高纯石英矿石中的脉石矿物杂质研究

高纯石英矿石中的杂质是影响其纯度和性能的关键因素。这些杂质元素主要包括铝(Al)、钙(Ca)、铁(Fe)、钠(Na)、钾(K)、锂(Li)、镁(Mg)、铬(Cr)、镍(Ni)、硼(B)、锰(Mn)、铜(Cu)、钛(Ti)等。这些杂质元素的存在形式多种多样。其中脉石矿物类杂质是与石英出现在同一空间上的矿物，也被称为共伴生独立脉石矿物，如长石、云母、金红石、方解石、萤石、赤铁矿、黄铁矿和黏土矿物等，它们是石英中杂质元素的主要载体矿物，且在地质成矿过程中佷容易成为石英中的矿物包裹体，是制约石英产品纯度和性能的重要因素。

石英受成岩作用和变质作用改造强度越大，石英与脉石矿物的嵌布差异越明显，有的呈薄膜状包覆在石英表面，有的充填于裂隙及夹缝中，还有的与石英紧密镶嵌或胶结，甚至交替于石英边缘或呈浸染状分布于石英内部。

这些杂质的存在会降低石英的SiO₂含量，并引入其他杂质元素，如Al、Fe、Ca、Mg等，从而影响石英的物理化学性能。例如，Al、Fe等杂质元素含量过高会影响石英的光传导速率和光透过率，降低其在光伏、光纤等领域的应用性能。

这些杂质相对较容易去除，目前常规的物理选矿方法包括色选、擦洗、脱泥、磁选、重选和浮选等。这些方法各有优缺点，需要根据石英矿石的具体性质和脉石矿物的种类、含量及嵌布特征来选择合适的组合工艺。例如，对于与石英物理性质差异较大的脉石矿物，可以通过擦洗、脱泥等物理方法去除；而对于与石英紧密镶嵌或胶结的脉石矿物，则需要采用浮选等更高效的分选方法。

▌白云母

白云母的化学成分为KAl2(AlSi3O10)(OH)2。单斜晶系，属层状构造硅酸盐，与黑云母同属云母族矿物。晶体呈假六方片状，集合体片状或鳞片状。含铁白云母在正交偏光下具有鲜艳干涉色，呈长条状、板状、椭圆状、颗粒状，以长条状和板状为主，粒径分布于 50 μm~0.5 mm，平均粒径~0.15 mm；绝大部分含铁白云母位于石英晶体之间，微量颗粒状白云母嵌于石英晶体内。云母的存在不仅会影响石英的纯度，还可能影响石英的物理和化学性质。

▌铁氧化物

石英矿石中的铁氧化物种类多样，‌主要包括磁铁矿物、‌赤铁矿物和假象赤铁矿物。‌铁氧化物常呈颗粒集合体，基本分布于石英晶体颗粒间。这些铁氧化物在石英矿石中的存在形式和比例对其性质和应用有着重要影响。‌磁铁矿物和赤铁矿物是含铁石英岩中的主要成分，‌而假象赤铁矿物则是赤铁矿物的一种表现形式。‌石英矿石中的铁氧化物还可以通过不同的颜色表现出来。‌例如，‌黄色石英矿石中的黄色通常与石英中的铁离子有关，‌而黑色石英矿石的颜色则通常来源于其内部含有的碳质、‌金属铬等金属氧化物或其他深色杂质，‌这些物质在石英矿石中形成了深色的结构，‌使其呈现出黑色的外观。

▌独居石

独居石这个名字是源于它经常以单晶体存在而来的。它是一种含有铈和镧的磷酸盐矿物，是一种稀土矿物，中文学名“磷铈镧矿”，中酸性岩浆岩和变质岩中较常见的副矿物，在一些沉积岩中也存在。一般小于 5 μm，呈线状分布于石英晶体之间或颗粒状嵌于石英晶体内部。

▌钛铁矿

钛铁矿是铁和钛的氧化物矿物，又称钛磁铁矿，具弱磁性，很重，灰到黑色，具有一点金属光泽。在氢氟酸中溶解度较大，缓慢溶于热盐酸。化学成分为FeTiO3、晶体属三方晶系的氧化物矿物。粒径分布于＜5~50 μm，平均 10 μm，一般分布于石英晶体边界，但也有微量颗粒嵌于石英晶体内。

▌锆石

石英矿石中的锆石种类包括无色锆石、‌红色锆石、‌蓝色锆石、‌金黄色锆石和绿色锆石。‌锆石是一种硅酸盐矿物，化学式是ZrSiO₄，是地球上形成最古老的矿物之一，晶体属四方晶系的岛状结构硅酸盐矿物。粒径分布于＜5~50 μm，平均 10 μm，一般分布于石英晶体边界，但也有微量颗粒嵌于石英晶体内。

▌磷钙钍石

晶体化学式CaTh(PO4)2，斜方柱晶类，油脂光泽至玻璃光泽，黑褐色，产于叶钠长石-锂辉石带（ⅴ带），与白云母，叶钠长石共生，常发现于石英晶体之间。

▌金红石

金红石是就是较纯的二氧化钛，一般含二氧化钛在95%以上，四方晶系，常具完好的四方柱状或针状晶形，常发现于石英晶体之间，可产于片麻岩、伟晶岩、榴辉（闪）岩体和砂矿中，具有耐高温、耐低温、耐腐蚀、高强度、小比重等优异性能。

高岭石和绿泥石与金红石、蚀变白云母共生，为云母类矿物蚀变产物。

磷钇矿和黄铁矿颗粒微小，含量极小，粒径均小于 5 μm，嵌于石英晶体内。

石英原料中杂质元素种类多、含量高、赋存状态多样化。通常我们看到的，化学检测表中的化学成分只反应了石英所含元素的种类和含量，还难以对石英原料是否具备加工为高纯石英的潜力做出正确判断，必须进行相应的试样操作，才可以初步进行判断。

随着高新技术行业对高纯石英的需求量的增加，高纯石英的质量要求和工艺标准也将更加严苛。选择合适石英原料是成功加工出高纯石英仍是最为关键的一步。

部分来源：印度北部某 4N8 级高纯石英原料研究及其对我国的找矿启示

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