RU2616227C1 - Method for determining spectral radiation composition of intrinsic and extrinsic defects in quartz raw material - Google Patents

Method for determining spectral radiation composition of intrinsic and extrinsic defects in quartz raw material Download PDF

Info

Publication number
RU2616227C1
RU2616227C1 RU2016117313A RU2016117313A RU2616227C1 RU 2616227 C1 RU2616227 C1 RU 2616227C1 RU 2016117313 A RU2016117313 A RU 2016117313A RU 2016117313 A RU2016117313 A RU 2016117313A RU 2616227 C1 RU2616227 C1 RU 2616227C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiation
quartz
ray
samples
luminescence
Prior art date
Application number
RU2016117313A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Нина Николаевна Борозновская
Нина Григорьевна Быдтаева
Александра Павловна Корнева
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ)
Priority to RU2016117313A priority Critical patent/RU2616227C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2616227C1 publication Critical patent/RU2616227C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/223Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material by irradiating the sample with X-rays or gamma-rays and by measuring X-ray fluorescence

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: sampling the quartz raw materials, calcining, obtaining luminescence spectra of the prepared samples under X-ray excitation (X-ray fluorescence spectra) are performed. Calcining is performed up to 500°C, the luminescence spectra of the prepared samples are prepared under X-ray excitation in the optical wavelength range of 200-800 nm, the spectral composition of the sample radiation is compared in the calcined and uncalcined samples at different X-radiation (irradiation) time, and the spectral composition of the intrinsic defect radiation is determined according to the radiation intensity enhance in the X-ray bands (λ, nm) 280, 320-340, 360-380, 390-400, 450-470 in the calcined samples; the spectral composition of the impurity defect radiation is determined according to the radiation intensity enhance in the X-ray bands (λ, nm) 330-360, 370-390, 390-420, 420-440, 470-520, 510-570 after the repeated irradiation.
EFFECT: providing the opportunities to increase rapidity and reliability of the preliminary assessment of the quartz raw material quality.
6 dwg

Description

Изобретение относится к области геологии, разработки и использования месторождений полезных ископаемых и может быть использовано на ранних этапах геолого-разведочных работ для предварительной оценки качества кварцевого сырья. Природное кварцевое сырье и получаемые из него особо чистые кварцевые концентраты находят широкое применение в различных отраслях промышленности высоких технологий – радиоэлектронной, полупроводниковой, светотехнической, оптической и др. Вопросы оценки качества сырья на ранних этапах геолого-разведочных работ остаются одними из самых актуальных. Важнейшими качественными показателями кварцевого сырья, пригодного для получения высокочистых кварцевых концентратов, являются концентрации элементов-примесей. Именно они создают примесные дефекты (структурные примеси) в кварце. Известно, что кварц характеризуется большим разнообразием структурных примесей или примесных дефектов (Al, Ge, Ti, ионы щелочных металлов, гидроксильные группировки и др.) и собственных дефектов. Для типизации природного кварцевого сырья по свойствам, определяющим качество концентрата, необходимо определение видового состава собственных и примесных дефектов в кварце. Известен люминесцентный способ исследования структурного несовершенства кварца, т.е. способ определения спектрального состава излучения примесных дефектов в кварцевом сырье, заключающийся в том, что по данным рентгено- и термолюминесцентного анализов судят о содержании SiO4/Na+ и AlO4/Li+ центров (Вотяков С.Л., Крохалев В.Я., Пуртов В.К., Краснобаев А.А.. Люминесцентный анализ структурного несовершенства кварца // Екатеринбург: УИФ "Наука", 1993. - с. 30-33). Положительным в известном способе является то, что в работе детально освещены центры люминесценции, отражающие степень микродефектности кварца. Недостатком является тот факт, что недоучтена роль AlO4/Na+ - центров и не учтена роль собственных дефектов в кварце (возбужденные кислородные состояния), которые могут интенсивно проявляться в спектрах рентгенолюминесценции особо чистого кварца. Известен способ определения состава собственных и примесных дефектов в кварцевом сырье, заключающийся в том, что проводят отбор мономинеральных образцов кварца, подвергают их термической обработке, облучают гамма-квантами дозой, переводящей изоморфный алюминий в парамагнитное состояние, измеряют методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) концентрации структурных центров в отобранных образцах (Раков Л. Т. и др. "Новый метод оценки качества кварцевого сырья", Разведка и охрана недр, 1993, N 7, с. 36-38). Недостатком известного способа является то, что он включает ряд сложных операций: облучение образцов кварца гамма-квантами, измерение методом ЭПР концентраций структурных алюминиевых центров, высокотемпературную обработку образцов и значительные затраты исследуемого материала.The invention relates to the field of geology, development and use of mineral deposits and can be used in the early stages of exploration for preliminary assessment of the quality of quartz raw materials. Natural quartz raw materials and especially pure quartz concentrates obtained from them are widely used in various high-tech industries - radio-electronic, semiconductor, lighting, optical, etc. The issues of assessing the quality of raw materials at the early stages of geological exploration remain one of the most relevant. The most important quality indicators of quartz raw materials suitable for obtaining high-purity quartz concentrates are the concentrations of impurity elements. They create impurity defects (structural impurities) in quartz. It is known that quartz is characterized by a wide variety of structural impurities or impurity defects (Al, Ge, Ti, alkali metal ions, hydroxyl groups, etc.) and intrinsic defects. To typify natural quartz raw materials by properties that determine the quality of the concentrate, it is necessary to determine the species composition of intrinsic and impurity defects in quartz. A luminescent method for studying the structural imperfection of quartz is known, i.e. a method for determining the spectral composition of the radiation of impurity defects in quartz raw materials, which consists in the fact that according to the data of X-ray and thermoluminescent analyzes, the content of SiO4 / Na + and AlO4 / Li + centers is judged (Votyakov S.L., Krokhalev V.Ya., Purtov V. K., Krasnobaev A.A. Luminescent analysis of the structural imperfection of quartz // Ekaterinburg: UIF "Nauka", 1993. - pp. 30-33). Positive in the known method is that in the work the centers of luminescence are reflected in detail, reflecting the degree of microdefectiveness of quartz. The disadvantage is the fact that the role of AlO4 / Na + centers is underestimated and the role of intrinsic defects in quartz (excited oxygen states), which can be intensely manifested in the X-ray luminescence spectra of highly pure quartz, is not taken into account. A known method for determining the composition of intrinsic and impurity defects in quartz raw materials is that monomineral samples of quartz are sampled, subjected to heat treatment, irradiated with gamma rays at a dose converting isomorphic aluminum to the paramagnetic state, measured by electron paramagnetic resonance (EPR) concentration structural centers in the selected samples (Rakov L. T. et al. "A new method for assessing the quality of quartz raw materials", Exploration and protection of mineral resources, 1993, N 7, p. 36-38). The disadvantage of this method is that it includes a number of complex operations: irradiation of quartz samples with gamma rays, EPR measurement of the concentration of structural aluminum centers, high-temperature processing of samples and significant costs of the investigated material.

