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高純石英砂制備技術(shù)與原理 版權(quán)信息
- ISBN：9787030746368
- 條形碼：9787030746368 ; 978-7-03-074636-8
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊(cè)數(shù)：暫無(wú)
- 重量：暫無(wú)
- 所屬分類：>
高純石英砂制備技術(shù)與原理 內(nèi)容簡(jiǎn)介
本書(shū)闡明高純石英砂制備技術(shù)與原理，內(nèi)容涵蓋石英資源概況、工藝礦物學(xué)、預(yù)處理、（反）浮選、高溫（氣氛）焙燒-水淬、常（熱）壓酸浸等技術(shù)，并對(duì)焙燒及酸浸的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)及機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)闡述，提出高純石英砂的偏析剝蝕純化技術(shù)及其原理。每種制備技術(shù)都是按條件試驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析、機(jī)理研究等部分進(jìn)行介紹，結(jié)構(gòu)清晰完整，尤為注重高純石英砂制備技術(shù)的實(shí)用性，使讀者能夠充分了解高純石英砂的制備新技術(shù)及基礎(chǔ)原理，并能*終應(yīng)用到相關(guān)研究及實(shí)際生產(chǎn)中。
高純石英砂制備技術(shù)與原理 目錄
目錄
第1章 緒論 1
1.1 石英資源概況 1
1.2 石英基本性質(zhì) 2
1.2.1 石英礦物學(xué)特征 2
1.2.2 石英物理化學(xué)性質(zhì) 3
1.3 石英中雜質(zhì)賦存狀態(tài) 4
1.3.1 伴生脈石礦物 4
1.3.2 微細(xì)粒礦物、硅酸鹽熔體、流體包裹體雜質(zhì) 5
1.3.3 亞微米級(jí)、納米級(jí)包裹體雜質(zhì) 6
1.3.4 石英晶格結(jié)構(gòu)型雜質(zhì) 6
1.4 高純石英砂 8
1.4.1 石英砂分類及定義 8
1.4.2 高純石英砂用途 9
1.4.3 高純石英砂產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) 11
1.5 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11
1.5.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀 11
1.5.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 12
1.6 高純石英砂制備方法 13
1.6.1 破碎與磨礦 13
1.6.2 重選、磁選與浮選 14
1.6.3 化學(xué)浸出 17
1.6.4 高溫氣氛焙燒 19
1.6.5 其他方法 20
1.7 偏析剝蝕技術(shù)及其設(shè)想 20
1.7.1 擴(kuò)散與偏析基本理論 20
1.7.2 石英純化中的擴(kuò)散偏析 23
第2章 工藝礦物學(xué)分析 26
2.1 化學(xué)成分分析 26
2.2 X射線粉末衍射分析 26
2.3 巖相學(xué)與包裹體顯微分析 27
2.4 電子探針微區(qū)分析 33
2.5 激光拉曼光譜與顯微鏡熱臺(tái)分析 42
第3章 反浮選除雜技術(shù) 48
3.1 預(yù)處理 48
3.2 反浮選除雜過(guò)程 50
3.2.1 含鐵礦物反浮選 51
3.2.2 云母反浮選 55
3.2.3 長(zhǎng)石反浮選 56
3.2.4 抑制劑的影響 59
3.2.5 推薦的反浮選流程 60
第4章 金屬雜質(zhì)浸出熱力學(xué) 61
4.1 浸出過(guò)程的熱力學(xué)研究方法 61
