中國(guó)粉體網(wǎng)訊 純度極高、雜質(zhì)元素含量極低的石英及其產(chǎn)品，是半導(dǎo)體、光伏、光纖、精密光學(xué)、照明設(shè)備、新型玻璃等產(chǎn)業(yè)不可缺少的重要功能材料。
一、高純石英原料理想源巖
巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖以及熱液脈體中都可能含有石英，不同地質(zhì)成因巖石中石英的量和質(zhì)不盡相同，提純工藝和難度千差萬別，工業(yè)用途也大相徑庭。研究和查明哪些巖類中的石英可以作為高純石英的原料，不僅有益于找礦勘察，也對(duì)后續(xù)的礦物提純加工大有幫助。
中酸性巖漿巖如花崗巖、閃長(zhǎng)巖、流紋巖等是主要的富石英巖石，含有大量的石英。但是由于其他造巖礦物如長(zhǎng)石、角閃石、云母等常與石英嵌布在一起，并不是很好的石英源巖。在實(shí)際生產(chǎn)中，常常選擇白崗巖、偉晶巖和熱液脈體作為提取石英原料的源巖，因?yàn)樗鼈冎饕墒⒔M成，雜質(zhì)礦物相對(duì)較少，便于分離和提純。
變質(zhì)巖中包含眾多含石英巖類，如糜棱巖、角閃巖、片麻巖、麻粒巖等。不過，這些巖石的中石英晶體的粒度大多是細(xì)粒的，并與其他造巖礦物緊密嵌布，并不是理想的石英原料。對(duì)于變質(zhì)巖，常選擇全巖 SiO2含量較高，幾乎由石英組成的巖石，如變質(zhì)石英巖、部分的硅質(zhì)板巖以及經(jīng)變質(zhì)作用分異的石英脈等。這些巖石或是經(jīng)歷了變質(zhì)作用的改造，使部分原有的雜質(zhì)元素遷移，從而提高了石英的純度（如變質(zhì)石英巖和硅質(zhì)板巖）；或是由雜質(zhì)元素少的變質(zhì)流體結(jié)晶形成（如變質(zhì)脈體）。
沉積巖是工業(yè)上二氧化硅原材料的主要供給巖石。在沉積巖中，相對(duì)較純的含石英巖石包括沉積成因的石英砂和石英巖。沉積成因的石英砂通常形成于外動(dòng)力地質(zhì)作用強(qiáng)烈的環(huán)境，如風(fēng)化強(qiáng)烈區(qū)域和海灘淘洗強(qiáng)烈地區(qū)；沉積成因的石英巖的化學(xué)純度高，隱晶質(zhì)和/或無定形的二氧化硅膠結(jié)物含量有所提升。
除了上述提到的以石英為主要礦物組成的高純石英原料巖石外，仍需對(duì)其他含石英巖石及其石英進(jìn)行研究，綜合評(píng)價(jià)其能否成為生產(chǎn)高純石英的原料。這將有益于高純石英原料的可持續(xù)供給。
二、雜質(zhì)對(duì)高純石英提純的影響
石英理論化學(xué)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(zhì)元素（如 Al、Ti、K、Na、Ge 等），其種類和含量與晶出石英時(shí)的熔/流體和外界環(huán)境與結(jié)晶后受到的改造有關(guān)。石英晶體中雜質(zhì)含量及賦存狀態(tài)，是決定石英晶體能否成為高純石英的重要制約因素。結(jié)合工藝指標(biāo)和商業(yè)價(jià)值綜合評(píng)價(jià)高純石英成礦潛力時(shí)，要綜合考查石英礦物的嵌布特征、共存的脈石礦物和種類等。詳細(xì)查明雜質(zhì)元素在石英晶體內(nèi)部的賦存狀態(tài)、數(shù)量和分布特征，對(duì)于后續(xù)的礦物提純加工和探討其工業(yè)用途至關(guān)重要。
在提純技術(shù)方面，在整個(gè)工藝流程中，經(jīng)過焙燒水淬、磁選、酸浸工序，石英中雜質(zhì)元素Fe、Cr、Ni、Na、K、Ca、Mg、Cu等可以大幅度降低。但Al在經(jīng)歷一系列提純工序之后，去除效果有限，這主要是因?yàn)锳l3+進(jìn)入晶格替代Si4+、而且離子半徑也比較接近，不易提純。類似的還有Ti4+、B3+、P3+等雜質(zhì)元素。可見，天然石英內(nèi)部的雜質(zhì)，特別是以類質(zhì)同像狀態(tài)存在的雜質(zhì)，直接制約著高純石英產(chǎn)品生產(chǎn)，當(dāng)原礦Al、Ti、Li、B、P等雜質(zhì)元素含量較高，就不易獲得高純石英。
