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晶格雜質(zhì)：制約高純石英質(zhì)量的關(guān)鍵性因素
石英晶體在形成過程中,，一些元素會(huì)替代硅元素進(jìn)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)量關(guān)鍵性因素,。
在提純的整個(gè)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?yàn)锳l3+進(jìn)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,�,？梢�,，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(dāng)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(lán)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(rèn)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(xì)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)量的關(guān)鍵性因素,。
偏析剝蝕法：去除石英晶格雜質(zhì)的新方法
石英中晶格雜質(zhì)元素被包裹在晶體體相內(nèi),，散布在石英晶體內(nèi)部，難以在不破壞石英結(jié)構(gòu)的情況下直接富集和分離,，而且晶格雜質(zhì)元素在石英體相中分布通常較為均勻,，即使氫氟酸等可破壞石英晶格的浸出劑也無法有效去除，目前僅有氯化焙燒可以降低石英內(nèi)Na,、K等堿金屬含量,，但對(duì)于其它雜質(zhì)元素，特別是Al元素則幾乎沒有效果,。為了分離晶格雜質(zhì)元素,，首先要改變晶格雜質(zhì)元素的分布，使其富集后,，才能有效分離去除,。
擴(kuò)散是物質(zhì)從體系的某個(gè)位置自發(fā)移動(dòng)到另一位置的過程，是原子,、離子等粒子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的結(jié)果,。擴(kuò)散現(xiàn)象普遍存在于氣體、液體和固體中，且是固體中粒子遷移主要途徑,。若在特定條件下使晶格雜質(zhì)元素發(fā)生擴(kuò)散,，則可改變晶格雜質(zhì)元素在石英晶格中的分布。
偏析也稱偏聚,，是構(gòu)成體系的某些組分偏離熱力學(xué)平衡組成,，在表面、晶界或晶格缺陷處吸附聚集,，而使該組分不均勻分布的現(xiàn)象,，與化學(xué)吸附有一定相似性。
若在擴(kuò)散的基礎(chǔ)上促使晶格雜質(zhì)元素發(fā)生偏析,，則有可能實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)元素的富集,，最后根據(jù)雜質(zhì)元素偏析情況，采取相應(yīng)的分離去除方法,，就可能達(dá)到降低石英中晶格雜質(zhì)元素濃度的目的。
武漢理工大學(xué)的裴振宇博士,，在上述設(shè)想的基礎(chǔ)上,，根據(jù)理論計(jì)算和試驗(yàn)分析得出了擴(kuò)散偏析規(guī)律，創(chuàng)建了利用偏析剝蝕純化晶格雜質(zhì)元素制備高純石英新工藝,。
該工藝使用鹽酸浸出來清除石英表面界面雜質(zhì),；使用氫氧化鈉侵蝕和活化石英表面，增加焙燒中空位生成量,；然后通過焙燒促使晶格雜質(zhì)元素由內(nèi)部向表面擴(kuò)散并在表層偏析富集,；再用氫氧化鈉剝蝕石英表層，溶解去除富集在石英表層的雜質(zhì)元素,，達(dá)到純化晶格雜質(zhì)元素的目的,。
裴博士認(rèn)為，偏析剝蝕法純化新工藝可以高效去除石英晶格取代雜質(zhì)元素Al,，對(duì)晶格填隙雜質(zhì)元素Na,、K也有明顯分離效果。經(jīng)該工藝處理后石英中Al元素含量由62.79μg/g降低到7.8μg/g,，雜質(zhì)元素總含量由241.77μg/g降低到38.2μg/g,，硅、氧總含量達(dá)到99.994%,，達(dá)到了高純石英標(biāo)準(zhǔn),。該研究也為豐富天然石英晶格雜質(zhì)分離純化理論與技術(shù)創(chuàng)新提供了新方法與借鑒。
參考來源：
【1】裴振宇：偏析剝蝕法純化石英晶格雜質(zhì)及機(jī)理研究,，武漢理工大學(xué)博士學(xué)位論文
【2】中國粉體網(wǎng)：高純石英砂提純,，最難除掉的竟然是它！
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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