石英砂的用途不同，對(duì)于雜質(zhì)元素的種類和含量要求也存在差異。由于不同地區(qū)成礦條件不同，石英中雜質(zhì)也各有不同。天然石英礦物根據(jù)伴生雜質(zhì)大小、分布、存在形式等特性可分為脈石礦物雜質(zhì)、包裹體雜質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu)雜質(zhì)三類。

1.1 脈石礦物雜質(zhì)共伴生獨(dú)立脈石礦物主要有長(zhǎng)石、云母、金紅石、方解石、赤鐵礦和黏土礦物等，是石英雜質(zhì)元素的主要載體礦物，主要的雜質(zhì)元素有Al、Fe、Ca、Mg、Li、Na、K、Ti、B、H等。這類礦物較易去除，將其單體解離開(kāi)，通過(guò)常規(guī)選礦技術(shù)即可去除。

1.2 包裹體雜質(zhì)硅質(zhì)原料在結(jié)晶時(shí)，由于成礦時(shí)的各種因素，導(dǎo)致結(jié)晶時(shí)產(chǎn)生空穴，構(gòu)造發(fā)生缺陷，他類礦物的溶液注入其中，生長(zhǎng)過(guò)程中被石英包圍便形成了包裹體。石英礦物中存在大量流體包裹體，流體包裹體的種類、尺寸和含量對(duì)高純石英的質(zhì)量有著重要的影響。石英中流體包裹體按內(nèi)含物質(zhì)狀態(tài)可以分為純氣體、純液體、氣液混合包裹體和三相包裹體。雖然經(jīng)過(guò)高溫煅燒、反復(fù)強(qiáng)化混合酸浸、堿浸和熱壓浸出后能顯著降低雜質(zhì)含量，但普遍含有大量流體包裹體的石英很難被加工為高純石英。

1.3 晶格結(jié)構(gòu)雜質(zhì)石英中晶體結(jié)構(gòu)雜質(zhì)分為晶格雜質(zhì)和非晶格雜質(zhì)。晶格雜質(zhì)主要由他類原子以類質(zhì)同象的方式取代硅氧四面體中的硅原子，主要雜質(zhì)元素有Al3+、Ti4+、Ge4+等。其中微量元素替代石英中的硅原子主要有等價(jià)替代、離子團(tuán)替代和電荷補(bǔ)償三種替代方式。由于Al3+和Si4+半徑相近，Al3+替代Si原子最為常見(jiàn)，Al3+替代Si4+后為了達(dá)到電荷平衡，首先由正一價(jià)堿金屬離子(如Li+，Na+，K+ )以及H+來(lái)補(bǔ)償，如果堿金屬離子不足，有時(shí)用正二價(jià)的Ca2+，Mg2+離子及部分過(guò)渡金屬離子來(lái)補(bǔ)償，從而堿金屬離子(Li+，Na+，K+ )以及H+等可作為電荷補(bǔ)償離子進(jìn)入石英晶格而賦存于石英晶格間隙中，因此可以通過(guò)石英中Al的含量判斷石英原料的質(zhì)量。

2.1 煅燒-水淬對(duì)石英進(jìn)行煅燒和水淬。石英在高溫煅燒的過(guò)程中，隨著溫度的升高，石英晶體會(huì)發(fā)生膨脹，促使石英表面產(chǎn)生大量的裂紋。裂紋通常出現(xiàn)在界面處以及晶體結(jié)構(gòu)的缺陷處，通過(guò)改變煅燒的溫度和時(shí)間，使包裹體破裂，雜質(zhì)暴露于新的表面，從而在后續(xù)的流程中能夠被有效去除。白佳星等對(duì)石英砂原料焙燒后，隨著溫度升高至900℃，保溫時(shí)間2h后，雜質(zhì)鐵的去除率達(dá)41%，同時(shí)發(fā)現(xiàn)石英原料的水吸收峰大幅度減少，說(shuō)明石英砂內(nèi)部的包裹體經(jīng)焙燒處理后被去除，達(dá)到了提純效果。

2.2 水洗-分級(jí)脫泥-擦洗石英原礦磨礦過(guò)程中部分易泥化礦物形成微細(xì)粒的礦泥，會(huì)對(duì)后續(xù)選別造成不利影響，水洗和分級(jí)脫泥對(duì)于石英礦表面附著的泥土礦物具有較好的剔除效果。擦洗是在機(jī)械外力和砂粒間的磨粒剝離力的作用下，將石英砂表面的薄膜鐵、粘性和渾濁雜質(zhì)礦物去除，再通過(guò)脫泥工藝達(dá)到石英砂的除雜效果。擦洗機(jī)的結(jié)構(gòu)、擦洗時(shí)間、擦洗樣品的濃度、擦洗的次數(shù)等工藝因素都影響著最終擦洗效果。擦洗技術(shù)主要分為棒磨擦洗和機(jī)械擦洗。機(jī)械擦洗可應(yīng)用于企業(yè)加工，可以生產(chǎn)大量產(chǎn)品，并且操作簡(jiǎn)單，成本低，缺點(diǎn)是除鐵率較低。在棒磨擦洗工藝中，加入適當(dāng)?shù)乃巹龃箅s質(zhì)礦物與石英顆粒表面的電斥力，增強(qiáng)雜質(zhì)礦物與石英顆粒之間的分離。與機(jī)械擦洗相比，棒磨擦洗的效果優(yōu)于機(jī)械擦洗，但無(wú)法大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。