Наиболее близким по технической сущности является способ оценки качества кварцевого сырья (патент RU № 2400736, опубл. 27.09.2010, МПК GO1N23/223) (прототип), включающий отбор монофракций кварца, предварительное прокаливание до температуры 350-4500°С, получение спектра рентгенолюминесценции прокаленного кварца в спектральном диапазоне длин волн 350-550 нм с последующей оценкой дефектности структуры и качества кварцевого сырья по соотношению высвечивания примесных и собственных дефектов. Недастатком данного способа является тот факт, что люминесценция собственных и примесных дефектов определяется в узком диапазоне длин волн. Задачей настоящего изобретения является разработка способа определения спектрального состава излучения собственных и примесных дефектов в кварцевом сырье с целью повышения экспрессности и надежности предварительной оценки качества кварцевого сырья. Поставленная задача решается тем, что согласно прототипу осуществляется отбор монофракций кварца, прокаливание с последующим возбуждением рентгенолюминесценции, но в отличие от прототипа рентгенолюминесценцию возбуждают в более широком диапазоне длин волн 200-900 нм в не рокаленных и прокаленных пробах, используя различное время рентгенизации (облучения), и определяют наличие собственных дефектов (возбужденных кислородных состояний) по усилению после прокаливания полос рентгенолюминесценции (или любой из них) с максимальным излучением при (λ, нм): 280, 320-340, 360-380, 390-400, 450-470, 620, 670-680; и наличие примесных дефектов по наличию полос рентгенолюминесценции (или любой из них), усиливающихся после повторного облучения с максимальным излучением при (λ, нм): 330-360, 370-390, 390-420, 420-440, 470-520, 510-570. The closest in technical essence is a method for assessing the quality of quartz raw materials (patent RU No. 2400736, publ. 09/27/2010, IPC GO1N23 / 223) (prototype), including the selection of mono fractions of quartz, preliminary calcination to a temperature of 350-4500 ° C, obtaining an X-ray luminescence spectrum calcined quartz in the spectral wavelength range of 350-550 nm, followed by an assessment of the defective structure and quality of the quartz raw material by the ratio of the emission of impurity and intrinsic defects. The disadvantage of this method is the fact that the luminescence of intrinsic and impurity defects is determined in a narrow wavelength range. The objective of the present invention is to develop a method for determining the spectral composition of radiation of intrinsic and impurity defects in quartz raw materials in order to increase the expressivity and reliability of a preliminary assessment of the quality of quartz raw materials. The problem is solved in that, according to the prototype, quartz monofractions are selected, calcined, followed by excitation of x-ray luminescence, but unlike the prototype, x-ray luminescence is excited in a wider wavelength range of 200-900 nm in non-roasted and calcined samples using different x-ray (irradiation) times , and determine the presence of intrinsic defects (excited oxygen states) by amplification after calcination of the X-ray luminescence bands (or any of them) with maximum radiation at (λ, nm): 280, 320-340, 360-380, 390-400, 450-470, 620, 670-680; and the presence of impurity defects in the presence of X-ray luminescence bands (or any of them), amplifying after repeated irradiation with maximum radiation at (λ, nm): 330-360, 370-390, 390-420, 420-440, 470-520, 510 -570.

