SiO2在自然界中主要以天然水晶、石英巖、脈石英、石英砂巖等形式存在，隨著高純石英砂原料需求的不斷加大，天然水晶資源日漸枯竭，但是真正能代替水晶制備石英玻璃的原料礦極少，一般石英礦含氣液包裹體較多，只有水熱生長型和變質(zhì)巖型石英礦中的氣液包裹體含量相對來說較少。因此，通過選礦提純制備高純石英砂替代天然水晶具有非常重要的意義。

    1、石英中的雜質(zhì)分類
    石英礦中通常含有大量雜質(zhì)，根據(jù)雜質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)，可分為兩類：結(jié)構(gòu)組成性雜質(zhì)和非結(jié)構(gòu)性雜質(zhì)。
    非結(jié)構(gòu)性雜質(zhì)是指粘附在石英晶體表面或伴隨石英晶體生成的一些物質(zhì)，比如長石、云母等雜質(zhì)，通過擦洗、浮選、色選、磁選、酸浸、水淬、超聲波處理等選礦提純工藝可有效去除。
    結(jié)構(gòu)組成性雜質(zhì)是在石英晶體在一定的地質(zhì)環(huán)境下，形成的一些存在于石英晶體內(nèi)部的雜質(zhì)。主要以雜質(zhì)離子和流體包裹體(氣液包裹體)為主。
    2、什么是礦物包裹體
    礦物包裹體是成巖成礦流體(含氣液的流體或硅酸鹽熔融體)在礦物結(jié)晶生長過程中，被包裹在礦物晶格或穴窩中的、至今尚在主礦物中封存并與主礦物有著相的界限的那一部分物質(zhì)。
    礦物包裹體一般可分為原生包裹體、假次生包裹體、和次生包裹體。
    a-綠柱石中固相包裹體;
    b-綠柱石中熔流體包裹體;
    c-綠柱石中熔流體和流體包裹體;
    d-綠柱石中富CO2流體包裹體;
    e-綠柱石中純CO2包裹體;

    f-石英中含子礦物的多相包裹體。

    3、石英中的包裹體特征
    石英包裹體普遍含有氣體或液體，故也稱為流體包裹體或氣液包裹體，石英礦中普遍含有流體包裹體，這是伴隨著礦物生長時將H2、O2、N2、CO、CO2等包裹在石英晶體中形成的。
    包裹體通常以包裹體群或單個包裹體的形式存在于石英晶體中，由于這些包裹體通常位于石英晶體內(nèi)部，且其體積大部分都較小(微米級)，現(xiàn)有選礦提純工藝是難以完成去除的。
    4、石英中包裹體的分類
    石英由于其晶體生長的環(huán)境及機理不同，石英中氣液包裹體在數(shù)量、分布和成分組成上也會存在較大的差異。石英中包裹體有原生、假次生、次生三種不同類型，由于這三種包裹體性質(zhì)的差異，目前的選礦提純工藝對這三種類型的包裹體的去除效果也有較大差別。
    原生包裹體是伴隨著石英晶體的生長而形成的，存在于石英晶體的結(jié)晶面，所以原生包裹體很難被現(xiàn)有提純工藝所去除。
    次生包裹體相對來說較容易去除，這是因為次生包裹體是石英晶體結(jié)晶完成后形成的且主要分布在石英顆粒的裂縫愈合部位。
    5、石英中包裹體的形成機制
    (1)、石英晶體生長速度發(fā)生變化，這種差異使得主礦物捕獲周圍的流體介質(zhì)形成包裹體。
    (2)、在特殊環(huán)境下石英晶體的生長機制發(fā)生改變。
    (3)、石英晶體生長過程中，周圍流體介質(zhì)濃度發(fā)生變化。
    (4)、微量的固、液、氣三相與石英晶面的生長作用力相互影響。
    6、氣液包裹體對石英玻璃的影響

    氣液包裹體是石英玻璃產(chǎn)生氣泡的主要原因，氣泡的存在直接影響著石英玻璃的純度及性能，這是因為石英中氣液包裹體含有一定量的H2O，在高溫熔制石英玻璃的過程中氣液包裹體中的H2O能與SiO2熔體發(fā)生反應(yīng)，使得羥基含量增高從而形成了氣泡。因此，氣液包裹體去除是實現(xiàn)提純石英礦石代替水晶制備高端石英玻璃原料的關(guān)鍵與難點。