4.1.1 熱力學(xué)計(jì)算方法 61
4.1.2 Eh-pH圖 63
4.1.3 絡(luò)合平衡 64
4.1.4 組分圖 65
4.2 硅酸鹽礦物包裹體分解熱力學(xué) 66
4.2.1 硅酸鹽礦物酸浸分解過(guò)程 66
4.2.2 迭代法計(jì)算酸浸體系溶液平衡 70
4.2.3 硅酸鹽礦物酸浸分解熱力學(xué) 71
4.2.4 鋁硅酸鹽礦物酸浸分解熱力學(xué) 72
4.3 含鐵雜質(zhì)礦物酸浸分解熱力學(xué) 77
4.4 脈石英酸浸過(guò)程熱力學(xué) 78
4.4.1 脈石英酸浸反應(yīng)吉布斯自由能 78
4.4.2 脈石英酸浸反應(yīng)埃林厄姆圖 81
第5章 常壓酸浸技術(shù)及機(jī)理 83
5.1 常壓酸浸試驗(yàn)及表征方法 83
5.1.1 常壓酸浸試驗(yàn)方法 83
5.1.2 常壓酸浸表征方法 84
5.2 不同種類酸對(duì)石英砂酸浸的影響 86
5.2.1 鹽酸 87
5.2.2 氫氟酸 88
5.3 浸出條件對(duì)酸浸的影響 89
5.3.1 氧化劑 90
5.3.2 絡(luò)合劑 90
5.3.3 輔助浸出劑 91
5.3.4 攪拌速度 92
5.3.5 液固比 92
5.3.6 反應(yīng)溫度 93
5.3.7 反應(yīng)時(shí)間 94
5.4 浸出顆粒形貌分析 95
5.4.1 石英顆粒表面形貌 95
5.4.2 石英顆粒剖面形貌 96
5.5 常壓酸浸動(dòng)力學(xué)分析 99
5.5.1 動(dòng)力學(xué)研究方法及宏觀動(dòng)力學(xué)模型 100
5.5.2 雜質(zhì)礦物浸出動(dòng)力學(xué) 104
5.5.3 雜質(zhì)元素浸出動(dòng)力學(xué) 105
5.6 酸浸純化機(jī)理 112
第6章 真空高溫焙燒技術(shù)及機(jī)理 114
6.1 真空高溫焙燒試驗(yàn)及表征方法 114
6.1.1 真空高溫焙燒試驗(yàn)方法 114
6.1.2 真空高溫焙燒表征方法 115
6.2 真空高溫焙燒結(jié)果分析 115
6.2.1 焙燒溫度的影響 115
6.2.2 保溫時(shí)間的影響 120
6.3 真空高溫焙燒機(jī)理 121
6.3.1 石英顆粒剖面形貌分析 121
6.3.2 石英晶型轉(zhuǎn)變機(jī)理 124
第7章 氣氛焙燒技術(shù)及機(jī)理 127
7.1 空氣焙燒試驗(yàn) 127
7.1.1 焙燒溫度 127
7.1.2 焙燒時(shí)間 128
7.1.3 晶粒大小 130
7.1.4 表面濃度 132
7.1.5 表面蒸發(fā) 134
7.2 惰性氣氛焙燒試驗(yàn) 138
7.2.1 雜質(zhì)元素純化效果 138
7.2.2 石英顆粒表面形貌 144
7.2.3 晶胞參數(shù) 149
7.2.4 表面化學(xué)元素 158
7.3 氯化焙燒試驗(yàn) 160
7.3.1 固態(tài)氯化劑 160
7.3.2 氣態(tài)氯化劑 162
7.3.3 石英晶型轉(zhuǎn)變 163
7.3.4 晶胞參數(shù)變化 165
7.3.5 表面雜質(zhì)含量變化 166
7.4 氣氛焙燒機(jī)理 167
第8章 偏析剝蝕純化技術(shù) 172
8.1 擴(kuò)散濃度分布曲線 172
8.1.1 雜質(zhì)元素濃度 173
8.1.2 石英剝蝕量 175
8.2 剝蝕方法 176
8.3 剝蝕樣品分析 178
8.3.1 剖面雜質(zhì)含量 178
8.3.2 比表面積 178
8.3.3 顆粒表面形貌 180
8.4 擴(kuò)散偏析與剝蝕聯(lián)合技術(shù) 182
8.4.1 流程與效果 182
8.4.2 特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì) 184
第9章 熱壓酸浸技術(shù)及機(jī)理 185
9.1 熱壓酸浸研究方法 185
9.1.1 熱壓酸浸試驗(yàn)裝置 185
