高純石英質(zhì)量與原料中雜質(zhì)元素含量高低并不是簡(jiǎn)單對應關(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(lèi)型石英礦的礦物學(xué)特征存在明顯差異，詳細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。
　　
　　1、化學(xué)成分與雜質(zhì)元素賦存狀態(tài)
　　化學(xué)成分只反應了石英所含元素的種類(lèi)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(lèi)多、含量高、賦存狀態(tài)多樣化，常見(jiàn)賦存狀態(tài)見(jiàn)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(lèi)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(cháng)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(guò)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變?yōu)榭p狀、甚至包裹型，在粉碎過(guò)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地區的花崗偉晶巖礦物組成復雜，肉眼明顯觀(guān)察到大量黑色雜質(zhì)，主要礦物為斜長(cháng)石和鉀長(cháng)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(guò)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(méi)有被消失。
　　
　　在現有技術(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量大約為10²～10⁹個(gè)，直徑一般小于50μm。流體包裹體的種類(lèi)、尺寸和含量對高純石英質(zhì)量有著(zhù)顯著(zhù)影響。
　　石英中流體包裹按內含物質(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(guò)程中所捕獲的流體屬過(guò)飽和溶液，當溫度降低時(shí)會(huì )從溶液中結晶形成包括石鹽、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(lái)源之一。
　　流體包裹體對高純石英的熔融行為存在嚴重的不利影響。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(kāi)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(wú)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(guò)程中，一些元素會(huì )替代硅元素進(jìn)入石英晶體中，形成了石英的結構性雜質(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(jià)替代，如Ti4+、Ge4+等與Si4+的類(lèi)質(zhì)同象替代；
　?。?）離子團替代，如Al3+和相鄰的P5+替代Si4+；
　?。?）電荷補償替代，如Al3+、Fe3+替代Si4+形成了［AlO4/M+］0或［FeO4/M+］0結構中心，M+充當電價(jià)補償離子平衡電荷。
　　
　　在石英結構性雜質(zhì)中，Al雜質(zhì)元素含量一般最高。由于A(yíng)l是以Al3+替代Si4+的形式存在，引起了石英晶格內部電荷不平衡，當石英中存在大量Al雜質(zhì)時(shí)，Li、K、Na等雜質(zhì)元素的含量會(huì )增加。因此可以使用天然石英中Al的含量來(lái)判斷石英原料的質(zhì)量。
　　
　　在現有加工技術(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(lái)說(shuō)，在現有技術(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(méi)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(lái)源：馬超,馮安生,劉長(cháng)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)保護與利用,2019,39(06):48-57.