中國(guó)粉體網(wǎng)訊 高純石英原料需經(jīng)過(guò)一系列的提純工藝最終獲得符合應(yīng)用領(lǐng)域目標(biāo)要求的高純石英砂產(chǎn)品，而高純石英所含的雜質(zhì)特征是影響高純石英提純的關(guān)鍵因素。因此，需要對(duì)石英礦物的雜質(zhì)特征進(jìn)行分析，以確定合適的提純工藝及應(yīng)用方向。
石英的主要雜質(zhì)元素為Al、Ca、Fe、Na、K、Li、Mg、Cr、Ni、B、Mn、Cu、Ti等。根據(jù)其賦存形態(tài)可分為脈石礦物雜質(zhì)、包裹體雜質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu)雜質(zhì)。
脈石礦物雜質(zhì)
脈石礦物類(lèi)雜質(zhì)指與石英礦物伴生的其他礦物，根據(jù)所處地層地質(zhì)條件的差異，所生成的伴生礦物也不相同。石英中主要的脈石礦物雜質(zhì)主要有長(zhǎng)石、云母、金紅石、方解石、螢石、赤鐵礦、黃鐵礦和黏土礦物等。這些脈石礦物雜質(zhì)通過(guò)常規(guī)的物理選礦方法便可有效去除，如色選、擦洗、重選、磁選和浮選等。
包裹體雜質(zhì)
硅質(zhì)原料在結(jié)晶時(shí)產(chǎn)生空穴，產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)缺陷，其他礦物溶液在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中滲入這些缺陷，被石英包裹住而形成包裹體，種類(lèi)繁多，包括礦物和熔體包裹體、氣液包裹體等。
礦物和熔體包裹體普遍存在于石英礦物之中，其種類(lèi)和豐度取決于結(jié)晶環(huán)節(jié)和結(jié)晶后的蝕變變形，通過(guò)光學(xué)顯微鏡便可觀察到。巖漿巖中，主要包裹體有長(zhǎng)石、云母和金紅石等；變質(zhì)巖中，礦物包裹體種類(lèi)受到變質(zhì)程度的影響，低級(jí)變質(zhì)巖礦物包裹體主要有綠泥石、白云母和角閃石；高級(jí)變質(zhì)巖中則多為藍(lán)晶石、十字石和石榴石等;石膏和方解石等礦物包裹體多存在于沉積巖中。熔體包裹體多存在于巖漿巖石英中，呈璃狀或結(jié)晶狀微泡，主要含有Si、Al、Fe、Ca、Na和K等雜質(zhì)元素。
石英礦中普遍含有氣液包裹體，伴隨著石英晶體生長(zhǎng)機(jī)制和周?chē)橘|(zhì)濃度發(fā)生變化，微量的固、液、氣三相與石英晶面的生長(zhǎng)作用力相互影響，差異性變化將H2、O2、N2、CO、CO2等捕獲包裹在石英晶體中形成包裹體。由于晶體生長(zhǎng)的環(huán)境及形成機(jī)理不同，石英中氣液包裹體在數(shù)量、分布和成分組成上也會(huì)存在較大差異。
氣液包裹體按其成因分為原生包裹體、假次生包裹體和次生包裹體。隨著石英晶體的生長(zhǎng)，原生包裹體是在石英晶體的各晶面生長(zhǎng)過(guò)程中形成的，通過(guò)現(xiàn)有提純工藝很難去除；而次生包裹體是在石英晶體結(jié)晶后才形成的，主要存在于斷裂后再生長(zhǎng)部位，因此次生包裹體去除難度相對(duì)較低。石英砂中的氣液包裹體是生產(chǎn)石英玻璃時(shí)產(chǎn)生含氣泡產(chǎn)品的主要因素，氣泡的存在會(huì)降低產(chǎn)品純度，如何去除石英玻璃中的氣泡已經(jīng)成為提升石英玻璃質(zhì)量及性能的重點(diǎn)研究方向。
晶體結(jié)構(gòu)雜質(zhì)
石英中晶體結(jié)構(gòu)雜質(zhì)分為晶格雜質(zhì)和非晶格雜質(zhì)。晶格雜質(zhì)主要以他類(lèi)原子以類(lèi)質(zhì)同象的方式取代硅氧四面體中的硅原子，主要雜質(zhì)元素有Al3+、Ti4+、Ge4+等。其中，微量元素替代石英中的硅原子主要有三種方式：（1）等價(jià)替代，如Ti4+、Ge4+替代Si4+；（2）離子團(tuán)替代，如Al3+與P5+或Al3+與Na+替代Si4+；（3）電荷補(bǔ)償替代，如Al3+、Fe3+所形成的[AlO4/M+]0或[FeO4/M+]0結(jié)構(gòu)中心。由于Al3+和Si4+半徑相近，Al3+替代硅原子最為常見(jiàn)，Al3+替代Si4+后為了達(dá)到電荷平衡，首先由正一價(jià)堿金屬離子（如Li+、Na+、K+）以及H+來(lái)補(bǔ)償，如果堿金屬離子不足，有時(shí)用正二價(jià)的Ca2+、Mg2+離子及部分過(guò)渡金屬離子來(lái)補(bǔ)償，從而堿金屬離子（如Li+、Na+、K+）以及H+等可作為電荷補(bǔ)償離子進(jìn)入石英晶格而賦存于石英晶格間隙中，因此可以通過(guò)石英中Al的含量判斷石英原料的質(zhì)量。
石英礦物晶格雜質(zhì)元素類(lèi)質(zhì)同象分布示意圖
石英中的晶格雜質(zhì)需要破壞石英晶格才能除掉，是最難除掉的雜質(zhì)種類(lèi)，也是目前高純石英研究主要關(guān)注的雜質(zhì)種類(lèi)。在石英晶格的外來(lái)元素中，Al的研究和分析是最重要的，是判斷高純石英礦物原料品質(zhì)的重要標(biāo)志物，這是因?yàn)槠湎噍^天然石英中其他雜質(zhì)元素，Al含量往往最高，也最容易通過(guò)測(cè)試分析方法分析出來(lái)。當(dāng)石英中存在大量Al雜質(zhì)時(shí)，Li、K、Na等雜質(zhì)元素的含量會(huì)增加。除Al外，Ti也是判斷高純石英礦物原料品質(zhì)的重要標(biāo)志物之一，由于Ti-O鍵非常穩(wěn)定，不易破壞，無(wú)論是晶格間Ti還是包裹體中的含Ti礦物，均很難通過(guò)常規(guī)的選礦手段和化學(xué)提純方式經(jīng)濟(jì)合理除去。
參考來(lái)源：
趙海波等.天然石英礦物微量元素賦存特征研究進(jìn)展及對(duì)高純石英找礦的指示
劉慧陽(yáng)等.高純石英砂氯化焙燒技術(shù)研究進(jìn)展
武志超等.高純石英應(yīng)用及化學(xué)提純技術(shù)研究進(jìn)展
張海啟等.高純石英中雜質(zhì)特征及深度化學(xué)提純技術(shù)研究進(jìn)展
銀波.化學(xué)法制備高純石英砂工藝與應(yīng)用研究
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/初末）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除！