9.1.2 溶液飽和蒸汽壓 186
9.2 熱壓酸浸影響因素 187
9.2.1 混酸 187
9.2.2 液固比 189
9.2.3 反應(yīng)時(shí)間 190
9.2.4 反應(yīng)溫度 191
9.3 熱壓酸浸固體分析 192
9.3.1 石英顆粒表面形貌 192
9.3.2 石英顆粒剖面形貌 193
9.4 熱壓酸浸熱動(dòng)力學(xué) 198
9.4.1 酸浸過(guò)程Eh-pH圖 198
9.4.2 雜質(zhì)礦物分解動(dòng)力學(xué) 205
9.4.3 雜質(zhì)元素浸出動(dòng)力學(xué) 206
參考文獻(xiàn) 214
附錄A HF分解締合反應(yīng)電離平衡計(jì)算 227
附錄B 硅酸鹽礦物分解電離平衡計(jì)算 228
附錄C 鋁硅酸鹽礦物分解電離平衡計(jì)算 229
附錄D 各物質(zhì)反應(yīng)吉布斯自由能值 235
附錄E 浸出過(guò)程宏觀動(dòng)力學(xué)模型 239
第1章 緒論 1
1.1 石英資源概況 1
1.2 石英基本性質(zhì) 2
1.2.1 石英礦物學(xué)特征 2
1.2.2 石英物理化學(xué)性質(zhì) 3
1.3 石英中雜質(zhì)賦存狀態(tài) 4
1.3.1 伴生脈石礦物 4
1.3.2 微細(xì)粒礦物、硅酸鹽熔體、流體包裹體雜質(zhì) 5
1.3.3 亞微米級(jí)、納米級(jí)包裹體雜質(zhì) 6
1.3.4 石英晶格結(jié)構(gòu)型雜質(zhì) 6
1.4 高純石英砂 8
1.4.1 石英砂分類及定義 8
1.4.2 高純石英砂用途 9
1.4.3 高純石英砂產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) 11
1.5 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11
1.5.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀 11
1.5.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 12
1.6 高純石英砂制備方法 13
1.6.1 破碎與磨礦 13
1.6.2 重選、磁選與浮選 14
1.6.3 化學(xué)浸出 17
1.6.4 高溫氣氛焙燒 19
1.6.5 其他方法 20
1.7 偏析剝蝕技術(shù)及其設(shè)想 20
1.7.1 擴(kuò)散與偏析基本理論 20
1.7.2 石英純化中的擴(kuò)散偏析 23
第2章 工藝礦物學(xué)分析 26
2.1 化學(xué)成分分析 26
2.2 X射線粉末衍射分析 26
2.3 巖相學(xué)與包裹體顯微分析 27
2.4 電子探針微區(qū)分析 33
2.5 激光拉曼光譜與顯微鏡熱臺(tái)分析 42
第3章 反浮選除雜技術(shù) 48
3.1 預(yù)處理 48
3.2 反浮選除雜過(guò)程 50
3.2.1 含鐵礦物反浮選 51
3.2.2 云母反浮選 55
3.2.3 長(zhǎng)石反浮選 56
3.2.4 抑制劑的影響 59
3.2.5 推薦的反浮選流程 60
第4章 金屬雜質(zhì)浸出熱力學(xué) 61
4.1 浸出過(guò)程的熱力學(xué)研究方法 61
4.1.1 熱力學(xué)計(jì)算方法 61
4.1.2 Eh-pH圖 63
4.1.3 絡(luò)合平衡 64
4.1.4 組分圖 65
4.2 硅酸鹽礦物包裹體分解熱力學(xué) 66
4.2.1 硅酸鹽礦物酸浸分解過(guò)程 66
4.2.2 迭代法計(jì)算酸浸體系溶液平衡 70
4.2.3 硅酸鹽礦物酸浸分解熱力學(xué) 71
4.2.4 鋁硅酸鹽礦物酸浸分解熱力學(xué) 72
4.3 含鐵雜質(zhì)礦物酸浸分解熱力學(xué) 77
4.4 脈石英酸浸過(guò)程熱力學(xué) 78
4.4.1 脈石英酸浸反應(yīng)吉布斯自由能 78
