2021年度綠色礦山科學技術獎（非金屬礦、礦物材料相關領域）申報工作由中關村綠色礦山産業聯盟非金屬礦專委會負責組織評審，申報請關注V信公衆号“粉體技術網”。
高純石英是自然界産出的（如水晶）或由較純淨的石英原料加工而成的高品質石英，是半導體、高溫燈管、通訊、精密光學、微電子、太陽能等高新技術産業生産所必需的原料。天然形成的高純石英匮乏或極為有限（如水晶），為了得到高純石英，常常是将自然界純度較高的石英原料提純成高純石英。是以，對高純石英原料的評價，以及對高純石英原料賦存源岩和形成機制的研究，将有益于可持續地供給高純石英原料、加工提純高純石英。
1、高純石英原料綜合評價
單靠化學成分來評判石英品質的優劣具有片面性，評價石英應綜合考慮各種因素。就石英礦物本身而言，應考慮石英的化學成分、嵌布粒度、共生的脈石礦物、包裹體和晶格雜質這五個因素。
在評價石英原料時，首先要對石英原料SiO2的重量百分比、石英嵌布粒度、脈石礦物種類、包裹體的種類和數量以及石英晶格雜質多少進行研究和判斷；然後再對石英原料的這5項名額進行等級評價（等級分a、b、c和d四等），綜合判斷。
例如，如果某一石英原料的5項名額中，獲得的a越多，那麼石英就越純淨，是理想的高純石英原料；反之，石英原料不理想，需要經過複雜的工藝進行提純。
當然，外部雜質可以比較容易地通過實體、化學處理等去除。内部雜質包括“類質同象替代、氣液包裹體、礦物包裹體”三種賦存形式。石英中類質同象替代雜質和礦物包裹體雜質去除比較困難。石英中氣液包裹體雜質可以通過加熱爆裂-純水洗滌加以去除，當然氣液包裹體越大越容易爆裂，進而更容易地洗滌去除。
在實際的生産過程中，需要綜合各方面因素，權衡利弊，綜合評價。
2、高純石英原料理想源岩
岩漿岩、沉積岩、變質岩以及熱液脈體中都可能含有石英，不同地質成因岩石中石英的量和質不盡相同，提純工藝和難度千差萬别，工業用途也大相徑庭。
（1）岩漿岩
中酸性岩漿岩如花崗岩、閃長岩、流紋岩等是主要的富石英岩石，含有大量的石英。但是由于其他造岩礦物如長石、角閃石、雲母等常與石英嵌布在一起，并不是很好的石英源岩。在實際生産中，常常選擇白崗岩、偉晶岩和熱液脈體作為提取石英原料的源岩，因為它們主要由石英組成，雜質礦物相對較少，便于分離和提純。
例如，矽比科公司（原美國尤尼明公司）生産的IOTA型高純石英加工自美國北卡羅來納州西部Spruce Pine的白崗岩（主要由淺色礦物組成，平均粒度約1.3cm）。張晔和陳培榮對比了美國SprucePine地區與新疆阿爾泰地區出露的偉晶岩，結果表明阿爾泰地區出露的部分偉晶岩的地球化學特征可與Spruce Pine地區的偉晶岩對比（如大離子親石元素Sr和Ba含量高，高場強元素和稀土元素含量低等），并推測這些偉晶岩可能源于花崗質岩漿經熔體－蒸汽高度分異作用産生的流體，因而晶出石英的雜質元素含量相對較低，據此為阿爾泰地區部分偉晶岩具有産出高純石英的潛力。
（2）變質岩
變質岩中包含衆多含石英岩類，如糜棱岩、角閃岩、片麻岩、麻粒岩等。不過，這些岩石的中石英晶體的粒度大多是細粒的，并與其他造岩礦物緊密嵌布，并不是理想的石英原料。對于變質岩，常選擇全岩SiO2含量較高，幾乎由石英組成的岩石，如變質石英岩、部分的矽質闆岩以及經變質作用分異的石英脈等。這些岩石或是經曆了變質作用的改造，使部分原有的雜質元素遷移，進而提高了石英的純度（如變質石英岩和矽質闆岩）；或是由雜質元素少的變質流體結晶形成（如變質脈體）。
例如，Müller et al研究了挪威北部藍晶石石英岩，分析發現石英中的雜質元素含量低、流體包裹體缺乏、石英與其他礦物的顆粒邊界多為平直面等優點。結合區域地質背景，作者推測退變質作用影響了石英原有微量元素組成。在退變質過程中，石英發生了晶格恢複，伴随着顆粒邊界區縮小、晶界遷移的過程，這有利于愈合石英的晶格缺陷，将晶格中的雜質元素（如Al、Ti等）驅逐到顆粒邊界或/和濃縮到包裹體中。
（3）沉積岩
沉積岩是工業上二氧化矽原材料的主要供給岩石。在沉積岩中，相對較純的含石英岩石包括沉積成因的石英砂和石英岩。沉積成因的石英砂通常形成于外動力地質作用強烈的環境，如風化強烈區域和海灘淘洗強烈地區；沉積成因的石英岩的化學純度高，隐晶質和/或無定形的二氧化矽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岩石外，仍需對其他含石英岩石及其石英進行研究，綜合評價其能否成為生産高純石英的原料。這将有益于高純石英原料的可持續供給。
