技术进展
您当前的位置:首页 > 非金属矿应用 > 石英 > 技术进展
 
高纯石英砂中的杂质以及杂质的赋存状态
来源:中国粉体技术网    更新时间:2015-12-29 09:16:54    浏览次数:
 
元素杂质
       元素杂质可以分为两类:结构性杂质和非结构性杂质。结构性杂质是取代硅氧四面体至硅原子的杂质,主要有Al3+、Fe3+、B3+、Ti4+、Ge4+、P5+,而作为电荷补偿的杂质离子(Li+、K+、Na+、H+、Fe2+)主要是存在于晶格间隙中间。Iwasaki通过红外吸收光谱和原子吸收光谱研究了天然石英内部杂质的种类,其研究表明在大然石英中, Al3+置换Si4+后主要是通过Li+补偿电荷平衡,形成Al-LiAl-OH中心,而Na+补偿电荷是一般带有H2O杂质。硅、铝、锂、钠、钾离子半径分别为0.39、0.57、0.78、0.98、1.33A,在然界中广泛存在的硅铝置换有:

                                 
       所以在高纯石英砂中比较高的铝含量用于补偿电荷平衡的碱金属(Li、Na、K)也较高。杂质元素在晶格内赋存状态如图1所示:
                                  

 图元素杂质在石英内赋存状态
        高纯石英玻璃原料纯度高低是由原料中杂质元素(碱金属元素、过渡金属元素、销、硼、磷元素等)含量决定的。石英玻璃中的杂质元素超标,会危及其使用性能,碱金属杂质还会降低其熔点及软化点,严重恶化其使用性能。
        在所有的元素杂质中,其中一价或两价金属离子(Li+、Na+、K+、Ca2+、Mg2+)能使石英玻璃析晶,对其热学性能、光学性能、电学性能影响很大。过渡金属元素如Co、Cr、Cu、Ti、Fe、Mn、Ni等这些着色元素,使石英玻璃产生色斑,使透过率下降,严重影响其光学性能。Al、B、P元素会置换Si原子而存在晶格中,形成较强的化学键,因此很难通过工艺处理将这些元素去除,对于半导体行业来说,微量的BP杂质都足致命的,1ppmB元素变化量会使单晶硅的目标电阻率发生很大变化,在光纤中微量的Al元素都会石英玻璃的光传导效率降低很多。

 
包裹体杂质
       天然石英中普遍含有微小的矿物、硅酸盐熔体和流体包裹体,这些包裹体的丰度主要是结晶的环境和结晶前后矿物变质作用度决定的。矿物色裹体如果在石英中比较多,会严重影响到石英的化学纯度,主要是由于这些包裹在石英品体内部的包裹体很难通过提纯手段加以去除。流体包裹体是石英中最常见的包裹体之一。
       在晶体生长的过程当中形成的是原生包裹体,由于后期裂纹愈合而形成叫做次生包裹体。在流体包裹体中水是最常见的包裏体物质,同时伴有一些气体如CO2、CH4、N2等物质。在包裹体内部一些未溶解的盐会析出形成盐矿物,叫做子矿物。传统方法鉴定出的石英中子矿物一般含有Na、K、Cl、Ca等元素。
        R.Haus研究过气液包裹体和不溶解的子矿物可以使用高温锻烧来去除。固体包裹体被包裹在火成岩和伟晶岩石英矿中很小的包裹体,一般呈现玻璃透明状和晶体形状,部分在花岗岩和伟晶岩石英矿中的包裹体很难以识别,主要是由于包裹体被流体包裹体给掩盖住,硅酸盐熔体包裹体主要包括以下主要元素:Si、Fe、Ca、Al、Na、K等,而在一些伟晶岩石英矿固体包裹体中还包括F、Cu、 B、P、Li、Cs.、Rb 等元素。
 
2.1 固体包裏体
       理论上,所有的杂质矿物出现在石英中都是以微小包裹体形式存在,杂质硅酸岩矿物主要的存在形式见表1-2:
 


       固体包裏体形成有很多原因,一方面是从熔体到固体冷却过程中晶界的位移,另一方面是变质过程中晶格的位移,Adachi就研究针状的金红石由于Ti含量比较高的石英熔体在冷却过程中形成的。石英中固体包裏体大于1微米经常事以锆石、磷灰石、独居石、长石、云母等矿物形式出现;而亚微米的固体包裹体主要是金红石、伊利石、云母、电气石、刚玉、Al2SiO5的同质多晶形式出现。
       国内部分地区如江苏东海地区主耍以绿帘石、金云母、金红石为主要固体包裹体矿物,而广东地区的固体色裹体矿物为赤铁矿、透闪石、云母等,蒙古地区的则是云母、长石、钛铁矿为主要固体包裹体矿物。
 
2.2气液包裹体(流体包裹体)
       矿物包裹体是成岩成矿流体(含气液的流体或者硅酸盐熔融体)在矿物结晶生长过程中被色裹在矿物晶格缺陷或穴窝中的、至今尚在主矿物中封存并与主矿物有着相的界限的那一部分物质。天然石英中流体杂质的成分以及天然石英中水存在形式分别如表1-3、表1-4所示:

     

        
        气液包裹体中的气体和水共同作用会影响石英玻璃的软化温度、高温粘度、扩散系数、机械性能、分相和析晶性能。

欢迎进入【粉体论坛
 
更多精彩!欢迎扫描下方二维码关注中国粉体技术网官方微信(bjyyxtech)
中国粉体技术网微信公众号  bjyyxtech  粉体技术网
 
相关信息 更多>>
高纯石英砂中的杂质以及杂质的赋存状态2015-12-29
 
我要评论
非金属矿应用
石英
滑石
石膏
方解石
石墨
云母
珍珠岩
沸石
石棉
膨润土
硅灰石
菱镁矿
萤石
水洗高岭土
煅烧高岭土
蛭石
长石
硅藻土
海泡石
水镁石
查看全部