微波和酸蝕作用去除石英砂中氣液包裹體及機(jī)理研究.pdf

1、石英玻璃因具有優(yōu)越的物理、化學(xué)性能,越來(lái)越多的被廣泛作為光電源、光通訊、SiO2薄膜材料、航天、軍工等領(lǐng)域的尖端材料。隨著高科技的不斷發(fā)展,對(duì)石英玻璃原料-石英砂的純度要求越來(lái)越高。然而石英砂中通常含有大量結(jié)構(gòu)組成性雜質(zhì),比如氣液包裹體和雜質(zhì)離子,這些結(jié)構(gòu)組成性雜質(zhì)是形成石英玻璃氣泡、雜質(zhì)缺陷的主要因素。但是,現(xiàn)有工藝技術(shù)難以根本消除此類缺陷。因此,氣液包裹體和羥基水(OH)-的去除是實(shí)現(xiàn)提純石英礦石代替水晶制備高端石英玻璃原料的關(guān)鍵與

2、難點(diǎn)。
　　本文首先提出了采用微波和酸蝕共同作用的方法來(lái)去除石英砂中的氣液包裹體。根據(jù)微波選擇性加熱特點(diǎn),首先選擇適合采用微波和酸蝕工藝的優(yōu)質(zhì)石英礦,并在此基礎(chǔ)上研究了單獨(dú)微波輻射對(duì)石英砂中的氣液包裹體的影響,單獨(dú)酸蝕作用對(duì)石英砂中氣液包裹體的影響以及微波和酸蝕共同作用對(duì)石英砂中的氣液包裹體的影響。同時(shí),進(jìn)一步研究了微波和酸蝕作用去除石英砂中的氣液包裹體機(jī)理。主要研究?jī)?nèi)容有:
　　(1)采用ICPMS和氣相色譜儀對(duì)天然一級(jí)和

3、四級(jí)水晶中雜質(zhì)元素和氣液包裹體含量進(jìn)行了分析,作為優(yōu)選石英礦的標(biāo)準(zhǔn)。采用ICPMS和氣相色譜儀對(duì)馬達(dá)加斯加、河南登封、東海、湖南花垣、湖北麻城,五個(gè)不同的礦區(qū)中的石英礦中雜質(zhì)元素和氣液包裹體含量進(jìn)行了分析,結(jié)果表明馬達(dá)加斯加礦區(qū)的石英礦中雜質(zhì)離子的含量較少,低于一級(jí)水晶,其次為湖北麻城礦區(qū)的石英礦;對(duì)于石英礦中的氣液包裹體而言,馬達(dá)加斯加礦區(qū)的石英礦中H2O的密度為0.657,僅次于江蘇東海地區(qū)的石英礦,但由于江蘇東海地區(qū)石英礦中雜質(zhì)元

4、素含量較高,不適合采用微波和酸蝕作用。采用偏光顯微鏡和紅外光譜儀以及721分光光度計(jì)對(duì)石英砂中氣液包裹體的形態(tài)、水分子的含量以及透光率進(jìn)行了分析,結(jié)果表明馬達(dá)加斯加礦區(qū)的石英礦液相填充度最高且透光率也最高,因此,選用馬達(dá)加斯加地區(qū)的石英礦為本論文的實(shí)驗(yàn)原料。
　　(2)采用1000W-30Min的微波輻射石英砂,通過(guò)紅外光譜儀和偏光顯微鏡觀測(cè)石英砂中氣液包裹體水分子的含量和顯微形態(tài)結(jié)構(gòu)變化,結(jié)果表明在一定的微波作用下水分子的含量顯

5、著增加并且有微小液相包裹體群生成。采用微波和酸蝕共同作用去除石英砂中的氣液包裹體,分析不同實(shí)驗(yàn)條件下石英砂失重情況和光透過(guò)率,確定最佳的工藝參數(shù)液固比為10:1、酸浸時(shí)間為5h、氫氟酸濃度為30％,微波輻射功率為1200W,微波輻射時(shí)間為30Min。研究結(jié)果還表明水浴加熱能夠增加酸蝕效果,隨溫度的升高酸蝕效果越明顯。同時(shí)微波能夠強(qiáng)化酸蝕效果,經(jīng)微波-微波強(qiáng)化酸蝕處理后的石英砂,其H2O的含量大幅降低且遠(yuǎn)小于原料中H2O的含量,在融制成石