礦物包裹體是一種成礦成巖的溶液(含氣、液的流體或硅酸鹽熔融體)在礦物結晶生長過程中被包裹在晶格缺陷中,并且至今尚在主礦物中封存并與主礦物有著相的界限的物質。
氣液包裹體主要組成體系有:
一元體系:CO2體系、純H2O體系、CH4體系。
二元體系:CO2H2O體系、NaCl-H2O體系、CH4-H2O體系。
三元體系:CO2-CH4-H2O體系、NaCl-H2O-CO2體系。
根據上表可以看出,石英硅礦中的氣液包裹體含量達2.22684‰,水晶礦的氣液包裹體僅0.14048‰(四級)。水晶礦通過簡單精制就能在0.03‰以下甚至更低,而硅礦目前通過精加工后,仍超過水晶原礦的含量。
根據上可以知道,國外的高純石英砂中氣液包裹體的含量在100mg/kg以內。而國內企業制得的石英砂中氣液包裹體含量的普遍都很高,甚至是國外的好幾倍。由此可知,氣液包裹體的剔除在國際上都是一大難題,并且國內較國外還有一定的差距。
1、石英氣液包裹體剔除方法
?。?)高溫氯化脫氣法
Sato和Kemmochi等通過建立在現有的研究成果上,將高溫氯化、磁選、電選等手段與當時的工藝結合,使石英砂中的雜質含量大幅度的降低,達到了生產高檔石英材料的標準。高溫氯化脫氣法對氣液包裹體的去除是有一定的效果的,然而一些金屬氧化物的氯化機理還是很復雜,特別是高溫氯化的起始溫度還是個難題。美國的尤尼明公司就是主要采用此技術生產高純石英砂,在這項技術上尤尼明公司一直處于國際領先的地位。
(2)酸堿差異腐蝕法
酸堿差異腐蝕法是通過石英晶體與氣液包裹體在酸和堿的腐蝕下有著不同的腐蝕速率,從而使其去除氣液包裹體。
楊軍等采用酸堿差異腐蝕法,也只能去除一部分,其后增加酸堿差異的強度,也沒有明顯的降低。張仕軒的研究當中是利用了差異腐蝕技術,可以有效地除去石英晶體中的氣液包裹體。但是,當反應達到一定程度時部分的氣液包裹體就不再受酸堿差異的影響,導致石英晶體中的氣液包裹體不能被徹底的去除。這也說明了酸堿差異腐蝕對氣液包裹體是有效果的,但是作用也是有一定限度的。
?。?)冷或熱爆裂法
冷或熱爆裂法是通過加熱石英晶體,使其處于高溫的條件下,則石英晶體與其中的氣液包裹體界面將會產生極大的壓力差。這極大壓力差將會使石英晶體內的氣液包裹體炸裂,從而使石英晶體內的氣液包裹體達到去除的效果。
Kravets等一直在研究用熱或冷爆裂法除去石英晶體中氣液包裹體,對一些體積較大的氣液包裹體雜質確實有作用,但是微小氣液包裹體卻難以根除。李清海等是采用熱爆裂法去除二氧化硅微粉中的包裹體,結果表明:升高溫度可以打開包裹體,但是包裹體體積越小則所需溫度越高。張殿飛以硅石為原料,采用冷爆炸和熱酸浸的方法,也就是將硅礦石從零下250~350℃突然投入到450~600℃高溫爐中制備出了99.99%的高純石英粉。趙動針對內蒙古馬牙子山石英礦通過1500℃多次重復熱震,再用HCl、HNO3、HF的三種混合酸洗,可以有效的去除石英砂中的微小氣液包裹體。
?。?)微波輻射法
微波輻射法主要是利用了微波可以選擇性加熱的特點。微波是一種交變電磁波,一般指頻率在300MHz~300GHz的電磁波。微波具有獨特的選擇性加熱、穿透性強、加熱效率高以及熱慣性小等特點。由于SiO2和水的介電常數差異較大,則包裹體內的水分能迅速升溫汽化,導致包裹體內產生極大的壓強,從而在石英晶體內開裂,可以有效的去除氣液包裹體。最開始利用微波去除石英砂中氣液包裹的方法是俄羅斯的Belashev等研究的,他們通過高頻電磁波將一定粒度的石英礦加熱到600℃時,石英砂中的氣液包裹體從9200個迅速降到1000個以內,效果十分顯著,但是Belashev等也只簡單的對實驗和結果做了分析,并沒有進一步的探索其中的機理和原由。侯清麟、李靜等已對某地的90~220目的高純石英砂通過高頻電磁波和混合酸浸剔除了以羥基水分子為主的氣液包裹體。并進行了其機理分析和構建了氣液包裹體破裂的三維力學模型。并且還自主研發了一套大型的高頻電磁波設備。
2、存在問題及建議
目前,我國高純石英砂中的氣液包裹體只能通過紅外光譜定性分析,國內還沒有定量分析的方法及標準,并且國內大多數都是在優化提純的工藝,而提純機理和包裹體中雜質元素的遷移研究甚少。很多企業也沒有認真對不同礦采取一礦一策的辦法提純。導致了理論與實踐的脫節。
并且在國內生產出的高純石英砂的穩定性差,其主要原因還是國內生產出的高純石英砂的測試技術和國外有較大的差距。國外一些企業,例如尤尼明(Unimin)生產高純石英砂時不僅生產專業化要求嚴格,而且生產過程中能時時檢測,生產出來的產品質量很穩定。而國內一些企業,檢測困難、檢測成本高,所以這些企業一般都采用一些低成本的測試技術。而這些低成本的測試技術往往都是檢測不即時,并且精度也低。導致生產出來的產品質量不恒定。所以高純石英砂行業迫切需要精度高、低成本的檢測技術。
資料來源:《侯清麟,肖嘉凱,陳平飛,等.石英砂結構組成性雜質剔除技術現狀[J].廣州化工,2021,49(04):20-24》,由【粉體技術網】編輯整理,轉載請注明出處!
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