微波和酸蝕作用去除石英砂中氣液包裹體及機理研究.pdf

1、石英玻璃因具有優(yōu)越的物理、化學(xué)性能,越來越多的被廣泛作為光電源、光通訊、SiO2薄膜材料、航天、軍工等領(lǐng)域的尖端材料。隨著高科技的不斷發(fā)展,對石英玻璃原料-石英砂的純度要求越來越高。然而石英砂中通常含有大量結(jié)構(gòu)組成性雜質(zhì),比如氣液包裹體和雜質(zhì)離子,這些結(jié)構(gòu)組成性雜質(zhì)是形成石英玻璃氣泡、雜質(zhì)缺陷的主要因素。但是,現(xiàn)有工藝技術(shù)難以根本消除此類缺陷。因此,氣液包裹體和羥基水(OH)-的去除是實現(xiàn)提純石英礦石代替水晶制備高端石英玻璃原料的關(guān)鍵與

2、難點。
　　本文首先提出了采用微波和酸蝕共同作用的方法來去除石英砂中的氣液包裹體。根據(jù)微波選擇性加熱特點,首先選擇適合采用微波和酸蝕工藝的優(yōu)質(zhì)石英礦,并在此基礎(chǔ)上研究了單獨微波輻射對石英砂中的氣液包裹體的影響,單獨酸蝕作用對石英砂中氣液包裹體的影響以及微波和酸蝕共同作用對石英砂中的氣液包裹體的影響。同時,進(jìn)一步研究了微波和酸蝕作用去除石英砂中的氣液包裹體機理。主要研究內(nèi)容有:
　　(1)采用ICPMS和氣相色譜儀對天然一級和

3、四級水晶中雜質(zhì)元素和氣液包裹體含量進(jìn)行了分析,作為優(yōu)選石英礦的標(biāo)準(zhǔn)。采用ICPMS和氣相色譜儀對馬達(dá)加斯加、河南登封、東海、湖南花垣、湖北麻城,五個不同的礦區(qū)中的石英礦中雜質(zhì)元素和氣液包裹體含量進(jìn)行了分析,結(jié)果表明馬達(dá)加斯加礦區(qū)的石英礦中雜質(zhì)離子的含量較少,低于一級水晶,其次為湖北麻城礦區(qū)的石英礦;對于石英礦中的氣液包裹體而言,馬達(dá)加斯加礦區(qū)的石英礦中H2O的密度為0.657,僅次于江蘇東海地區(qū)的石英礦,但由于江蘇東海地區(qū)石英礦中雜質(zhì)元

4、素含量較高,不適合采用微波和酸蝕作用。采用偏光顯微鏡和紅外光譜儀以及721分光光度計對石英砂中氣液包裹體的形態(tài)、水分子的含量以及透光率進(jìn)行了分析,結(jié)果表明馬達(dá)加斯加礦區(qū)的石英礦液相填充度最高且透光率也最高,因此,選用馬達(dá)加斯加地區(qū)的石英礦為本論文的實驗原料。
　　(2)采用1000W-30Min的微波輻射石英砂,通過紅外光譜儀和偏光顯微鏡觀測石英砂中氣液包裹體水分子的含量和顯微形態(tài)結(jié)構(gòu)變化,結(jié)果表明在一定的微波作用下水分子的含量顯

5、著增加并且有微小液相包裹體群生成。采用微波和酸蝕共同作用去除石英砂中的氣液包裹體,分析不同實驗條件下石英砂失重情況和光透過率,確定最佳的工藝參數(shù)液固比為10:1、酸浸時間為5h、氫氟酸濃度為30％,微波輻射功率為1200W,微波輻射時間為30Min。研究結(jié)果還表明水浴加熱能夠增加酸蝕效果,隨溫度的升高酸蝕效果越明顯。同時微波能夠強化酸蝕效果,經(jīng)微波-微波強化酸蝕處理后的石英砂,其H2O的含量大幅降低且遠(yuǎn)小于原料中H2O的含量,在融制成石