中國粉體網(wǎng)訊 高純石英是新一代信息技術(shù)、新能源、高端裝備等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵基礎材料。石英雖然是地球上含量最高的礦物之一，但高純石英原料只有在滿足一系列特定化學和物理參數(shù)的地質(zhì)條件下才能形成。高純石英對雜質(zhì)元素、包裹體、羥基、粒度等有嚴格要求，目前全球可以加工高純石英的礦床非常稀少，主要分布于美國、挪威、俄羅斯、印度、安哥拉等國家，礦床類型主要為花崗偉晶巖型（含偉晶狀花崗巖型）、脈石英和水晶。
典型的高純石英原料
天然石英礦物根據(jù)成因類型可以分為巖漿型、變質(zhì)型和水熱生長型。國際上典型的高純石英原料美國Spruce Pine地區(qū)花崗偉晶巖，是受阿樂漢尼綠片巖運動影響而形成的高純石英礦床。在阿樂漢尼綠片巖運動的影響下，該地區(qū)地殼運動與其它地區(qū)具有顯著不同的變形，導致石英動力學重結(jié)晶，石英顆粒晶體塑性變形，晶體內(nèi)空隙雜質(zhì)沿著新形成的顆粒界限集中，與變形運動相隨的液體，有助于雜質(zhì)的溶解和遷移，使雜質(zhì)從重新結(jié)晶的石英顆粒中移出。
石英礦床形成時，溫度和壓力對石英質(zhì)量有重要影響，特別是在石英形成后期，高溫高壓作用有利于石英晶粒內(nèi)部雜質(zhì)向晶界邊緣或微細包裹體中遷移，且形成的石英中流體包裹體含量較少，可能具備加工為高純石英的潛力。巖漿型花崗偉晶巖石英是高溫巖漿緩慢結(jié)晶而成，巖漿溫度高冷卻時間長，石英體系中雜質(zhì)易析出，因而巖漿巖型花崗偉晶巖中的石英純度極高，氣液包裹體極少，可能會被加工為高純石英。
高純石英原料評價指標
天然石英能否加工為高純石英的影響因素主要有化學成分、嵌布粒度、脈石礦物及晶界雜質(zhì)、包裹體及晶格雜質(zhì)等。
化學成分
關(guān)于高純石英硅質(zhì)原料純度的描述應該包括SiO2的百分含量和影響提純的關(guān)鍵雜質(zhì)元素含量。因此，可以以SiO2、Al、(Ti+Li)的含量作為高純石英用硅質(zhì)原料評價指標體系的方案。
將高純石英用硅質(zhì)原料純度劃分為兩個品級：高純硅質(zhì)原料：SiO2≥99.9%，Al≤700×10-6，Li+Ti≤200×10-6；超純硅質(zhì)原料：SiO2≥99.995%，Al≤35×10-6，Li+Ti≤10×10-6。
嵌布粒度
石英結(jié)晶晶粒之間的晶界面屬于材料幾何學的低能量界面（低能量相界面），其界面結(jié)構(gòu)很大程度上影響著石英的性質(zhì)，石英晶界面既是低能量界面也是雜質(zhì)賦存面，會造成析晶和降低石英熔點，包含的晶面越多影響越大。
當石英呈微晶、細晶結(jié)構(gòu)時，這些賦存在晶界面的雜質(zhì)很難被剔除，石英砂包含的晶界面越多越不利于石英提純。因此由多晶石英組成的石英砂難以達到高純石英高端產(chǎn)品要求。通常石英結(jié)晶粒度應達到0.35mm以上，建議為0.5mm以上。
脈石礦物
脈石礦物主要影響高純石英原料礦石的初始品位和選礦產(chǎn)率，晶界雜質(zhì)則會對高純石英純度產(chǎn)生一定程度影響。