4.4.2 脈石英酸浸反應(yīng)埃林厄姆圖 81
第5章 常壓酸浸技術(shù)及機(jī)理 83
5.1 常壓酸浸試驗(yàn)及表征方法 83
5.1.1 常壓酸浸試驗(yàn)方法 83
5.1.2 常壓酸浸表征方法 84
5.2 不同種類酸對(duì)石英砂酸浸的影響 86
5.2.1 鹽酸 87
5.2.2 氫氟酸 88
5.3 浸出條件對(duì)酸浸的影響 89
5.3.1 氧化劑 90
5.3.2 絡(luò)合劑 90
5.3.3 輔助浸出劑 91
5.3.4 攪拌速度 92
5.3.5 液固比 92
5.3.6 反應(yīng)溫度 93
5.3.7 反應(yīng)時(shí)間 94
5.4 浸出顆粒形貌分析 95
5.4.1 石英顆粒表面形貌 95
5.4.2 石英顆粒剖面形貌 96
5.5 常壓酸浸動(dòng)力學(xué)分析 99
5.5.1 動(dòng)力學(xué)研究方法及宏觀動(dòng)力學(xué)模型 100
5.5.2 雜質(zhì)礦物浸出動(dòng)力學(xué) 104
5.5.3 雜質(zhì)元素浸出動(dòng)力學(xué) 105
5.6 酸浸純化機(jī)理 112
第6章 真空高溫焙燒技術(shù)及機(jī)理 114
6.1 真空高溫焙燒試驗(yàn)及表征方法 114
6.1.1 真空高溫焙燒試驗(yàn)方法 114
6.1.2 真空高溫焙燒表征方法 115
6.2 真空高溫焙燒結(jié)果分析 115
6.2.1 焙燒溫度的影響 115
6.2.2 保溫時(shí)間的影響 120
6.3 真空高溫焙燒機(jī)理 121
6.3.1 石英顆粒剖面形貌分析 121
6.3.2 石英晶型轉(zhuǎn)變機(jī)理 124
第7章 氣氛焙燒技術(shù)及機(jī)理 127
7.1 空氣焙燒試驗(yàn) 127
7.1.1 焙燒溫度 127
7.1.2 焙燒時(shí)間 128
7.1.3 晶粒大小 130
7.1.4 表面濃度 132
7.1.5 表面蒸發(fā) 134
7.2 惰性氣氛焙燒試驗(yàn) 138
7.2.1 雜質(zhì)元素純化效果 138
7.2.2 石英顆粒表面形貌 144
7.2.3 晶胞參數(shù) 149
7.2.4 表面化學(xué)元素 158
7.3 氯化焙燒試驗(yàn) 160
7.3.1 固態(tài)氯化劑 160
7.3.2 氣態(tài)氯化劑 162
7.3.3 石英晶型轉(zhuǎn)變 163
7.3.4 晶胞參數(shù)變化 165
7.3.5 表面雜質(zhì)含量變化 166
7.4 氣氛焙燒機(jī)理 167
第8章 偏析剝蝕純化技術(shù) 172
8.1 擴(kuò)散濃度分布曲線 172
8.1.1 雜質(zhì)元素濃度 173
8.1.2 石英剝蝕量 175
8.2 剝蝕方法 176
8.3 剝蝕樣品分析 178
8.3.1 剖面雜質(zhì)含量 178
8.3.2 比表面積 178
8.3.3 顆粒表面形貌 180
8.4 擴(kuò)散偏析與剝蝕聯(lián)合技術(shù) 182
8.4.1 流程與效果 182
8.4.2 特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì) 184
第9章 熱壓酸浸技術(shù)及機(jī)理 185
9.1 熱壓酸浸研究方法 185
9.1.1 熱壓酸浸試驗(yàn)裝置 185
9.1.2 溶液飽和蒸汽壓 186
9.2 熱壓酸浸影響因素 187
9.2.1 混酸 187
9.2.2 液固比 189
9.2.3 反應(yīng)時(shí)間 190
9.2.4 反應(yīng)溫度 191
9.3 熱壓酸浸固體分析 192
9.3.1 石英顆粒表面形貌 192
9.3.2 石英顆粒剖面形貌 193
9.4 熱壓酸浸熱動(dòng)力學(xué) 198
9.4.1 酸浸過(guò)程Eh-pH圖 198
9.4.2 雜質(zhì)礦物分解動(dòng)力學(xué) 205
9.4.3 雜質(zhì)元素浸出動(dòng)力學(xué) 206
參考文獻(xiàn) 214
