石英理論化學組成是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元素（如Al、Ti、K、Na、Ge等），其種類和含量與晶出石英時的熔/流體和外界環境與結晶后受到的改造有關。在石英晶體內部，雜質元素的賦存形式包括（按尺度由小到大）：晶格雜質元素（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、晶格雜質元素（晶格尺度）
　　石英晶格雜質與石英晶體的點缺陷密切相關。石英晶體的點缺陷包括空位、置換原子和間隙原子三種，其中能引入雜質元素的主要是后兩者。外來的離子（如P5+、Ti4+、Ge4+、Al3+、Fe3+、B3+等）通過置換Si4+，占據Si4+的位置，形成置換雜質元素；同時，某些離子（如Al3+、Fe3+等）在置換Si4+時，為了保持電價平衡，還會在原子間引入Na+、K+等電價補償離子，為間隙雜質元素。
　　
　　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察到它們的形貌和在石英晶體中的分布。目前，對這類亞微米級（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，現在不確定這類包裹體在一般石英晶體中的含量與分布如何。迄今為止，觀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境下形成。當它們出現時，由于包含眾多的雜質元素（具體雜質元素視亞微米級礦物種類而定），將會降低石英的純凈度，會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顯微鏡下觀察。包裹的種類和豐度取決于結晶環境、結晶后的蝕變和變形。如果在石英晶體中包裹體大量存在，那么它們會對石英原材料的化學純度和質量有很大影響。
　　
　　流體包裹體是石英中最常見、最豐富的包裹體。它們既可以在石英晶體生長時，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、石英晶體愈合時形成，稱之為次生包裹體。
　　
　　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或結晶質“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元素會影響石英的化學純度，是一個主要的污染源。
　　
　　上述的晶格雜質元素（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，在石英晶體表面，可以附著其他礦物微晶；在結晶巖中，石英會和其他礦物嵌布。
　　
　　現階段，經研磨、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，如晶格雜質元素、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，它們的存在將會極大地影響石英的化學純度和質量。因此，石英晶體中晶格雜質元素、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。詳細查明雜質元素在石英晶體內部的賦存狀態、數量和分布特征，對于后續的礦物提純加工和探討其工業用途至關重要。
　　
　　資料來源：《楊曉勇,孫超,曹荊亞,施建斌.高純石英的研究進展及發展趨勢[J].地學前緣:2021》，由【粉體技術網】編輯整理，轉載請注明出處！