Lors de la formation des cristaux de quartz, certains éléments vont remplacer le silicium. Cela forme les impuretés structurelles du quartz. La teneur de ces impuretés est très faible. Il est difficile de les séparer du quartz. Ils constituent le facteur le plus critique limitant la qualité du quartz de haute pureté.
Dans les impuretés structurelles du quartz, la teneur en impuretés Al est généralement la plus élevée. Étant donné que Al existe sous forme d'Al3+ au lieu de Si4+, ce qui provoque un déséquilibre de charge dans le réseau de quartz, lorsqu'une grande quantité d'impuretés d'Al existe dans le quartz, la teneur en Li, K, Na et d'autres impuretés augmente. Par conséquent, la teneur en Al du quartz naturel peut être utilisée pour juger de la qualité du matériau de quartz brut.
Dans le cadre de la technologie de traitement existante, les impuretés du réseau dans la matière première de quartz peuvent difficilement être éliminées. Bien que la teneur en élément Al sous forme d'impuretés du réseau soit très faible, il est extrêmement difficile à éliminer, ce qui est la clé de la qualité finale du quartz de haute pureté.
Dans l'ensemble du processus de purification, après grillage et trempe, séparation magnétique, processus de lixiviation acide, les éléments d'impuretés du quartz Fe, Cr, Ni, Na, K, Ca, Mg, Cu, etc. peuvent être considérablement réduits. Cependant, après une série de processus de purification, l'effet d'élimination de l'Al est limité, principalement parce que Al3+ pénètre dans le réseau cristallin pour remplacer Si4+, et que le rayon ionique est relativement proche de celui du quartz, qui n'est pas facile à purifier.
De même, Ti4+, B3+, P3+ et autres éléments d'impuretés. On peut voir que les impuretés contenues dans le quartz naturel, en particulier la présence d'impuretés à l'état homogène, limitent directement la production de produits à base de quartz de haute pureté lorsque le minerai d'origine Al, Ti, Li, B, P et autres éléments d'impuretés à haute teneur, il n'est pas facile d'obtenir du quartz de haute pureté.
Des exemples typiques sont les quartzites de la région norvégienne qui, bien que co-associés à une variété de minéraux tels que le schiste bleu, contiennent peu d'impuretés de réseau et contiennent peu d'inclusions fluides. On considère qu'ils ont le potentiel d'être transformés en quartz de haute pureté, et les pegmatites de la région de la Sierra de Comechigones (Argentine), qui, malgré leur teneur élevée en SiO2, sont très difficiles à transformer en quartz de haute pureté en raison de la niveau élevé d'impuretés de réseau dans le quartz à grain plus fin.
Les impuretés du réseau, le facteur le plus critique limitant la qualité du quartz de haute pureté
Les impuretés du réseau dans l'énergie de la liaison (Al3+, Ti4+)-O sont plus grandes, Al, Ti au lieu de Si dans le réseau de quartz pour former un nouveau [AlO4], [TiO4], est le plus difficile à éliminer des éléments d'impuretés du réseau de quartz .
Les impuretés de la structure en treillis constituent le goulot d'étranglement ultime dans le traitement des produits à base de quartz de haute pureté, difficiles à franchir. Pour sélectionner les bonnes matières premières de quartz de haute pureté et développer le meilleur programme de purification du quartz, il est nécessaire de clarifier l’état des impuretés dans le quartz.
L'étude actuelle des éléments d'impuretés en l'état des principales méthodes :
(1) Analyse de raffinement de l’ajustement des données de diffraction des rayons X ;
(2) analyse d’images par balayage de surface LA-ICP-MS ;
(3) Analyse par spectroscopie d'absorption infrarouge ;
(4) Sonde électronique et analyse du spectre énergétique ;
(5) Caractérisation par cathodoluminescence.
À l’heure actuelle, le processus de torréfaction au chlore constitue un moyen plus efficace d’éliminer les impuretés du réseau cristallin du quartz. Le grillage par chloration est inférieur à la température de fusion du quartz, et les composants d'impuretés du quartz et les agents chlorés jouent un rôle dans le chlorure et le quartz volatil dans le processus de grillage par chloration à haute température. Il y a une transition cristalline de sorte que les ions métalliques du réseau de quartz, tels que Al3+, Ti4+, etc., peuvent migrer et diffuser vers la surface du quartz. Hcl, NH4Cl et Cl2, etc., pour devenir des composants volatils pour réaliser la séparation du quartz, mais également pour empêcher les éléments d'impuretés de migrer et de diffuser vers le processus de refroidissement du réseau de quartz, et ensuite pour obtenir une méthode plus efficace d'élimination des impuretés. . La séparation du quartz empêche également les éléments d'impuretés dans le processus de refroidissement, puis migrent et se diffusent dans le réseau de quartz.
