SiO2在自然界中主要以天然水晶、石英岩、脉石英、石英砂岩等形式存在，随着高纯石英砂原料需求的不断加大，天然水晶资源日渐枯竭，但是真正能代替水晶制备石英玻璃的原料矿极少，一般石英矿含气液包裹体较多，只有水热生长型和变质岩型石英矿中的气液包裹体含量相对来说较少。因此，通过选矿提纯制备高纯石英砂替代天然水晶具有非常重要的意义。

    1、石英中的杂质分类
    石英矿中通常含有大量杂质，根据杂质的组成和结构，可分为两类：结构组成性杂质和非结构性杂质。
    非结构性杂质是指粘附在石英晶体表面或伴随石英晶体生成的一些物质，比如长石、云母等杂质，通过擦洗、浮选、色选、磁选、酸浸、水淬、超声波处理等选矿提纯工艺可有效去除。
    结构组成性杂质是在石英晶体在一定的地质环境下，形成的一些存在于石英晶体内部的杂质。主要以杂质离子和流体包裹体(气液包裹体)为主。
    2、什么是矿物包裹体
    矿物包裹体是成岩成矿流体(含气液的流体或硅酸盐熔融体)在矿物结晶生长过程中，被包裹在矿物晶格或穴窝中的、至今尚在主矿物中封存并与主矿物有着相的界限的那一部分物质。
    矿物包裹体一般可分为原生包裹体、假次生包裹体、和次生包裹体。
    a-绿柱石中固相包裹体;
    b-绿柱石中熔流体包裹体;
    c-绿柱石中熔流体和流体包裹体;
    d-绿柱石中富CO2流体包裹体;
    e-绿柱石中纯CO2包裹体;

    f-石英中含子矿物的多相包裹体。

    3、石英中的包裹体特征
    石英包裹体普遍含有气体或液体，故也称为流体包裹体或气液包裹体，石英矿中普遍含有流体包裹体，这是伴随着矿物生长时将H2、O2、N2、CO、CO2等包裹在石英晶体中形成的。
    包裹体通常以包裹体群或单个包裹体的形式存在于石英晶体中，由于这些包裹体通常位于石英晶体内部，且其体积大部分都较小(微米级)，现有选矿提纯工艺是难以完成去除的。
    4、石英中包裹体的分类
    石英由于其晶体生长的环境及机理不同，石英中气液包裹体在数量、分布和成分组成上也会存在较大的差异。石英中包裹体有原生、假次生、次生三种不同类型，由于这三种包裹体性质的差异，目前的选矿提纯工艺对这三种类型的包裹体的去除效果也有较大差别。
    原生包裹体是伴随着石英晶体的生长而形成的，存在于石英晶体的结晶面，所以原生包裹体很难被现有提纯工艺所去除。
    次生包裹体相对来说较容易去除，这是因为次生包裹体是石英晶体结晶完成后形成的且主要分布在石英颗粒的裂缝愈合部位。
    5、石英中包裹体的形成机制
    (1)、石英晶体生长速度发生变化，这种差异使得主矿物捕获周围的流体介质形成包裹体。
    (2)、在特殊环境下石英晶体的生长机制发生改变。
    (3)、石英晶体生长过程中，周围流体介质浓度发生变化。
    (4)、微量的固、液、气三相与石英晶面的生长作用力相互影响。
    6、气液包裹体对石英玻璃的影响

    气液包裹体是石英玻璃产生气泡的主要原因，气泡的存在直接影响着石英玻璃的纯度及性能，这是因为石英中气液包裹体含有一定量的H2O，在高温熔制石英玻璃的过程中气液包裹体中的H2O能与SiO2熔体发生反应，使得羟基含量增高从而形成了气泡。因此，气液包裹体去除是实现提纯石英矿石代替水晶制备高端石英玻璃原料的关键与难点。