不同地質環境形成的相對純淨的石英，其化學純度和雜質元素不盡相同，是以它們首選應用領域有差别。
3、高純石英原料地質成因
一般地，石英的微量元素組成與石英結晶時熔體/流體性質和結晶後受到的後期改造（如構造變形、變質作用、熱液交代等）有關。是以相對純淨石英可以在外界環境适宜，同時雜質少的熔/流體中直接結晶形成；如果一開始熔/流體形成石英的純度、粒度等均不佳，也可以在後期的改造（如構造變形、變質作用、熱液交代等）過程，通過晶格恢複、顆粒間界遷移等方式驅除雜質得以“淨化”；當然，也可以形成于上述兩種方式的疊加。
挪威北部的Nedre Øyvollen偉晶岩是優質的高純石英原料，其産出的石英顆粒晶體大、純度高且化學成分均一。化學成分測定表明，Nedre Øyvollen偉晶岩本身含有較低的雜質元素。Müller et al推斷Nedre Øyvollen偉晶岩中性質優良的石英是直接從雜質元素相對較少的矽酸鹽熔體中晶出的。
與之相似，美國尤尼明公司生産用于加工生産高純石英的原料岩石是美國北卡羅來納州西部Spruce Pine地區的白崗岩，其中較粗粒的石英晶體也可能源自雜質元素相對較少的高度分異演化的岩漿。
另外，挪威Nesodden和Kvalvik石英脈是具有提純成高純石英潛力的石英源，其化學純度高，雜質元素少，推測晶出這些石英脈的熱液流體本身的雜質元素就很少。當然，這兩處石英脈與其他礦物嵌布，并包含包裹體和亞顯微包裹體，這會增加提純的難度。
石英在後期遭受的改造也可能使其純度提高。例如，Van den Kerkhof and Hein和Müller et al分别對挪威的麻粒岩（Bamble sector地區）和藍晶石石英岩（地點廣泛）研究後，都發現退變質過程形成石英晶體的化學純度較高，雜質相對較少。這是因為原生的石英包含衆多的點缺陷（置換原子和間隙原子），這會增加石英晶體的内能，使之處于熱力學不穩定狀态。而在退變質過程中，石英會以顆粒間界遷移的方式（重結晶過程）進行晶格恢複，逐漸消除缺陷，驅除石英中的雜質元素。雜質元素會向晶界遷移或聚集形成包裹體。
此外，後期的動力擾動和熱擾動也會使石英中的某些雜質元素去除。例如，Müller et al在研究芬蘭的Sveconorwegian偉晶岩時，發現相對于未變形、未遭受熱接觸變質偉晶岩中的石英，發生糜棱岩化且遭受熱接觸變質的偉晶岩中石英的Li和Al的含量相對更低，這表明後期的動力擾動和熱擾動可以去除石英中的Li和Al這兩類雜質元素。不過，發生糜棱岩化和熱接觸變質偉晶岩中石英的Ti和Ge含量相對提高（類似于将一種雜質元素轉換成另一種雜質元素），這也會增加石英提純的困難。
除了上述提到的兩種主要石英“純淨”機制（從雜質少的熔體或流體中晶出、原有石英受後期改造）外，還需對其他有利于石英純化的内動力和外動力地質作用進行研究，這不僅有益于找尋高純石英原料，還會對石英原料的提純加工有所啟示和裨益。
4、雜質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/流體和外界環境與結晶後受到的改造有關。
石英晶體中雜質含量及賦存狀态，是決定石英晶體能否成為高純石英的重要制約因素。結合工藝名額和商業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。詳細查明雜質元素在石英晶體内部的賦存狀态、數量和分布特征，對于後續的礦物提純加工和探讨其工業用途至關重要。
在提純技術方面，在整個工藝流程中，經過焙燒水淬、磁選、酸浸工序，石英中雜質元素Fe、Cr、Ni、Na、K、Ca、Mg、Cu等可以大幅度降低。但Al在經曆一系列提純工序之後，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+等雜質元素。可見，天然石英内部的雜質，特别是以類質同像狀态存在的雜質，直接制約着高純石英産品生産，當原礦Al、Ti、Li、B、P等雜質元素含量較高，就不易獲得高純石英。
資料來源：《楊曉勇,孫超,曹荊亞,施建斌.高純石英的研究進展及發展趨勢[J].地學前緣:2021》，由【粉體技術網】編輯整理，轉載請注明出處！