英中流体包裹体含量的研究虽然已开展很久，但在脱除富气相、微小尺寸流体包裹体方面等方面并未取得良好进展。因此，选择流体包裹体含量极少或无流体包裹体的石英作为高纯石英原料是加工高纯石英的关键。
晶格杂质
石英晶体在形成过程中，一些元素会替代硅元素进入石英晶体中，形成了石英的结构性杂质。这些杂质含量虽然很低，但从石英中分离难度大，是制约高纯石英质量最关键性因素。石英中常见的晶格杂质元素有Al、Ti、Li、Na、K、Ge、OH等，这些杂质元素含量通常超过1×10-6，很难利用经济的选矿手段和化学提纯方法除去。
石英晶格的外来元素中，Al的研究和分析是最重要的，是判断高纯石英矿物原料品质的重要标志物，这是因为其相较天然石英中其他杂质元素，Al含量往往最高，也最容易通过测试分析方法分析出来。当石英中存在大量Al杂质时，Li、K、Na等杂质元素的含量会增加。除Al外，Ti也是判断高纯石英矿物原料品质的重要标志物之一，由于Ti-O键非常稳定，不易破坏，无论是晶格间Ti还是包裹体中的含Ti矿物，均很难通过常规的选矿手段和化学提纯方式经济合理除去，因此当石英中Ti含量超过一定程度时，其也很难加工成高纯石英。
高纯石英砂的加工工艺
将石英矿加工为高纯石英就是尽可能分离出石英原料中各种杂质的过程。石英矿石经过选矿等物理方法初步提纯后，可以得到SiO2质量分数为99.3%~99.9% 的石英，要想获得更高纯度的石英,则需要进行化学提纯。化学提纯技术包括酸浸出法、碱浸出法以及热处理法。酸浸出法和碱浸出法是使用酸碱浸出来脱除石英杂质，有时也会使用超声辅助浸出以使石英达到目标纯度；热处理法则是利用高温去除石英中的包裹体杂质或类质同象类杂质。
综上，高纯石英是高新技术应用领域的关键性原材料，选择合适石英原料矿床是成功加工出高纯石英最为关键的一步，此外，对石英原料进行工艺矿物学研究，确定天然石英矿物中杂质元素赋存状态，对选择合适的高纯石英原料和确定有针对性的石英除杂提纯方案极其关键。
2024年8月9日，由中国粉体网主办的“2024（第二届）全国集成电路及光伏用高纯石英材料产业发展大会”将在江苏盐城召开，资深石英砂提纯技术专家彭立华将做《高纯石英砂对原矿和生产工艺的要求》的报告，彭立华，2019年北京大学地质学（材料及环境矿物学）博士毕业，现任浙江润优新材料科技有限公司研发总监，深耕高纯石英砂及其制品产业化技术研究十年，届时，他将详细分析石英矿物中的包裹体杂质、矿物杂质、晶格杂质等因素和提纯技术对高纯石英砂生产的影响。
参考来源：
武志超等.高纯石英应用及化学提纯技术研究进展
马超等.高纯石英原料矿物学特征与加工技术进展
唐春花等.高纯石英用硅质原料地质勘查中的基本概念和关键技术
（中国粉体网编辑整理/初末）
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