中国粉体网讯石英的应用主要取决于原矿中石英的粒度及粒级分布、化学物理特性、颜色、包裹体和晶格杂质含量等、/p>
晶格杂质赋存状态和存在形式
根据杂质元素与石英矿物晶体内部结构的密切程度，可将其分为三种存在状态：脉石矿物、包裹体和晶格杂质、/p>
石英的晶格结构杂质示意图
其中，石英晶格结构杂质有4种形式：
?）单元素替代：Ge4+或Ti4+取代Si4+，Ge4+、Ti4+可直接取代Si4+形成钛氧四面体、锗氧四面体、/p>
?）电荷补偿替代：AI3+和Li、Fe3+和K、B3+和H+等取代Si4+、Al3+、B3+和Fe3+可取代Si4+形成铝氧四面体、硼氧四面体和铁氧四面体，Li+、K+和H+根据电荷补偿原理，进入晶格内部成为填缝离子，形成新的电荷平衡、/p>
?）耦合替代：Al3+和P5+共同取代2个Si4+，P5+多余的正电荷补偿Al3+的电荷空缺，从而形成相邻的磷氧四面体和铝氧四面体、/p>
?）硅醇型?个H+取代Si4+，在石英晶体中间形成一个局部的杂质缺陷点。此类杂质深入石英晶格内部，最难去除、/p>
石英是自然界中较为纯净的矿物之一，具有非常稳定的Si-O键构型，仅允许极少数离子通过类质同象方式进入晶格中，这种特性让晶格杂质变得很难去除甚至成为石英提纯最大的“拦路虎”、/p>
晶格杂质对石英性能的影哌/strong>
从低端石英砂到高纯石英砂，其应用范围也与其杂质含量密切相关、/p>
高纯石英产品应用端对于杂质含量有明确要求，以用于单晶硅拉制的石英坩埚为例，一般分为双层或三层结构，用于内层的高纯石英砂纯度在4N8级以上，用于中外层的高纯石英砂则纯度要求较低、/p>
根据JC/T1048-2018《单晶硅生长用石英坩埚》规定，B级石英坩埚Al、Fe、Ca、Mg、Ti、Cu、Co、Mn、Ni、Li、Na、K、B?3种元素含量不超过20ppm，其中碱金属Na、K、Li含量不超?ppm，Fe含量不超?.3ppm，B含量不超?.1ppm。由于石英坩埚中的Li、Na、K等碱金属元素会降低坩埚的软化点和抗变形性，因此控制高纯石英砂中Li、Na、K等元素的含量，可使石英坩埚的单晶成品率得到保障、/p>
除此之外，还有其他的高纯石英产品，如石英玻璃，受到碱金属的影响，在高温条件下透光率和透明度均会降低，可能还伴随有形变，损害石英玻璃的热稳定性。Ca会在石英玻璃中引起不需要的晶体成核现象，Ti会降低二氧化硅玻璃中的紫外线透射率、/p>
这些高纯石英中残留的杂质元素大部分位于晶格中难以去除、/p>
石英矿中晶格杂质去除研究现状
石英的矿物晶格内含有的杂质难以被活化分离，通常采用氯化煅烧、真空焙烧、微波等方式对石英矿进行预处理，然后再结合酸浸或热压酸浸法进行去除、/p>
氯化煅烧与酸浸联合法去除晶格杂质
氯化煅烧是在煅烧的过程中通过添加氯化剂使得石英中难以去除的金属杂质与氯化剂反应形成易挥发、易溶于水的金属氯化物，目前氯化煅烧是去除石英内晶格杂质的较为有效的方法、/p>
氯化煅烧有高温氯化煅烧、中温氯化煅烧和氯化-离析法三种方式，其中高温氯化煅烧所得金属氯化物以气态的形式挥发掉，而中温氯化煅烧则生成凝聚态金属氯化物，需要通过浸出的方式去除，氯化-离析产生的气态和固态氯化物使用物理选矿的方法即可去除、/p>
氯化煅烧中的氯化剂有气体氯化剂和固体氯化剂，前者多有强腐蚀性，在使用的过程中对设备要求较高，固体氯化剂稳定性高，但其氯化作用主要通过分解成Cl2和HCl实现，易引入一些新的杂质造成污染、/p>
其他辅助与煅?酸浸联合去除晶格杂质
在对石英矿中晶格杂质的去除研究中，常采用一些外场辅助手段去除晶格杂质元素、/p>
主要外场分类
外场强化技术通过引入磁场、微波场、超声场、温度场与压力场等多物理场，以非接触式能量输入方式，有效克服了传统工艺中热力学能垒高、反应效率低及流程复杂等问题，显著提升了晶格杂质去除能力、/p>
以温度场为例，主要通过调控温度来辅助其他物理或化学过程的进行。在酸浸过程中，30~100℃的温度可显著增强各类酸液与石英砂中杂质的反应速率；在煅烧与焙烧过程中，于1000~1200℃条件下，石英晶格中的杂质元素因热振动加剧而从晶格中逸出并迁移至颗粒表面、/p>
除温度场之外，高压条件下可通过晶格压缩引发石英砂相变（如生成柯石英或斯石英），增强矿物内部应力差异，从而在后续分选或酸洗过程中更高效地分离杂质，提升提纯效率与产物纯度、/p>
参考文献：
赵海波：天然石英矿物微量元素赋存特征研究进展及对高纯石英找矿的指示，中国地质调查局西宁自然资源综合调查中心
王硕:石英矿中杂质赋存状态与去除方法研究进展，华北理工大?/p>
陈昊:石英晶格杂质及微区原位分析技术研究进展，东华理工大学
包申旭：高纯石英原料杂质赋存形式与提纯技术研究进展，武汉理工大学
李文成：石英杂质元素及提纯技术的研究进展，辽宁工程技术大?/p>
熊欢:外场强化技术在高纯石英砂制备中的应用进展，宁夏盾源聚芯半导体科技股份有限公司
(中国粉体网编辑整?昧光)
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