1、什么是高純石英砂
高純石英砂是指SiO2含量大于99.9%的石英礦產品，是生產高檔石英制品的原料，因其產品具有耐高溫、耐腐蝕、低熱膨脹性、高度絕緣性和透光性等優異的物理化學性質，廣泛應用于光纖通訊、太陽能光伏、航空航天、電子及半導體等高新技術產業，戰略地位十分重要。
表1 美國Unimin公司IOTA系列產品和挪威Crystallites AS公司HPQ石英砂化學成分
表2 江蘇某石英公司高純石英砂產品化學成分（ug/g）
2、什么是高純石英原料
高純石英原料是指那些能被現有成熟的礦物加工技術將其SiO2純度提純至99.9%及以上的天然石英礦物資源，提純后的高純石英砂滿足現代高新產業使用效能的嚴格要求。
研究表明：規模大、品位高、品質好的高純石英礦床有3個基本地質條件：
?。?）硅源充足；
?。?）無同期金屬礦床伴生以保證硅源和礦石的純度；
?。?）動定相宜的構造環境以提供大規模硅質運移通道、穩定的壓力一溫度和充分的高純石英結晶時間（P-T-t）以及足夠的成礦空間。
水晶曾是主要的高純石英原料，但國內資源儲量僅為0.47億噸，經過30多年的開采，已逐漸枯竭，不能滿足高純石英砂日益增長的需求，脈石英、石英巖和石英砂巖等逐漸替代水晶成為主要的高純石英原料。
表3 不同成因類型的石英原料特點與優先應用領域
3、如何判定石英礦可作高純石英原料？
在不同地質成因下形成的石英礦的礦物學特征存在明顯差異，其礦物組成、嵌布粒度特征、晶體結構與晶格雜質、化學成分和雜質元素賦存狀態直接影響礦石原料的質量。了解石英原料的工藝礦物學特征，詳細查明礦石性質，是確定石英原礦品質、選礦提純工藝方案和產品方向的基礎。
（1）化學成分
化學成分是石英原料內各元素組成的集中體現，原礦中的雜質元素的含量高低對加工生產的高純石英砂品質有關鍵影響，決定了產品經濟價值和應用領域。
例如，石英玻璃是高純石英砂的主要產品之一，其性能指標在一定程度上取決于熔制工藝，化學純度就只與原料的純度相關，若Al、B、P、堿金屬元素和關鍵的過渡金屬元素的含量超過要求，將影響熔體粘度并引起產品失透、高溫變形、低軟化點和光損耗等缺陷。
對高純石英產品性能有害的微量元素，影響較大的12種元素為A1、B、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Na和Ni，查明這些有害元素的賦存狀態類型和具體的存在形式，對于了解原料性質和選礦提純的工藝設計都有重要指導意義。
表4 石英原料中微量元素常見的賦存狀態
（2）礦物組成
對石英原料進行礦物組成分析，可推斷石英礦的形成過程和方式，并根據脈石礦物的種類選擇合適的選礦提純方法。
化學成分中含有害雜質元素的獨立礦物構成了石英原料中的脈石礦物，特別是一些鋁硅酸鹽礦物中堿金屬元素和A1元素的含量較高（例如白云母），是雜質元素的主要載體礦物，這些礦物的種類、含量和粒度對石英原料的質量有嚴重影響。
長石、云母是石英原料中最常見的脈石礦物，其他脈石礦物則與礦石類型有關。
石英巖中還有鋯英石、電氣石、方解石、黃鐵礦、褐鐵礦、石榴子石等脈石礦物；石英砂巖中常見蛋白石、玉髓等膠結物，往往還含有電氣石、磁鐵礦、鈦鐵礦、赤鐵礦、鐵白云石和金紅石等；脈石英中含有典型的熱液礦物，螢石、鐵質礦物等。
Qta-石英，Ms-白云母，Tur-電氣石圖1 江油某石英砂巖顯微形貌照片
（3）嵌布粒度特征
不同類型的石英原料的嵌布粒度特征存在明顯的差異，這與礦床成因密切相關。
如脈石英的嵌布粒度主要受成礦環境制約和巖漿活動影響，常常共生有白云母等鋁硅酸鹽礦物，這些礦物的嵌布粒度大小直接影響石英的單體解離度，當粉碎顆粒粒度小于后期石英脈寬時，脈石礦物才能從連生體中解離出來。
石英受成巖作用和變質作用改造強度越大，與其他礦物的嵌布粒度差異越明顯，與白云母等脈石礦物的連生體類型也漸由毗鄰型變為縫狀、甚至包裹型，越不容易解離。
（4）包裹體特征
在石英晶體生長過程中，殘余的熱液組分或副礦物易混入形成包裹體，高壓變質作用也可能導致子礦物包裹體（如金紅石）的出溶形成。
