石英中金屬元素遷移擴散及其機理研究.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具有戰(zhàn)略意義和應用價值。
　　對中國西南某地精制石英砂，分別在真空與氮氣氣氛下焙燒，研究不同焙燒溫度下石英相變熱中雜質金屬元素遷移擴散的規(guī)律，對于揭示高純石英純化機理是一種新的嘗試。采用XRD、ICP、光學顯微鏡以及電子探針分析進行礦物學研究，旨在查明金屬元素在石英中的賦存狀態(tài)及化學含量。在石英相

2、變熱作用下，利用不同氣氛作為保護氣體并誘導雜質金屬元素向石英表面遷移擴散，從而達到純化的目的。采用ICP、XRD、SEM、XPS等測試分析技術對試驗結果進行了分析討論，得到以下結論：
　　1.工藝礦物學研究結果表明：試驗所用石英SiO2含量高達99.968％，主要雜質金屬元素為Na、K、Fe、Al、Ca等，占雜質元素總含量的87.14%。雜質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.焙燒試驗結果表明：采用焙燒去除石英中的 Na、K、Fe元素雜質效果良好，而去除Al、Ca元素的效果一般。
　?、旁谡婵諚l件下，焙燒溫度為1500℃，焙燒3h時，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72.22%。
　　⑵在氮氣氣氛下，焙燒溫度為1500℃，焙燒3h時，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%。
　?、窃诘獨鈿夥障?，焙燒溫度為1500℃時，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86.22%。
　?、葍?yōu)化的工藝條件：在氮氣氣氛下，焙燒溫度1500℃，焙燒4h，石英中的總金屬雜質含量從179.65μg g-1降至108.68μg g-1，作業(yè)去除率達39.50%。這是因為在相同試驗條件下

5、，金屬元素的物理、化學特性不同，遷移擴散的效果表現(xiàn)出較大的差異性。
　　3.焙燒溫度為1500℃時氣氛對石英相變的影響明顯。理論上1447℃時石英開始轉變?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的分析結果表明，在氮氣氣氛中方石英的轉化率明顯高于在真空條件中的轉化率。晶胞參數(shù)的計算結果表明，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，溫度和氣氛對晶胞參數(shù)的影響明顯。說明1500℃時石英晶