随着光电源、电子工业、光通信、二氧化硅薄膜材料、大规模和超大规模集成电路、激光、航空航天和军工等高新技术产业的快速发展，对高档应时原材料的需求日益增加。但由于这些特殊的应时原料质量要求很高，要求含量通常在99.9%以上，甚至99.99%，允许的杂质含量很低，只有高品位的天然一级、二级晶体才能达到要求。水晶石资源日益枯竭，尤其是高品位水晶石资源稀缺，且在世界范围内分布极不均匀。95%的水晶集中在巴西和马达加斯加，这使得其他国家试图寻找替代品。
目前解决晶体替代原料的方法有三种:人工合成如人工晶体、溶胶-凝胶、二氧化硅气相沉积法，以及天然二氧化硅经过加工提纯后替代晶体。由于人工晶体和合成方法产量低、能耗高、成本高，难以大规模生产。高纯或超高纯应时原料由自然界存在的硅石(包括石英岩、应时砂岩和以应时为主要矿物的岩石)制备而成。它具有来源广、生产成本低、批量大的优点，是替代水晶最有效的方法。
1.国内外高纯应时原料替代晶体的加工现状。
80年代末以来，我国在研究应时玻璃普通应时原料的提纯方法和工艺方面取得了一定的进展，研究的产品可以达到二、三、四级晶体的水平。但由于我国水晶储量有限，价格昂贵，质地不均，部分矿物杂质和工艺中的杂质无法去除。
目前，江苏连云港地区以水晶为原料制备超纯石英砂的技术处于国内领先水平，但工业化生产数量大，矿物结构均匀，内在质量化学含量不稳定。仅适用于中低档应时玻璃，高纯低羟基应时原料的技术难点尚未攻克。中国大口径石英管、优质应时棒和应时锭、光通信用应时玻璃仍需大量进口。
早在20世纪70年代，国外就开始研究用石英砂制备高纯石英砂的技术。20世纪80年代，美国PPCC公司从英国西北海岸福克斯代尔的花岗岩中提纯应时。产品中二氧化硅含量达到99。99%，铁杂质小于1×106。10-6，其它过渡元素少于5×10-6。10-6;从20世纪90年代至今，全球最大的高纯应时供应商美国Unimin公司已经从美国北卡罗来纳州云杉松的花岗岩中分选提纯出高纯应时。提纯后，二氧化硅含量大于99。最高纯度可达99%以上。999%.其高纯应时在国内外原料市场占据垄断地位。氧化硅的纯度从99。9992%到99.9994%。
日本Kemmochi和Sato在传统工艺的基础上，分别采用浮选、磁选、电选和高温氯化等物理和化学提纯技术，将应时加工成超高纯应时玻璃原料，以满足光学、光纤套管和电子行业对高档应时玻璃生产的需求。
2.二氧化硅杂质的赋存状态
除主要矿物应时外，硅石通常还伴有长石、云母、粘土、铁等杂质矿物。高纯和超高纯应时原料除二氧化硅外均为杂质，其中主要有害杂质为含铁和含铝杂质。因此，硅质原料提纯方法和工艺流程的进步和改进主要体现在含铁和含铝杂质的有效去除。
铁硅质常以下列形式存在:粘土或高岭土长石中的细颗粒；以氧化铁膜形式附着在应时颗粒表面；在含有重矿物和铁矿物的颗粒中；应时粒子在应时晶体中处于浸渍状态或透镜状态或固溶体状态。此外，在加工过程中还会混入一定量的机械铁。
含铝杂质主要来自长石、云母和粘土矿物，Al3+存在于应时晶格中，而不是Si4+。同分异构体的取代往往使碱金属阳离子进入结构空间隙，以保持电子平衡，形成结构杂质。
此外，流体包裹体一般存在于硅石中，按成因可分为三种:原生包裹体、假次生包裹体和次生包裹体。原生包裹体是先于或与主矿物同时形成的包裹体，其特征是包裹体形成后不上移空。原生包裹体占据主矿物的晶体结构位置，均匀分布在晶体中。
伪次生包裹体是在主要矿物结晶过程中，由于应力和构造作用，成矿溶液重新进入这些裂隙中，在重结晶过程中形成的包裹体。其特征是形成后空之间的过驱。次生包裹体的外端终止于晶体中的生长面，并有明显的排列面。
次生包裹体是在主矿物结晶基本完成后的任何过程中形成的包裹体。晶体形成后，受外力作用而开裂，产生裂纹。此时，环境中活跃的含矿溶液可能渗入晶体，成为包裹体。次生包裹体一般处于后期构造愈合的位置，常沿裂缝分布，几组包裹体可相互交叉，故形状复杂。
流体的体积很小，直径一般在微米左右。在破碎应时矿时，次生包裹体容易被机械破碎，而原生包裹体很难被破碎和消除。即使采用高温滚动烧成，也只能使表面的局部气体夹杂物开裂，不足以改变内部微小气泡的状态。流体包裹体中小分子气体可通过高温和延长排气时间排出。然而，CO、CO2和其它气体极难从固体或熔体中排出，导致熔融产品中的缺陷。
3.矿物加工和提纯过程
根据硅石矿物原料中杂质和包裹体的赋存状态，选矿提纯工艺主要分为擦洗—磁选—浮选—酸浸。随着选矿工艺研究的深入，引入了电选和生物选矿。
石英砂选矿提纯的工艺流程是根据原矿中杂质矿物的赋存状态、选矿成本和产品工业使用的要求而确定的，是由一定的工艺组合而成的。
目前最成熟、应用最广泛的是& ldquo没有氟只有酸& rdquo法、中性法、碱性法等方法仅局限于实验室研究，但由于其自身的优势，具有很好的应用前景。因此，其工业应用研究将是未来的发展方向。
二氧化硅的选矿提纯技术研究虽然取得了很大进展，但发展十分缓慢，每年发表该领域的论文不到十篇。作者认为，制约二氧化硅代晶体选矿提纯技术发展的主要因素是:一是二氧化硅和微量元素分析的成本和准确度太高，难以广泛研究；其次，包裹体的去除技术还不理想，只有少数含有少量包裹体的硅质矿物，经过选矿提纯后，才有可能替代岩石晶体生产出高纯或超高纯石英粉。然而，大多数含有较多包裹体的硅质矿物不能用于深加工生产高纯或超高纯石英粉。