附錄A HF分解締合反應(yīng)電離平衡計(jì)算 227
附錄B 硅酸鹽礦物分解電離平衡計(jì)算 228
附錄C 鋁硅酸鹽礦物分解電離平衡計(jì)算 229
附錄D 各物質(zhì)反應(yīng)吉布斯自由能值 235
附錄E 浸出過(guò)程宏觀動(dòng)力學(xué)模型 239
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高純石英砂制備技術(shù)與原理 節(jié)選
第1章 緒論 1.1 石英資源概況 硅質(zhì)原料在自然界分布十分廣泛，其礦物成分以石英為主，化學(xué)成分主要為SiO2，是一大類礦物原料的統(tǒng)稱。塊狀硅質(zhì)原料在工業(yè)上常統(tǒng)稱為硅石（石英石），代表性巖石有石英巖、石英砂巖、燧石巖、石英片巖、脈石英和石英砂等；根據(jù)不同物理化學(xué)特性，可分為巖漿巖型、變質(zhì)型、熱液型、沉積型等[1]。硅石中多含有復(fù)雜的伴生雜質(zhì)礦物、氣液包裹體，給硅質(zhì)資源開(kāi)發(fā)利用，特別是高純度電子產(chǎn)品的生產(chǎn)帶來(lái)困難，必須經(jīng)過(guò)精加工方能滿足產(chǎn)品要求。巖漿巖型花崗巖中的石英晶粒、變質(zhì)型元古代相應(yīng)地層中的石英、熱液型早期形成的偉晶巖型石英等純度高，含氣液包裹體少。這些石英經(jīng)提純加工后有可能代替高純水晶[2，3]。 從不同地區(qū)不同類型礦床探明儲(chǔ)量來(lái)看，我國(guó)已探明石英巖儲(chǔ)量*多，達(dá)23.1億t，石英砂巖儲(chǔ)量次之，達(dá)15.5億t，脈石英儲(chǔ)量*少，不到0.5億t。我國(guó)石英巖（砂）資源質(zhì)量特點(diǎn)鮮明，與國(guó)外資源有很大不同。從礦石類型上看，石英巖、海相砂和脈石英質(zhì)量較好，石英砂巖質(zhì)量不穩(wěn)定，波動(dòng)較大，河相砂和湖相砂質(zhì)量差；從含礦層位上看，元古宇的石英巖、脈石英、泥盆系的石英砂巖和近代的海相砂質(zhì)量好；從地域分布上看，北方石英巖、南方石英砂巖和沿海海相砂質(zhì)量較好。從SiO2含量上看，我國(guó)石英巖（砂）資源SiO2含量較低，雜質(zhì)含量較高，礦床成因復(fù)雜多樣，且原礦質(zhì)量差異較大，均一性差，選礦除雜較難。我國(guó)硅質(zhì)原料石英巖（砂）礦區(qū)數(shù)量和儲(chǔ)量分布[4]見(jiàn)表1-1。 表1-1 我國(guó)硅質(zhì)原料石英巖（砂）分區(qū)情況 1.2 石英基本性質(zhì) 1.2.1 石英礦物學(xué)特征 1. 晶體結(jié)構(gòu)[5-8] 石英晶體屬于三方晶系三方偏方面體晶類，該晶類對(duì)稱特點(diǎn)是有1個(gè)三次對(duì)稱軸和3個(gè)與其垂直的二次對(duì)稱軸，相交120°，無(wú)對(duì)稱中心，無(wú)對(duì)稱面，對(duì)稱型為L(zhǎng)33L2，空間群為D4 3—P3121或D6 3—P3221。晶胞參數(shù)為，z=3，單位晶胞成分為Si3O6[5]。 石英晶體結(jié)構(gòu)單元是Si—O四面體（圖1-1），Si位于4個(gè)O構(gòu)成的四面體中心，[SiO4]四面體在c軸方向上呈螺旋形排列，沿螺旋軸31或32作順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)分成左形或右形，這種結(jié)構(gòu)上的左右形同習(xí)慣上的左右形相反，結(jié)構(gòu)上的左形和右形分別相當(dāng)于形態(tài)上和物性上的右形和左形。在石英晶體結(jié)構(gòu)中，[SiO4]四面體以4個(gè)角頂氧與相鄰四面體連接成架狀，Si—O—Si鍵角為144°，Si—O鍵長(zhǎng)為和，O—O鍵長(zhǎng)為2.604和2.640。石英晶體結(jié)構(gòu)上的各向異性突出地表現(xiàn)在平行c軸和垂直c軸2個(gè)方向上，并且明顯地反映在晶體物理向量性能上。 