石英理論化學(xué)組成是SiO2，但是在自然界不存在純SiO2石英。石英或多或少都包含一些雜質(zhì)元素（如Al、Ti、K、Na、Ge等），其種類(lèi)和含量與晶出石英時(shí)的熔/流體和外界環(huán)境與結晶后受到的改造有關(guān)。在石英晶體內部，雜質(zhì)元素的賦存形式包括（按尺度由小到大）：晶格雜質(zhì)元素（晶格尺度）、亞微米級（100nm～1μm）和納米級（＜100nm）包裹體，以及顯微包裹體（＞1μm）。
　　
　　1、晶格雜質(zhì)元素（晶格尺度）
　　石英晶格雜質(zhì)與石英晶體的點(diǎn)缺陷密切相關(guān)。石英晶體的點(diǎn)缺陷包括空位、置換原子和間隙原子三種，其中能引入雜質(zhì)元素的主要是后兩者。外來(lái)的離子（如P5+、Ti4+、Ge4+、Al3+、Fe3+、B3+等）通過(guò)置換Si4+，占據Si4+的位置，形成置換雜質(zhì)元素；同時(shí)，某些離子（如Al3+、Fe3+等）在置換Si4+時(shí)，為了保持電價(jià)平衡，還會(huì )在原子間引入Na+、K+等電價(jià)補償離子，為間隙雜質(zhì)元素。
　　
　　2、亞微米級（100nm～1μm）和納米級（＜100nm）包裹體
　　石英中亞微米級（100nm～1μm）和納米級（＜100nm）包裹體的尺寸很小，需要借助掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡才能觀(guān)察到它們的形貌和在石英晶體中的分布。目前，對這類(lèi)亞微米級（100nm～1μm）和納米級（＜100nm）包裹體的研究很少，主要集中在有色石英，特別是藍色的巖漿石英。
　　
　　因此，現在不確定這類(lèi)包裹體在一般石英晶體中的含量與分布如何。迄今為止，觀(guān)察到的亞微米級包裹體包括金紅石、銳鈦礦、云母、電氣石和Al-Si相礦物（可能代表Al2SiO5同質(zhì)多象體、AlOOH或剛玉）。
　　
　　Müller等研究認為，亞微米級包裹體可能在特定的結晶環(huán)境下形成。當它們出現時(shí)，由于包含眾多的雜質(zhì)元素（具體雜質(zhì)元素視亞微米級礦物種類(lèi)而定），將會(huì )降低石英的純凈度，會(huì )成為石英的污染源之一。石英中亞微米級和納米級包裹體需要進(jìn)一步的系統研究，以查明它們的成因、分布及其對石英純度的影響。
　　
　　3、礦物、熔體和流體包裹體（＞1μm）
　　天然的石英晶體通常包含流體、硅酸鹽熔體和礦物包裹體（＞1μm），這些包裹體可以在普通的光學(xué)顯微鏡下觀(guān)察。包裹的種類(lèi)和豐度取決于結晶環(huán)境、結晶后的蝕變和變形。如果在石英晶體中包裹體大量存在，那么它們會(huì )對石英原材料的化學(xué)純度和質(zhì)量有很大影響。
　　
　　流體包裹體是石英中最常見(jiàn)、最豐富的包裹體。它們既可以在石英晶體生長(cháng)時(shí)，為石英所捕獲，形成原生流體包裹體；也可以在后期流體沿石英的微裂縫滲透、石英晶體愈合時(shí)形成，稱(chēng)之為次生包裹體。
　　
　　硅酸鹽熔體包裹體常常出現在巖漿巖，常表現為小的玻璃質(zhì)或結晶質(zhì)“氣泡”（約1～300μm）。相比于流體包裹體，它們在石英晶體中的數量相對稀少。熔體包裹體的成分與石英捕獲的硅酸鹽熔體成分相對應，主要由Si、Al、Fe、Ca、Na和K等組成。在巖漿演化晚期形成的偉晶巖中，石英中的熔體包裹體常常包含大量的堿金屬元素（如Li、Na、K、Rb、Cs）、揮發(fā)性元素（如B、P、F、Cl），以及一些稀有元素。這些熔體包裹體中的雜質(zhì)元素會(huì )影響石英的化學(xué)純度，是一個(gè)主要的污染源。
　　
　　上述的晶格雜質(zhì)元素（晶格尺度）、亞微米級（100nm～1μm）和納米級（＜100nm）包裹體，以及顯微包裹體（＞1μm）是雜質(zhì)元素（如P、Ge、Ti、Al、Fe、B、K、Na、Li、Be等）在石英晶體內部基本的賦存形式。同時(shí)，在石英晶體表面，可以附著(zhù)其他礦物微晶；在結晶巖中，石英會(huì )和其他礦物嵌布。
　　
　　現階段，經(jīng)研磨、分選、磁選、重選、電選、浮選、酸洗、酸浸、加熱、焙燒等礦物提純工藝，可以將石英晶體大部分的表面附著(zhù)微晶、與石英嵌布的礦物、以及石英晶體中大部分的顯微包裹體除去。但對于石英內部的雜質(zhì)，如晶格雜質(zhì)元素、可能出現的亞微米級（＜100nm）和納米級（100nm～1μm）包裹體、顯微包裹體（＞1μm），現有手段難以將它們完全地除去，它們的存在將會(huì )極大地影響石英的化學(xué)純度和質(zhì)量。因此，石英晶體中晶格雜質(zhì)元素、亞微米級和納米級包裹體、顯微包裹體的數量和分布，是決定石英晶體能否成為高純石英的重要制約因素。詳細查明雜質(zhì)元素在石英晶體內部的賦存狀態(tài)、數量和分布特征，對于后續的礦物提純加工和探討其工業(yè)用途至關(guān)重要。
　　
　　資料來(lái)源：《楊曉勇,孫超,曹荊亞,施建斌.高純石英的研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢[J].地學(xué)前緣:2021》，由【粉體技術(shù)網(wǎng)】編輯整理，轉載請注明出處！