中国粉体网讯 高纯石英是新一代信息技术、新能源、高端装备等战略性新兴产业的关键基础材料。石英虽然是地球上含量最高的矿物之一，但高纯石英原料只有在满足一系列特定化学和物理参数的地质条件下才能形成。高纯石英对杂质元素、包裹体、羟基、粒度等有严格要求，目前全球可以加工高纯石英的矿床非常稀少，主要分布于美国、挪威、俄罗斯、印度、安哥拉等国家，矿床类型主要为花岗伟晶岩型（含伟晶状花岗岩型）、脉石英和水晶。
典型的高纯石英原料
天然石英矿物根据成因类型可以分为岩浆型、变质型和水热生长型。国际上典型的高纯石英原料美国Spruce Pine地区花岗伟晶岩，是受阿乐汉尼绿片岩运动影响而形成的高纯石英矿床。在阿乐汉尼绿片岩运动的影响下，该地区地壳运动与其它地区具有显著不同的变形，导致石英动力学重结晶，石英颗粒晶体塑性变形，晶体内空隙杂质沿着新形成的颗粒界限集中，与变形运动相随的液体，有助于杂质的溶解和迁移，使杂质从重新结晶的石英颗粒中移出。
石英矿床形成时，温度和压力对石英质量有重要影响，特别是在石英形成后期，高温高压作用有利于石英晶粒内部杂质向晶界边缘或微细包裹体中迁移，且形成的石英中流体包裹体含量较少，可能具备加工为高纯石英的潜力。岩浆型花岗伟晶岩石英是高温岩浆缓慢结晶而成，岩浆温度高冷却时间长，石英体系中杂质易析出，因而岩浆岩型花岗伟晶岩中的石英纯度极高，气液包裹体极少，可能会被加工为高纯石英。
高纯石英原料评价指标
天然石英能否加工为高纯石英的影响因素主要有化学成分、嵌布粒度、脉石矿物及晶界杂质、包裹体及晶格杂质等。
化学成分
关于高纯石英硅质原料纯度的描述应该包括SiO2的百分含量和影响提纯的关键杂质元素含量。因此，可以以SiO2、Al、(Ti+Li)的含量作为高纯石英用硅质原料评价指标体系的方案。
将高纯石英用硅质原料纯度划分为两个品级：高纯硅质原料：SiO2≥99.9%，Al≤700×10-6，Li+Ti≤200×10-6；超纯硅质原料：SiO2≥99.995%，Al≤35×10-6，Li+Ti≤10×10-6。
嵌布粒度
石英结晶晶粒之间的晶界面属于材料几何学的低能量界面（低能量相界面），其界面结构很大程度上影响着石英的性质，石英晶界面既是低能量界面也是杂质赋存面，会造成析晶和降低石英熔点，包含的晶面越多影响越大。
当石英呈微晶、细晶结构时，这些赋存在晶界面的杂质很难被剔除，石英砂包含的晶界面越多越不利于石英提纯。因此由多晶石英组成的石英砂难以达到高纯石英高端产品要求。通常石英结晶粒度应达到0.35mm以上，建议为0.5mm以上。
脉石矿物
脉石矿物主要影响高纯石英原料矿石的初始品位和选矿产率，晶界杂质则会对高纯石英纯度产生一定程度影响。
不同成因类型岩石中，与石英共伴生的矿物种类和赋存状态并不一样。岩浆成因岩石如花岗伟晶岩中与石英共生的矿物有碱性长石、斜长石、云母等主矿物以及磷灰石、锆石、金红石、电气石等副矿物，花岗伟晶岩中石英矿物含量往往＞20%；沉积成因岩石如石英砂岩，与石英共伴生的矿物有长石、云母、粘土矿物、锆石、有机物等，岩石中石英矿物含量往往＞90%，但是在沉积成岩过程中，往往伴随不同颗粒胶结和次生加大现象，云母、长石、粘土矿物等物质也容易被多期次生长石英胶结包裹；变质成因岩石如石英岩，与石英共伴生的矿物有长石、云母、角闪石以及红柱石、十字石等不同级别的变质矿物，这类岩石中石英含量＞75%，石英往往经历重结晶，存在多期次生长并包裹金红石、红柱石等矿物现象。除常规的与石英共伴生的脉石矿物外，沿着石英矿物的晶界、矿物凹陷或矿物裂隙等还会存在长石、云母等杂质微晶，这类杂质通常独立赋存于矿物晶界，也可以理解为一种更细粒度的脉石矿物。
包裹体
评价高纯石英原料矿石时，对石英矿物中包裹体的类型、形态、大小、数量等特征进行研究是十分必要的。包裹体是影响高纯石英原料矿石质量的最重要因素之一，当高纯石英中包裹体尤其是微细粒气液两相包裹体和矿物包裹体过多时，会对高纯石英的产品性能产生严重影响。
石英中广泛分布有不同尺寸的固相、液相、气相以及混合相的包裹体，是自然界中最重要的包裹体寄主矿物。由于包裹体赋存于天然石英矿物中，在不破坏石英晶体结构的条件下，只能实现少部分大尺寸包裹体的去除。
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。石英中常见的晶格杂质元素有Al、Ti、Li、Na、K、Ge、OH等，从石英中分离难度大，是制约高纯石英质量最关键性因素。在现有加工技术下，石英原料中晶格杂质几乎不能被除去。
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。
如何更好地利用石英矿？怎么才能知道手里的石英矿是否适合被加工成高纯石英矿？又用什么样的技术对高纯石英进行提纯呢？
2024年11月21-22日，由中国粉体网主办的“2024（第八届）全国石英大会暨展览会”将在江苏徐州召开，届时，西南科技大学孙红娟教授将做《典型高纯石英原料评价方法及提纯技术》，届时她将以几种典型的高纯石英矿为例，对高纯石英原料的评价因子及评价指标及提纯技术进行全方位分析解答。
参考来源：
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及江西资源前景
张亮等.关于高纯石英原料矿石地质学评价方法的探讨
（中国粉体网编辑整理/初末）
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