圖1-1 石英晶體結(jié)構(gòu) 天然石英常有不同晶體特性，一般以柱狀、正菱面體和負(fù)菱面體三種單形為主，在產(chǎn)出概率和晶面發(fā)育相對(duì)大小方面，正菱面體比負(fù)菱面體更重要，一般都是兩種菱面體呈聚形。正菱面體常以單體存在，負(fù)菱面體單獨(dú)存在并不多見(jiàn)。除上述三種常見(jiàn)單形外，石英尚有多種不常見(jiàn)單形。 2. 左右形[6-8] 石英晶體常發(fā)育成柱狀晶體，常見(jiàn)單形有六方柱、菱面體和、三方雙錐和三方偏方面體等，柱面有橫紋。正菱面體一般比負(fù)菱面體發(fā)育完全，有時(shí)正菱面體與負(fù)菱面體同等發(fā)育，外觀上呈假六方雙錐。區(qū)分石英左右形的標(biāo)志主要是三方偏方面體位置和三方雙錐面上的條紋方向。 3. 同質(zhì)多象變體[7] 石英在自然界有8種同質(zhì)多象變體，分別是α-石英、β-石英、α-鱗石英、α-方石英、β-方石英、β-鱗石英、柯石英和斯石英，其中，除斯石英具有金紅石型結(jié)構(gòu)、Si為六次八面體配位外，其他變體中Si均為四次四面體配位。每個(gè)[SiO4]四面體的4個(gè)角頂與相鄰四面體共用而連接成架狀結(jié)構(gòu)。不同變體中，[SiO4]四面體位置不同，Si—O—Si鍵角也不同。 常壓下各變體的轉(zhuǎn)變溫度為 β-方石英在1720℃左右熔融為玻璃態(tài)。在低溫范圍內(nèi)鱗石英和方石英轉(zhuǎn)變?yōu)棣?鱗石英，β-鱗石英于117～163℃轉(zhuǎn)變?yōu)棣?鱗石英；β-方石英于200～270℃轉(zhuǎn)變?yōu)棣?方石英。 各變體密度和折射率取決于其結(jié)構(gòu)緊密程度。各變體密度和折射率由大到小順序?yàn)樗故?柯石英>石英>方石英>鱗石英。α-石英轉(zhuǎn)變?yōu)棣?石英后，體積可增大0.86%～1%。因此，采用焙燒法使α-石英轉(zhuǎn)變?yōu)棣?石英，體積會(huì)膨脹，易于開(kāi)裂。 1.2.2 石英物理化學(xué)性質(zhì) 1. 光學(xué)性質(zhì)[7] 石英為無(wú)色或白色，常因含雜質(zhì)而呈紫色、黃色、玫瑰色、茶色、煙色或黑色，如因含鱗片狀赤鐵礦或云母而呈現(xiàn)出褐紅色或微黃色（砂金石）玻璃光澤。 水晶對(duì)紅外光到紫外光的波段都具有良好的透過(guò)率。沿光軸方向，每厘米對(duì)1000～500nm波段的透過(guò)率為90%以上、對(duì)500～250nm波段的透過(guò)率為85%～90%。因此，石英是制造紫外光譜儀棱鏡和透鏡的理想材料。 2. 力學(xué)性質(zhì)[7] 石英的密度為2649kg/m3，具有貝殼狀斷口。石英的抗壓強(qiáng)度在平行于c軸方向?yàn)?4500MPa、垂直于c軸方向?yàn)?2560MPa。 3. 熱學(xué)性質(zhì)[7] 石英的熔點(diǎn)為1713℃，熔化溫度為1710～1756℃，冷卻后即變?yōu)槭⒉Ａ5]。垂直于c軸方向的膨脹系數(shù)比平行于c軸方向的膨脹系數(shù)更大。導(dǎo)熱系數(shù)具有明顯的各向異性，平行于c軸方向的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)大于垂直于c軸的導(dǎo)熱系數(shù)。導(dǎo)熱系數(shù)與膨脹系數(shù)相反，隨溫度升高而降低。 4. 化學(xué)性質(zhì)[5-8] 石英的主要化學(xué)成分是SiO2，含Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46.751%、含O質(zhì)量分?jǐn)?shù)為53.249%。石英化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不溶于酸[除氫氟酸（HF）外]，微溶于氫氧化鉀（KOH）溶液。α-石英化學(xué)成分較純，含有少量其他氧化物。