天然石英礦中哪些雜質難以去除?

天然石英中的雜質主要類型有晶格雜質、流體包裹體、礦物包裹體、晶間雜質、微米包裹體等。

石英中的礦物包裹體和熔融包裹體極其細小,並被石英緊密包裹,因此很難透過冶煉方法在不破壞石英晶體的情況下將其去除。

石英礦物中雜質的賦存形態及其純化難度

雜質類型發生形式淨化難度
晶格雜質晶格替代(Al3+Al3+、Fe3+Fe3+、B3+B3+、Ti4+Ti4+、Ge4+Ge4+、P5+P5+)、間隙通道電荷補償(Li+Li+、K+K+、Na+Na+、H+H+、Fe2+Fe2+)極難去除
礦物包裹體細粒金紅石、雲母、長石、黏土等。部分可拆卸
流體包裹體氣體、液態鹽(NaNa、KK、HH、CaCa、ClCl)和 CO2CO2、N2N2、H2SH2S、CH4CH4大號可拆卸
晶間雜質沿著晶粒邊界的雜質微晶、礦物包裹體和流體包裹體可拆卸的
亞微米內含物針狀微鋯石、磷灰石、獨居石、長石、雲母極難記住

流體包裹體對高純度石英的影響主要體現在兩個方面:首先,流體包裹體中富含金屬離子,這是影響石英純度的主要因素之一;其次,這些流體包裹體在石英熔融過程中不會完全破裂,加熱產生的氣體在黏度較高的石英熔體中難以排出,這是造成石英玻璃製品中氣泡缺陷的主要原因之一。

研究表明,石英中流體包裹體的含量與石英製品中氣泡缺陷的數量成正比。

因此,石英中礦物包裹體和流體包裹體的含量是影響石英產品品質的主要因素之一。要判斷一塊石英礦石能否產出高純度石英砂,需要透過製程礦物學研究來評估礦物包裹體和流體包裹體的含量,以便初步評估潛在樣品加工處理的可行性。

高純度石英的純化製程主要分為礦物初步分選和化學深度純化。色選、磁選、浮選等初步物理分選方法可以去除幾乎所有單體形式的礦物雜質,但物理分選無法去除石英中的流體包裹體和晶格雜質。因此,化學深度純化對於製備高純度石英至關重要。

化學深度淨化的核心製程是酸鹼浸出,其中混酸浸出(以氫氟酸為主要浸出酸)是應用最廣泛的方法。
此外,由於雜質元素及流體包裹體的存在,高純度石英的純化需要利用界面矽氧鍵與金屬氧鍵的熱性質差異,透過高溫煅燒後快速水淬,使包裹體爆裂,在晶體轉變點處使晶體開裂,提高雜質去除率。

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