高純石英作為一種重要的資源和工業(yè)生產(chǎn)原料，由于國(guó)內(nèi)對(duì)石英的基礎(chǔ)礦物學(xué)和地球化學(xué)研究、高純石英原料研究相對(duì)較少，以及石英原料的提純加工工藝也亟待改進(jìn)，使得大量的較純、高純石英依靠進(jìn)口。為了更好地利用和開發(fā)石英資源，一方面，從理科的角度，加強(qiáng)對(duì)石英礦物學(xué)的基礎(chǔ)研究，查明不同含石英巖石中石英的特征、提純加工成高純石英的潛力，完善高純石英原料的綜合評(píng)價(jià)機(jī)制，探討何種內(nèi)動(dòng)力和外動(dòng)力地質(zhì)作用有益于石英的“純凈”，將成為后續(xù)的加工提純出高純石英的基石。另一方面，從工科的角度，改進(jìn)從石英原料加工提純出高純石英的工藝流程，優(yōu)化提純方案，研究石英提純的新技術(shù)路線，將有利于高純石英的可持續(xù)供給，滿足高新技術(shù)領(lǐng)域日益增長(zhǎng)的需求。理論研究與實(shí)際加工生產(chǎn)相結(jié)合，才能使石英原料煥發(fā)出全新的活力。
2021年11月18-19日，由中國(guó)粉體網(wǎng)主辦的“2021（第五屆）全國(guó)石英大會(huì)暨展覽會(huì)”將于江西贛州錦江國(guó)際酒店舉辦，屆時(shí)將邀請(qǐng)來自西南科技大學(xué)的孫紅娟教授作《高純石英原料評(píng)價(jià)、提純技術(shù)》報(bào)告。孫紅娟教授將從高純石英原料評(píng)價(jià)與選擇、高純石英制備技術(shù)以及原料判別及提純工藝舉例等方面進(jìn)行闡述，并從高純石英中雜質(zhì)元素賦存狀態(tài)的角度對(duì)高純石英原料進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。
專家簡(jiǎn)介
孫紅娟，西南科技大學(xué)礦物加工系教授，中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)礦物學(xué)專業(yè)委員會(huì)委員，中國(guó)礦物復(fù)合材料專業(yè)委員會(huì)委員，中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)非金屬礦分會(huì)理事，四川省納米協(xié)會(huì)副理事長(zhǎng)。四川省非金屬礦粉體改性與高質(zhì)化利用技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室主任。
主要從事固體廢物資源化、礦物晶體化學(xué)、納米礦物材料學(xué)與理論及應(yīng)用基礎(chǔ)研究。先后主持或主研國(guó)家自然科學(xué)基金6項(xiàng)、國(guó)家重點(diǎn)專項(xiàng)2項(xiàng)、省部級(jí)項(xiàng)目6項(xiàng)，國(guó)家及部級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金3項(xiàng)；企業(yè)合作項(xiàng)目25項(xiàng)。獲四川省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)2項(xiàng)；授權(quán)發(fā)明專利14項(xiàng)；在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物發(fā)表論文200余篇， SCI、EI檢索80余篇；出版《石墨氧化-還原法制備石墨烯材料》（第1著者，已四次印刷）專著1部。
在典型工業(yè)固廢（石棉尾礦、粉煤灰、高爐渣、磷石膏和固硫灰渣等）資源化評(píng)價(jià)與開發(fā)利用關(guān)鍵技術(shù)研究、石墨烯制備及應(yīng)用、蒙脫石礦物學(xué)及應(yīng)用研究等方面取得了創(chuàng)新性及高水平的理論研究成果。
參考資料：楊曉勇，等. 高純石英的研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/初心）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)請(qǐng)告知?jiǎng)h除！