α-石英中常含固態(tài)、氣態(tài)、液態(tài)包裹體。呈固態(tài)包裹體形式存在的礦物有方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦、白鐵礦、石鹽、金紅石、板鈦礦、銳鈦礦、磁鐵礦、赤鐵礦、針鐵礦、菱鐵礦、方解石、白鎢礦、陽(yáng)起石、鈉長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、斜綠泥石、輝沸石等[5-8]。 大多數(shù)α-石英含有Al、Ti、Na、K、Li、Ca、Mg、Fe、Cr、Ni、Cu等，還可能有相當(dāng)量的—OH存在。石英化學(xué)成分改變*重要的機(jī)制是Al3+以類質(zhì)同象形式取代Si4+，造成電荷不平衡，半徑較小的堿金屬元素離子（Li+、Na+、K+）進(jìn)入間隙位置進(jìn)行電荷補(bǔ)償[9]。石英中各雜質(zhì)元素的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)如圖1-2[10]所示。 圖1-2 石英中各雜質(zhì)元素的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù) 1.3 石英中雜質(zhì)賦存狀態(tài) 國(guó)內(nèi)外有關(guān)石英中雜質(zhì)賦存狀態(tài)的研究很多，早在20世紀(jì)30年代，發(fā)達(dá)國(guó)家就開(kāi)始了石英礦物學(xué)研究，我國(guó)研究工作開(kāi)展相對(duì)較遲。根據(jù)雜質(zhì)大小、分布、形成特性等，天然石英礦物可分為4類：伴生脈石礦物；微細(xì)粒礦物、硅酸鹽熔體、流體包裹體雜質(zhì)，粒徑大于1μm；亞微米級(jí)、納米級(jí)包裹體雜質(zhì)，粒徑為100nm～1.0μm；石英晶格結(jié)構(gòu)型雜質(zhì)，易形成粒徑小于1nm的原子簇[11]。 1.3.1 伴生脈石礦物 天然石英晶體常與多種礦物共（伴）生，如金紅石、方解石、螢石、赤鐵礦、白云母、黑云母、閃鋅礦、黃鐵礦、堇青石、長(zhǎng)石、錫石、石榴石、電氣石、輝石、角閃石、黃玉、綠簾石、鈦鐵礦、綠泥石和黏土礦物等[9]。在地質(zhì)成礦過(guò)程中，這些礦物易成為石英晶體中的固態(tài)包裹體，是石英中包裹體雜質(zhì)的主要來(lái)源[9]。 1.3.2 微細(xì)粒礦物、硅酸鹽熔體、流體包裹體雜質(zhì) 天然石英通常含有微細(xì)粒礦物（粒徑>1μm）、硅酸鹽熔體及流體包裹體等，包裹體種類與豐度取決于石英礦物的成巖環(huán)境和結(jié)晶學(xué)變化，包裹體被封存于石英礦物中，很難通過(guò)傳統(tǒng)選礦分離方法去除，大量包裹體嚴(yán)重影響石英質(zhì)量[12-14]。 石英中礦物包裹體有很多種，理論上講，在母巖礦物中出現(xiàn)的各種礦物相，同樣能夠在石英包裹體中出現(xiàn)。在火成巖石英礦物中，礦物種類主要有長(zhǎng)石、云母、金紅石、鋯石、磷灰石、鐵氧化物等[14]。在變質(zhì)巖石英礦物中，礦物包裹體的光譜學(xué)特征主要由變質(zhì)條件決定，低級(jí)變質(zhì)巖包裹體有綠泥石、云母、角閃石，較高級(jí)的變質(zhì)巖包裹體有藍(lán)晶石、十字石、石榴石。在沉積巖石英礦物中，礦物包裹體常有石膏、雜鹵石、方解石，以及幾種礦物鹽、有機(jī)質(zhì)等[15，16]。 石英中礦物包裹體的形成機(jī)制較多，有從熔體和流體結(jié)晶生長(zhǎng)過(guò)程中封閉形成的礦物包裹體，也有變質(zhì)巖石英在變質(zhì)作用過(guò)程中晶界移動(dòng)和隨后晶格恢復(fù)封閉形成的礦物包裹體。此外，還有第三種礦物包裹體形成機(jī)制，如含高鈦雜質(zhì)的石英礦物在冷卻或減壓過(guò)程中形成針狀金紅石包裹體[14]。 