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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(mǎi)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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