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        石英礦雜質存在形式及應用要求

        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、長石等雜質礦物。

         

        石英中的雜質主要由晶格雜質和包裹體兩種形式,晶格雜質點缺陷與外來離子的摻入有關,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+等離子直接進入平衡空位引起的電子缺陷,達到電荷中性。

        石英在生長過程中,可能包含礦化流體和共生礦物,根據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、氮氣等物質,Na、K、Cl和Ca是主要的雜質元素。礦物包裹體中存在氯化物、硅酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽等物質,Li、Na、K、Ca、Cs、Al、Fe是主要的雜質元素。在照明和光纖行業,作為原料的高純石英要求流體夾雜物的含量濃度非常低,因為流體夾雜物在熔化過程中的易膨脹導致在硅玻璃熔體中產生大量囊泡。整體來看,相對于包裹體雜質,晶格雜質較難去除,其含量的高低影響著高純石英原料的品質。
         
        高純石英是根據其雜質含量的高低定義,高純石英雜質含量為8~50g/g,極高純石英雜質含量為1~8g/g,超高純石英雜質含量為0.1~1g/g。在產出價值方面,石英純度越高其附加值越高,生產鏈中石英原料購買價格為255歐元/t,四氯化硅的價格為630歐元/t,出售給電子行業的超純石英價格為8萬歐元/t。
         
        除此之外,美國尤尼明公司對于高純石英也提出了具體標準,總體來看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。具體應用會存在其他的附屬標準,燈管和光學器件需要的石英原料Al濃度低于2×10-5,半導體坩堝Al濃度低于1×10-5,其他金屬小于1×10-7,總雜質不超過1.5×10-5,在微電子器中U和Th濃度低于2×10-9,太陽能硅的生產所需原料中P和B濃度應非常低,一般在1×10-6范圍內。

        總之,石英礦石雜質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。不同標準的高純石英應用在不同的領域,因此也對石英礦、提純工藝提出了更高的要求。
         
        資料來源:《歐陽靜,陳廣,梁力行,等.石英礦物資源的提純及在戰略性新興產業中的應用技術分析[J].礦產保護與利用,2021(06):35-45》,由【粉體技術網】編輯整理,轉載請注明出處!

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