气液过滤网(滤网式过滤器)

由于其优越的物理化学性能，应时玻璃被广泛用作光电源、光通信、航空航天和军事工业等领域的尖端材料。随着高科技的不断发展，对应时玻璃原料石英砂的纯度要求越来越高。但石英砂通常含有大量的结构性杂质，如气液包裹体、杂质离子等。这些结构杂质是应时玻璃中形成气泡和杂质缺陷的主要因素。然而，现有的技术很难消除这种缺陷。因此，去除气液包裹体和羟基水(OH-)是提纯应时矿代替晶体制备高端应时玻璃原料的重点和难点之一。

石英砂中有哪些气液包裹体？

在应时矿石生长过程中，一些液体和气体被包裹在应时晶体中，称为气液包裹体。气液包裹体一般是由气相和液相组成的两相体，主要有H2O、CO2、H2、O2、N2、CH4、CO等。液相在包裹体中所占的比例称为填充度。通常，填充度大于60%的称为液体包裹体，填充度小于60%的为气液包裹体。

用国产应时矿物代替水晶生产的应时玻璃中气液夹杂物的含量直接影响其性能的优越性。石英砂中的流体杂质主要是流体包裹体，包括吸附在应时表面的气体和以分子或离子状态溶解在应时结构中的气体杂质。

在流体包裹体的杂质中，羟基的水分子含量占了最重要的部分。根据水的存在形式，可以分为两类。一种是吸附水，以自由状态吸附在石英砂表面。这种水可以通过加热和干燥去除。另一种是结构水，即应时晶体结构中的羟基，很难除去。

应时中的水分会影响应时玻璃的透明度，水和其他气体的共同作用会降低应时玻璃的软化温度、粘度、扩散系数、力学性能、分相和析晶性能。

天然应时中含量较高的另一类流体杂质是含碳化合物，如CO2、CO、CxHy、CxHyOH等。CO2主要来自富含CO2的包裹体；在高温下，CO的析出主要是由于碳质材料与SiO2的相互作用，同时会产生水。

石英砂中流体杂质的存在形式及主要成分

如何去除石英砂中的气液包裹体

机械粉碎法

应时晶体中气液包裹体的尺寸一般在50m之间。理论上，只要应时矿石被粉碎得足够细，应时矿石中的大部分气液包裹体都会被去除。一般来说，应时矿石中较大的气液包裹体将通过机械破碎去除。但由于各种产品对原石英砂的粒度都有一定的要求，所以这种方法对较大的气液包裹体有一定的效果，但对那些较小的气液包裹体基本无效，无法去除金属杂质。

高温氯化脱气法

将石英砂加热到1000-1200℃，在高温下通入Cl2和HCl气体。这种方法是利用高温下Cl2与杂质离子的反应，反应生成的气态盐可以从应时晶体的微裂纹中排出，达到净化的效果。该方法对应时中的羟基有一定的去除效果。2006年美国Unimin公司采用高温氯化脱气法制备的高纯石英砂，对气液夹杂物的去除效果明显，其IOTA系列高纯石英砂处于国际领先水平。

酸碱差异腐蚀法

酸碱差分腐蚀法是应时晶体与金属杂质和气液包裹体在酸碱腐蚀下腐蚀速率不同，从而去除金属杂质和气液包裹体。但当反应进行到一定程度时，部分杂质不再受酸碱差异的影响，导致应时晶体中的气液包裹体无法完全去除。也说明酸碱差异腐蚀对金属杂质和气液夹杂物有影响，但影响有限。

或热爆法。

或者冷热爆裂法是将应时晶体高温加热，使应时晶体与其中的气液包裹体界面产生很大的压差。这种压力差会使应时晶体中的气液包裹体爆裂，从而使应时晶体中的气液包裹体得以清除。

微波法

微波选择性加热去除应时矿气液包裹体。俄罗斯研究人员的研究表明，应时矿在微波场作用下加热到500℃时，矿物中气液包裹体的数量从9159个减少到992个，去除效果非常明显。但这只是对实验结果的简单分析，没有进一步探讨微波场作用于应时的机理和应时在微波场中的热裂解行为。

总结

中地壳应时矿储量丰富。如果应时能够通过有效的技术手段进行高纯度提纯，制备出高纯度的石英砂，其对应时玻璃工业发展的推动作用将在空之前。但目前最关键的问题是应时结构性杂质的去除，尤其是气液包裹体的去除。

气体夹杂物的含量对应时玻璃的质量和透明度非常重要。如何选择原料以及如何有效去除石英砂中的气体和液体包裹体是制备高纯应时玻璃原料的关键。现有的研究结果表明，各种去除气液包裹体的技术手段都有一定的局限性。因此，最有效的手段是探索结构杂质(尤其是气液包裹体)较少的应时矿作为应时玻璃的矿源，并进一步探索去除气液包裹体的新技术。

参考来源:

肖:国产石英砂代替水晶砂消除ppm杂质的研究

刘:酸浸辅助微波场去除石英砂中气液包裹体的研究

李静:微波酸蚀去除石英砂中气液包裹体及其机理