    7、石英中氣液包裹體的去除方法
    (1)、高溫氯化脫氣法
    將石英砂加熱到1000-1200℃并在高溫的條件下通入Cl2和HCl氣體，這種方法是利用在高溫條件下Cl2和雜質(zhì)離子發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)生成的氣態(tài)鹽類可以從石英晶體微裂紋處排出從而達(dá)到提純的效果，這種方法對石英中的羥基有一定去除效果。
    美國尤尼明公司在2006年利用高溫氯化脫氣法制備的高純石英砂對氣液包裹體的去除效果明顯，其公司的IOTA系列高純石英砂在全球處于絕對領(lǐng)先水平。
    (2)、差異腐蝕法
    在酸或堿的腐蝕下，利用石英晶體與氣液包裹體有著不同的腐蝕速率，從而達(dá)到去除氣液包裹體的目的。這種處理工藝能有效的去除石英礦中氣液包裹體，有的可以接近四級水晶的氣液包裹體含量標(biāo)準(zhǔn)，但是當(dāng)石英中氣液包裹體去除到一定程度后繼續(xù)增加差異強度，去除效果不再明顯。
    (3)、熱或冷爆裂法
    當(dāng)石英處于高溫的條件下，石英基體與其中的氣液包裹體界面產(chǎn)生極大的壓力差使得氣液包裹體爆裂，再經(jīng)過清洗工藝可以達(dá)到去除氣液包裹體的效果。高溫下由于石英發(fā)生相轉(zhuǎn)變可以使得石英中氣液包裹體爆裂，爆裂后再經(jīng)酸洗工藝可以有效去除氣液包裹體。
    在極冷的條件下，石英中氣液包裹體的去除效果與氣液包裹體自身的形狀和大小有關(guān)系，一部分較大的氣液包裹體容易爆裂從而去除，但是難以去除微小氣液包裹體。
    不同類型的石英礦在高溫下的排氣量不同，這其中排氣量最大的為熱液型石英。而且石英在受熱轉(zhuǎn)化為方石英時氣液包裹體中堿金屬離子含量對其有一定影響，包裹體中堿金屬離子含量高而鋁離子含量低時更容易轉(zhuǎn)化為方石英從而更有利排出氣液包裹體。
    (4)、機械破碎法
    石英中的氣液包裹體的大小約為1-50μm之間，從理論上來說只要石英礦被破碎的足夠細(xì)就能去除夾雜在石英基體裂隙之間的大部分氣液包裹體。高科技破碎方式(如高壓電破碎)更容易去除石英裂隙中的氣液包裹體。
    (5)、微波法
    利用微波選擇性加熱特性去除石英礦中氣液包裹體。微波是一種交變電磁波，具有獨特的選擇性加熱、體積加熱、加熱效率高以及可將高介電常數(shù)物質(zhì)在幾分鐘內(nèi)加熱幾千度等特點。這些特征對去除介電常數(shù)有差異的雜質(zhì)有著獨特的優(yōu)勢。
    SiO2的介電常數(shù)為3-5F/m，氣液包裹體主要成分是水，水的介電常數(shù)最高可達(dá)88F/m，易在氣液包裹體界面產(chǎn)生極大的壓強，促使氣液包裹體“開裂”，從而有可能達(dá)到去除石英砂中的氣液包裹體的目的。
    研究表明：石英礦在微波場的作用下加熱到500℃時，礦物中的氣液包裹體個數(shù)從9159個降低到992個，去除效果十分明顯。
    8、微波-酸浸去除氣液包裹體
    通過測定石英顆粒在特定的浸油中的光透過率可檢驗石英礦物中氣液包裹體的去除程度，即石英光透過率的變化，也就是石英中氣液包裹體含量的變化。
    (1)、微波
    石英砂被微波場加熱至600℃和900℃時，其氣液包裹體的含量急劇下降，光透過率從原來的71%提高到86%，石英顆粒表面產(chǎn)生較多且更寬的微裂紋，大部分氣液包裹體在微波場作用下爆裂并沿著微裂紋逸出。
    這是由于石英砂在600℃和900℃時發(fā)生了相轉(zhuǎn)變，此時石英砂體積迅速膨脹，促使其表面產(chǎn)生微裂紋，并可以使得一部分氣液包裹體爆裂并沿著微裂紋逸出。
    (2)、酸浸
    石英砂微波加熱后，再采用混合酸浸進行處理，酸浸時間為6h，酸洗溫度為80℃，得到的石英砂中氣液包裹體含量由原來的154.05ppm降至98.90ppm，光透過率可達(dá)到93%，主要雜質(zhì)元素含量為37.71ppm，近似達(dá)到一級水晶水平。
    以石英巖、脈石英、石英砂巖等為原料，綜合浮選、磁選、色選、微波和酸浸等選礦提純工藝，并根據(jù)實際情況進行優(yōu)化處理，完全有可能制備出石英玻璃等行業(yè)使用的高純石英砂。