石英中杂质矿物的存在形式及检测分析

石英是重要的工业矿物原料，广泛用于玻璃、铸造、陶瓷及耐火材料、冶金、建筑、化工、塑料、橡胶、磨料等工业，对石英中杂质矿物的赋存状态进行研究，对于石英的选矿提纯工艺和设备的选择至关重要。

图1 石英

1、石英矿样

石英矿样来自江苏某公司块状石，呈无色透明至半透明状，玻璃光泽，断口油脂光泽，莫氏硬度7，密度2.4g/cm3左右。

2、偏光显微镜分析

图2 块状石英偏光显微镜照片

偏光显微镜下观察发现：该石英无色透明，颗粒为细粒半自形晶，基本呈六角棱柱形状(图1(a));裂理发育呈交叉状结构(图1(b))，裂隙中基本无杂质矿物赋存。石英颗粒在正交镜下呈平行消光。微小包裹体广泛性存在，气液包裹体呈条带状分布(图1(c))，这些矿物是石英在结晶过程中从周围的流体介质中捕获的。偏光镜下矿物包裹体主要可见盐类矿物(图1(d))、云母(图1(e))、含铁矿物(图1(f))。

3、电感耦合等离子光谱分析

采用电感藕合等离子发射光谱仪对石英进行化学成分分析，石英原矿杂质元素分析结果见表1。

由表1可知，石英原矿主要杂质元素为Al、Na、Ca、Fe、Li、K、Ti，金属杂质含量合计

114.393μg/g，其中A1元素占34.21%，Na元素占19.86%，石英纯度达到99.988wt%。

4、电子探针分析

采用电子探针(EMPA-SEI、EDS)分析仪对块状石英和赋存于石英中的矿物包裹体进行电子探针微区能谱分析。

(1)主要杂质矿物EMPA-SEI、EDS分析

块状石英中岩盐及云母类矿EMPA-SEI、EDS分析见图3，表2是对图3的解释。

图3 块状石英中岩盐及云母类矿物

EMPA-SEI、EDS分析图谱

(2)其他杂质矿物EMPA-SEI、EDS

其他杂质矿物EMPA-SEI、EDS分析见图4，表3是对图3的解释。

图4 块状石英中其他杂质矿物EMPA-SEI、EDS

分析图谱(Cr为制片抛光粉所致)

5、裂隙填充物电子探针分析

一般而言，石英裂隙中往往充填着各类杂质矿物。因此对样品裂隙充填物也进行了EMPA-SEI、EDS分析，裂隙充填物EMPA-SEI、EDS分析图谱见图5。

图5 石英裂隙充填物EMPA-SEI、EDS分析图谱

由图5可见石英裂隙中未见充填矿物，也未发现次生包裹体，石英中矿物包裹体多是原生包裹体。

6、元素Al面扫描

对石英下游用户而言，元素Al是主要的有害元素，研究元素Al的而分布状况，对石英的纯化及其表征极其重要。

图6 元素Al面扫描图像

元素Al的面扫描显示，视域中Al元素分布广泛，主要分布在石英的晶格中。

通过上述分析可知：Na主要赋存在岩盐中，F、Mg、K、Mn、Ti、Fe和部分A1赋存在白云母中，还有部分Al以类质同象的形式存在于石英晶格中，Ca、S基本以氧化物的形式存在，偶见微量重晶石和铜锌氧化矿，石英裂隙中未见杂质矿物充填。

7、石英提纯

研究表明：采用热压碱浸出、酸浸出工艺可有效除去石英中白云母、岩盐等杂质矿物。试验中取粒度为212-106μm精制石英砂，在900℃下焙烧5h，水淬;再在220℃、一定压力下，先用12wt%的碱(NaOH)浸出;充分洗涤、干燥，在200℃、一定压力下用混合酸(盐酸3mo1/L、硝酸lmol/L、氢氟酸0.5mo1/L)浸出;去离子水充分洗涤、干燥，所得高纯石英砂SiO2含量为99.991 wt%。

表4 浸出前后杂质元素的ICP测试结果

8、结论

(1)该石英中杂质元素主要为A1、Na、Ca、Fe、Li、K、Ti;金属杂质总量为114.393μg/g;石英裂隙中未见杂质矿物，包裹体多属原生子矿物包裹体和气-液包裹体，具有粒度小、数量多、分布广等特点。矿物包裹体主要为20μm以下的岩盐，120μm以下的白云母。

(2)石英杂质元素中：Al主要赋存于云母类矿物中，部分A1以类质同象的形式存在于石英晶格中。此外白云母中还有元素Fe、K、Ti、Mn和F的存在;Na主要以NaCl的形式存在于岩盐中，少量存在于白云母中，少量的K以KC1的形式与NaCl伴生;Ca和部分S都以氧化物的形式存在;Ba和部分S赋存于重晶石中;Cu、Zn以氧化矿的形式微量存在于石英中。

(3)为保证石英工业粒度，嵌布于石英中细粒原生包裹体未实现单体解离的情况下，采用焙烧，水淬，氢氧化钠碱浸，混合酸酸浸，可制备成99.991wt%的高纯石英砂，杂质金属元素含量为90.328μg/g，相对于精制石英砂，杂质金属总去除率达到21.04%。