石英玻璃原料制备技术

制造石英玻璃的原矿

石英玻璃的原矿有两类：天然石英矿石（水晶和硅石）和合成二氧化硅（Si〇₂)。石英 是天然二氧化硅矿石的总称；水晶是石英单晶（透明的大晶体）。硅石是石英小晶体的聚合 物。花岗岩中也含大量石英小晶体，美国从伟晶花岗岩中把石英分离出来，制成高纯石英 砂，用于石英玻璃的原料。合成Si〇₂是将硅石与焦炭混合，在高温下还原成工业硅，工业 硅与氯气反映制成SiCl₄，提纯后再水解成高纯Si0₂。透明石英玻璃的原料有两个要求：高 纯度，Si〇2含量<99. 995%，金属杂质总含量<50X10-⁶;熔化时气泡少。要满足这两个 条件，天然矿石中首选水晶为石英玻璃原料，因为水晶中含固体异相矿物和气液包裹体杂质 少，所以水晶纯度较高，熔化时气泡也较少。随着天然水晶资源急剧减少，人造水晶将是有 前途的石英玻璃原料。经过长期研究试验发现有很少数硅石（例如，江苏省东海县地区的硅 石），有做透明石英玻璃的条件。反之，也有很多水晶纯度并不高，不能做石英玻璃原料。 

水晶和硅石的性能、分级

人造水晶是采用“水热温差法”在高压釜中培育生长而成，人造水晶中含固体异相矿物 和气液包裹体很少，熔化时气泡少，纯度优于天然水晶，是石英玻璃的优质原料，但价格较 贵，目前还没有采用。因为石英玻璃用水晶不要求压电性能，因此可以提高生长速度，便可 大大降低价格，石英玻璃工业就可以采用为原料。

硅石又称石英岩，我国资源丰富，遍及全国，但大部分硅石不能用作透明石英玻璃原 料，只能做不透明石英玻璃原料。主要原因是固体及气液包裹体杂质太多，纯度差熔化时产 生气泡多。硅石种类很多，有脉石英（火成岩）、再结晶硅石、胶结性硅石等。石英玻璃原 料常采用脉石英，江苏省东海县地区产的硅石，纯度高，气液杂质少，可以做透明石英玻璃 原料。

天然石硅石中的杂质有固体矿物，也称固体包裹体，大都存在于晶界面，例如：云母、 金红石、长石等，清除的办法是浮选工艺。第二类是元素杂质，溶解于石英晶体中，以离子 形式存在于晶格之间，例如：Cl-、OH-、Na+、K+、Li+、Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cu²⁺

等，常常采用高温下通H₂、Cl₂、HC1来除去，清除较困难。第三类是气液包裹体，大部分 存在于晶体内部。这类杂质在硅石原料中含量较多，是硅石熔化时会产生气泡的主要原因， 严重影响石英玻璃的透明度。气液包裹体颗粒很小，常常小于1μm，气液包裹体主要是H2O、CO₂、CO、H₂S、CXHy等，其中水含量很高，分为低温水和高温水，在真空下锻 烧，小于600°C释放的水称为低温水，在600〜1400°C释放的水称高温水。