Изобретение поясняется иллюстрациями.The invention is illustrated by illustrations.

Фиг. 1 – Центры люминесценции в кварце;FIG. 1 - Luminescence centers in quartz;

Фиг. 2 – Спектры рентгенолюминесценции кварца (Аргазинское месторождение, образец № Ар-151-12): влияние повторного облучения (РЛ1-1) и прокаливания (РЛ2) на люминесценцию кварца;FIG. 2 - X-ray luminescence spectra of quartz (Argazinskoye deposit, sample No. Ar-151-12): the effect of repeated irradiation (RL1-1) and calcination (RL2) on the luminescence of quartz;

Фиг. 3 – Спектры рентгенолюминесценции кварца (Кузнечихинское месторождение, образец №1): РЛ1 – рентгенолюминесценция непрокаленного образца (время облучения – 8 минут); РЛ1-1 - рентгенолюминесценция того же образца, повторно облученного (повторная рентгенизация) (время облучения – 16 минут);FIG. 3 - X-ray luminescence spectra of quartz (Kuznechikhinskoye deposit, sample No. 1): RL1 - x-ray luminescence of an unpicked sample (irradiation time - 8 minutes); RL1-1 - X-ray luminescence of the same sample, re-irradiated (re-X-ray) (exposure time - 16 minutes);

Фиг. 4 – Спектры рентгенолюминесценции кварца (Кузнечихинское месторождение, образец №1): РЛ1 – рентгенолюминесценция непрокаленного образца; РЛ2 - рентгенолюминесценция образца, прокаленного до 500°С;FIG. 4 - X-ray luminescence spectra of quartz (Kuznechikhinsky deposit, sample No. 1): RL1 - x-ray luminescence of an unpalcined sample; RL2 — X-ray luminescence of a sample calcined to 500 ° C;

Фиг. 5 – Спектры рентгенолюминесценции кварца (Уфимское месторождение, образец № Уф-133-12): влияние повторного облучения (РЛ1-1) и прокаливания (РЛ2) на люминесценцию кварца;FIG. 5 - X-ray luminescence spectra of quartz (Ufa deposit, sample No. Uf-133-12): the effect of repeated irradiation (RL1-1) and calcination (RL2) on the luminescence of quartz;

Фиг. 6 – Спектры рентгенолюминесценции кварца (Уфимское месторождение, образец № Уф-122-12): влияние повторного облучения (РЛ1-1) и прокаливания (РЛ2) на люминесценцию кварца.FIG. 6 - X-ray luminescence spectra of quartz (Ufa deposit, sample No. Uf-122-12): the effect of repeated irradiation (RL1-1) and calcination (RL2) on the luminescence of quartz.

В таблице на фигуре 1 дана интерпретация возможных центров люминесценции в кварце. Авторами предлагаемого изобретения экспериментально установлено, что отличительной особенностью люминесцентного способа определения спектрального состава излучения собственных и примесных дефектов в кварцевом сырье является предварительное прокаливание и использование различного по времени рентгеновского облучения, что позволяет выделить собственные и примесные дефекты, определить их долевое участие в люминесценции. Интенсивность люминесценции, связанной с собственными дефектами в кварце, растет после предварительного прокаливания, а люминесценция, связанная со структурной примесью в кварце, растет с ростом времени облучения при повторной рентгенизации. Без дополнительных лабораторных воздействий спектр люминесценции кварца чаще всего представляет собой широкую неэлементарную полосу излучения в оптическом диапазоне длин волн с перекрывающими друг друга спектральными характеристиками от различных центров излучения (фиг. 2, кривая РЛ1). The table in figure 1 gives an interpretation of the possible centers of luminescence in quartz. The authors of the present invention experimentally established that a distinctive feature of the luminescent method for determining the spectral composition of the radiation of intrinsic and impurity defects in quartz raw materials is preliminary calcination and the use of x-ray irradiation of different times, which makes it possible to isolate intrinsic and impurity defects and determine their fraction in luminescence. The luminescence intensity associated with intrinsic defects in quartz increases after preliminary calcination, and the luminescence associated with a structural impurity in quartz increases with increasing irradiation time upon repeated x-raying. Without additional laboratory effects, the luminescence spectrum of quartz most often represents a wide non-elementary emission band in the optical wavelength range with overlapping spectral characteristics from different radiation centers (Fig. 2, curve RL1).

Ниже приведены примеры конкретного осуществления изобретения.The following are examples of specific embodiments of the invention.