包裹體本身可提供共生組合、溫度和流體的化學成分等豐富的成礦信息，包裹體的分布、相態、均一溫度和化學成分等特征可以區別不同成因的石英。
對于高純石英原料來講，包裹體類型和含量都對高純石英砂的品質有顯著影響，一方面構成了雜質元素的主要來源，另一方面也將改變石英工業原料的熔融行為。
a、b為偏光顯微鏡(正交光)下的顯微形貌，c、d為掃描電鏡下的石英微觀形貌圖2 青海某石英巖中包裹體形態特征
（5）晶格雜質
除脈石礦物和包裹體外，有少量雜質元素以類質同象形式賦存于石英晶體中，構成石英原料中的晶格雜質。
圖3 微量元素在石英晶格中類質同象的結構示意圖
在目前的高純石英礦物加工過程中，晶格雜質幾乎不能被除去，其含量高低決定了原料提純潛力的極限。
（6）晶體結構
α-石英（低溫石英）是地殼中分布最廣的礦物之一，廣泛存在于巖漿巖、沉積巖和變質巖中。α-石英晶體結構屬三方晶系，這種晶體結構在常壓且溫度低于573℃的情況下，都能夠穩定存在，幾乎是唯一的高純石英礦物的來源。
（7）熱效應特征
石英的熱學性質是晶體結構、化學成分和包裹體特征等在溫壓變化過程的具體表現，對石英原料進行熱分析不僅有利于查明礦物學特征，對于后期加工也有重要意義。
4、高純石英原料的判定標準
?。?/strong>1）普通石英原料
對于普通石英原料（w（SiO2）<99.9%）來講，脈石礦物種類和含量與礦物間的嵌布粒度特征的影響較為顯著。
這種影響常見于脈石礦物與石英之間，若脈石礦物嵌布粒度越微細均勻，則石英單體解離的難度越大，選礦提純的難度也越大。
例如微細白云母在青海石英巖中的均勻鑲嵌，即便原礦SiO2含量較高，但在高純石英砂的粒度要求內，白云母難以完全分離。
當石英晶粒尺寸達到偉晶（d>5mm)以上時，脈石種類和含量的影響迅速減弱，例如在花崗偉晶巖中，雖然脈石礦物種類和含量較多，但石英晶粒尺寸粗大，在磨礦過程中易于相互解離，脈石礦物在很大程度上可以被選除，白崗巖作為尤尼明公司IOTA系列高純石英砂產品的主要礦源，深度加工后得到的IOTA-8雜質元素總含量不超過8ug/g，并在高純石英砂市場中獨占鰲頭。
?。?/strong>2）高純石英原料
在高品級的高純石英原料中（w（SiO2）<99.9%），雜質元素的含量處于較低水平，此時，包裹體和晶格雜質是主要的雜質來源，對原料性質的影響最為關鍵。
不同成礦條件下形成的脈石英，其包裹體的相態、數量和分布特征不同，可以分為已破壞、稀疏分布、密集分布、含較多礦物包裹體，在特殊情況下還需要進行化學的定量分析，通過細磨和鍛燒作用后，可以去除大部分包裹體雜質。
但在目前的高純石英礦物加工過程中，晶格雜質兒乎不能被除去，其含量高低決定了原料提純潛力的極限。
（3）石英原料評價指標
在實際的分析測試中，化學成分、嵌布粒度、脈石礦物、包裹體和晶格雜質是高純石英原料評價的主要因素。
吳逍等按對石英原料的影響程度從小到大分為a、b、c、d四個等級，得到高純石英原料的評價指標，其中脈石礦物的評價指標主要考察礦物種類，其含量與化學成分中w（SiO2）指標呈負相關。
表5 高純石英原來的評價指標（來自：高純石英原料選擇評價及提純工藝研究）
當石英原料具有3個及以上指標達到a級時，可以推薦為高純石英原料。從高純石英原料產出的地質條件來看，相較于外生礦床，更容易產出于穩定地質條件的內生礦床，特別是巖漿高度結晶分異的花崗偉晶巖及其巖脈中。
5、如何把你的石英原料變成高純石英？
不同石英原料的礦石性質差異較大，其礦物學特征決定具體的選礦工藝條件。
目前，工業上成熟應用的石英提純傳統工藝有分級、擦洗、鍛燒-水淬、磨礦、篩分、磁選、重選、浮選、酸浸、高溫脫氣等，深度提純工藝有氯化焙燒、輻照色選、超導磁選、高溫真空法、高溫摻雜提純法、煅燒-酸淬法、微波爆裂法、超聲波分散提純法等。
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