超高純石英純化制備及機(jī)理研究.pdf

1、采用脈石英替代日益枯竭的水晶資源制備超高純石英，替代昂貴的進(jìn)口石英，滿足國內(nèi)市場需求，打破長期被美國壟斷的被動(dòng)局面具有重要意義。本文從四個(gè)方面對超高純石英純化制備及機(jī)理進(jìn)行了深入的研究。
　　采用XRD、ICP-MS、透/反射光兩用顯微鏡、偏光顯微鏡、EPMA、LRM和顯微微熱臺等分析方法，系統(tǒng)地分析了脈石英中固體、流體包裹體賦存狀態(tài)及石英晶格中雜質(zhì)元素的分布。該脈石英含有大量的包裹體，主要物相組成為鉀長石、鈉長石、云母、透輝石、

2、鐵鋁榴石、鈉閃石、黃鐵礦、黃銅礦、赤鐵礦及氯化鉀晶體等。流體包裹體均為氣液兩相型，成分主要有 H2O、CO2、CH4、烴類等。石英晶格中微量Al、Fe、Ti等元素類質(zhì)同象替代Si，均勻分布于石晶體中，但邊緣有所富集。
　　采用EXCEL軟件VBA語言代碼，系統(tǒng)計(jì)算了硅酸鹽、鋁硅酸鹽礦物在混合酸浸出體系中的分解反應(yīng)化學(xué)平衡，構(gòu)建了化學(xué)反應(yīng)方程式、反應(yīng)的始態(tài)、終態(tài)及反應(yīng)平衡。分別計(jì)算出雜質(zhì)礦物混合酸分解過程的熱力學(xué)參數(shù)吉布斯自由能、平

3、衡常數(shù)、ΔrGTΘ=A+BT等，并繪制組分分布圖、Ellingham圖?；跓崃W(xué)方法建立了雜質(zhì)礦物在混合酸浸出體系中分解排序規(guī)律與評價(jià)判據(jù)。雜質(zhì)礦物分解反應(yīng)ΔrGTΘ均<0，且小于石英與 HF、HCl分解反應(yīng)ΔrGTΘ，雜質(zhì)礦物分解反應(yīng)均能自發(fā)進(jìn)行，且優(yōu)先于石英分解，石英純化在熱力學(xué)上是可行的。
　　分別研究了常壓浸出、熱壓浸出、真空焙燒的最佳工藝參數(shù)與純化效果。優(yōu)化了真空焙燒-熱壓浸出聯(lián)合純化工藝，雜質(zhì)元素 Al、Fe、K、N

4、a、Ca、Mg含量分別為：7.9、0.652、1.804、15、3.276、0.344μg·g-1，制備出SiO2含量為99.996wt％的超高純石英。聯(lián)合工藝純化效果優(yōu)于單一純化工藝。
　　通過構(gòu)建高溫Al-F-H2O系、FeS2-F-H2O系Eh-pH圖，揭示了氟鋁、氟硅和氟鐵絡(luò)合物穩(wěn)定性區(qū)域及復(fù)雜的共存關(guān)系。AlF2+與AlF2+離子隨著pH值增加逐漸轉(zhuǎn)化為AlF3(a)、AlF4-、AlF52-及AlF63-。調(diào)控好反應(yīng)體

5、系 Eh和 pH，可有效控制浸出過程中雜質(zhì)礦物分解反應(yīng)條件。研究了真空焙燒對石英晶胞參數(shù)變化、晶型轉(zhuǎn)變與石英純化間的影響，揭示了Al、Fe、K、Na、Ca、Mg能譜面分布規(guī)律，元素特征 X射線光子的面分布密度從大至小依次為：常壓浸出>熱壓浸出>真空焙燒-熱壓浸出。
　　研究表明常壓混合酸分解純礦物的反應(yīng)均為一級反應(yīng)，熱壓浸出，鈉長石、黃鐵礦分解反應(yīng)屬一級反應(yīng)，鉀長石、白云母分解反應(yīng)為二級反應(yīng)?；陔s質(zhì)金屬的多樣性和復(fù)雜性采用差異化

6、方法，按元素分類分別討論了動(dòng)力學(xué)理論模型并加以分析，具有重要的指導(dǎo)作用。常壓浸出，Al、Fe、Na、Ca的去除符合不同控制過程的未反應(yīng)縮核模型，而K的去除則符合Avrami模型-ln(1-x)=ktn，元素Al、Fe、K、Na、Ca、Mg純化過程的表觀活化能分別為：5.587、5.545、95.96、8.35、5.189和1.338 kJ·mol-1；熱壓浸出，Al、Fe、K、Na、Mg的去除均符合Avrami模型-ln(1-x)=kt