石英中金屬元素遷移擴(kuò)散及其機(jī)理研究.pdf

1、近年來，電子工業(yè)和光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，對高純石英的需求量不斷增大。而一、二級優(yōu)質(zhì)水晶資源日益枯竭，探索用普通石英代替水晶制備高純石英的技術(shù)具有戰(zhàn)略意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　對中國西南某地精制石英砂，分別在真空與氮?dú)鈿夥障卤簾芯坎煌簾郎囟认率⑾嘧儫嶂须s質(zhì)金屬元素遷移擴(kuò)散的規(guī)律，對于揭示高純石英純化機(jī)理是一種新的嘗試。采用XRD、ICP、光學(xué)顯微鏡以及電子探針分析進(jìn)行礦物學(xué)研究，旨在查明金屬元素在石英中的賦存狀態(tài)及化學(xué)含量。在石英相

2、變熱作用下，利用不同氣氛作為保護(hù)氣體并誘導(dǎo)雜質(zhì)金屬元素向石英表面遷移擴(kuò)散，從而達(dá)到純化的目的。采用ICP、XRD、SEM、XPS等測試分析技術(shù)對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析討論，得到以下結(jié)論：
　　1.工藝礦物學(xué)研究結(jié)果表明：試驗(yàn)所用石英SiO2含量高達(dá)99.968％，主要雜質(zhì)金屬元素為Na、K、Fe、Al、Ca等，占雜質(zhì)元素總含量的87.14%。雜質(zhì)元素主要富集在微米級礦物包裹體和流體包裹體中，其中主要雜質(zhì)礦物包裹體有云母類、長石類、透輝

3、石等鋁硅酸鹽礦物和含鐵、鈦的金屬礦物，此外還有少量表面浸染鐵。
　　2.焙燒試驗(yàn)結(jié)果表明：采用焙燒去除石英中的 Na、K、Fe元素雜質(zhì)效果良好，而去除Al、Ca元素的效果一般。
　　⑴在真空條件下，焙燒溫度為1500℃，焙燒3h時(shí)，石英樣品中的Na元素含量從50.91μg g-1降至15.14μg g-1，去除率達(dá)72.22%。
　　⑵在氮?dú)鈿夥障?，焙燒溫度?500℃，焙燒3h時(shí)，石英樣品中的K元素含量從23.43μ

4、g g-1降低至5.73μg g-1,去除率為75.54%。
　?、窃诘?dú)鈿夥障?，焙燒溫度?500℃時(shí)，焙燒3h，F(xiàn)e元素的去除效果最好，石英樣品的鐵元素含量從17.78μg g-1降至2.45μg g-1,去除率達(dá)86.22%。
　　⑷優(yōu)化的工藝條件：在氮?dú)鈿夥障?，焙燒溫?500℃，焙燒4h，石英中的總金屬雜質(zhì)含量從179.65μg g-1降至108.68μg g-1，作業(yè)去除率達(dá)39.50%。這是因?yàn)樵谙嗤囼?yàn)條件下

5、，金屬元素的物理、化學(xué)特性不同，遷移擴(kuò)散的效果表現(xiàn)出較大的差異性。
　　3.焙燒溫度為1500℃時(shí)氣氛對石英相變的影響明顯。理論上1447℃時(shí)石英開始轉(zhuǎn)變?yōu)榉绞?，方石英化過程中石英晶胞參數(shù)必然發(fā)生改變。XRD的分析結(jié)果表明，在氮?dú)鈿夥罩蟹绞⒌霓D(zhuǎn)化率明顯高于在真空條件中的轉(zhuǎn)化率。晶胞參數(shù)的計(jì)算結(jié)果表明，600℃~900℃焙燒區(qū)間，溫度和氣氛對晶胞參數(shù)的影響甚微，1500℃時(shí)，溫度和氣氛對晶胞參數(shù)的影響明顯。說明1500℃時(shí)石英晶