石英是主要造巖礦物之一，一般指低溫石英（α-石英），是石英族礦物中分布最廣的一個礦物。廣義的石英還包括高溫石英（β-石英）和柯石英等。 主要成分是SiO2，無色透明，常含有少量雜質成分，而變為半透明或不透明的晶體，質地堅硬。

石英是一種物理性質和化學性質均十分穩定的礦產資源，晶體屬三方晶系的氧化物礦物。 石英塊又名硅石， 主要是生產石英砂 （又稱硅砂）的原料， 也是石英耐火材料和燒制硅鐵的原料。石英是由二氧化硅組成的礦物，化學式SiO2。純凈的石英無色透明，因含微量色素離子或細分散包裹體，或存在色心而呈各種顏色，并使透明度降低。具玻璃光澤，斷口呈油脂光澤。硬度7，無解理，貝殼狀斷口。比重2.65。具壓電性。

石英質量與原料中雜質元素含量高低并不是簡單對應關系，而是與原料工藝礦物學特征所決定的雜質可選性密切相關。

石英中含有的雜質元素主要包括Al、Fe、K、Na、Ca、Mg、Ti、Li、Cr、Ni、Cu、B、Mn、P等，根據雜質大小、分布、存在形式等特性可將石英中雜質元素分為獨立脈石礦物雜質、包裹體雜質以及晶格類質同象替代雜質三類。

1、脈石礦物

如云母、長石、赤鐵礦、電氣石、綠泥石和粘土礦物等是石英中雜質元素的主要來源之一，在地質成礦過程中佷容易成為石英中的礦物包裹體。通過選礦提純和化學提純等技術手段可以有效分離石英中脈石礦物。

石英中脈石礦物的嵌布特征對石英提純效果有顯著影響，石英受成巖作用和變質作用改造強度越大，石英與脈石礦物的嵌布差異越明顯，嵌布特征也逐漸由毗鄰型轉變為縫狀、甚至包裹型等，顯著增加了石英與脈石礦物的分離難度。

2、包裹體雜質

礦物或巖石中廣泛存在流體包裹體，每立方厘米中含有流體包裹體數量大約為102~109個，直徑一般小于50μm。石英中流體包裹按內含物質狀態可以分為：純氣體、純液體、氣液混合包裹體和三相包裹體。

流體包裹體在形成過程中所捕獲的流體屬過飽和溶液，當溫度降低時會從溶液中結晶形成包括石鹽、鉀鹽以及一些硅酸鹽礦物的子礦物，因此流體包裹體中含有Na、K、Ca等雜質，是高純石英中雜質元素主要來源之一。石英砂中流體包裹體的分離方法，目前主要有機械破碎法、差異腐蝕法、高溫爆裂法和高溫熱氯化法。

石英中流體包裹體的大小普遍在1~50μm之間，只要將石英粉碎至足夠細時便可以分離出石英中絕大多數流體包裹體，但考慮到石英砂的粒度要求，此方法沒有普遍適用性；分布在石英裂隙中的流體包裹體更容易通過機械破碎法從石英中分離出來。

差異腐蝕法是利用流體包裹存在于石英的缺陷處，使得流體包裹更容易被酸溶液破壞溶解，對分離石英中流體包裹體有一定的作用。

高溫爆裂法是利用石英與流體包裹體熱膨脹系數存在差異，實現石英與流體包裹體分離。石英在高溫焙燒過程中，當流體包裹體的內部壓力大于石英對包裹體束縛壓力時，流體包裹體會發生突然爆裂釋放內部雜質，再使用酸清洗可以有效分離出石英中流體包裹體雜質。

研究表明：流體包裹體的成分、大小、位置和形狀等對流體包裹體的高溫爆裂行為均會影響。富液相包裹體爆裂溫度一般略高于均一溫度，而富氣相包裹體則能夠保持在較高溫度下不發生爆裂；流體包裹體爆裂內壓與流體包裹體尺寸大小密切相關，對于石英中大多數流體包裹體來說，5μm~10μm流體包裹體的爆裂內壓一般小于300Mpa，而對于一些更小尺寸的流體包裹體則需要的爆裂內壓高達500Mpa以上，大流體包裹體爆裂溫度一般較低，而對于一些十分細小的流體包裹體，甚至加熱到很高溫度時也不會發生爆裂（Bodnaretal.2010）；對于相同大小的流體包裹體，位于石英顆粒表面的包裹體比內部包裹體更容易在低壓下爆裂，石英中非規則形狀包裹體爆裂內壓低于規則形狀包裹體。流體包裹體高溫爆裂時其內壓的增大主要是通過溫度升高實現，適當的選擇較高焙燒溫度對分離石英中的流體包裹體是有利的。

3、晶格類質同象替代雜質

石英晶體在形成過程中，一些元素會替代硅元素進入石英晶體中，形成了石英的結構性雜質，其主要存在方式有3種：

（1）等價替代，如Ti4+、Ge4+等與Si4+的類質同象替代；

（2）離子團替代，如Al3+和相鄰的P5+替代Si4+；

（3）電荷補償替代，如Al3+、Fe3+替代Si4+形成了[AlO4/M+]0或[FeO4/M+]0結構中心，M+充當電價補償離子平衡電荷，這里的M+主要為H+、Li+、Na+、K+。

目前主要有酸浸法和氣氛焙燒等技術用于分離石英中的晶格結構雜質，盡管這些雜質元素在石英中的含量非常低，但從石英中分離除去的難度卻非常大，是制約高純石英砂質量的最關鍵性因素。

在酸浸過程中，石英晶格中的金屬-氧（Me-O）鍵鍵能和性質決定了其被浸出的難易程度，Me（Li+、Na+、K+）-O鍵能最小，最容易破壞，但由于堿金屬離子在石英中起平衡電荷作用，并不能被有效浸出分離；Me（Fe3+、Cu2+、Ca2+、Mn2+等）-O鍵能次之，是石英中較容易浸出分離的晶格雜質元素；Me（Al3+、Ti4+）-O鍵能較大，Al、Ti取代石英晶格中的Si形成新的[AlO4]、[TiO4]，是石英中最難浸出分離的晶格雜質元素。

來源：[1]馬超. 砂質高嶺土尾礦制備高純石英的基礎研究[D].中國地質科學院,2020.