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晶格雜質：制約高純石英質量的關鍵性因素
石英晶體在形成過程中，一些元素會替代硅元素進入石英晶體中，形成了石英的結構性雜質。這些雜質含量雖然很低，但從石英中分離難度大，是制約高純石英質量關鍵性因素。
在提純的整個工藝流程中，經過焙燒水淬、磁選、酸浸工序，石英中雜質元素Fe、Cr、Ni、Na、K、Ca、Mg、Cu等可以大幅度降低。但Al在經歷一系列提純工序之后，去除效果有限，這主要是因為Al3+進入晶格替代Si4+、而且離子半徑也比較接近，不易提純。
類似的還有Ti4+、B3+、P3+等雜質元素。可見，天然石英內部的雜質，特別是以類質同像狀態存在的雜質，直接制約著高純石英產品生產，當原礦Al、Ti、Li、B、P等雜質元素含量較高，就不易獲得高純石英。
典型的例子有，Norway地區石英巖，雖與藍晶石等多種礦物共伴生，但其晶格雜質少且幾乎不含流體包裹體，被認為有可能加工為高純石英；而Sierrade Comechigones(Argentina)地區偉晶巖雖然SiO2含量很高，但由于細粒石英中晶格雜質較高，很難被加工為高純石英。
綜上所述，晶格雜質，是制約高純石英質量的關鍵性因素。
偏析剝蝕法：去除石英晶格雜質的新方法
石英中晶格雜質元素被包裹在晶體體相內，散布在石英晶體內部，難以在不破壞石英結構的情況下直接富集和分離，而且晶格雜質元素在石英體相中分布通常較為均勻，即使氫氟酸等可破壞石英晶格的浸出劑也無法有效去除，目前僅有氯化焙燒可以降低石英內Na、K等堿金屬含量，但對于其它雜質元素，特別是Al元素則幾乎沒有效果。為了分離晶格雜質元素，首先要改變晶格雜質元素的分布，使其富集后，才能有效分離去除。
擴散是物質從體系的某個位置自發移動到另一位置的過程，是原子、離子等粒子無規則熱運動的結果。擴散現象普遍存在于氣體、液體和固體中，且是固體中粒子遷移主要途徑。若在特定條件下使晶格雜質元素發生擴散，則可改變晶格雜質元素在石英晶格中的分布。
偏析也稱偏聚，是構成體系的某些組分偏離熱力學平衡組成，在表面、晶界或晶格缺陷處吸附聚集，而使該組分不均勻分布的現象，與化學吸附有一定相似性。
若在擴散的基礎上促使晶格雜質元素發生偏析，則有可能實現雜質元素的富集，最后根據雜質元素偏析情況，采取相應的分離去除方法，就可能達到降低石英中晶格雜質元素濃度的目的。
武漢理工大學的裴振宇博士，在上述設想的基礎上，根據理論計算和試驗分析得出了擴散偏析規律，創建了利用偏析剝蝕純化晶格雜質元素制備高純石英新工藝。
該工藝使用鹽酸浸出來清除石英表面界面雜質；使用氫氧化鈉侵蝕和活化石英表面，增加焙燒中空位生成量；然后通過焙燒促使晶格雜質元素由內部向表面擴散并在表層偏析富集；再用氫氧化鈉剝蝕石英表層，溶解去除富集在石英表層的雜質元素，達到純化晶格雜質元素的目的。
裴博士認為，偏析剝蝕法純化新工藝可以高效去除石英晶格取代雜質元素Al，對晶格填隙雜質元素Na、K也有明顯分離效果。經該工藝處理后石英中Al元素含量由62.79μg/g降低到7.8μg/g，雜質元素總含量由241.77μg/g降低到38.2μg/g，硅、氧總含量達到99.994%，達到了高純石英標準。該研究也為豐富天然石英晶格雜質分離純化理論與技術創新提供了新方法與借鑒。
參考來源：
【1】裴振宇：偏析剝蝕法純化石英晶格雜質及機理研究，武漢理工大學博士學位論文
【2】中國粉體網：高純石英砂提純，最難除掉的竟然是它！
（中國粉體網編輯整理/平安）
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