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        【原創(chuàng)】高純石英砂提純,最難除掉的竟然是它!


        來源:中國粉體網(wǎng)   平安

        [導讀]  它是制約高純石英最終質量的關鍵,是難以突破的最終瓶頸

        中國粉體網(wǎng)訊  石英晶體在形成過程中,一些元素會替代硅元素進入石英晶體中,形成了石英的結構性雜質。這些雜質含量雖然很低,但從石英中分離難度大,是制約高純石英質量最關鍵性因素。

        在石英結構性雜質中,Al雜質元素含量一般最高。由于Al是以Al3+替代Si4+的形式存在,引起了石英晶格內部電荷不平衡,當石英中存在大量Al雜質時,Li、K、Na等雜質元素的含量會增加。因此可以使用天然石英中Al的含量來判斷石英原料的質量。



        石英晶體中的晶格取代形式

        在現(xiàn)有加工技術下,石英原料中晶格雜質幾乎不能被除去。以晶格雜質形式存在的Al元素含量雖然極低但除去難度極大,是制約高純石英最終質量的關鍵。

        在提純的整個工藝流程中,經過焙燒水淬、磁選、酸浸工序,石英中雜質元素Fe、Cr、Ni、Na、K、Ca、Mg、Cu等可以大幅度降低。但Al在經歷一系列提純工序之后,去除效果有限,這主要是因為Al3+進入晶格替代Si4+、而且離子半徑也比較接近,不易提純。

        類似的還有Ti4+、B3+、P3+等雜質元素?梢,天然石英內部的雜質,特別是以類質同像狀態(tài)存在的雜質,直接制約著高純石英產品生產,當原礦Al、Ti、Li、B、P等雜質元素含量較高,就不易獲得高純石英。

        典型的例子有,Norway地區(qū)石英巖,雖與藍晶石等多種礦物共伴生,但其晶格雜質少且?guī)缀醪缓黧w包裹體,被認為有可能加工為高純石英;而Sierrade Comechigones(Argentina)地區(qū)偉晶巖雖然SiO2含量很高,但由于細粒石英中晶格雜質較高,很難被加工為高純石英。

        綜上所述,晶格雜質,是制約高純石英質量最關鍵性因素。晶格雜質中的(Al3+、Ti4+)-O鍵能較大,Al、Ti取代石英晶格中的Si形成新的[AlO4]、[TiO4],是石英中最難脫除的晶格雜質元素。

        晶格結構雜質是加工高純石英產品難以突破的最終瓶頸。要選擇正確的高純石英原料和制定最佳的石英提純方案,須明確石英中雜質元素的賦存狀態(tài)。當前研究雜質元素賦存狀態(tài)的方法主要有:(1)X射線衍射數(shù)據(jù)擬合精修分析;(2)LA-ICP-MS面掃描圖像分析;(3)紅外吸收光譜分析;(4)電子探針及能譜分析;(5)陰極發(fā)光特征分析。

        目前來看,氯化焙燒工藝是去除石英晶格雜質比較有效的方法。氯化焙燒是在低于石英熔點溫度下,石英中的雜質組分與氯化劑作用轉變?yōu)槁然锒鴵]發(fā)出來,石英在高溫氯化焙燒過程中存在晶型轉變,使得石英晶格中的金屬離子如Al3+、Ti4+等可能會遷移擴散到石英表面,與HCl、NH4Cl和Cl2等發(fā)生化學反應變成易揮發(fā)組分而實現(xiàn)與石英的分離,同時也阻止了雜質元素在冷卻過程再遷移擴散至石英晶格中。

        參考來源:

        楊曉勇等,高純石英的研究進展及發(fā)展趨勢,中國科學技術大學

        歐陽靜等,石英礦物資源的提純及在戰(zhàn)略性新興產業(yè)中的應用技術分析,中南大學

        馬超等,高純石英原料礦物學特征與加工技術進展,中國地質科學院鄭州礦產綜合利用研究所

        王云月等,高純石英原料特征和礦床成因研究現(xiàn)狀綜述,合肥工業(yè)大學

        (中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安)

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        作者:平安

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