Durante a formação dos cristais de quartzo, alguns elementos substituirão o silício. Isto forma as impurezas estruturais do quartzo. O teor destas impurezas é muito baixo. É difícil separá-los do quartzo. Eles são o fator mais crítico que restringe a qualidade do quartzo de alta pureza.
Nas impurezas estruturais de quartzo, o conteúdo do elemento de impureza Al é geralmente o mais alto. Como o Al existe na forma de Al3+ em vez de Si4+, o que causa desequilíbrio de carga na rede de quartzo, quando existe uma grande quantidade de impureza de Al no quartzo, o conteúdo de Li, K, Na e outros elementos de impureza aumentará. Portanto, o teor de Al no quartzo natural pode ser usado para avaliar a qualidade da matéria-prima do quartzo.
Sob a tecnologia de processamento existente, as impurezas da rede na matéria-prima do quartzo dificilmente podem ser removidas. Embora o teor do elemento Al na forma de impurezas reticulares seja muito baixo, é extremamente difícil de remover, o que é a chave para a qualidade final do quartzo de alta pureza.
Em todo o processo de purificação, após torra e têmpera, separação magnética, processo de lixiviação ácida, elementos de impureza de quartzo Fe, Cr, Ni, Na, K, Ca, Mg, Cu, etc. No entanto, após uma série de processos de purificação, o efeito de remoção do Al é limitado, principalmente porque o Al3+ entra na rede cristalina para substituir o Si4+, e o raio iônico é relativamente próximo ao do quartzo, que não é fácil de purificar.
Da mesma forma, Ti4+, B3+, P3+ e outros elementos de impureza. Pode-se observar que as impurezas contidas no quartzo natural, principalmente a presença de impurezas no estado homogêneo, restringem diretamente a produção de produtos de quartzo de alta pureza quando o minério original Al, Ti, Li, B, P e outros elementos de impureza em alto teor, não é fácil obter quartzo de alta pureza.
Exemplos típicos são os quartzitos da região da Noruega, que, embora co-associados a uma variedade de minerais como o xisto azul, apresentam poucas impurezas na rede e contêm poucas inclusões fluidas. Considera-se que têm potencial para serem processados em quartzo de alta pureza e pegmatitos da região de Sierra de Comechigones (Argentina), que, apesar de seu alto teor de SiO2, são muito difíceis de serem processados em quartzo de alta pureza devido ao alto nível de impurezas de rede no quartzo de granulação mais fina.
Impurezas reticulares, o fator mais crítico que limita a qualidade do quartzo de alta pureza
As impurezas da rede na energia da ligação (Al3+, Ti4+)-O são maiores, Al, Ti em vez de Si na rede de quartzo para formar um novo [AlO4], [TiO4], é o mais difícil de se livrar dos elementos de impureza da rede de quartzo .
As impurezas da estrutura reticulada são o gargalo final no processamento de produtos de quartzo de alta pureza que são difíceis de romper. Para selecionar as matérias-primas corretas de quartzo de alta pureza e desenvolver o melhor programa de purificação de quartzo, é necessário esclarecer o estado dos elementos de impureza no quartzo.
O estudo atual de elementos de impureza no estado dos principais métodos:
(1) análise de refinamento de ajuste de dados de difração de raios X;
(2) análise de imagem de varredura de superfície LA-ICP-MS;
(3) Análise por espectroscopia de absorção no infravermelho;
(4) Sonda eletrônica e análise de espectro de energia;
(5) Caracterização da catodoluminescência.
Atualmente, o processo de torrefação com cloro é uma forma mais eficaz de remover impurezas da estrutura do cristal de quartzo. A torrefação por cloração está abaixo da temperatura de fusão do quartzo, e os componentes de impureza do quartzo e os agentes de cloro desempenham um papel no cloreto e no quartzo volátil no processo de torrefação por cloração em alta temperatura. Há uma transição cristalina de modo que os íons metálicos da rede de quartzo, como Al3+, Ti4+, etc., podem migrar e difundir-se para a superfície do quartzo. Hcl, NH4Cl e Cl2, etc., para se tornarem componentes voláteis para conseguir a separação do quartzo, mas também para evitar que elementos de impureza migrem e se difundam para o processo de resfriamento da rede de quartzo e, em seguida, para alcançar um método mais eficaz de remoção de impurezas . A separação do quartzo também evita os elementos de impureza no processo de resfriamento e depois migra e se difunde na rede de quartzo.