Исследования проводились на образцах кварца, взятых из кварцевых жил Уральских месторождений. В качестве источника возбуждения люминесценции использовался аппарат УРС-55 и рентгеновская трубка БСВ. Получаемые при этом возбуждении спектры рентгенолюминесценции снимались с помощью монохроматора МДР-12. Интенсивность излучения дана в относительных единицах. Причем 1 относительная единица в данном случае примерно равна 10-3 нит. Для всех проб снимались спектры рентгенолюминесценции в диапазоне длин волн 200-800 нм и проводился сравнительный анализ спектров рентгенолюминесценции, полученных до и после прокаливания до 500°С с различным временем облучения и с последующим определением спектрального состава излучения собственных и примесных дефектов в кварцевом сырье с учетом данных таблицы на фигуре 1. Для подтверждения данных люминесцентного анализа структурные примеси определяли в ФГУП «ЦНИИгеолнеруд» и в ЦКП геолого-географического факультета Томского государственного университета с помощью ICP-MS анализа.The studies were conducted on quartz samples taken from quartz veins of the Ural deposits. The URS-55 apparatus and the BSV X-ray tube were used as a source of luminescence excitation. The X-ray luminescence spectra obtained with this excitation were recorded using an MDR-12 monochromator. The radiation intensity is given in relative units. Moreover, 1 relative unit in this case is approximately equal to 10-3 nit. For all samples, X-ray luminescence spectra were recorded in the wavelength range of 200-800 nm and a comparative analysis of the X-ray luminescence spectra obtained before and after calcination to 500 ° C with different irradiation times and with subsequent determination of the spectral composition of the radiation of intrinsic and impurity defects in quartz raw materials was taken into account the data of the table in figure 1. To confirm the data of luminescent analysis, structural impurities were determined in FSUE TsNIIgeolerud and in the Central Design Bureau of the Geological and Geographic Faculty of Tomsk State vennogo University using ICP-MS analysis.

Пример №1.Example No. 1.

Готовили монофракцию кварца весом 20 мг (образец №1 из Кузнечихинского месторождения Уральской кварценосной провинции). Разделили монофракцию на две части. Для одной части снимали спектр рентгенолюминесценции в оптическом диапазоне длин волн 200-800 нм (без предварительного прокаливания) – РЛ1. Затем, не выключая рентгеновского возбуждения, для той же половины навески повторно снимали спектр рентгенолюминесценции в оптическом диапазоне длин волн 200-800 нм – РЛ1-1 (тем самым увеличивая время облучения образца в 2 раза) (фиг. 3). По отсутствию усиления свечения после повторного облучения в диапазонах длин волн (λ, нм) 330-360, 370-390, 390-420, 420-440, 470-500, 540-580 сделали вывод о том, что в образце №1 не обнаружены примесные дефекты (структурная примесь). Для другой половины приготовленной навески снимали спектр рентгенолюминесценции в оптическом диапазоне длин волн 200-800 нм после предварительного прокаливания проб до 500°С – РЛ2. Далее сравнили полученные спектры рентгенолюминесценции непрокаленных образцов (РЛ1) и прокаленных до 500°С (РЛ2) и по заметному усилению интенсивности излучения в прокаленных пробах по отношению кне прокаленным в диапазонах длин волн (λ, нм) 280-340, 360-380, 390-500, 500-700 сделали заключение о наличии собственных дефектов и их влиянии на люминесценцию кварца (фиг. 4). Используя таблицу на фигуре 1, сделали вывод о том, что спектральный состав излучения образца №1 обязан, в основном, центрам излучения, связанным с возбужденными кислородными состояниями (собственные дефекты). Чистота Кузнечихинского кварца в отношении структурных примесей и практически их отсутствие подтверждается рядом работ (Быдтаева Н.Г., Киселева P.A., Милеева И.М. Предварительная оценка качества кварцевого сырья с целью прогноза его технологических показателей // Результаты фундаментальных и прикладных исследований. Петрозаводск: КарНЦ. - 2006. - С. 117,118; Быдтаева Н.Г., Киселева P.A., Милеева И.М. Прогнозно-поисковые модели месторождений особо чистого кварца // Отечественная геология, 2006, № 4. С. 57-63; Белковский А.И. Минерагения месторождений особо чистого кварца “уфалейского” типа (Центрально-Уральское поднятие, Уфалейский метаморфический блок, Средний Урал) // Литосфера, №6. 2013. С. 78,79).A monofraction of quartz weighing 20 mg was prepared (sample No. 1 from the Kuznechikhinsky deposit of the Ural quartziferous province). Monofraction was divided into two parts. For one part, the X-ray luminescence spectrum was recorded in the optical wavelength range of 200-800 nm (without preliminary calcination) - RL1. Then, without turning off the x-ray excitation, for the same half of the sample, the X-ray luminescence spectrum was re-recorded in the optical wavelength range 200-800 nm - RL1-1 (thereby increasing the irradiation time of the sample by 2 times) (Fig. 3). In the absence of luminescence enhancement after repeated irradiation in the wavelength ranges (λ, nm) 330-360, 370-390, 390-420, 420-440, 470-500, 540-580, it was concluded that in sample No. 1 impurity defects (structural impurity) were detected. For the other half of the prepared sample, the X-ray luminescence spectrum was recorded in the optical wavelength range of 200-800 nm after preliminary calcination of the samples to 500 ° С - РЛ2. Next, we compared the obtained X-ray luminescence spectra of non-calcined samples (RL1) and calcined to 500 ° C (RL2) and a noticeable increase in the radiation intensity in calcined samples with respect to non-calcined samples in the wavelength ranges (λ, nm) 280-340, 360-380, 390 -500, 500-700 concluded that there were intrinsic defects and their effect on the luminescence of quartz (Fig. 4). Using the table in figure 1, it was concluded that the spectral composition of the radiation of sample No. 1 is mainly due to radiation centers associated with excited oxygen states (intrinsic defects). The purity of Kuznechikhinsky quartz with respect to structural impurities and their practically absence is confirmed by a number of works (Bydtaeva N.G., Kiseleva PA, Mileeva I.M. Preliminary assessment of the quality of quartz raw materials in order to predict its technological indicators // Results of basic and applied research. Petrozavodsk: Karelian Research Center. - 2006. - P. 117.118; Bydtaeva N.G., Kiseleva PA, Mileeva I.M. Forecasting and prospecting models of deposits of highly pure quartz // Russian Geology, 2006, No. 4. P. 57-63; Belkovsky A .I. Minerageny of deposits especially of the quartz of the “Ufaleysky” type (Central Ural uplift, Ufaleysky metamorphic block, Middle Urals) // Lithosphere, No. 6. 2013. P. 78.79).

