高纯石英是世界稀缺和我国短缺的高技术战略矿物资源，制造高技术石英玻璃不可替代的矿物原料和战略新兴产业需求的稀缺类共性高增值矿物资源。
图1 高纯石英矿物资源工程及高纯石英产业支撑图（☆为战略新兴产业）
1、什么是高纯石英？
高纯石英是石英晶格中铝-硅异价有限类质同像替代形成的铝晶格占位杂质含量（晶格Al）≤30微克/克（×10-6）的天然矿物。
其内涵是：
（1）石英矿物内晶格Al杂质的天然属性：该Al是通过地质作用以类质同像方式替代Si后进入晶格的杂质元素，天然形成，除令石英消失或再经受地质作用外，其含量不会改变，是决定高纯石英产品和提纯工艺限度的根本因素。
（2）高纯石英晶格Al的主导性：晶格Al平均占高纯石英金属杂质总量的70%，且纯度越高，所占比例越大，最大可达91%（见表1），是评价产品质量和提纯效率的首要指标。
表1 石英玻璃和高纯石英砂Al杂质含量及Al占金属元素杂质总量的比例，单位w（Ｂ）/10 -6
按晶格w（Al）高纯石英分3个品级：
Al 30级（30×10-6~20×10-6）
Al 20级（20×10-6~10×10-6）
Al 10级（＜10×10-6）。
（3）数值30×10-6的工艺属性：高纯石英Al 30×10-6与石英玻璃Al杂质的最大允许含量（30×10-6）在数值上对应，两者Al是传承关系（见表1）。故高纯石英的Al 30×10-6只是用石英玻璃工艺数值划分的工业矿物界限值，并非石英矿物成分的突变值。
2、高纯石英的杂质含量及纯度
根据“高纯石英”的定义，当其晶格w（Al）为30×10-6时，其他杂质的最大容量为30×10-6，如表2所示，则对应的石英w（SiO2）纯度是99.99%（4N）。
表2 高纯石英杂质元素一般含量及比例
此外，研究表明标准型石英玻璃用砂和高技术石英玻璃用砂的纯度分界点、石英经济价值从一百倍率向一千倍率高速增值的纯度拐点、高纯石英矿物工程“基础工艺”（即除去粒外矿物杂质）的石英纯度起点等也均为w（SiO2）≥99.99%（4N）。故w（SiO2）≥99.99%（4N）是普通石英和高技术石英在纯度方面的技术经济分界点。
3、高纯石英粒内杂质元素的相关性
研究表明Al-Ti和Al-k-Na正相关，如图2所示。
图2 高纯石英粒内杂质元素的相关性
4、高纯石英粒内杂质元素的分布形式
高纯石英粒内杂质元素分布形式有３种，即均匀分布、不均匀分布和环带分布，环带又分为正环带和反环带分布（以Al为例）。
（1）正环带：内带或中央部分Al高，外带或边缘Al低，形成高铝核石英颗粒，它是高纯石英晶格Al天然聚集的“堡垒”，难以去除，越除Al越高；
（2）反环带：内带或中央部分Al低，外带或边缘Al高，形成低铝核石英颗粒，除杂时可有限的降低Al杂质含量。
（3）其他杂质元素如Ti、Fe、K、Na等，亦显示类似分布形式。
5、高纯石英粒内微裂隙和晶洞
高纯石英晶粒内部存在＜2μm的微-纳米级裂隙和晶洞，其中充填有微-纳米级杂质微粒，如石英、粘土、氧化铁、碳酸盐类矿物等（见图3）。
图3 高纯石英粒内微裂隙和晶洞
6、流体包裹体
高纯石英内无流体包裹体或极罕见，观察和统计表明，其单颗粒流体包体面积比率＜1%；显微镜视域内以10X物镜和平均粒度0.1mm砂样计算含流体包体的颗粒数＜1%；热失重＜15×10-6。
7、高纯石英的物理性质
（1）光学性质：无色、透明、油脂光泽是高纯石英的首要特征。
（2）阴极发光特征：在光学显微镜下观察到Al、Fe、Mn、Ti等杂质元素及晶格缺陷受激发后发出的色彩，一般Al（蓝光）、Fe3+（褐色）、Fe2+/Mn（紫色）等，借助色调的变化可观察到高纯石英矿石中的均匀性、不均匀性或带状结构特征。在电子显微镜下则呈现不同灰阶的阴极发光，结合探针分析可揭示粒内杂质元素的分布形式（如环带等）。
（3）裂理：据测量表明，破碎的长条形石英颗粒与c轴的交角33°~45°（平均39°），该角度符合石英菱面裂理方向。巴西水晶薄片中所显现的稀疏直线裂纹与c轴交角45°~50°（平均47.5°）。这些数值与石英M面与c轴的交角接近，则预示在该方向上存在次一级弱性连接面——裂理，这是石英、特别是水晶粉碎施力不当时而出现条形颗粒的原因。
8、高纯石英的矿物形态和粒度
除自形晶——高纯水晶外，高品级他形高纯石英粒度均在粗粒（＞5mm）以上，并可一直延伸到伟晶或巨粒（＞10mm；英制中把＞0.5英寸即＞12.7mm的颗粒称为伟晶或巨粒）。中-低品级多为中粒（5mm~1mm）和细粒级（＜1mm）。对于石英玻璃原料而言＜0.1mm者意义不大，当制备＜2μm的封装料时则粒度不限。
9、高纯石英成因类型
高纯石英成因类型有花岗质岩浆石英-长石共结结晶型；岩浆热液析晶型；变质流体析晶型；变质（固体）重结晶型；机械风化碎屑型（见表3）。
表3 高纯石英矿床成因分析和成因类型划分表
来源：高纯石英矿物资源工程研究，作者：张佩聪、刘岫峰等
编辑整理：中国粉体技术网
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