Tipi di impurità nel quarzo naturale
I principali tipi di impurità nel quarzo naturale includono impurità reticolari, inclusioni fluide, inclusioni minerali, impurità intercristalline e inclusioni micron.
Le inclusioni minerali e le inclusioni fuse nel quarzo sono estremamente fini e strettamente avvolte dal quarzo, il che le rende difficili da rimuovere mediante metodi di fusione senza distruggere i cristalli di quarzo.
Forme di presenza di impurità nei minerali di quarzo e loro difficoltà di purificazione
| Tipo di impurità | Modulo di occorrenza | Difficoltà di purificazione |
| Impurità del reticolo | Sostituzione reticolare (Al3+Al3+, Fe3+Fe3+, B3+B3+, Ti4+Ti4+, Ge4+Ge4+, P5+P5+), compensazione di carica nei canali interstiziali (Li+Li+, K+K+, Na+Na+, H+H+, Fe2+Fe2+) | Estremamente difficile da rimuovere |
| Inclusioni minerali | Rutilo, mica, feldspato, argilla, ecc. a grana fine. | Parzialmente rimovibile |
| Inclusioni fluide | Gas, sali liquidi (NaNa, KK, HH, CaCa, ClCl) e CO2CO2, N2N2, H2SH2S, CH4CH4 | Di grandi dimensioni rimovibili |
| Impurità intercristalline | Microcristalli di impurità, inclusioni minerali e inclusioni fluide lungo i bordi dei grani | Rimovibile |
| Inclusioni submicroniche | Microzircone aghiforme, apatite, monazite, feldspato, mica | Estremamente difficile da rimuovere |
L'impatto delle inclusioni fluide sulla purezza del quarzo
L'impatto delle inclusioni fluide sul quarzo ad alta purezza si osserva principalmente in due modi. In primo luogo, le inclusioni fluide sono ricche di ioni metallici, uno dei principali fattori che influenzano la purezza del quarzo. In secondo luogo, queste inclusioni fluide non si rompono completamente durante il processo di fusione del quarzo. Il gas generato dal riscaldamento è difficile da scaricare nella massa fusa di quarzo ad alta viscosità, il che è una delle principali cause di difetti di bolla nei prodotti in vetro di quarzo.
Studi hanno dimostrato che il contenuto di inclusioni fluide nel quarzo è direttamente proporzionale al numero di difetti di bolla nei prodotti di quarzo.
Pertanto, il contenuto di inclusioni minerali e fluide nel quarzo è uno dei principali fattori che influenzano la qualità dei prodotti di quarzo. Per determinare se un minerale di quarzo può produrre sabbia di quarzo ad elevata purezza, è necessario valutare il contenuto di inclusioni minerali e fluide attraverso la ricerca mineralogica di processo. Questo aiuta a valutare in via preliminare la fattibilità del trattamento di potenziali campioni.
Processo di purificazione del quarzo ad alta purezza
Il processo di purificazione del quarzo ad alta purezza si divide principalmente in selezione preliminare dei minerali e purificazione chimica profonda. I metodi di selezione fisica preliminare, come la selezione per colore, la separazione magnetica e la flottazione, possono rimuovere quasi tutte le impurità minerali sotto forma di monomeri. Tuttavia, la selezione fisica non è in grado di rimuovere le inclusioni fluide e le impurità reticolari presenti nel quarzo. Pertanto, la purificazione chimica profonda è essenziale per la preparazione di quarzo ad alta purezza.
Il processo principale della purificazione chimica profonda è la lisciviazione acido-base; il metodo più ampiamente utilizzato è la lisciviazione acida mista (acido fluoridrico come acido di lisciviazione primario).
Inoltre, a causa della presenza di impurità e inclusioni fluide, la purificazione del quarzo ad alta purezza richiede l'utilizzo di differenze di proprietà termiche tra il legame silicio-ossigeno all'interfaccia e il legame metallo-ossigeno. Attraverso la calcinazione ad alta temperatura seguita da un rapido raffreddamento in acqua, le inclusioni si rompono e i cristalli si rompono al punto di trasformazione cristallina, migliorando la velocità di rimozione delle impurità.
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