石英是主要造巖礦物之一，一般指低溫石英（α-石英），是石英族礦物中分布最廣的一個礦物。廣義的石英還包括高溫石英（β-石英）和柯石英等。 主要成分是SiO2，無色透明，常含有少量雜質(zhì)成分，而變?yōu)榘胪该骰虿煌该鞯木w，質(zhì)地堅硬。

石英是一種物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)均十分穩(wěn)定的礦產(chǎn)資源，晶體屬三方晶系的氧化物礦物。 石英塊又名硅石， 主要是生產(chǎn)石英砂 （又稱硅砂）的原料， 也是石英耐火材料和燒制硅鐵的原料。石英是由二氧化硅組成的礦物，化學(xué)式SiO2。純凈的石英無色透明，因含微量色素離子或細(xì)分散包裹體，或存在色心而呈各種顏色，并使透明度降低。具玻璃光澤，斷口呈油脂光澤。硬度7，無解理，貝殼狀斷口。比重2.65。具壓電性。

石英質(zhì)量與原料中雜質(zhì)元素含量高低并不是簡單對應(yīng)關(guān)系，而是與原料工藝礦物學(xué)特征所決定的雜質(zhì)可選性密切相關(guān)。

石英中含有的雜質(zhì)元素主要包括Al、Fe、K、Na、Ca、Mg、Ti、Li、Cr、Ni、Cu、B、Mn、P等，根據(jù)雜質(zhì)大小、分布、存在形式等特性可將石英中雜質(zhì)元素分為獨立脈石礦物雜質(zhì)、包裹體雜質(zhì)以及晶格類質(zhì)同象替代雜質(zhì)三類。

1、脈石礦物

如云母、長石、赤鐵礦、電氣石、綠泥石和粘土礦物等是石英中雜質(zhì)元素的主要來源之一，在地質(zhì)成礦過程中佷容易成為石英中的礦物包裹體。通過選礦提純和化學(xué)提純等技術(shù)手段可以有效分離石英中脈石礦物。

石英中脈石礦物的嵌布特征對石英提純效果有顯著影響，石英受成巖作用和變質(zhì)作用改造強度越大，石英與脈石礦物的嵌布差異越明顯，嵌布特征也逐漸由毗鄰型轉(zhuǎn)變?yōu)榭p狀、甚至包裹型等，顯著增加了石英與脈石礦物的分離難度。

2、包裹體雜質(zhì)

礦物或巖石中廣泛存在流體包裹體，每立方厘米中含有流體包裹體數(shù)量大約為102~109個，直徑一般小于50μm。石英中流體包裹按內(nèi)含物質(zhì)狀態(tài)可以分為：純氣體、純液體、氣液混合包裹體和三相包裹體。

流體包裹體在形成過程中所捕獲的流體屬過飽和溶液，當(dāng)溫度降低時會從溶液中結(jié)晶形成包括石鹽、鉀鹽以及一些硅酸鹽礦物的子礦物，因此流體包裹體中含有Na、K、Ca等雜質(zhì)，是高純石英中雜質(zhì)元素主要來源之一。石英砂中流體包裹體的分離方法，目前主要有機(jī)械破碎法、差異腐蝕法、高溫爆裂法和高溫?zé)崧然ā?/p>

石英中流體包裹體的大小普遍在1~50μm之間，只要將石英粉碎至足夠細(xì)時便可以分離出石英中絕大多數(shù)流體包裹體，但考慮到石英砂的粒度要求，此方法沒有普遍適用性；分布在石英裂隙中的流體包裹體更容易通過機(jī)械破碎法從石英中分離出來。

差異腐蝕法是利用流體包裹存在于石英的缺陷處，使得流體包裹更容易被酸溶液破壞溶解，對分離石英中流體包裹體有一定的作用。

高溫爆裂法是利用石英與流體包裹體熱膨脹系數(shù)存在差異，實現(xiàn)石英與流體包裹體分離。石英在高溫焙燒過程中，當(dāng)流體包裹體的內(nèi)部壓力大于石英對包裹體束縛壓力時，流體包裹體會發(fā)生突然爆裂釋放內(nèi)部雜質(zhì)，再使用酸清洗可以有效分離出石英中流體包裹體雜質(zhì)。

研究表明：流體包裹體的成分、大小、位置和形狀等對流體包裹體的高溫爆裂行為均會影響。富液相包裹體爆裂溫度一般略高于均一溫度，而富氣相包裹體則能夠保持在較高溫度下不發(fā)生爆裂；流體包裹體爆裂內(nèi)壓與流體包裹體尺寸大小密切相關(guān)，對于石英中大多數(shù)流體包裹體來說，5μm~10μm流體包裹體的爆裂內(nèi)壓一般小于300Mpa，而對于一些更小尺寸的流體包裹體則需要的爆裂內(nèi)壓高達(dá)500Mpa以上，大流體包裹體爆裂溫度一般較低，而對于一些十分細(xì)小的流體包裹體，甚至加熱到很高溫度時也不會發(fā)生爆裂（Bodnaretal.2010）；對于相同大小的流體包裹體，位于石英顆粒表面的包裹體比內(nèi)部包裹體更容易在低壓下爆裂，石英中非規(guī)則形狀包裹體爆裂內(nèi)壓低于規(guī)則形狀包裹體。流體包裹體高溫爆裂時其內(nèi)壓的增大主要是通過溫度升高實現(xiàn)，適當(dāng)?shù)倪x擇較高焙燒溫度對分離石英中的流體包裹體是有利的。

3、晶格類質(zhì)同象替代雜質(zhì)

石英晶體在形成過程中，一些元素會替代硅元素進(jìn)入石英晶體中，形成了石英的結(jié)構(gòu)性雜質(zhì)，其主要存在方式有3種：

（1）等價替代，如Ti4+、Ge4+等與Si4+的類質(zhì)同象替代；

（2）離子團(tuán)替代，如Al3+和相鄰的P5+替代Si4+；

（3）電荷補償替代，如Al3+、Fe3+替代Si4+形成了[AlO4/M+]0或[FeO4/M+]0結(jié)構(gòu)中心，M+充當(dāng)電價補償離子平衡電荷，這里的M+主要為H+、Li+、Na+、K+。

目前主要有酸浸法和氣氛焙燒等技術(shù)用于分離石英中的晶格結(jié)構(gòu)雜質(zhì)，盡管這些雜質(zhì)元素在石英中的含量非常低，但從石英中分離除去的難度卻非常大，是制約高純石英砂質(zhì)量的最關(guān)鍵性因素。

在酸浸過程中，石英晶格中的金屬-氧（Me-O）鍵鍵能和性質(zhì)決定了其被浸出的難易程度，Me（Li+、Na+、K+）-O鍵能最小，最容易破壞，但由于堿金屬離子在石英中起平衡電荷作用，并不能被有效浸出分離；Me（Fe3+、Cu2+、Ca2+、Mn2+等）-O鍵能次之，是石英中較容易浸出分離的晶格雜質(zhì)元素；Me（Al3+、Ti4+）-O鍵能較大，Al、Ti取代石英晶格中的Si形成新的[AlO4]、[TiO4]，是石英中最難浸出分離的晶格雜質(zhì)元素。

來源：[1]馬超. 砂質(zhì)高嶺土尾礦制備高純石英的基礎(chǔ)研究[D].中國地質(zhì)科學(xué)院,2020.