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石英矿杂质存在形式及应用要求

石英矿石一般含有黄铁矿、磁铁矿、金红石、电气石、赤铁矿、云母、长石等杂质矿物。

石英中的杂质主要由晶格杂质和包裹体两种形式，晶格杂质点缺陷与外来离子的掺入有关，由于Al³⁺、Fe³⁺、B³⁺、Ti⁴⁺、Ge⁴⁺、P⁵⁺离子与Si⁴⁺半径相近，可替代原有的硅离子，Li⁺、K⁺、Na⁺、H⁺、Fe²⁺等离子直接进入平衡空位引起的电子缺陷，达到电荷中性。

石英在生长过程中，可能包含矿化流体和共生矿物，根据包裹的种类具体分为流体包裹体、矿物包裹体和熔体包裹体。

流体包裹体中存在水、二氧化碳、甲烷、氮气等物质，Na、K、Cl和Ca是主要的杂质元素。矿物包裹体中存在氯化物、硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐等物质，Li、Na、K、Ca、Cs、Al、Fe是主要的杂质元素。在照明和光纤行业，作为原料的高纯石英要求流体夹杂物的含量浓度非常低，因为流体夹杂物在熔化过程中的易膨胀导致在硅玻璃熔体中产生大量囊泡。整体来看，相对于包裹体杂质，晶格杂质较难去除，其含量的高低影响着高纯石英原料的品质。

高纯石英是根据其杂质含量的高低定义，高纯石英杂质含量为8～50g/g，极高纯石英杂质含量为1～8g/g，超高纯石英杂质含量为0.1～1g/g。在产出价值方面，石英纯度越高其附加值越高，生产链中石英原料购买价格为255欧元/t，四氯化硅的价格为630欧元/t，出售给电子行业的超纯石英价格为8万欧元/t。

除此之外，美国尤尼明公司对于高纯石英也提出了具体标准，总体来看IOTA-STAND-ARD纯度为99.998%，IOTA-4纯度为99.999%，K、Li、Na总和为1.4×10^-6，IOTA-6纯度为99.9991%，K、Li、Na总和为0.5×10^-6，IOTA-8纯度为99.9992%，K、Li、Na总和为8×10^-8。具体应用会存在其他的附属标准，灯管和光学器件需要的石英原料Al浓度低于2×10^-5，半导体坩埚Al浓度低于1×10^-5，其他金属小于1×10^-7，总杂质不超过1.5×10^-5，在微电子器中U和Th浓度低于2×10^-9，太阳能硅的生产所需原料中P和B浓度应非常低，一般在1×10^-6范围内。

总之，石英矿石杂质的存在形式与含量决定了后期高纯石英提纯加工的具体工艺，也间接决定了纯度的上限。不同标准的高纯石英应用在不同的领域，因此也对石英矿、提纯工艺提出了更高的要求。

资料来源：《欧阳静,陈广,梁力行,等.石英矿物资源的提纯及在战略性新兴产业中的应用技术分析[J].矿产保护与利用,2021(06):35-45》，由【粉体技术网】编辑整理，转载请注明出处！

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