Tijdens de vorming van kwartskristallen zullen sommige elementen silicium vervangen. Dit vormt de structurele onzuiverheden van kwarts. Het gehalte aan deze onzuiverheden is zeer laag. Het is moeilijk om ze van het kwarts te scheiden. Ze zijn de meest kritische factor die de kwaliteit van hoogzuiver kwarts beperkt.
Bij de structurele onzuiverheden van kwarts is het gehalte aan Al-onzuiverheidselementen over het algemeen het hoogst. Omdat Al voorkomt in de vorm van Al3+ in plaats van Si4+, wat een onbalans in de lading in het kwartsrooster veroorzaakt, zal het gehalte aan Li, K, Na en andere onzuiverheidselementen toenemen als er een grote hoeveelheid Al-onzuiverheid in kwarts aanwezig is. Daarom kan het Al-gehalte in natuurlijk kwarts worden gebruikt om de kwaliteit van het ruwe kwartsmateriaal te beoordelen.
Onder de bestaande verwerkingstechnologiekunnen roosteronzuiverheden in de kwartsgrondstof nauwelijks worden verwijderd. Hoewel het gehalte aan Al-element in de vorm van roosteronzuiverheden erg laag is, is het uiterst moeilijk te verwijderen, wat de sleutel is tot de uiteindelijke kwaliteit van hoogzuiver kwarts.
Tijdens het hele zuiveringsproces, na roosten en blussen, kunnen magnetische scheiding, zuuruitlogingsproces, kwartsonzuiverheidselementen Fe, Cr, Ni, Na, K, Ca, Mg, Cu, enz. sterk worden verminderd. Na een reeks zuiveringsprocessen is het verwijderingseffect van Al echter beperkt, voornamelijk omdat Al3+ het kristalrooster binnendringt om Si4+ te vervangen, en de ionenstraal relatief dicht bij die van kwarts ligt, wat niet gemakkelijk te zuiveren is.
Op dezelfde manier Ti4+, B3+, P3+ en andere onzuiverheidselementen. Het is duidelijk dat de onzuiverheden in het natuurlijke kwarts, vooral de aanwezigheid van onzuiverheden in de homogene staat, de productie van hoogzuivere kwartsproducten direct beperken wanneer het oorspronkelijke erts Al, Ti, Li, B, P en andere onzuiverheidselementen met een hoog gehalte, het is niet eenvoudig om kwarts met een hoge zuiverheid te verkrijgen.
Typische voorbeelden zijn de kwartsieten uit de regio Noorwegen, die, hoewel ze geassocieerd zijn met een verscheidenheid aan mineralen zoals blauwschist, weinig roosteronzuiverheden hebben en weinig vloeistofinsluitingen bevatten. Er wordt aangenomen dat ze het potentieel hebben om te worden verwerkt tot hoogzuiver kwarts, en pegmatieten uit het Sierra de Comechigones (Argentinië) gebied, die, ondanks hun hoge SiO2-gehalte, zeer moeilijk te verwerken zijn tot hoogzuiver kwarts vanwege de hoog gehalte aan roosteronzuiverheden in het fijnkorrelige kwarts.
Roosteronzuiverheden, de meest kritische factor die de kwaliteit van hoogzuiver kwarts beperkt
Roosteronzuiverheden in de (Al3+, Ti4+)-O-bindingsenergie zijn groter, Al, Ti in plaats van Si in het kwartsrooster om een nieuw [AlO4], [TiO4] te vormen, is het moeilijkst om zich te ontdoen van kwartsroosteronzuiverheidselementen .
Onzuiverheden in de roosterstructuur vormen het ultieme knelpunt bij de verwerking van hoogzuivere kwartsproducten die moeilijk te doorbreken zijn. Om de juiste hoogzuivere kwartsgrondstoffen te selecteren en het beste kwartszuiveringsprogramma te ontwikkelen, is het noodzakelijk om de toestand van onzuiverheidselementen in kwarts te verduidelijken.
De huidige studie van onzuiverheidselementen in de stand van de belangrijkste methoden:
(1) Röntgendiffractiegegevens passend bij verfijningsanalyse;
(2) LA-ICP-MS oppervlaktescanbeeldanalyse;
(3) Analyse van infraroodabsorptiespectroscopie;
(4) Analyse van elektronensondes en energiespectrum;
(5) Karakterisering van kathodoluminescentie.
Momenteel is het chloorbrandproces een effectievere manier om onzuiverheden uit het kwartskristalrooster te verwijderen. Het roosten door chlorering vindt plaats onder de smelttemperatuur van kwarts, en kwartsonzuiverheidscomponenten en chloormiddelen spelen een rol bij chloride en vluchtig kwarts in het chloreringsproces op hoge temperatuur. Er is een kristallijne overgang zodat de metaalionen uit het kwartsrooster, zoals Al3+, Ti4+, enz., kunnen migreren en diffunderen naar het oppervlak van het kwarts. Hcl, NH4Cl en Cl2, enz., om vluchtige componenten te worden om scheiding van het kwarts te bereiken, maar ook om te voorkomen dat onzuiverheidselementen migreren en diffunderen naar het kwartsroosterkoelingsproces, en vervolgens om een effectievere methode voor het verwijderen van onzuiverheden te bereiken . Het scheiden van kwarts voorkomt ook dat de onzuiverheidselementen in het koelproces terechtkomen en vervolgens migreren en diffunderen in het kwartsrooster.
