中國粉體網(wǎng)訊 石英晶體在形成過程中，一些元素會替代硅元素進入石英晶體中，形成了石英的結(jié)構(gòu)性雜質(zhì)。這些雜質(zhì)含量雖然很低，但從石英中分離難度大，是制約高純石英質(zhì)量最關鍵性因素。
在石英結(jié)構(gòu)性雜質(zhì)中，Al雜質(zhì)元素含量一般最高。由于Al是以Al3+替代Si4+的形式存在，引起了石英晶格內(nèi)部電荷不平衡，當石英中存在大量Al雜質(zhì)時，Li、K、Na等雜質(zhì)元素的含量會增加。因此可以使用天然石英中Al的含量來判斷石英原料的質(zhì)量。
石英晶體中的晶格取代形式
在現(xiàn)有加工技術下，石英原料中晶格雜質(zhì)幾乎不能被除去。以晶格雜質(zhì)形式存在的Al元素含量雖然極低但除去難度極大，是制約高純石英最終質(zhì)量的關鍵。
在提純的整個工藝流程中，經(jīng)過焙燒水淬、磁選、酸浸工序，石英中雜質(zhì)元素Fe、Cr、Ni、Na、K、Ca、Mg、Cu等可以大幅度降低。但Al在經(jīng)歷一系列提純工序之后，去除效果有限，這主要是因為Al3+進入晶格替代Si4+、而且離子半徑也比較接近，不易提純。
類似的還有Ti4+、B3+、P3+等雜質(zhì)元素。可見，天然石英內(nèi)部的雜質(zhì)，特別是以類質(zhì)同像狀態(tài)存在的雜質(zhì)，直接制約著高純石英產(chǎn)品生產(chǎn)，當原礦Al、Ti、Li、B、P等雜質(zhì)元素含量較高，就不易獲得高純石英。
典型的例子有，Norway地區(qū)石英巖，雖與藍晶石等多種礦物共伴生，但其晶格雜質(zhì)少且?guī)缀醪缓黧w包裹體，被認為有可能加工為高純石英；而Sierrade Comechigones(Argentina)地區(qū)偉晶巖雖然SiO2含量很高，但由于細粒石英中晶格雜質(zhì)較高，很難被加工為高純石英。
綜上所述，晶格雜質(zhì)，是制約高純石英質(zhì)量最關鍵性因素。晶格雜質(zhì)中的(Al3+、Ti4+)－O鍵能較大，Al、Ti取代石英晶格中的Si形成新的［AlO4］、［TiO4］，是石英中最難脫除的晶格雜質(zhì)元素。
晶格結(jié)構(gòu)雜質(zhì)是加工高純石英產(chǎn)品難以突破的最終瓶頸。要選擇正確的高純石英原料和制定最佳的石英提純方案，須明確石英中雜質(zhì)元素的賦存狀態(tài)。當前研究雜質(zhì)元素賦存狀態(tài)的方法主要有：(1)X射線衍射數(shù)據(jù)擬合精修分析；(2)LA-ICP-MS面掃描圖像分析；(3)紅外吸收光譜分析；(4)電子探針及能譜分析；(5)陰極發(fā)光特征分析。
目前來看，氯化焙燒工藝是去除石英晶格雜質(zhì)比較有效的方法。氯化焙燒是在低于石英熔點溫度下，石英中的雜質(zhì)組分與氯化劑作用轉(zhuǎn)變?yōu)槁然锒鴵]發(fā)出來，石英在高溫氯化焙燒過程中存在晶型轉(zhuǎn)變，使得石英晶格中的金屬離子如Al3+、Ti4+等可能會遷移擴散到石英表面，與HCl、NH4Cl和Cl2等發(fā)生化學反應變成易揮發(fā)組分而實現(xiàn)與石英的分離，同時也阻止了雜質(zhì)元素在冷卻過程再遷移擴散至石英晶格中。
參考來源：
楊曉勇等，高純石英的研究進展及發(fā)展趨勢，中國科學技術大學
歐陽靜等，石英礦物資源的提純及在戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中的應用技術分析，中南大學
馬超等，高純石英原料礦物學特征與加工技術進展，中國地質(zhì)科學院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所
王云月等，高純石英原料特征和礦床成因研究現(xiàn)狀綜述，合肥工業(yè)大學
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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