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硅石原料的提纯及处理

浏览数量:0     作者:本站编辑     发布时间: 2021-05-24      来源:本站

石英玻璃管是单一SiO2组分的特种玻璃材料,具有优良的光学、热性能、化学稳定性和耐辐照性能,因而在电子工业、电光源、光通讯、军工等方面具有广泛的用途。随着科技的发展,尖端科技领域对高质量石英玻璃的需求量不断增加。 
石英玻璃的传统原料矿是天然熔炼水晶。我国水晶资源匮乏,且经多年的开采与使用,资源已近枯竭,促使人们探索新的石英玻璃原料矿种。近几十年来,人们致力于开发地壳上广泛分布的硅石矿物来替代石英玻璃的水晶原料矿。在20世纪70年代末,美国开始探索花岗岩中的硅石代替熔炼水晶,到20世纪90年代,Kemmochi和Sato分别用硅石加工出可用于生产高档石英玻璃的超高纯石英粉。我国从20世纪80年代末开始研究石英玻璃的硅石原料,已取得一定程度的进展,现达到替代三、四级熔炼水晶的水平,满足中低档石英玻璃的需要。 
硅石(也叫石英石)与天然水晶在化学组成上是一致的,主体成分都是二氧化硅,纯度高的硅石SiO2含量可达99.85%左右,经过提纯可替代水晶作为石英玻璃的原料。硅石是重要的工业矿物原料,在传统的工业生产和现代科技中都得到非常广泛的应用,经过加工的硅石粉料,是各种工业陶瓷和日用陶瓷用作坯料和釉料的原料;是制造平板玻璃和玻璃制品的主要原料;是机械铸造工业用作造型材料的主要原料;是化学工业中制造水玻璃、硅胶、干燥剂以及各种硅酸盐、无水硅酸、有机硅等化工产品的原料。本文综述了硅石原料的矿物特征及其作为石英玻璃原料的处理、提纯工艺,对开发新的石英玻璃原料资源具有重要的现实意义。 
硅石原料的矿产资源概况
硅质原料是自然界广泛分布的一种重要的矿产资源,是一种以SiO2为主要化学组分和以石英为主要矿物组分的矿物原料的统称。工业上把块状硅质原料统称为硅石(石英石)。硅石的岩石种类有石英岩、石英砂岩、燧石岩、石英片岩、脉石英和石英砂等。我国硅石资源十分丰富,主要特点是类型齐全,分布广泛。但中低质量矿多,优质硅石资源少。
硅石按其形成的温度、所含杂质、晶形、气液包裹体含量等各种物理化学性质的差异分为四大类:岩浆型、变质型、水热生长型及沉积型。 岩浆型花岗岩中的石英晶粒、变质岩型石英中的元古代石英、水热生长型石英中早期形成的伟晶岩型石英等纯度高,含气液包裹体少。这些石英经提纯加工后有可能代替水晶。 
岩浆岩石英由高温岩浆缓慢结晶而成(700~1000℃)。由于岩浆温度高,冷却缓慢,石英体系内的杂质易于析出,因此石英纯度高,气-液包裹体也少,形成高品质石英,但在花岗岩中的石英含量仅占5%~25%。
变质岩型石英是岩浆岩或沉积岩后期受到温度、压力、溶液等环境条件的变化,矿物成分和结构在固相条件下发生变化的岩石。变质岩型石英含量一般在85%以上。 水热生长型石英分两种,伟晶岩石英和脉石英。伟晶岩石英形成温度500~700℃,脉石英形成温度为50~500℃。早期形成的伟晶岩石英结晶速度快时呈小颗粒结构晶体,其挥发成分少,品质较高。在高温(400~500℃)条件下形成的脉石英透明度高,含气液包裹体相对较少,低温形成的脉石英为乳白色,内含大量气液包裹体,不能做透明石英玻璃原料。水热生长型石英含量一般在50%~100%之间。
沉积型石英岩是由松散矿物固结而形成,由于沉积物来源较复杂,形成的温度低(0~50℃),因此石英内含有多种杂质和大量气液包裹体。这种类型的石英不可能代替水晶,只能作为平板玻璃等产品的原料。石英砂岩矿石英含量一般都在95%以上。


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