أثناء تكوين بلورات الكوارتز، ستحل بعض العناصر محل السيليكون. هذا يشكل الشوائب الهيكلية للكوارتز. محتوى هذه الشوائب منخفض جدًا. ومن الصعب فصلها عن الكوارتز. إنها العامل الأكثر أهمية الذي يحد من جودة الكوارتز عالي النقاء.
في الشوائب الهيكلية الكوارتز، محتوى عنصر الشوائب عموما هو الأعلى. بما أن Al موجود على شكل Al3+ بدلاً من Si4+، مما يسبب عدم توازن الشحنة داخل شبكة الكوارتز، فعند وجود كمية كبيرة من شوائب Al في الكوارتز، فإن محتوى Li وK وNa وعناصر الشوائب الأخرى سيزداد. لذلك، يمكن استخدام محتوى Al في الكوارتز الطبيعي للحكم على جودة مادة الكوارتز الخام.
في ظل تكنولوجيا المعالجة الحالية، لا يمكن إزالة الشوائب الشبكية الموجودة في مادة الكوارتز الخام. على الرغم من أن محتوى عنصر Al في شكل شوائب شبكية منخفض جدًا، إلا أنه من الصعب للغاية إزالته، وهو مفتاح الجودة النهائية للكوارتز عالي النقاء.
في عملية التنقية بأكملها، بعد التحميص والتبريد، يمكن تقليل الفصل المغناطيسي، وعملية الترشيح الحمضي، وعناصر شوائب الكوارتز Fe، Cr، Ni، Na، K، Ca، Mg، Cu، وما إلى ذلك بشكل كبير. ومع ذلك، بعد سلسلة من عمليات التنقية، يكون تأثير إزالة Al محدودًا، ويرجع ذلك أساسًا إلى دخول Al3+ إلى الشبكة البلورية ليحل محل Si4+، ويكون نصف القطر الأيوني قريبًا نسبيًا من نصف قطر الكوارتز، وهو ليس من السهل تنقيته.
وبالمثل، Ti4+، B3+، P3+ وعناصر الشوائب الأخرى. ويمكن ملاحظة أن الشوائب الموجودة داخل الكوارتز الطبيعي، وخاصة وجود الشوائب في حالة تشبه التجانس، تحد بشكل مباشر من إنتاج منتجات الكوارتز عالية النقاء عند الخام الأصلي Al، Ti، Li، B، P وغيرها. عناصر الشوائب ذات المحتوى العالي، ليس من السهل الحصول على كوارتز عالي النقاء.
ومن الأمثلة النموذجية الكوارتزيت الموجود في منطقة النرويج، والذي، على الرغم من ارتباطه بمجموعة متنوعة من المعادن مثل البلوشيست، إلا أنه يحتوي على عدد قليل من الشوائب الشبكية ويحتوي على القليل من الشوائب السائلة. يُعتقد أن لديها القدرة على معالجتها وتحويلها إلى كوارتز عالي النقاء وبيغماتيت في منطقة سييرا دي كوميتشيغونيس (الأرجنتين)، والتي، على الرغم من محتواها العالي من SiO2، من الصعب جدًا معالجتها إلى كوارتز عالي النقاء بسبب مستوى عال من الشوائب الشبكية في الكوارتز ذو الحبيبات الدقيقة.
الشوائب الشبكية، هي العامل الأكثر أهمية الذي يحد من جودة الكوارتز عالي النقاء
شوائب الشبكة في طاقة الرابطة (Al3+، Ti4+)-O أكبر، Al، Ti بدلاً من Si في شبكة الكوارتز لتكوين [AlO4] جديد، [TiO4]، هو الأصعب للتخلص من عناصر شوائب شبكة الكوارتز .
تعتبر شوائب البنية الشبكية بمثابة عنق الزجاجة النهائي لمعالجة منتجات الكوارتز عالية النقاء والتي يصعب اختراقها. لاختيار المواد الخام الصحيحة للكوارتز عالية النقاء وتطوير أفضل برنامج لتنقية الكوارتز، من الضروري توضيح حالة عناصر الشوائب في الكوارتز.
الدراسة الحالية لعناصر الشوائب بحالة الطرق الرئيسية:
(1) تحليل صقل بيانات حيود الأشعة السينية؛
(2) تحليل صور المسح السطحي LA-ICP-MS؛
(3) التحليل الطيفي لامتصاص الأشعة تحت الحمراء؛
(4) مسبار الإلكترون وتحليل طيف الطاقة؛
(5) توصيف التلألؤ الكاثودي.
في الوقت الحاضر، تعد عملية تحميص الكلور وسيلة أكثر فعالية لإزالة الشوائب من شبكة كريستال الكوارتز. يكون التحميص بالكلور أقل من درجة حرارة انصهار الكوارتز، وتلعب مكونات شوائب الكوارتز وعوامل الكلور دورًا في الكلوريد والكوارتز المتطاير في عملية التحميص بالكلور ذات درجة الحرارة العالية. هناك تحول بلوري بحيث يمكن لأيونات معدن شبكة الكوارتز، مثل Al3+، Ti4+، وما إلى ذلك، أن تهاجر وتنتشر على سطح الكوارتز. Hcl، NH4Cl، و Cl2، وما إلى ذلك، لتصبح مكونات متطايرة لتحقيق فصل الكوارتز، ولكن أيضًا لمنع عناصر الشوائب من الهجرة والانتشار إلى عملية تبريد شبكة الكوارتز، ومن ثم تحقيق طريقة أكثر فعالية لإزالة الشوائب . كما يمنع فصل الكوارتز عناصر الشوائب في عملية التبريد ومن ثم تهاجر وتنتشر في شبكة الكوارتز.