Пример №2Example No. 2

Готовили монофракцию кварца весом 20 мг (образец № Уф-133-12 из Уфимского месторождения Уральской кварценосной провинции). Разделили монофракцию на две части. Для одной части снимали спектр рентгенолюминесценции в оптическом диапазоне длин волн 200-800 нм (без предварительного прокаливания) – РЛ1. Затем, не выключая рентгеновского возбуждения, для той же половины навески повторно снимали спектр рентгенолюминесценции в оптическом диапазоне длин волн 200-800 нм – РЛ1-1 (тем самым увеличивая время облучения образца в 2 раза) (фиг. 5). По усилению свечения после повторного облучения в диапазонах длин волн (λ, нм) 330-360, 420-440, 470-500 сделали вывод о том, что в образце Уф-№133-12 присутствуют примесные дефекты (структурная примесь), образующие центры излучения TiO4/Li+ (330-360 нм), AlO44-/Na+ (420-440 нм), АlО44-/Li+ (470-500 нм) (фиг. 1). Для другой половины приготовленной навески снимали спектр рентгенолюминесценции в оптическом диапазоне длин волн 200-800 нм после предварительного прокаливания проб до 500°С – РЛ2. Далее сравнили полученные спектры рентгенолюминесценции не прокаленных образцов (РЛ1) и прокаленных до 500°С (РЛ2) и по заметному усилению интенсивности излучения в прокаленных пробах по отношению к не прокаленным в диапазоне длин волн 360-380 нм, сделали заключение о наличии собственных дефектов и их влиянии на люминесценцию кварца. Используя таблицу на фигуре 1, сделали вывод о том, что спектральный состав излучения образца № Уф-133-12 обязан как центрам излучения, связанным с возбужденными кислородными состояниями (360-380 нм), так и со структурными примесями: TiO4/Li+, AlO44-/Na+, АlО44-/Li+. Заключение о наличии структурных примесей Al, Ti, Li, Na в образце № Уф-133-12 подтверждено методом масспектрометрии, по которому в образце кварца № Уф-133-12 из Уфимского месторождения присутствуют примеси Al, Ti, Li, Na в количестве до 13,5 ppm (структурные примеси определяли в ФГУП «ЦНИИгеолнеруд» и в ЦКП геолого-географического факультета Томского государственного университета с помощью ICP-MS анализа). A monofraction of quartz weighing 20 mg was prepared (sample No. Uf-133-12 from the Ufa deposit of the Ural quartziferous province). Monofraction was divided into two parts. For one part, the X-ray luminescence spectrum was recorded in the optical wavelength range of 200-800 nm (without preliminary calcination) - RL1. Then, without turning off the X-ray excitation, for the same half of the sample, the X-ray luminescence spectrum was re-recorded in the optical wavelength range 200-800 nm - RL1-1 (thereby increasing the irradiation time of the sample by 2 times) (Fig. 5). On the increase in luminescence after repeated irradiation in the wavelength ranges (λ, nm) 330-360, 420-440, 470-500, it was concluded that impurity defects (structural impurity) that form centers are present in the sample UV-No. radiation of TiO4 / Li + (330-360 nm), AlO44- / Na + (420-440 nm), AlO44- / Li + (470-500 nm) (Fig. 1). For the other half of the prepared sample, the X-ray luminescence spectrum was recorded in the optical wavelength range of 200-800 nm after preliminary calcination of the samples to 500 ° С - РЛ2. Next, we compared the obtained X-ray luminescence spectra of non-calcined samples (RL1) and calcined to 500 ° C (RL2) and a noticeable increase in the radiation intensity in calcined samples with respect to not calcined in the wavelength range 360-380 nm, concluded that there were intrinsic defects and their influence on the luminescence of quartz. Using the table in figure 1, we concluded that the spectral composition of the radiation of sample No. Uf-133-12 is due both to the centers of radiation associated with excited oxygen states (360-380 nm), and with structural impurities: TiO4 / Li +, AlO44 - / Na +, AlO44- / Li +. The conclusion about the presence of structural impurities of Al, Ti, Li, Na in sample No. Uf-133-12 is confirmed by mass spectrometry, according to which, in the sample of quartz No. Uf-133-12 from the Ufa deposit, Al, Ti, Li, Na impurities are present in an amount up to 13.5 ppm (structural impurities were determined in FSUE TsNIIgeolerud and in the Central Design Bureau of the Geological and Geographical Department of Tomsk State University using ICP-MS analysis).

