高純石英是世界稀缺和我國短缺的高技術戰略礦物資源，制造高技術石英玻璃不可替代的礦物原料和戰略新興產業需求的稀缺類共性高增值礦物資源。
圖1 高純石英礦物資源工程及高純石英產業支撐圖（☆為戰略新興產業）
1、什么是高純石英？
高純石英是石英晶格中鋁-硅異價有限類質同像替代形成的鋁晶格占位雜質含量（晶格Al）≤30微克/克（×10-6）的天然礦物。
其內涵是：
?。?）石英礦物內晶格Al雜質的天然屬性：該Al是通過地質作用以類質同像方式替代Si后進入晶格的雜質元素，天然形成，除令石英消失或再經受地質作用外，其含量不會改變，是決定高純石英產品和提純工藝限度的根本因素。
?。?）高純石英晶格Al的主導性：晶格Al平均占高純石英金屬雜質總量的70%，且純度越高，所占比例越大，最大可達91%（見表1），是評價產品質量和提純效率的首要指標。
表1 石英玻璃和高純石英砂Al雜質含量及Al占金屬元素雜質總量的比例，單位w（Ｂ）/10 -6
按晶格w（Al）高純石英分3個品級：
Al 30級（30×10-6~20×10-6）
Al 20級（20×10-6~10×10-6）
Al 10級（＜10×10-6）。
?。?）數值30×10-6的工藝屬性：高純石英Al 30×10-6與石英玻璃Al雜質的最大允許含量（30×10-6）在數值上對應，兩者Al是傳承關系（見表1）。故高純石英的Al 30×10-6只是用石英玻璃工藝數值劃分的工業礦物界限值，并非石英礦物成分的突變值。
2、高純石英的雜質含量及純度
根據“高純石英”的定義，當其晶格w（Al）為30×10-6時，其他雜質的最大容量為30×10-6，如表2所示，則對應的石英w（SiO2）純度是99.99%（4N）。
表2 高純石英雜質元素一般含量及比例
此外，研究表明標準型石英玻璃用砂和高技術石英玻璃用砂的純度分界點、石英經濟價值從一百倍率向一千倍率高速增值的純度拐點、高純石英礦物工程“基礎工藝”（即除去粒外礦物雜質）的石英純度起點等也均為w（SiO2）≥99.99%（4N）。故w（SiO2）≥99.99%（4N）是普通石英和高技術石英在純度方面的技術經濟分界點。
3、高純石英粒內雜質元素的相關性
研究表明Al-Ti和Al-k-Na正相關，如圖2所示。
圖2 高純石英粒內雜質元素的相關性
4、高純石英粒內雜質元素的分布形式
高純石英粒內雜質元素分布形式有３種，即均勻分布、不均勻分布和環帶分布，環帶又分為正環帶和反環帶分布（以Al為例）。
?。?）正環帶：內帶或中央部分Al高，外帶或邊緣Al低，形成高鋁核石英顆粒，它是高純石英晶格Al天然聚集的“堡壘”，難以去除，越除Al越高；
?。?）反環帶：內帶或中央部分Al低，外帶或邊緣Al高，形成低鋁核石英顆粒，除雜時可有限的降低Al雜質含量。
?。?）其他雜質元素如Ti、Fe、K、Na等，亦顯示類似分布形式。
5、高純石英粒內微裂隙和晶洞
高純石英晶粒內部存在＜2μm的微-納米級裂隙和晶洞，其中充填有微-納米級雜質微粒，如石英、粘土、氧化鐵、碳酸鹽類礦物等（見圖3）。
圖3 高純石英粒內微裂隙和晶洞
6、流體包裹體
高純石英內無流體包裹體或極罕見，觀察和統計表明，其單顆粒流體包體面積比率＜1%；顯微鏡視域內以10X物鏡和平均粒度0.1mm砂樣計算含流體包體的顆粒數＜1%；熱失重＜15×10-6。
7、高純石英的物理性質
?。?）光學性質：無色、透明、油脂光澤是高純石英的首要特征。
?。?）陰極發光特征：在光學顯微鏡下觀察到Al、Fe、Mn、Ti等雜質元素及晶格缺陷受激發后發出的色彩，一般Al（藍光）、Fe3+（褐色）、Fe2+/Mn（紫色）等，借助色調的變化可觀察到高純石英礦石中的均勻性、不均勻性或帶狀結構特征。在電子顯微鏡下則呈現不同灰階的陰極發光，結合探針分析可揭示粒內雜質元素的分布形式（如環帶等）。
?。?）裂理：據測量表明，破碎的長條形石英顆粒與c軸的交角33°~45°（平均39°），該角度符合石英菱面裂理方向。巴西水晶薄片中所顯現的稀疏直線裂紋與c軸交角45°~50°（平均47.5°）。這些數值與石英M面與c軸的交角接近，則預示在該方向上存在次一級弱性連接面——裂理，這是石英、特別是水晶粉碎施力不當時而出現條形顆粒的原因。
8、高純石英的礦物形態和粒度
除自形晶——高純水晶外，高品級他形高純石英粒度均在粗粒（＞5mm）以上，并可一直延伸到偉晶或巨粒（＞10mm；英制中把＞0.5英寸即＞12.7mm的顆粒稱為偉晶或巨粒）。中-低品級多為中粒（5mm~1mm）和細粒級（＜1mm）。對于石英玻璃原料而言＜0.1mm者意義不大，當制備＜2μm的封裝料時則粒度不限。
9、高純石英成因類型
高純石英成因類型有花崗質巖漿石英-長石共結結晶型；巖漿熱液析晶型；變質流體析晶型；變質（固體）重結晶型；機械風化碎屑型（見表3）。
表3 高純石英礦床成因分析和成因類型劃分表
來源：高純石英礦物資源工程研究，作者：張佩聰、劉岫峰等
編輯整理：中國粉體技術網
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