目前，氯化焙燒是去除石英晶格雜質(zhì)的主要方法，不同的氯化劑與晶格雜質(zhì)作用方式和效果存在較大差異。

　　1、石英砂氯化焙燒試驗
　　以酸浸后的青海脈石英為原料，進(jìn)行氯化焙燒試驗，其石英砂主要雜質(zhì)元素含量如下：

表1 石英砂的主要雜質(zhì)含量

 

　　試驗方案：為保證充分的氯化氣氛，每次試驗稱(chēng)取約0.5g的NH₄C1，在SiO₂純度高于99.99%的石英舟內與5g石英砂混合均勻，置于管式爐中央，焙燒前通潔凈N₂趕凈空氣，臨近焙燒時(shí)間結束時(shí)將溫度升至1273.15K并保持10分鐘，再以潔凈N₂排凈焙燒尾氣，氯化焙燒過(guò)程中產(chǎn)生的有害尾氣先依次通過(guò)堿溶液和酸液進(jìn)行吸收處理。
　　在氯化劑濃度保證充分過(guò)量的情況下，考察氯化焙燒的溫度和時(shí)長(cháng)對提純效果的影響。

　　2、溫度對石英氯化焙燒提純效果的影響
　　

圖1 氯化溫度對石英提純效果的影響
 

　　由圖1可知：氯化焙燒溫度越高，石英砂中雜質(zhì)元素的減少量呈拋物線(xiàn)型增大。當溫度高于450℃后，Fe、Ti元素含量迅速降低，而溫度升高至600℃時(shí)，Al、K元素含量才開(kāi)始明顯減少。氯化溫度在600℃時(shí)，石英砂內主要雜質(zhì)元素含量較低，提純效果較好。

　　3、時(shí)間對石英氯化焙燒提純效果的影響
　　

圖2  氯化時(shí)間對石英提純效果的影響
 

　　由圖2可知，隨著(zhù)氯化焙燒時(shí)間的延長(cháng)，石英砂中雜質(zhì)元素的逐漸降低，當焙燒時(shí)間達到120min以上趨于穩定。相對來(lái)講，當NH₄Cl高溫焙燒的時(shí)間在180min時(shí)，Fe、K元素含量有明顯降低，Al、Ti元素含量也有所減少，提純效果較好。

　　4、石英氯化焙燒最佳工藝條件
　　當NH₄Cl氯化焙燒溫度在600℃，時(shí)間在180min時(shí)，Al、Fe、K、Ti四種主要雜質(zhì)元素的含量由153×10^-6降低至31.07×10^-6，對石英砂的提純效果較為顯著(zhù)。

　　5、機理分析
　　熔融階段（Melting）：NH₄Cl在溫度不斷升高的過(guò)程中，先后經(jīng)歷熔點(diǎn)和沸點(diǎn)而發(fā)生熔融或揮發(fā)，熔融時(shí)可電離為NH₄⁺和Cl^-，與石英表面充分接觸并作用。
　　反應階段（Reacting）：石英晶格中的氧幾乎全為惰性氧，但在發(fā)生異價(jià)類(lèi)質(zhì)同象的位置，出現帶有部分剩余電荷的活性氧，石英表面的活性氧與NH₄Cl熔融電離的NH₄⁺作用時(shí)，易被奪取并反應生成NH₃和H₂O，則晶格內的代替Si⁴⁺的雜質(zhì)離子（Al³⁺、B³⁺、Fe³⁺等）及晶格空隙中相應起電荷補償作用的陽(yáng)離子（K⁺、Li⁺、Na⁺等）立即轉變?yōu)橛坞x態(tài)，與Cl^-或HCl反應生成AlCl₃等金屬氯化物。
　　石英晶格內部的熱缺陷在高溫熱振動(dòng)下處于不斷產(chǎn)生與復合的動(dòng)態(tài)平衡中，缺陷的遷移運動(dòng)原本是完全無(wú)序的，由于石英表面的雜質(zhì)離子不斷被NH₄Cl熔融電離的NH₄⁺和Cl^-捕獲而脫離晶格，在石英表面和內部形成了濃度梯度，在這種外力場(chǎng)的作用下，石英內部的熱缺陷緩慢的朝表面定向運動(dòng)，有利于石英內部的雜質(zhì)缺陷逐漸減少。
　　逸出階段（Escaping）：反應階段生成的氨氣、水和部分沸點(diǎn)低于焙燒溫度的金屬氯化物揮發(fā)逸出石英表面并向體系內擴散，導致石英表面生成物的濃度處于較低的水平，利于反應的平衡右移。
　　

圖3 NH₄Cl焙燒提純石英晶格雜質(zhì)反應機理示意圖

　　6、結論
　　受限于熱缺陷的遷移迷率和其他因素，石英砂內部產(chǎn)生的肖特基缺陷很難完全遷移至表面，而石英砂表面或近表面的晶格雜質(zhì)可能在氯化焙燒過(guò)程中得到凈化。