水晶曾是主要的高纯石英制备原料，随着天然水晶资源的枯竭及高纯石英砂日益增长的需求，以石英矿石代替水晶生产高纯石英砂的技术越来越重要。
根据不同成矿特性和理化特性，石英矿物可分为岩浆岩型、变质型、热液型、沉积型。其中，花岗伟晶岩和脉石英中的石英晶粒结晶粒度粗，易于单体解离，是替代天然水晶作为加工高纯石英中端和高端产品的理想原料；尤其花岗伟晶岩，虽然其石英含量仅30%左右，但石英晶粒粗（d>5mm），磨矿后与脉石完全解离，且单体石英杂质含量少。
我国已探明的石英矿物包括23.1亿t的石英岩，15.5亿t石英砂岩，以及0.5亿t脉石英，没有发现具有工业价值的大型花岗伟晶岩矿床。由于我国鲜明的石英资源特点，决定了利用脉石英、石英岩等品质较差的石英原料制备高纯石英是未来研究的主要方向。

石英杂质分析
 天然石英矿物根据伴生杂质大小、分布、存在形式等特性可分为3类：脉石矿物杂质、包裹体杂质、晶体结构杂质。常见的伴生矿物杂质主要有长石、云母、金红石、方解石、萤石、赤铁矿、黄铁矿和黏土矿物等。主要的杂质元素有Al、Fe、Ca、Mg、Li、Na、K、Ti、B、H。
其中，Al和Fe是石英中危害很大的杂质，不仅能以伴生杂质矿物的形式存在，Al3+和Fe3+还易替代石英晶格中的Si4+，形成新的铝氧四面体和铁氧四面体，同时造成晶格内部电荷缺陷而引入K+、Na+、Li+、H+等电荷补偿杂质。Al和Fe杂质相对易于检测，一般Al、Fe含量高，其他杂质的含量也高，是石英品质重要的指标。
通过常规物理、化学选矿手段能够有效去除伴生脉石矿物，高温煅烧可以破坏包裹体的结构，经过反复强化酸浸、碱浸，能够显著降低杂质含量。但是石英晶格中的杂质难以去除，晶格中杂质往往成为高纯石英砂加工过程中难以突破的瓶颈。

加工工序
高纯石英的加工工序是指除去石英原矿中伴生脉石、包裹体杂质及晶体结构杂质的作业过程，通常包括煅烧、水淬、磨矿、分级、水洗脱泥、擦洗、电选、磁选、浮选、酸浸、碱浸、高温（气氛）焙烧等工序。根据加工目的不同将其分为选前准备作业、预先选别作业、矿物分选作业及深度提纯作业4个阶段，如表3所示。

高纯石英砂为杂质含量为0.0008%~0.005%，SiO2含量为99.995%~99.999%的石英砂，依然是仅有几个发达国家可以生产，中国仅有太平洋石英公司、凯达石英公司等为数不多的企业，且通过水晶为原料生产。由于技术封锁，高纯石英生产厂家，尤其国外相关企业的技术和工艺细节报道很少见。原则上是通过煅烧—水淬—磨矿分级—擦洗—重选—磁选—浮选—氯化焙烧—化学酸浸联合工艺处理脉石英、伟晶花岗岩生产高纯石英。目前国内企业能生产的高纯石英砂主要是杂质含量0.03%~0.005%，SiO2含量为99.97%~99.995%的中低档高纯石英砂。
对一般工业用途的精制石英砂，尽可能选择相对简单的工艺流程可以降低选矿提纯成本。推荐选用擦洗—脱泥—磁选工艺，即可满足精砂的质量要求。对作为高科技用砂的高纯和超高纯石英砂，则需要进一步采用浮选、酸浸、高温（气氛）焙烧等工艺对石英砂再次提纯。高纯和超高纯石英砂的质量要求一般为SiO2含量大于99.99%，Fe2O3含量小于0.001%，其提纯过程不仅要严格控制选别条件，而且对相应提纯设备要求也比较严格，以防止二次污染。
面临的问题及未来研究方向
我国高纯石英砂研究工作起步较晚，90年代才开始有学者研究，也取得了一定的成就，能够加工生产部分中低档高纯石英砂；而国外美、日、欧等西方发达国家早在70年代就开始研究，研发体系完备，技术成熟。早早垄断高端市场，且进行严格技术封锁、出口限制。随着高纯石英砂高端市场需求的增加，突破高纯石英砂加工技术困境也愈发重要。
目前，高纯石英砂生产急需解决以下几个问题。
（1）加强地质勘查工作，建立针对高纯石英砂的勘探标准。我国至今尚未发现大规模优质石英矿床，高品质的脉石英、石英岩多为伴生矿床，且储量少，原矿性质不稳定，开采后凭借手工挑选，很难实现原料的标准化供应。而伟晶岩矿物虽然石英的含量低，但结晶粒度粗，且一般为超大型矿床，值得重视。我国新疆阿尔泰地区在长达413km、宽60km的变质岩区带内，有10多个伟晶岩密集区，虽然石英含量仅20%左右，但结晶完好。已有学者正在研究阿尔泰地区伟晶岩与美国SprucePine地区用于生产高纯石英的花岗伟晶岩特点，进而评价阿尔泰地区伟晶岩生产高纯石英砂的资源前景。
（2）缺乏高纯石英的原料选择与评价标准。以往研究认为SiO2含量99%左右的石英原料就能够加工制备高纯石英砂，并投入大量的人力、物力和时间，结果依然达不到高纯石英砂的要求。高纯石英砂原料不能仅以SiO2含量为标准，必须结合石英的嵌布特性、结晶特性、包裹体含量及大小、杂质离子的分布等性质综合考虑。
（3）基础研究工作有待提高。一般的高纯石英杂质总含量最高不超过0.05%，杂质含量很少。工艺矿物学的基础研究不仅需要研究石英的赋存状态，石英与脉石的嵌布特征，石英中微量杂质的附存形式尤其重要，且技术难度高，包括杂质的成分、矿物组成、包裹体形状大小、类质同象等。此外，有关包裹体的破裂，及其中杂质的浸出、脱除机理，以及加工过程中晶格杂质位点（Al3+、Fe3+、P5+等）的晶格转化、Li+、K+、Na+杂质向石英表面置换迁移的过程和行为等微观基础研究几乎未见报道。
（4）生产工艺不成熟，设备落后。高纯石英砂的产品要求决定了其生产过程对生产工艺和设备要求高，是一个精细加工行业，陶瓷球搅拌磨、高压电脉冲破碎、新型高效磁选机以及电感耦合等离子体发射光谱法（ICPOES）等设备应该投入研究。生产工艺不能简单套用或者照搬传统选矿工艺，通常酸浸被认为是高纯石英砂最为重要的工序，其实长石、云母等硅酸盐杂质的酸溶性也很差，而浮选才是这类杂质矿物的有效脱除方式，因此浮选的要求必须有别于传统选矿，需开发选择性强的硅酸盐捕收剂，并探究适宜的药剂制度，以除尽杂质矿物，包括连生体。

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