Хотя кварц является одним из самых распространенных минералов на Земле, кварцевое сырье высокой чистоты может образовываться только в геологических условиях, отвечающих определенному набору химических и физических параметров. В настоящее время только несколько кварцевых месторождений пригодны для переработки в кварц высокой чистоты, а технология переработки чрезвычайно сложна.
Чтобы судить о том, можно ли использовать кварцевую руду в качестве кварцевого сырья высокой чистоты, необходимо использовать различные методы обнаружения для проведения минералогических исследований кварцевого сырья, в основном в том числе:
1) особенности распределения кварца и жильных минералов, содержание минеральных включений в кварцевых минералах является одним из факторов, определяющих общее количество примесных элементов в конечном высокочистом кварце;
(2) Флюидные включения, даже кварц с очень низким содержанием примесных элементов, могут не быть кварцем высокой чистоты. Когда кварцевый минерал содержит большое количество флюидных включений, его содержание SiO2 трудно удовлетворить техническим требованиям, предъявляемым к кварцу высокой чистоты;
(3) Решетчатые примеси, поскольку содержание решеточных примесей чрезвычайно мало, но их очень трудно удалить, являются наиболее важным фактором, ограничивающим качество высокочистого кварца.
Минералы природного кварца можно разделить на гранитный кварц, высокотемпературный кварц метаморфического типа, метаморфический кварцит типа кварцита, кварц, образованный в раннем пегматите, кристалл, образованный в средней и поздней стадии пегматита, жильный кварц в гидротермальном газе. Стадия формирования и термальная фаза водного раствора жильного кварца и т. д., характеристики и применение кварцевых минералов различного происхождения также различны.
1. Гранитный кварц
Особенности: температура пласта (700～～1000℃), чистые зерна кварца, практически отсутствуют газожидкостные включения;
Типичный пример применения: компания Processing & Classification в США использовала кварцевый гранит в районе Фоксделе на северном побережье Соединенного Королевства для получения SiO2>99,99%, переходных металлов<5×10-6 и газожидкостных включений ( H2O, CO2) содержание 89,25-162,8мг/кг.
2. Высокотемпературный метаморфический кварц.
Особенности: пластовая температура (750-900°С), низкое содержание газожидкостных включений;
Типичный пример применения: компания American Quartz Technology использует это кварцевое сырье для производства высококачественного прозрачного кварцевого стекла.
3. Кварц метаморфического кварцитового типа.
Особенности: чем старше время образования, тем больше и интенсивнее термальные явления, тем чище кварц и меньше газожидкостных включений;
Типичный пример применения: протерозойский кварцит имеет мало газожидкостных включений, поэтому его можно рассматривать как сырье для кварцевого стекла.
4. Кварц образовался на ранней стадии пегматита.
Характеристики: Температура образования 600-700°С, размер частиц обычно 2-6мм, прозрачный, чистый монокристалл, меньше газожидкостных включений;
Типичный пример применения: сырье для завода труб из кварцевого стекла в Дунхай.
5. Кристаллы, образовавшиеся на средних и поздних стадиях пегматитов.
Особенности: температура формования 500～600℃;
Типичный пример применения: Раннее кварцевое сырье высокой чистоты.
6. Жильный кварц в стадии гидротермального газообразования.
Характеристики: температура формования 400～500℃, прозрачный-полупрозрачный, меньшее содержание газожидкостных включений;
Типичный пример применения: обычно используемое сырье на заводе трубок из кварцевого стекла в Дунхай, и качество изделий из кварцевого стекла хорошее.
7. Фазовый жильный кварц в растворе горячей воды.
Особенности: температура формования 50-400℃, бело-молочно-белый, содержащий большое количество мельчайших газожидкостных включений;
Типичный пример применения: слишком много газожидкостных включений, а полученное кварцевое стекло нельзя использовать из-за слишком большого количества пузырьковых дефектов.
Глядя на мир, типичным сырьем для кварца высокой чистоты является гранитный пегматит в районе Спрус-Пайн в Соединенных Штатах, который представляет собой месторождение кварца высокой чистоты, образованное движением зеленого сланца Алеханни. Под влиянием алеханского зеленосланцевого движения движение земной коры в этом районе имеет существенно иную деформацию, чем в других районах, в результате чего происходит динамическая перекристаллизация кварца, пластическая деформация кристаллов зерен кварца, концентрация примесей внедрения в кристаллах по новообразованным границам зерен. Жидкость, сопровождающая деформационное движение, способствует растворению и миграции примесей, позволяя удалять примеси из рекристаллизованных зерен кварца.
При образовании кварцевых отложений температура и давление оказывают большое влияние на качество кварца, особенно на поздних стадиях образования кварца, высокая температура и высокое давление способствуют миграции примесей внутри зерен кварца к краям границ зерен или мелкие включения и флюидные включения в образовавшемся кварце. Объемное содержание невелико, и его можно перерабатывать в кварц высокой чистоты.