    7、石英中气液包裹体的去除方法
    (1)、高温氯化脱气法
    将石英砂加热到1000-1200℃并在高温的条件下通入Cl2和HCl气体，这种方法是利用在高温条件下Cl2和杂质离子发生反应，反应生成的气态盐类可以从石英晶体微裂纹处排出从而达到提纯的效果，这种方法对石英中的羟基有一定去除效果。
    美国尤尼明公司在2006年利用高温氯化脱气法制备的高纯石英砂对气液包裹体的去除效果明显，其公司的IOTA系列高纯石英砂在全球处于绝对领先水平。
    (2)、差异腐蚀法
    在酸或碱的腐蚀下，利用石英晶体与气液包裹体有着不同的腐蚀速率，从而达到去除气液包裹体的目的。这种处理工艺能有效的去除石英矿中气液包裹体，有的可以接近四级水晶的气液包裹体含量标准，但是当石英中气液包裹体去除到一定程度后继续增加差异强度，去除效果不再明显。
    (3)、热或冷爆裂法
    当石英处于高温的条件下，石英基体与其中的气液包裹体界面产生极大的压力差使得气液包裹体爆裂，再经过清洗工艺可以达到去除气液包裹体的效果。高温下由于石英发生相转变可以使得石英中气液包裹体爆裂，爆裂后再经酸洗工艺可以有效去除气液包裹体。
    在极冷的条件下，石英中气液包裹体的去除效果与气液包裹体自身的形状和大小有关系，一部分较大的气液包裹体容易爆裂从而去除，但是难以去除微小气液包裹体。
    不同类型的石英矿在高温下的排气量不同，这其中排气量最大的为热液型石英。而且石英在受热转化为方石英时气液包裹体中碱金属离子含量对其有一定影响，包裹体中碱金属离子含量高而铝离子含量低时更容易转化为方石英从而更有利排出气液包裹体。
    (4)、机械破碎法
    石英中的气液包裹体的大小约为1-50μm之间，从理论上来说只要石英矿被破碎的足够细就能去除夹杂在石英基体裂隙之间的大部分气液包裹体。高科技破碎方式(如高压电破碎)更容易去除石英裂隙中的气液包裹体。
    (5)、微波法
    利用微波选择性加热特性去除石英矿中气液包裹体。微波是一种交变电磁波，具有独特的选择性加热、体积加热、加热效率高以及可将高介电常数物质在几分钟内加热几千度等特点。这些特征对去除介电常数有差异的杂质有着独特的优势。
    SiO2的介电常数为3-5F/m，气液包裹体主要成分是水，水的介电常数最高可达88F/m，易在气液包裹体界面产生极大的压强，促使气液包裹体“开裂”，从而有可能达到去除石英砂中的气液包裹体的目的。
    研究表明：石英矿在微波场的作用下加热到500℃时，矿物中的气液包裹体个数从9159个降低到992个，去除效果十分明显。
    8、微波-酸浸去除气液包裹体
    通过测定石英颗粒在特定的浸油中的光透过率可检验石英矿物中气液包裹体的去除程度，即石英光透过率的变化，也就是石英中气液包裹体含量的变化。
    (1)、微波
    石英砂被微波场加热至600℃和900℃时，其气液包裹体的含量急剧下降，光透过率从原来的71%提高到86%，石英颗粒表面产生较多且更宽的微裂纹，大部分气液包裹体在微波场作用下爆裂并沿着微裂纹逸出。
    这是由于石英砂在600℃和900℃时发生了相转变，此时石英砂体积迅速膨胀，促使其表面产生微裂纹，并可以使得一部分气液包裹体爆裂并沿着微裂纹逸出。
    (2)、酸浸
    石英砂微波加热后，再采用混合酸浸进行处理，酸浸时间为6h，酸洗温度为80℃，得到的石英砂中气液包裹体含量由原来的154.05ppm降至98.90ppm，光透过率可达到93%，主要杂质元素含量为37.71ppm，近似达到一级水晶水平。
    以石英岩、脉石英、石英砂岩等为原料，综合浮选、磁选、色选、微波和酸浸等选矿提纯工艺，并根据实际情况进行优化处理，完全有可能制备出石英玻璃等行业使用的高纯石英砂。