中國粉體網(wǎng)訊  純度極高、雜質(zhì)元素含量極低的石英及其產(chǎn)品，是半導體、光伏、光纖、精密光學、照明設備、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，因為它們主要由石英組成，雜質(zhì)礦物相對較少，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力地質(zhì)作用強烈的環(huán)境，如風化強烈區(qū)域和海灘淘洗強烈地區(qū)；沉積成因的石英巖的化學純度高，隱晶質(zhì)和/或無定形的二氧化硅膠結物含量有所提升。

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，仍需對其他含石英巖石及其石英進行研究，綜合評價其能否成為生產(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)對高純石英提純的影響

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(zhì)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(huán)境與結晶后受到的改造有關。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。結合工藝指標和商業(yè)價值綜合評價高純石英成礦潛力時，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，對于后續(xù)的礦物提純加工和探討其工業(yè)用途至關重要。

在提純技術方面，在整個工藝流程中，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，這主要是因為Al³⁺進入晶格替代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，由于國內(nèi)對石英的基礎礦物學和地球化學研究、高純石英原料研究相對較少，以及石英原料的提純加工工藝也亟待改進，使得大量的較純、高純石英依靠進口。為了更好地利用和開發(fā)石英資源，一方面，從理科的角度，加強對石英礦物學的基礎研究，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價機制，探討何種內(nèi)動力和外動力地質(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路線，將有利于高純石英的可持續(xù)供給，滿足高新技術領域日益增長的需求。理論研究與實際加工生產(chǎn)相結合，才能使石英原料煥發(fā)出全新的活力。

2021年11月18-19日，由中國粉體網(wǎng)主辦的“2021（第五屆）全國石英大會暨展覽會”將于江西贛州錦江國際酒店舉辦，屆時將邀請來自西南科技大學的孫紅娟教授作《高純石英原料評價、提純技術》報告。孫紅娟教授將從高純石英原料評價與選擇、高純石英制備技術以及原料判別及提純工藝舉例等方面進行闡述，并從高純石英中雜質(zhì)元素賦存狀態(tài)的角度對高純石英原料進行綜合評價。

專家簡介

孫紅娟，西南科技大學礦物加工系教授，中國地質(zhì)學會礦物學專業(yè)委員會委員，中國礦物復合材料專業(yè)委員會委員，中國硅酸鹽學會非金屬礦分會理事，四川省納米協(xié)會副理事長。四川省非金屬礦粉體改性與高質(zhì)化利用技術工程實驗室主任。

主要從事固體廢物資源化、礦物晶體化學、納米礦物材料學與理論及應用基礎研究。先后主持或主研國家自然科學基金6項、國家重點專項2項、省部級項目6項，國家及部級重點實驗室開放基金3項；企業(yè)合作項目25項。獲四川省科技進步三等獎2項；授權發(fā)明專利14項；在國內(nèi)外學術刊物發(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）資源化評價與開發(fā)利用關鍵技術研究、石墨烯制備及應用、蒙脫石礦物學及應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. 高純石英的研究進展及發(fā)展趨勢

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/初心）

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