石英矿物中杂质元素的赋予形态及对应提纯方式

石英砂的用途不同，对于杂质元素的种类和含量要求也存在差异。由于不同地区成矿条件不同，石英中杂质也各有不同。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脉石矿物杂质、包裹体杂质和晶体结构杂质三类。

石英原料中的杂质赋存状态

脉石矿物

共伴生独立脉石矿物主要有长石、云母、金红石、方解石、赤铁矿和黏土矿物等，是石英杂质元素的主要载体矿物，主要的杂质元素有Al、Fe、Ca、Mg、Li、Na、K、Ti、B、H等。这类矿物较易去除，将其单体解离开，通过常规选矿技术即可去除。

包裹体杂质

包裹体是影响高纯石英原料矿石质量的最重要因素之一，当高纯石英中包裹体尤其是微细粒气液两相包裹体和矿物包裹体过多时，会对高纯石英的产品性能产生严重影响。

石英中广泛分布有不同尺寸的固相、液相、气相以及混合相的包裹体，是自然界中最重要的包裹体寄主矿物。由于包裹体赋存于天然石英矿物中，在不破坏石英晶体结构的条件下，只能实现少部分大尺寸包裹体的去除。

酸浸：天然石英矿物中杂质种类多且存在形式复杂，使用混合酸溶解石英中矿物包裹体杂质对石英砂提纯效果最佳。

高温氯化脱气法：对气液包裹体的去除是有一定的效果的，然而一些金属氧化物的氯化机理仍然比较复杂，特别是高温氯化的起始温度还是个难题。

高温爆裂法：石英在高温焙烧过程中，随着温度升高，流体包裹体内部压力大于石英对包裹体束缚压力，流体包裹体发生突然爆裂内部杂质得以释放，再经后续酸清洗可以溶解流体包裹体内部杂质。

晶格杂质

石英晶体在形成过程中，一些元素会替代硅元素进入石英晶体中，形成了石英的结构性杂质。石英中常见的晶格杂质元素有Al、Ti、Li、Na、K、Ge、OH等，从石英中分离难度大，是制约高纯石英质量最关键性因素。在现有加工技术下，石英原料中晶格杂质几乎不能被除去。

石英晶格的外来元素中，Al的研究和分析是最重要的，是判断高纯石英矿物原料品质的重要标志物，这是因为其相较天然石英中其他杂质元素，Al含量往往最高，也最容易通过测试分析方法分析出来。当石英中存在大量Al杂质时，Li、K、Na等杂质元素的含量会增加。除Al外，Ti也是判断高纯石英矿物原料品质的重要标志物之一，由于Ti-O键非常稳定，不易破坏，无论是晶格间Ti还是包裹体中的含Ti矿物，均很难通过常规的选矿手段和化学提纯方式经济合理除去，因此当石英中Ti含量超过一定程度时，其也很难加工成高纯石英。

2025年3月27日，由中国粉体网主办的“2025第三届集成电路及光伏用高纯石英材料产业发展大会”将在江苏东海召开，届时来自南城县福鸿高纯硅材料有限公司的技术总监彭志威，将做题为《石英矿物中杂质元素的赋存形态及对应提纯方式》的报告，届时，他将对石英矿物中杂质元素的赋存形态以及对应提纯方式进行详尽讲解。

南城县福鸿高纯硅材料有限公司于2018年4月9日成立，主要生产销售高纯硅材料，高纯石英砂，主要用应用领域有电源行业、太阳能和半导体行业、光纤行业。彭志威先生担任南城县福鸿高纯硅材料有限公司技术总监一职。

参考来源：

刘加威. 石英砂焙烧—酸洗除杂工艺研究

郭文达,韩跃新,朱一民,刘清侠,李艳军. 高纯石英砂资源及加工技术分析

马超,冯安生,刘长淼,邵伟华,赵平. 高纯石英原料矿物学特征与加工技术进展

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