При формировании кристаллов кварца некоторые элементы заменяют кремний. При этом образуются структурные примеси кварца. Содержание этих примесей очень низкое. Их трудно отделить от кварца. Они являются наиболее важным фактором, ограничивающим качество кварца высокой чистоты.
В структурных примесях кварца содержание примесного элемента Al, как правило, самое высокое. Поскольку Al существует в форме Al3+ вместо Si4+, что вызывает дисбаланс зарядов внутри решетки кварца, при наличии в кварце большого количества примеси Al содержание Li, K, Na и других примесных элементов будет увеличиваться. Следовательно, по содержанию Al в природном кварце можно судить о качестве кварцевого сырья.
По существующей технологии обработкирешеточные примеси в кварцевом сырье практически не удаляются. Хотя содержание элемента Al в виде решетчатых примесей очень низкое, удалить его крайне сложно, что является залогом конечного качества кварца высокой чистоты.
В течение всего процесса очистки, после обжига и закалки, магнитной сепарации, процесса кислотного выщелачивания, примесные элементы кварца Fe, Cr, Ni, Na, K, Ca, Mg, Cu и т. д. могут быть значительно уменьшены. Однако после ряда процессов очистки эффект удаления Al ограничен, главным образом потому, что Al3+ входит в кристаллическую решетку, заменяя Si4+, а ионный радиус относительно близок к таковому у кварца, который нелегко очистить.
Аналогично Ti4+, B3+, P3+ и другие элементы-примеси. Видно, что примеси в составе природного кварца, особенно наличие примесей в гомогенно-подобном состоянии, напрямую ограничивают производство кварцевой продукции высокой чистоты при использовании исходной руды Al, Ti, Li, B, P и других. примесных элементов в большом содержании, получить кварц высокой чистоты непросто.
Типичными примерами являются кварциты региона Норвегии, которые, хотя и связаны с различными минералами, такими как голубой сланец, имеют мало решеточных примесей и содержат мало флюидных включений. Считается, что они имеют потенциал для переработки в кварц высокой чистоты, а пегматиты района Сьерра-де-Комечигонес (Аргентина), которые, несмотря на высокое содержание SiO2, очень трудно перерабатывать в кварц высокой чистоты из-за высокий уровень решетчатых примесей в более мелкозернистом кварце.
Решетчатые примеси — наиболее критический фактор, ограничивающий качество кварца высокой чистоты.
Решетчатые примеси в связи (Al3+, Ti4+)-O имеют большую энергию, Al, Ti вместо Si в решетке кварца образуют новые [AlO4], [TiO4], от примесных элементов кварцевой решетки труднее всего избавиться. .
Примеси решетчатой структуры являются основным узким местом переработки кварцевых изделий высокой чистоты, через которые трудно пробиться. Для правильного выбора кварцевого сырья высокой чистоты и разработки оптимальной программы очистки кварца необходимо выяснить состояние примесных элементов в кварце.
Современные исследования примесных элементов в состоянии основных методов:
(1) Анализ уточнения данных рентгеновской дифракции;
(2) анализ изображения сканирования поверхности LA-ICP-MS;
(3) Анализ инфракрасной абсорбционной спектроскопии;
(4) Электронный зонд и анализ энергетического спектра;
(5) Характеристика катодолюминесценции.
В настоящее время процесс хлорного обжига является более эффективным способом удаления примесей из кристаллической решетки кварца. Хлорирующий обжиг происходит ниже температуры плавления кварца, а компоненты примесей кварца и хлорсодержащие агенты играют роль в хлориде и летучем кварце в процессе высокотемпературного хлорирующего обжига. Происходит кристаллический переход, в результате которого ионы металлов кварцевой решетки, таких как Al3+, Ti4+ и т. д., могут мигрировать и диффундировать к поверхности кварца. Hcl, NH4Cl, Cl2 и т. д., чтобы стать летучими компонентами для достижения разделения кварца, а также для предотвращения миграции и диффузии примесных элементов в процесс охлаждения решетки кварца, а затем для достижения более эффективного метода удаления примесей. . Отделение кварца также предотвращает попадание примесных элементов в процесс охлаждения, а затем мигрирует и диффундирует в решетку кварца.
