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石英砂提纯工艺现状与发展趋势
添加时间:2018-05-28

石英砂提纯工艺现状与发展趋势

1、国内外替代水晶的高纯石英原料的加工现状


我国从20世纪80年代末开始研究石英玻璃的普通石英原料的提纯方法和工艺 ,已经取得一定进展 ,所研究产品能够达到二、三、四级水晶的水平。但由于水晶在我国的储量有限 ,价格昂贵,质地不均匀,有些矿物杂质和工艺过程中的混杂物质不可能除掉。


江苏连云港地区目前处于用水晶作原料制取超纯石英砂的国内最高水平 ,但是大量的工业化生产,矿物组织的均匀性和内在品质的化学含量的不稳定。只适合于中、低档石英玻璃 ,高纯、低羟基石英原料的技术难关还未攻克 ,我国大口径石英管、高质量石英棒和石英锭以及光通信使用的石英玻璃仍需要大量进口。


国外早在20世纪70年代就开始研究利用石英砂诚信网投是真的吗制备高纯石英砂的技术。20 世纪80年代美国PPCC公司在英国西北海岸 Foxdale 地区的花岗岩中提纯石英,产品 SiO2 的含量达 99. 99 % ,Fe 杂质小于1×10-6,其他过渡元素小于5×10-6;20 世纪90年代到目前世界上最大的高纯石英供应商-美国Unimin 公司在北卡罗来那州 Spruce Pine 地区的花岗岩中分选、提纯出高纯石英 ,经提纯后SiO2的含量达99. 99%以上,纯度最高者SiO2的含量达99. 999%以上,其高纯石英在国内外原料市场占据垄断地位。氧化硅的纯度目前正在由99. 9992%向99.9994% 的方向发展。


日本的 Kemmochi 和Sato分别在传统工艺基础上,综合使用浮选、磁选、电选、高温氯化等物理、化学方法提纯技术,将脉石英加工成超高纯石英玻璃原料,以满足光学、光纤套管、电子工业用高档石英玻璃生产的需要 。


2、硅石杂质赋存状态


硅石除了主要矿物石英外 ,通常伴有长石、云母、粘土和铁质等杂质矿物。制备的高纯和超高纯石英原料 ,是除了二氧化硅外其它都是杂质,其中主要的有害杂质是含铁和含铝杂质 ,所以硅质原料提纯方法和工艺流程的进步和改进也主要体现在对含铁杂质和含铝杂质的有效脱除上。


铁在硅石中常以以下几种形式存在以微细粒状态赋存在粘土 ,或者高岭土化的长石中;以氧化铁薄膜形式附着在石英颗粒的表面;含在重矿物和铁矿物等颗粒中;在石英颗粒内部呈浸染或透镜状态或以固溶态存在于石英晶体内部。此外,加工过程中也会混入一定量的机械铁。


含铝杂质主要来自长石、云母和粘土矿物 ,还有Al3+ 替代 Si4+ 存在于石英晶格中。这种异价类质同象的替换,常造成碱金属阳离子进入结构空隙,以保持电子的平衡,形成结构杂质。


此外 ,硅石中普遍存有流体包裹体 , 按其成因可分原生包裹体、假次生包裹体、次生包裹体三类 ,原生包裹体是先于主矿物或与主矿物同时形成的包裹体 ,其特点是包裹体生成后不发生空间上的移动。原生包裹体占据主矿物结晶构造位置上 ,均匀分布于晶体中。


假次生包裹体是在主矿物结晶过程中 ,由于应力和构造作用 ,使已结晶的矿物发生破碎和裂开 ,在这些裂隙中 ,成矿溶液又重新进入而产生重结晶时形成的包裹体。其特点是形成之后在空间上发生过位移。假次生包裹体外端终止于晶体内的一个生长面 ,并存在着明显的排列面。


次生包裹体是形成于主矿物结晶基本完成之后任何过程的包裹体 ,晶体形成后 ,因受外界作用力的影响而破裂 ,产生裂隙 ,这时在环境中活动的含矿溶液就有可能渗入晶体内成为包裹体。次生包裹体一般在后期构造愈合的位置上 ,常沿裂隙分布 ,且几组包裹体可以相交 ,形状较为复杂。


流体体积很小,一般直径在微米左右,粉碎石英矿时,次生包裹体就容易被机械破裂,但原生包裹体,就很难破裂消除 ,即使用高温滚烧也只能将表面局部气体包裹体炸裂,不足以改变内部微小气泡状态。流体包裹体中的小分子气体可以通过高温和延长排气时间等排出。但CO、CO2等气体极难从固体或熔体中排出,造成熔制产品缺陷。


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