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高纯石英的杂质含量及纯度

文章作者:创始人 发布时间:2022-03-12 19:26:04 浏览次数:0

  高纯石英是石英晶格中铝-硅异价有限类质同像替代形成的铝晶格占位杂质含量(晶格Al)≤30微克/克(×10-6)的天然矿物。

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  1.高纯石英的杂质含量及纯度

  根据“高纯石英”的定义,当其晶格w(Al)为30×10-6时,其他杂质的最大容量为30×10-6,如表2所示,则对应的石英w(SiO2)纯度是99.99%(4N)。

  此外,研究表明标准型石英玻璃用砂和高技术石英玻璃用砂的纯度分界点、石英经济价值从一百倍率向一千倍率高速增值的纯度拐点、高纯石英矿物工程“基础工艺”(即除去粒外矿物杂质)的石英纯度起点等也均为w(SiO2)≥99.99%(4N)。故w(SiO2)≥99.99%(4N)是普通石英和高技术石英在纯度方面的技术经济分界点。

  2.高纯石英粒内杂质元素的相关性

  研究表明Al-Ti和Al-k-Na正相关。

  3.高纯石英粒内杂质元素的分布形式

  高纯石英粒内杂质元素分布形式有3种,即均匀分布、不均匀分布和环带分布,环带又分为正环带和反环带分布(以Al为例)。

  (1)正环带:内带或中央部分Al高,外带或边缘Al低,形成高铝核石英颗粒,它是高纯石英晶格Al天然聚集的“堡垒”,难以去除,越除Al越高;

  (2)反环带:内带或中央部分Al低,外带或边缘Al高,形成低铝核石英颗粒,除杂时可有限的降低Al杂质含量。

  (3)其他杂质元素如Ti、Fe、K、Na等,亦显示类似分布形式。

  4.纯石英粒内微裂隙和晶洞

  高纯石英晶粒内部存在<2μm的微-纳米级裂隙和晶洞,其中充填有微-纳米级杂质微粒,如石英、粘土、氧化铁、碳酸盐类矿物等。

  5.流体包裹体

  高纯石英内无流体包裹体或极罕见,观察和统计表明,其单颗粒流体包体面积比率<1%;显微镜视域内以10X物镜和平均粒度0.1mm砂样计算含流体包体的颗粒数<1%;热失重<15×10-6。

  6.高纯石英的物理性质

  (1)光学性质:无色、透明、油脂光泽是高纯石英的首要特征。

  (2)阴极发光特征:在光学显微镜下观察到Al、Fe、Mn、Ti等杂质元素及晶格缺陷受激发后发出的色彩,一般Al(蓝光)、Fe3+(褐色)、Fe2+/Mn(紫色)等,借助色调的变化可观察到高纯石英矿石中的均匀性、不均匀性或带状结构特征。在电子显微镜下则呈现不同灰阶的阴极发光,结合探针分析可揭示粒内杂质元素的分布形式(如环带等)。

  (3)裂理:据测量表明,破碎的长条形石英颗粒与c轴的交角33°~45°(平均39°),该角度符合石英菱面裂理方向。巴西水晶薄片中所显现的稀疏直线裂纹与c轴交角45°~50°(平均47.5°)。这些数值与石英M面与c轴的交角接近,则预示在该方向上存在次一级弱性连接面——裂理,这是石英、特别是水晶粉碎施力不当时而出现条形颗粒的原因。

  7.高纯石英的矿物形态和粒度

  除自形晶——高纯水晶外,高品级他形高纯石英粒度均在粗粒(>5mm)以上,并可一直延伸到伟晶或巨粒(>10mm;英制中把>0.5英寸即>12.7mm的颗粒称为伟晶或巨粒)。

  中-低品级多为中粒(5mm~1mm)和细粒级(<1mm)。

  对于石英玻璃原料而言<0.1mm者意义不大,当制备<2μm的封装料时则粒度不限。

  8.高纯石英成因类型

  高纯石英成因类型有花岗质岩浆石英-长石共结结晶型;岩浆热液析晶型;变质流体析晶型;变质(固体)重结晶型;机械风化碎屑型。

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