Оценка степени кристалличности кварцевого сырья

Abstract

Актуальность исследования определяется необходимостью оценки степени преобразования кварцевого сырья в его естественном залегании, а также изменением свойств сырья и изделий на его основе при различных условиях эксплуатации. Нами использовались методы рентгеновской дифракции и инфракрасной спектроскопии для оценки степени кристалличности различных кристаллических кварцевых материалов и изделий из диоксида кремния, которые показали удовлетворительную сходимость результатов и могут быть рекомендованы для использования в мировой практике. Объекты: искусственно выращенный кварц, в том числе образцы синтетического кварца с примесью алюминия, зонально окрашенный монокристалл кварца с примесью двух- и трёхвалентного железа; природные кристаллы аметиста, дымчатого кварца, оптический кварц; образцы плавленого кварца, изделия из технического и оптического кварцевого и силикатного стекла; а также мелкозернистые образцы кварцитов, в том числе их микро- и наноразмерные фракции. Методы: оптическая и электронная сканирующая микроскопия, рентгеноспектральный анализ, инфракрасная спектроскопия, рентгеновская дифракция. Результаты. Показано, что степень кристалличности кварцевого сырья и изделий на его основе определяется наличием структурного упорядочения в ближней зоне, характеризующей кристаллическое состояние, соответствующее фазе α-кварца, что уверенно регистрируется методами XRD и FTIR. Локальная разупорядоченность высокочистого кварца или кварцитов, имеющих в своей структуре различные примеси или дефекты, возникающие под действием внешних воздействий или эксплуатации, вызывает ухудшение их свойств и, как следствие, уменьшение степени кристалличности

The relevance of the research is determined by the need to assess the degree of transformation of quartz raw materials in its natural occurrence, as well as, changes in the properties of raw materials and products are exploited under various operating conditions. X-ray diffraction and Infrared spectroscopy was used to assess the degree of crystallinity of various crystalline quartz materials and products made of silicon dioxide, which showed satisfactory convergence of results and can be recommended for use in world practice. Objects: artificially grown quartz, including samples of synthetic quartz with an admixture of aluminum, zone-colored single crystal of quartz with an admixture of two and ferric iron; natural crystals of amethyst, smoky quartz, optical quartz; samples of fused quartz, products made of technical and optical quartz and silicate glass; as well as fine-grained samples of quartzites, including their micro- and nano-sized fractions. Methods: optical and electron scanning microscopy, X-ray spectral and analysis, infrared spectroscopy, X-ray diffraction. Results. The paper shows that the degree of crystallinity of quartz raw materials and products based on it is determined by the presence of a structural ordering in the near zone that characterizes the crystalline state corresponding to the a-quartz phase, which is confidently recorded by XRD and FTIR methods. The local disorder of high-purity quartz or quartzites having various impurities or defects in their structure that arise under the influence of external influences or exploitation causes deterioration of their properties and decrease in the degree of crystallinity.