2.3 重選-磁選-浮選重選是根據(jù)礦物重力的不同對(duì)礦物進(jìn)行篩選。礦物顆粒由于密度的不同在介質(zhì)中受流體力和機(jī)械力的影響不同，產(chǎn)生松散的分層，從而礦石顆粒被分離。磁選是利用石英中雜質(zhì)礦物的磁導(dǎo)率的差異，在磁場(chǎng)的作用下，使具有磁性的雜質(zhì)礦物得以選出。石英砂中的石英是反磁性物質(zhì)，在磁場(chǎng)中不能被磁化，而其中含F(xiàn)e、Ti的雜質(zhì)大多是順磁性物質(zhì)，可以被磁化，從而通過(guò)磁選可以除去含F(xiàn)e、Ti的雜質(zhì)，獲得很高的石英砂含量。影響磁選效果的因素有磁場(chǎng)強(qiáng)度、礦漿濃度、礦石粒度等。浮選是利用礦物表面的天然或疏水性，攪拌樣品產(chǎn)生氣泡，然后氣泡將礦石顆粒帶到氣泡層進(jìn)行提純。目前石英浮選的方法有三種：無(wú)氟有酸法、無(wú)氟無(wú)酸法、有氟有酸法。根據(jù)雜質(zhì)礦物的種類又分為正浮選和反浮選。由于石英中存在大量的云母和長(zhǎng)石，他們的表面性質(zhì)與石英相同，在浮選過(guò)程中難度較大。雖然可以去除，但是僅在表面去除。影響浮選效果的因素主要有浮選藥劑的選擇、礦漿的濃度、礦漿的pH值、石英粒度等。磁選、浮選工藝對(duì)單體解離度要求較高，對(duì)破碎到中細(xì)粒的石英的提純效果較好，一般用于生產(chǎn)石英粉或作為生產(chǎn)石英砂的前期處理工藝，但不適用于嵌布粒度較細(xì)，嵌布關(guān)系復(fù)雜的石英礦。

2.4 酸浸礦物包裹體混合酸溶解利用石英只能溶解在氫氟酸中，而其他礦物包裹體雜質(zhì)能被酸溶解的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)石英與雜質(zhì)的分離，常用的酸有硫酸、鹽酸、硝酸、氫氟酸等。硫酸對(duì)硫化礦、黃鐵礦等溶解效果好，鹽酸對(duì)方解石、白云石、方鉛礦等溶解效果好，硝酸對(duì)黃鐵礦、白鐵礦、砷黃鐵礦等溶解效果好，氫氟酸對(duì)硅酸鹽礦物有較好溶解性。天然石英礦物中雜質(zhì)種類多且存在形式復(fù)雜，使用混合酸溶解石英中礦物包裹體雜質(zhì)對(duì)石英砂提純研究發(fā)現(xiàn)酸浸過(guò)程中使用混合酸去除雜質(zhì)的效果比較好，石英會(huì)被氫氟酸溶解，所以混合酸中氫氟酸濃度不宜過(guò)高。影響酸浸效果的因素有：酸浸時(shí)間、酸的濃度、洗滌過(guò)程和溫度等。

2.5 高溫氯化脫氣法高溫氯化脫氣法對(duì)氣液包裹體的去除是有一定的效果的，然而一些金屬氧化物的氯化機(jī)理仍然比較復(fù)雜，特別是高溫氯化的起始溫度還是個(gè)難題，美國(guó)尤尼明公司主要采用此技術(shù)生產(chǎn)高純石英砂，在這項(xiàng)技術(shù)上尤尼明一直處于重要地位。Sato和Kemmochi等通過(guò)建立在現(xiàn)有的研究成果上，將高溫氯化、磁選、電選等手段與當(dāng)時(shí)的工藝結(jié)合，使石英砂中的雜質(zhì)含量大幅度的降低，達(dá)到了生產(chǎn)高檔石英材料的標(biāo)準(zhǔn)。

2.6 高溫爆裂法石英在高溫焙燒過(guò)程中，隨著溫度升高，流體包裹體內(nèi)部壓力大于石英對(duì)包裹體束縛壓力，流體包裹體發(fā)生突然爆裂內(nèi)部雜質(zhì)得以釋放，再經(jīng)后續(xù)酸清洗可以溶解流體包裹體內(nèi)部雜質(zhì)。絕大數(shù)流體包裹體達(dá)到均一溫度后便可爆裂，但并不是所有的流體包裹體都可以高溫爆裂。流體包裹體高溫爆裂時(shí)其內(nèi)壓的增大主要是通過(guò)溫度升高實(shí)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)倪x擇更高溫度對(duì)流體包裹體的爆裂可能會(huì)產(chǎn)生更好的效果。高溫真空焙燒時(shí)，石英內(nèi)部流體包裹體受熱膨脹內(nèi)壓劇增，同時(shí)由于爐內(nèi)保持較高真空度，流體包裹體內(nèi)外形成巨大的壓力差，增加了流體包裹體爆裂的可能性。

石英在現(xiàn)代科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域的重要地位和作用越來(lái)越凸顯，其礦物學(xué)的研究對(duì)于了解雜質(zhì)礦物特性和選擇分離石英的工藝至關(guān)重要。天然石英中雜質(zhì)元素的賦存狀態(tài)、石英嵌布特征、包裹體數(shù)量大小以及晶格雜質(zhì)等是選擇石英原料合適的雜質(zhì)分離方案的重要支撐。因此分析石英原料的雜質(zhì)賦存狀態(tài)，對(duì)于后續(xù)選擇合適的石英除雜提純方案是非常有必要的。