含鋁雜質(zhì)主要來(lái)自長(zhǎng)石、云母和黏土礦物，還有Al3+替代Si4+存在于石英晶格中，這種異價(jià)類質(zhì)同象常造成堿金屬陽(yáng)離子進(jìn)入結(jié)構(gòu)空隙，以保持電荷平衡，形成結(jié)構(gòu)雜質(zhì)。 鐵在石英中有如下幾種形式：以微細(xì)粒狀態(tài)賦存于黏土或高嶺土化的長(zhǎng)石中；以氧化鐵薄膜形式附著于石英顆粒表面；以獨(dú)立鐵礦物顆粒形式存在。含鐵物質(zhì)在石英顆粒內(nèi)部呈浸染或透鏡狀態(tài)存在[17]。 石英中的硅酸鹽熔體包裹體是被包裹在火成巖和偉晶巖石英礦物中硅酸鹽熔體形成的微泡，呈玻璃態(tài)或微晶態(tài)，相對(duì)較罕見(jiàn)[14]。硅酸鹽熔體包裹體常結(jié)晶形成晶體，并與流體包裹體疊加或被隱藏在其中，難以與侵入巖（如花崗巖、結(jié)晶花崗巖等）區(qū)分開(kāi)。硅酸鹽熔體包裹體的化學(xué)成分與硅酸鹽熔體相似，主要元素有Si、Al、Fe、Ca、Na和K，還帶入有F、Cl、B、P、Li、Cs、Rb等。因此，硅酸鹽熔體包裹體是偉晶巖石英生產(chǎn)高純石英砂時(shí)的主要雜質(zhì)[18]。 流體包裹體是石英晶體生長(zhǎng)過(guò)程中*常見(jiàn)的包裹體，也包括礦化流體滲透到已成型的石英晶體間裂縫，在其密封過(guò)程中形成的流體包裹體（又稱次生流體包裹體）[14，19]。流體包裹體按內(nèi)含物質(zhì)狀態(tài)可分為純氣體包裹體、純液體包裹體和氣液混合包裹體三種；按內(nèi)含物分類，可以分為NaCl-H2O、H2O、CO2-H2O、CH4、H2S等[15]，其中，H2O是*常見(jiàn)的流體包裹體，此外也常包含高沸點(diǎn)碳?xì)浠衔铩⒌獨(dú)獾取Ｈ绻黧w包裹體中溶解性物質(zhì)較多，在其至地表的冷卻過(guò)程中會(huì)析出晶體，晶體常呈立方體狀，加熱易熔解。巖鹽是*常見(jiàn)的析出晶體，通常認(rèn)為其為鹵鹽，其他鹽類或硅酸鹽礦物也會(huì)以同樣方式析出形成包裹體[19]。流體包裹體中含有大量Na、K和Ca等，是石英中堿金屬雜質(zhì)的主要來(lái)源[20]。包裹體捕獲的流體屬于過(guò)飽和溶液，當(dāng)溫度降低時(shí)會(huì)從溶液中結(jié)晶出晶體，形成子礦物，子礦物被封存在包裹體中并與氣泡和液體等共存，稱為包裹體中的固體相[13]。 1.3.3 亞微米級(jí)、納米級(jí)包裹體雜質(zhì) 石英中微細(xì)粒雜質(zhì)包裹體有微米級(jí)、亞微米級(jí)、甚至粒徑小于1nm的原子簇。亞微米是指100nm～1.0μm的微細(xì)粒亞微米體系粒徑，納米常用來(lái)描述100nm以下的納米尺度空間，小于1nm為原子簇[21]。 天然石英礦物中包裹體粒徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1μm，通常是鋯石、磷灰石、獨(dú)居石、長(zhǎng)石、云母等礦物質(zhì)。迄今為止，僅有少數(shù)學(xué)者對(duì)亞微米級(jí)天然石英包裹體進(jìn)行了研究，而這些研究主要集中在彩色石英尤其是藍(lán)色火成巖石英[21-24]。因此，仍然不確定亞微米級(jí)固體包裹體是否在天然石英中普遍存在。 研究者觀察到石英中亞微米級(jí)固體包裹體有金紅石、鈦鐵礦、云母、電氣石、鋁硅相礦物（如Al2SiO5同質(zhì)多形體）、AlOOH及剛玉等[21-23]。Seifert等[21]研究藍(lán)色石英中亞微米級(jí)固體包裹體發(fā)現(xiàn)，云母包裹體在大多數(shù)亞微米級(jí)固體包裹體中體積*大，云母針狀亞微米級(jí)固體包裹體長(zhǎng)度>1μm、寬度<100nm。大多數(shù)亞微米級(jí)固體包裹體是平均粒徑為500nm、寬為50～100nm的針鐵礦。*小可辨認(rèn)的亞微米級(jí)固體包裹體為自形金紅石微晶，平均尺寸約為50nm×150nm，*小尺寸約為25nm×50nm。
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