石英礦中的這三種東西，甩不掉又招人嫌

中國粉體網訊  高純石英原料需經過一系列的提純工藝最終獲得符合應用領域目標要求的高純石英砂產品，而高純石英所含的雜質特征是影響高純石英提純的關鍵因素。因此，需要對石英礦物的雜質特征進行分析，以確定合適的提純工藝及應用方向。

石英的主要雜質元素為Al、Ca、Fe、Na、K、Li、Mg、Cr、Ni、B、Mn、Cu、Ti等。根據其賦存形態可分為脈石礦物雜質、包裹體雜質和晶體結構雜質。

脈石礦物雜質

脈石礦物類雜質指與石英礦物伴生的其他礦物，根據所處地層地質條件的差異，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。這些脈石礦物雜質通過常規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

硅質原料在結晶時產生空穴，產生了結構缺陷，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晶環節和結晶后的蝕變變形，通過光學顯微鏡便可觀察到。巖漿巖中，主要包裹體有長石、云母和金紅石等；變質巖中，礦物包裹體種類受到變質程度的影響，低級變質巖礦物包裹體主要有綠泥石、白云母和角閃石；高級變質巖中則多為藍晶石、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，呈璃狀或結晶狀微泡，主要含有Si、Al、Fe、Ca、Na和K等雜質元素。

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濃度發生變化，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。由于晶體生長的環境及形成機理不同，石英中氣液包裹體在數量、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，通過現有提純工藝很難去除；而次生包裹體是在石英晶體結晶后才形成的，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石英玻璃時產生含氣泡產品的主要因素，氣泡的存在會降低產品純度，如何去除石英玻璃中的氣泡已經成為提升石英玻璃質量及性能的重點研究方向。

晶體結構雜質

石英中晶體結構雜質分為晶格雜質和非晶格雜質。晶格雜質主要以他類原子以類質同象的方式取代硅氧四面體中的硅原子，主要雜質元素有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結構中心。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量。

石英礦物晶格雜質元素類質同象分布示意圖

石英中的晶格雜質需要破壞石英晶格才能除掉，是最難除掉的雜質種類，也是目前高純石英研究主要關注的雜質種類。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的重要標志物，這是因為其相較天然石英中其他雜質元素，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雜質時，Li、K、Na等雜質元素的含量會增加。除Al外，Ti也是判斷高純石英礦物原料品質的重要標志物之一，由于Ti-O鍵非常穩定，不易破壞，無論是晶格間Ti還是包裹體中的含Ti礦物，均很難通過常規的選礦手段和化學提純方式經濟合理除去。

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研究進展

武志超等.高純石英應用及化學提純技術研究進展

張海啟等.高純石英中雜質特征及深度化學提純技術研究進展

銀波.化學法制備高純石英砂工藝與應用研究

（中國粉體網編輯整理/初末）

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