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石英礦雜質(zhì)存在形式及應(yīng)用要求

石英礦石一般含有黃鐵礦、磁鐵礦、金紅石、電氣石、赤鐵礦、云母、長(zhǎng)石等雜質(zhì)礦物。

 

石英中的雜質(zhì)主要由晶格雜質(zhì)和包裹體兩種形式,晶格雜質(zhì)點(diǎn)缺陷與外來(lái)離子的摻入有關(guān),由于Al3+、Fe3+、B3+、Ti4+、Ge4+、P5+離子與Si4+半徑相近,可替代原有的硅離子,Li+、K+、Na+、H+、Fe2+等離子直接進(jìn)入平衡空位引起的電子缺陷,達(dá)到電荷中性。

石英在生長(zhǎng)過(guò)程中,可能包含礦化流體和共生礦物,根據(jù)包裹的種類具體分為流體包裹體、礦物包裹體和熔體包裹體。
 
流體包裹體中存在水、二氧化碳、甲烷、氮?dú)獾任镔|(zhì),Na、K、Cl和Ca是主要的雜質(zhì)元素。礦物包裹體中存在氯化物、硅酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽等物質(zhì),Li、Na、K、Ca、Cs、Al、Fe是主要的雜質(zhì)元素。在照明和光纖行業(yè),作為原料的高純石英要求流體夾雜物的含量濃度非常低,因?yàn)榱黧w夾雜物在熔化過(guò)程中的易膨脹導(dǎo)致在硅玻璃熔體中產(chǎn)生大量囊泡。整體來(lái)看,相對(duì)于包裹體雜質(zhì),晶格雜質(zhì)較難去除,其含量的高低影響著高純石英原料的品質(zhì)。
 
高純石英是根據(jù)其雜質(zhì)含量的高低定義,高純石英雜質(zhì)含量為8~50g/g,極高純石英雜質(zhì)含量為1~8g/g,超高純石英雜質(zhì)含量為0.1~1g/g。在產(chǎn)出價(jià)值方面,石英純度越高其附加值越高,生產(chǎn)鏈中石英原料購(gòu)買價(jià)格為255歐元/t,四氯化硅的價(jià)格為630歐元/t,出售給電子行業(yè)的超純石英價(jià)格為8萬(wàn)歐元/t。
 
除此之外,美國(guó)尤尼明公司對(duì)于高純石英也提出了具體標(biāo)準(zhǔn),總體來(lái)看IOTA-STAND-ARD純度為99.998%,IOTA-4純度為99.999%,K、Li、Na總和為1.4×10-6,IOTA-6純度為99.9991%,K、Li、Na總和為0.5×10-6,IOTA-8純度為99.9992%,K、Li、Na總和為8×10-8。具體應(yīng)用會(huì)存在其他的附屬標(biāo)準(zhǔn),燈管和光學(xué)器件需要的石英原料Al濃度低于2×10-5,半導(dǎo)體坩堝Al濃度低于1×10-5,其他金屬小于1×10-7,總雜質(zhì)不超過(guò)1.5×10-5,在微電子器中U和Th濃度低于2×10-9,太陽(yáng)能硅的生產(chǎn)所需原料中P和B濃度應(yīng)非常低,一般在1×10-6范圍內(nèi)。

總之,石英礦石雜質(zhì)的存在形式與含量決定了后期高純石英提純加工的具體工藝,也間接決定了純度的上限。不同標(biāo)準(zhǔn)的高純石英應(yīng)用在不同的領(lǐng)域,因此也對(duì)石英礦、提純工藝提出了更高的要求。
 
資料來(lái)源:《歐陽(yáng)靜,陳廣,梁力行,等.石英礦物資源的提純及在戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用技術(shù)分析[J].礦產(chǎn)保護(hù)與利用,2021(06):35-45》,由【粉體技術(shù)網(wǎng)】編輯整理,轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處!

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