中國粉體網(wǎng)訊  高純石英原料需經(jīng)過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，需要對石英礦物的雜質(zhì)特征進行分析，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過程中滲入這些缺陷，被石英包裹住而形成包裹體，種類繁多，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，通過光學(xué)顯微鏡便可觀察到。巖漿巖中，主要包裹體有長石、云母和金紅石等；變質(zhì)巖中，礦物包裹體種類受到變質(zhì)程度的影響，低級變質(zhì)巖礦物包裹體主要有綠泥石、白云母和角閃石；高級變質(zhì)巖中則多為藍晶石、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機制和周圍介質(zhì)濃度發(fā)生變化，微量的固、液、氣三相與石英晶面的生長作用力相互影響，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。由于晶體生長的環(huán)境及形成機理不同，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，原生包裹體是在石英晶體的各晶面生長過程中形成的，通過現(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部位，因此次生包裹體去除難度相對較低。石英砂中的氣液包裹體是生產(chǎn)石英玻璃時產(chǎn)生含氣泡產(chǎn)品的主要因素，氣泡的存在會降低產(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)主要以他類原子以類質(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）等價替代，如Ti⁴⁺、Ge⁴⁺替代Si⁴⁺；（2）離子團替代，如Al³⁺與P⁵⁺或Al³⁺與Na⁺替代Si⁴⁺；（3）電荷補償替代，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，Al³⁺替代Si⁴⁺后為了達到電荷平衡，首先由正一價堿金屬離子（如Li⁺、Na⁺、K⁺）以及H⁺來補償，如果堿金屬離子不足，有時用正二價的Ca²⁺、Mg²⁺離子及部分過渡金屬離子來補償，從而堿金屬離子（如Li⁺、Na⁺、K⁺）以及H+等可作為電荷補償離子進入石英晶格而賦存于石英晶格間隙中，因此可以通過石英中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，也是目前高純石英研究主要關(guān)注的雜質(zhì)種類。在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(biāo)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(dāng)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(biāo)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(xué)提純方式經(jīng)濟合理除去。

參考來源：

趙海波等.天然石英礦物微量元素賦存特征研究進展及對高純石英找礦的指示

劉慧陽等.高純石英砂氯化焙燒技術(shù)研究進展

武志超等.高純石英應(yīng)用及化學(xué)提純技術(shù)研究進展

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)研究進展

銀波.化學(xué)法制備高純石英砂工藝與應(yīng)用研究

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/初末）

注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知刪除！