不同成因類型巖石中，與石英共伴生的礦物種類和賦存狀態(tài)并不一樣。巖漿成因巖石如花崗偉晶巖中與石英共生的礦物有堿性長石、斜長石、云母等主礦物以及磷灰石、鋯石、金紅石、電氣石等副礦物，花崗偉晶巖中石英礦物含量往往＞20%；沉積成因巖石如石英砂巖，與石英共伴生的礦物有長石、云母、粘土礦物、鋯石、有機物等，巖石中石英礦物含量往往＞90%，但是在沉積成巖過程中，往往伴隨不同顆粒膠結(jié)和次生加大現(xiàn)象，云母、長石、粘土礦物等物質(zhì)也容易被多期次生長石英膠結(jié)包裹；變質(zhì)成因巖石如石英巖，與石英共伴生的礦物有長石、云母、角閃石以及紅柱石、十字石等不同級別的變質(zhì)礦物，這類巖石中石英含量＞75%，石英往往經(jīng)歷重結(jié)晶，存在多期次生長并包裹金紅石、紅柱石等礦物現(xiàn)象。除常規(guī)的與石英共伴生的脈石礦物外，沿著石英礦物的晶界、礦物凹陷或礦物裂隙等還會存在長石、云母等雜質(zhì)微晶，這類雜質(zhì)通常獨立賦存于礦物晶界，也可以理解為一種更細粒度的脈石礦物。
包裹體
評價高純石英原料礦石時，對石英礦物中包裹體的類型、形態(tài)、大小、數(shù)量等特征進行研究是十分必要的。包裹體是影響高純石英原料礦石質(zhì)量的最重要因素之一，當高純石英中包裹體尤其是微細粒氣液兩相包裹體和礦物包裹體過多時，會對高純石英的產(chǎn)品性能產(chǎn)生嚴重影響。
石英中廣泛分布有不同尺寸的固相、液相、氣相以及混合相的包裹體，是自然界中最重要的包裹體寄主礦物。由于包裹體賦存于天然石英礦物中，在不破壞石英晶體結(jié)構(gòu)的條件下，只能實現(xiàn)少部分大尺寸包裹體的去除。
晶格雜質(zhì)
石英晶體在形成過程中，一些元素會替代硅元素進入石英晶體中，形成了石英的結(jié)構(gòu)性雜質(zhì)。石英中常見的晶格雜質(zhì)元素有Al、Ti、Li、Na、K、Ge、OH等，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。在現(xiàn)有加工技術(shù)下，石英原料中晶格雜質(zhì)幾乎不能被除去。
石英晶格的外來元素中，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)的重要標志物，這是因為其相較天然石英中其他雜質(zhì)元素，Al含量往往最高，也最容易通過測試分析方法分析出來。當石英中存在大量Al雜質(zhì)時，Li、K、Na等雜質(zhì)元素的含量會增加。除Al外，Ti也是判斷高純石英礦物原料品質(zhì)的重要標志物之一，由于Ti-O鍵非常穩(wěn)定，不易破壞，無論是晶格間Ti還是包裹體中的含Ti礦物，均很難通過常規(guī)的選礦手段和化學提純方式經(jīng)濟合理除去，因此當石英中Ti含量超過一定程度時，其也很難加工成高純石英。
如何更好地利用石英礦？怎么才能知道手里的石英礦是否適合被加工成高純石英礦？又用什么樣的技術(shù)對高純石英進行提純呢？
2024年11月21-22日，由中國粉體網(wǎng)主辦的“2024（第八屆）全國石英大會暨展覽會”將在江蘇徐州召開，屆時，西南科技大學孫紅娟教授將做《典型高純石英原料評價方法及提純技術(shù)》，屆時她將以幾種典型的高純石英礦為例，對高純石英原料的評價因子及評價指標及提純技術(shù)進行全方位分析解答。
參考來源：
馬超等.高純石英原料礦物學特征與加工技術(shù)進展
唐春花等.高純石英用硅質(zhì)原料地質(zhì)勘查中的基本概念和關(guān)鍵技術(shù)及江西資源前景
張亮等.關(guān)于高純石英原料礦石地質(zhì)學評價方法的探討
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/初末）
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