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【技术】高纯石英中流体包裹体的活化与分离技术
来源:中国粉体技术网    更新时间:2023-06-09 14:55:14    浏览次数:
 
  流体包裹体,一种来源于原生成矿流体,或是在后期地质作用中被石英捕获的流体,是石英中典型的流体杂质;特别是一些被包裹于石英晶体中的微小气、液包裹体,很难有效地被常规的选矿技术分离。
  
  1、焙烧/煅烧
  
  焙烧/煅烧是目前通行的活化与去除流体包裹体的主流方法。一般而言,700℃被认为是大多数流体包裹体的爆裂温度,这是因为以往的热爆裂-声学测试研究表明:几乎所有的流体包裹体在700℃时均因升温、膨胀而热爆裂。
  
  热爆裂-声学测试法是测量不透明矿物中流体包裹体的爆裂温度的一种重要技术,该方法利用录音机记录不同温度下流体包裹体的爆裂频率,以确定活化流体杂质的临界温度。然而,以往的研究表明,石英在573℃左右的相变作用可以明显地触发流体包裹体的爆裂。因此,在600~700℃焙烧/煅烧可以有效地去除石英颗粒表层的流体包裹体,但只能激活石英颗粒内部的流体包裹体,使这部分流体杂质仅扩散到依旧封闭的石英裂缝中,从而实现再平衡。
  
  因此,石英中流体包裹体的活化温度可以通过热爆裂-声学测试法来获得,但仪器记录的却不是流体包裹体被释放的临界温度。简单来说,石英主矿物在600~700℃煅烧时,声学仪器可以记录到热爆裂声音,但并不意味着在后续的石英洗涤过程中,流体包裹体包含NaCl等杂质能够被有效分离。
  
  研究结果表明,在900℃而不是700℃煅烧能有效地去除石英中的流体包裹体。在室温至700℃的加热过程中,石英相变会引起流体包裹体的减少;煅烧过程中由于α石英向β-石英转变而造成的石英密度损失以微裂纹的形式体现,深层流体包裹体在β-石英稳定场中重新平衡,而没有从石英中去除。
  
  热爆裂-水浸-电感耦合等离子光谱结合技术,即利用超纯水浸出不同温度煅烧后的石英砂,然后用ICP(OES或MS)技术对浸出液进行分析,以计算流体包裹体中典型元素(Na、Ca、Mg等)的分离效率;根据较佳分离效率,得到900℃的较佳煅烧温度,并能反映流体包裹体的实际释放温度。因此,通过热爆裂-水浸-电感耦合等离子光谱结合技术可以准确地确定阳离子含量和临界温度。
  
  在870℃左右,β-石英和β-鳞石英之间的相变对去除微米级和纳米级流体包裹体具有更加重要意义。因为β-石英向β-鳞石英转变时,因微裂纹引起的石英密度变化更大,在相变过程中释放流体包裹体的活化能大大降低,这也是900℃煅烧能有效地去除石英中的流体包裹体的根本原因。此外,微小的流体包裹体获得了足够的能量来打破Si-O-Si键壁垒。更重要的是,通过控制煅烧温度,在β-石英和β-鳞石英之间的实现重复相变,可以促进微米级和纳米级流体包裹体的一系列热爆裂。对于一些聚集性的流体包裹体,高温煅烧有助于形成更多的迁移通道;通过化学浸出等手段进一步去除迁移通道中残留的流体杂质。
  
  2、微波辅助加温爆裂技术
  微波辅助加温爆裂技术也是近年来兴起的新型流体包裹体分离技术。刘泰荣首次将微波辅助技术应用于石英砂的流体包裹体分离,其将微波作为“体热源”,研究了石英砂在微波场中加热至不同温度时对气液包裹体的去除影响,建立了气液包裹体一元纯水体系热爆裂模型;石英砂在微波场中加热至600℃、900℃时,样品中的气液包裹体含量急剧下降;最后采用微波后再酸洗的工艺进一步去除石英砂中气液包裹体及主要的杂质离子。
  
  微波辅助加温爆裂技术实质上是改变了体热源,利用微波选择性地加热流体包裹体,实现流体包裹体的爆裂。需要注意的是,微波辅助加温对Si-O-Si键的削弱有限,对次生、假次生流体包裹体的分离可能有效,对高品质石英中微小原生包裹体的分离效果还需持续关注。
  
  3、破碎与磨矿工艺
  
  破碎与磨矿工艺也是暴露、去除流体包裹体的常见方法。Yuan等认为经破碎与磨矿后的石英砂表面充分暴露有各类流体包裹体坑洞,具有较高流体包裹体丰度的石英更有可能与Fe3+充分结合;利用十二烷基磺酸钠捕收从而实现较高水平的浮选回收率;研究表明,石英表面与Fe3+之间的吸附是一个化学吸附过程,这与可能与石英砂表面来源于流体包裹体的Si-OH有关。
  
  破碎与磨矿工艺能够一定程度上选择性暴露次生、假次生流体包裹体,利用浮选直接分离整个石英颗粒,或利用水/酸浸出分离表面杂质。但这些工艺对高品质石英中微小原生包裹体的选择性低。
  
  资料来源:《林敏,徐顺秋,刘子源,魏炎,刘斌,孟雨,邱航,雷绍民.高纯石英(SiO2)评述(三):流体包裹体的分析、活化与分离[J].矿产综合利用,2022(06):26-29》,由【粉体技术网】编辑整理,转载请注明出处!
  
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