Пример №3Example No. 3

Готовили монофракцию кварца весом 20 мг (образец №Уф-122-12 из Уфимского месторождения Уральской кварценосной провинции). Разделили монофракцию на две части. Описанным выше способом для двух приготовленных частей монофракции снимали спектры рентгенолюминесценции (фиг. 6). По очень слабому усилению свечения после повторного облучения (РЛ1-1) в диапазе длин волн 360-450 нм сделали вывод о том, что в образце № Уф-122-12 обнаружена незначительная доля примесных дефектов (структурной примеси). Используя таблицу на фигуре 1, сделали вывод о том, что за диапазон 360-450 нм в спектре люминесценции могут отвечать структурные примеси, образующие центры свечения AlO44-/Na+, АlО44-/Li+ (фиг. 1). Далее сравнили полученные спектры рентгенолюминесценции непрокаленных образцов (РЛ1) и прокаленных до 500°С (РЛ2) и по заметному усилению интенсивности излучения в прокаленных пробах по отношению к не прокаленным в диапазонах длин волн (λ, нм) 360-380, 390-500 сделали заключение о наличии собственных дефектов и их влиянии на люминесценцию кварца. Используя таблицу на фигуре 1, сделали вывод о том, что спектральный состав излучения образца № Уф-122-12 обязан, в основном, центрам излучения, связанным с возбужденными кислородными состояниями (360-380 нм, 390-500), то есть с собственными дефектами. Заключение о наличии незначительной доли структурных примесей Al, Li, Na в образце № Уф-122-12 подтверждено методом масспектрометрии, по которому в данном образце кварца из Уфимского месторождения присутствуют эти примеси в количестве до 8 ppm (структурные примеси определяли в ФГУП «ЦНИИгеолнеруд» и в Томском государственном университете).A monofraction of quartz weighing 20 mg was prepared (sample No.Uf-122-12 from the Ufa deposit of the Urals quartziferous province). Monofraction was divided into two parts. By the method described above, for two prepared parts of monofraction, X-ray luminescence spectra were recorded (Fig. 6). According to a very weak increase in luminescence after repeated irradiation (RL1-1) in the wavelength range of 360-450 nm, it was concluded that a small fraction of impurity defects (structural impurities) were found in sample No. Uf-122-12. Using the table in figure 1, it was concluded that structural impurities that form the luminescence centers of AlO44- / Na +, AlO44- / Li + can be responsible for the 360-450 nm range in the luminescence spectrum (Fig. 1). Next, we compared the obtained X-ray luminescence spectra of non-calcined samples (RL1) and calcined to 500 ° C (RL2) and a noticeable increase in the radiation intensity in calcined samples with respect to not calcined in the wavelength ranges (λ, nm) 360-380, 390-500 conclusion about the presence of intrinsic defects and their effect on the luminescence of quartz. Using the table in figure 1, we concluded that the spectral composition of the radiation of sample No. Uf-122-12 is mainly due to radiation centers associated with excited oxygen states (360-380 nm, 390-500), that is, with their own defects. The conclusion about the presence of an insignificant fraction of Al, Li, Na structural impurities in sample No. Uf-122-12 was confirmed by mass spectrometry, according to which these impurities in the amount of up to 8 ppm are present in this quartz sample from the Ufa deposit (structural impurities were determined in FSUE TsNIIgeolerurud and at Tomsk State University).

Пример №4Example No. 4

Готовили монофракцию кварца весом 20 мг (образец №Ар-151-12 из Аргазинского месторождения Уральской кварценосной провинции). Разделили монофракцию на две части. Описанным выше способом для двух частей монофракции снимали спектры рентгенолюминесценции (фиг. 2). По усилению свечения после повторного облучения в диапазонах длин волн (λ, нм) 330-360, 420-440, 470-500, 510-570 сделали вывод о том, что в образце №Ар-151-12 обнаружены примесные дефекты (структурная примесь), образующие центры излучения TiO4/Li+, AlO44-/Na+, АlО44-/Li+, GeО44-/Li+ (фиг. 1). Далее сравнили полученные спектры рентгенолюминесценции непрокаленных образцов (РЛ1) и прокаленных до 500°С (РЛ2) и по заметному усилению интенсивности излучения в прокаленных пробах по отношению к непрокаленным в диапазоне длин волн 360-380 нм сделали заключение о наличии собственных дефектов и их влиянии на люминесценцию кварца в одном диапазоне. Используя таблицу на фигуре 1, сделали вывод о том, что спектральный состав излучения образца № №Ар-151-12 обязан, в основном, центрам излучения, связанным со структурными примесями TiO4/Li+, AlO44-/Na+, АlО44-/Li+, GeО44-/Li+ TiO4/Li+. Заключение о наличии структурных примесей Al, Ge, Ti, Li в образце №Ар-151-12 подтверждено данными метода масспектрометрии, по которым в образце кварца №Ар-151-12 из Аргазинского месторождения присутствуют эти примеси в количестве до 80 ppm (структурные примеси определяли в ФГУП «ЦНИИгеолнеруд» и в Томском государственном университете).A monofraction of quartz weighing 20 mg was prepared (sample No. Ar-151-12 from the Argazinsky deposit of the Ural quartziferous province). Monofraction was divided into two parts. As described above, for two parts of the monofraction, X-ray luminescence spectra were recorded (Fig. 2). On the increase in luminescence after repeated irradiation in the wavelength ranges (λ, nm) 330-360, 420-440, 470-500, 510-570, it was concluded that impurity defects were detected in sample No. Ar-151-12 (structural impurity ), forming the emission centers of TiO4 / Li +, AlO44- / Na +, AlO44- / Li +, GeО44- / Li + (Fig. 1). Next, we compared the obtained X-ray luminescence spectra of non-calcined samples (RL1) and calcined to 500 ° C (RL2) and, based on a noticeable increase in the radiation intensity in calcined samples with respect to non-calcined ones in the wavelength range 360-380 nm, concluded that there are intrinsic defects and their effect on luminescence of quartz in one range. Using the table in figure 1, we concluded that the spectral composition of the radiation of sample No.Ar-151-12 is mainly due to radiation centers associated with structural impurities TiO4 / Li +, AlO44- / Na +, AlO44- / Li +, GeО44 - / Li + TiO4 / Li +. The conclusion about the presence of structural impurities of Al, Ge, Ti, Li in sample No. Ar-151-12 is confirmed by the data of the mass spectrometry method, according to which in the quartz sample No. Ar-151-12 from the Argazinsky deposit, these impurities are present in an amount up to 80 ppm (structural impurities determined in FSUE TsNIIgeolerud and Tomsk State University).

Таким образом, предложенный способ определения спектрального состава излучения собственных и примесных дефектов в кварцевом сырье с помощью спектров рентгенолюминесценции, полученных при различном времени облучения и при сравнении спектров рентгенолюминесценции не прокаленных и прокаленных до 500°С образцов кварца позволяет быстро и надежно определять спектральный состав излучения собственных и примесных дефектов в кварцевом сырье.Thus, the proposed method for determining the spectral composition of the radiation of intrinsic and impurity defects in quartz raw materials using X-ray luminescence spectra obtained at different irradiation times and by comparing the X-ray luminescence spectra of quartz samples not calcined and calcined to 500 ° C allows us to quickly and reliably determine the spectral composition of radiation of intrinsic and impurity defects in quartz raw materials.

Claims (1)

Способ определения спектрального состава излучения собственных и примесных дефектов в кварцевом сырье, включающий отбор проб кварцевого сырья, прокаливание, получение спектров люминесценции приготовленных проб при рентгеновском возбуждении (спектры рентгенолюминесценции), отличающийся тем, что прокаливание производят до 500°С, получают спектры люминесценции приготовленных проб при рентгеновском возбуждении в оптическом диапазоне длин волн 200-800 нм, сравнивают спектральный состав излучения проб в прокаленных и непрокаленных пробах при различном времени рентгенизации (облучения) и определяют спектральный состав излучения собственных дефектов по усилению интенсивности излучения в полосах рентгенолюминесценции (λ, нм) 280, 320-340, 360-380, 390-400, 450-470 в прокаленных пробах; определяют спектральный состав излучения примесных дефектов по усилению интенсивности излучения в полосах рентгенолюминесценции (λ, нм) 330-360, 370-390, 390-420, 420-440, 470-520, 510-570 после повторного облучения. A method for determining the spectral composition of radiation of intrinsic and impurity defects in quartz raw materials, including sampling of quartz raw materials, calcination, obtaining luminescence spectra of prepared samples under x-ray excitation (X-ray luminescence spectra), characterized in that the calcination is performed up to 500 ° C, and luminescence spectra of prepared samples are obtained when x-ray excitation in the optical wavelength range of 200-800 nm, the spectral composition of the radiation of samples in calcined and non-calcined samples is compared and different time X radiation (irradiation) and determining the spectral composition of the radiation intrinsic defects to enhance the radiation intensity in the X-ray bands (λ, nm) 280, 320-340, 360-380, 390-400, 450-470 in the calcined samples; determine the spectral composition of the radiation of impurity defects by increasing the radiation intensity in the X-ray luminescence bands (λ, nm) 330-360, 370-390, 390-420, 420-440, 470-520, 510-570 after repeated irradiation.
RU2016117313A 2016-05-05 2016-05-05 Method for determining spectral radiation composition of intrinsic and extrinsic defects in quartz raw material RU2616227C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016117313A RU2616227C1 (en) 2016-05-05 2016-05-05 Method for determining spectral radiation composition of intrinsic and extrinsic defects in quartz raw material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016117313A RU2616227C1 (en) 2016-05-05 2016-05-05 Method for determining spectral radiation composition of intrinsic and extrinsic defects in quartz raw material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2616227C1 true RU2616227C1 (en) 2017-04-13

Family

ID=58642542

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016117313A RU2616227C1 (en) 2016-05-05 2016-05-05 Method for determining spectral radiation composition of intrinsic and extrinsic defects in quartz raw material

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2616227C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2000434C1 (en) * 1991-07-19 1993-09-07 Ионкина Б.А., Ройзенман Ф.М , Худад н К.В. Test method for estimating the industrial properties of quartz resources
RU2056627C1 (en) * 1992-07-29 1996-03-20 Институт электрофизики Уральского отделения РАН Method of quantitative analysis of mineral microimputities in quartz raw material and automatic analyser for this method
US5818577A (en) * 1996-12-30 1998-10-06 General Electric Company Detection method and apparatus for contamination in quartz sand
RU2145105C1 (en) * 1998-07-22 2000-01-27 Всероссийский научно-исследовательский институт минерального сырья им.Н.М.Федоровского Method for reconnaissance of high-purity quartz deposits
JP2001021494A (en) * 1999-07-08 2001-01-26 Sumitomo Metal Ind Ltd Method and apparatus for detecting impurity element of quartz glass material
RU2400736C1 (en) * 2009-08-03 2010-09-27 Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Томский государственный университет" Method of evaluating quality of quartz material

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2000434C1 (en) * 1991-07-19 1993-09-07 Ионкина Б.А., Ройзенман Ф.М , Худад н К.В. Test method for estimating the industrial properties of quartz resources
RU2056627C1 (en) * 1992-07-29 1996-03-20 Институт электрофизики Уральского отделения РАН Method of quantitative analysis of mineral microimputities in quartz raw material and automatic analyser for this method
US5818577A (en) * 1996-12-30 1998-10-06 General Electric Company Detection method and apparatus for contamination in quartz sand
RU2145105C1 (en) * 1998-07-22 2000-01-27 Всероссийский научно-исследовательский институт минерального сырья им.Н.М.Федоровского Method for reconnaissance of high-purity quartz deposits
JP2001021494A (en) * 1999-07-08 2001-01-26 Sumitomo Metal Ind Ltd Method and apparatus for detecting impurity element of quartz glass material
RU2400736C1 (en) * 2009-08-03 2010-09-27 Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Томский государственный университет" Method of evaluating quality of quartz material

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wobrauschek et al. Total-reflection x-ray fluorescence spectrometric determination of elements in nanogram amounts
KR101281105B1 (en) The method of quantitative analysis for uranium in an aqueous solution
TW201205062A (en) Sample inspection device and sample inspection method
Acquafredda XRF technique
Götze et al. Uranium and uranyl luminescence in agate/chalcedony
Kempson et al. Applications of synchrotron radiation in forensic trace evidence analysis
RU2616227C1 (en) Method for determining spectral radiation composition of intrinsic and extrinsic defects in quartz raw material
RU2400736C1 (en) Method of evaluating quality of quartz material
Wang et al. The development of TXRF method and its application on the study of trace elements in water at SSRF
RU2432569C2 (en) Method for rapid detection of high-quality quartz material
da COSTA et al. Development and characterization of a portable total reflection X-ray fluorescence system using a waveguide for trace elements analysis
Bordovskii et al. X-ray fluorescence analysis of the composition of As-Ge-Se glasses and films
RU2432571C1 (en) Method for x-ray spectrum determination of effective atomic number of material and apparatus for determining efficient atomic number of material
Zuzaan et al. Radionuclide induced energy dispersive X‐ray fluorescence for the determination of La, Ce, Pr and Nd and their content sums in the rare‐earth ores
Korekina et al. Geochemistry and Formation Conditions of Milk-White Quartz Veins in the Maksyutovo Metamorphic Complex, Southern Urals
Raznomazov et al. X-ray fluorescent spectrometer with total X-ray reflection for studies of kinetics of thin film deposition
Mikhailov et al. Detection limits of impurities in a light filler in an X-ray fluorescent arrangement with a secondary target
RU2800844C1 (en) Method for measuring the amount of process additives and random impurities in historical glasses by the x-ray fluorescence with a synchrotron radiation source
RU2554657C1 (en) Method of detecting rubin-containing calciphyres
RU2485485C1 (en) Method of estimating optical transmission coefficient of silicate material
RU2432555C1 (en) Method of determining content of silver in iodides
Üstündağ et al. Geochemical compositions of trona samples by PEDXRF and their identification under confocal Raman spectroscopy: Beypazarı-Ankara, Turkey
RU2413931C1 (en) Method of identifying source of collection of diamond crystals
SU855458A1 (en) Method of multi-element x-ray fluorescent analysis
RU2375703C1 (en) Method of evaluating value of relative error of experimentally obtained percentage content of element to certified percentage content of said element through x-ray fluorescence analysis