DE2419619A1 - Verfahren zur bestimmung des ungefaehren aluminiumgehaltes von farblosem und rauchfarbenem quarz, quarzit, glas oder silicatmaterialien mit einem ausgewaehlten aluminiumgehalt - Google Patents

Description

Anmelder: Sawyer Research Products, Inc., 35400 Lakeland Boulevard,
■Dastlake, Ohio 44094/USA

Verfahren zur Bestimmung des ungefähren Aluminiumgehaltes von farblosen und rauchfarbeneir: Quarz, Cuarzit, Gles oder Sxlicatrnaterialien mit einem ausgevjählten Aluminium^ehalt

Die Erfindung betrifft ein schnelles und zerstörungsfreies (nicht-zerstorenries) Verfahren zur Bestimmung des ungefähren Aluminiumgelialtes von farblosem und rauchfarbenem Quarz, Quarzit, Glas oder Silicatmaterialien, die 0 bis etica 1000 ppm Aluminium enthalten; sie betrifft insbesondere ein Verfahren zun Identifizieren und Isolieren von Quarz, Quarzit, Glas oder Silicatmaterialien mit ausgewählten Aluminiumgehaltcn öov^rie ein zerstörungsfreies Verfahren zur Bestimmung der Aluinin iumgehaite dieser Materialien.

Aluminium ist eine wichtige Verunreinigung, die in Quarz, Quarzit, Glas oder Silicatmaterialier;. gefunden, wird. In natürlichen: Quarz ist Aluminrun: eine der Mav.pi:v&runrsinietmger:, bei den anderen handelt es sich um Eisen, Titan, Katriina, Lithium lind Wasserstoff. Die beispielsweise in lv.türlichem Quarz enthaltenen Verunreinigungen beeinflussen die daraus hergestellten Produkte sowohl beim gezüchteten Quarzv/acbstu;a i::ls auch

809835/0588

bei der Herstellung von geschmolzenem Quarz, wobei häufig hochreine Produkte erwünscht sind. Es ist nun möglich, viele der Verunreinigungen außer Aluminium durch physikalisches Eliminieren sämtlicher Fremdmaterialien aus der Nasse (dem Klumpen bzw. Posten), die an den Oberflächen der iiasse haften oder innerhalb der Hassen enthalten sind, abzutrennen. Mit dieser Methode werden meistens Eisen und Titan wirksam entfernt. Die an der Oberfläche adsorbierten Hauptverunreinigungen, Natrium, Lithium und metallisches Eisen (nicht jedoch ihre gelösten Fraktionen)_tkönnen dann durch Waschen mit einer Säure (saures Waschen) entfernt \\?erden. In der Quarzschrnel-

zenindustrie werden im allgemeinen für ein solches Waschen mit einer Säure Säuren, wie z.B. Chlorwasserstoffsäure und Fluorwasserstoffsäure, verwendet. Aluminium ist jedoch als Verunreinigung in Quarz besonders schwierig zu entfernen, weil es in der Regel in dem Quarz gelöst ist und reine Klumpen bzw. Massen bis heute nicht nach irgendeinem bekannten, zerstörungsfreien, praktikablen Verfahren von unreinen Klumpen bsv;. Hassen getrennt werden können.

Die Anwesenheit von Aluminium in rohem natürlichem Quarz ist ein Problem bei Zuchtqua.rzwachst:unisverfahren, weil sich das Aluminium in dem hydrothermalen Fluid löst und verschiedene Eigenschaften der aus dem- Fluid gewachsenen Kristalle beeinflußt. Die Anwesenheit von Aluminium in dem Fluid beeinflußt die folgenden Kristalleigenschaften in der angegebenen Weise: Q ns-irmt ab (vgl. IESE Trans, on Sonics and Ultrasonics, Band Su-19, Nr. 1, Januar 1972, Seiten 41 bis 44); die relativen Größen der Furchen (Rillen)-oder S-Oberflachen nehmen zu; das X/Z-Wachsturasverhältnis nimmt zu; und die Tendenz zur

S09835/058S

Bildung von llißdef eichen (Sprungde feiet en) nimmt zu. Obgleich eine Lithiumdotierung der hydrothermalen Lösung zum Teil zur Kontrolle der ersten beiden dieser unervrünschten Eigenschaften angewendet v/erden kann, bleibt die Aussonderung bzv7. Aussortierung des Rohmaterials zur Kontrolle des Aluminiumgehaltes innerhalb akzeptabler geeigneter Toleranzgrenzen das am meisten erwünschte Kontrollverfahren für; diese Probleme.

In der geschmolzenen Quarzindustrie ist die Kontrolle (Steuerung) des variablen Aluminiumgehaltes ebenso bedeutsam ocier noch bedeutsamer. Wenn z.B. die geschmolzenen Quarzkristalle für optische Zwecke verwendet werden sollen, muß der geschmolzene Quarz homogen sein. Es wurde nun festgestellt, daß dann, wenn Quarzklumpen oder -partikel mit verschiedenen Aluminiumgehalten gemeinsam geschmolzen werden, der dabei erhaltene geschmolzene Quarz keinen gleichförmigen optischen Index aufweist und das Material kann nicht verwendet werden ohne eine lange und kostspielige Schlußglühung.

Ein anderer Typ von Verunreinigungen, der zum Auftreten von Problemen bei der Verwendung von geschmolzenem Quarz führen kann, sind die Alkalimetalle. Es wurde festgestellt, dc.ß Alkali enthaltender Quarz stärker zur Entglasung neigt. Deshalb sollten bei der- Verwendung von geschmolzenem Quarz, bei der eine Entglasung problematisch ist, unkontrollierte Alkali enthaltende Ouarzklumpen (Quarzmassen) nicht verwendet werden.

Es ist seit langem bekannt, daß natürliche Quarzkristalle unter dem Einfluß von Röntgenstrahlen oder Gammastrahlen rjsur oder minder rauchfarbig werden. Von Kats (Thesis, Delft (1961),

609835/058S

vgl. auch "Hydrogen in Alpha-Quartz", Philips Research Reports, 17:201-279 (Juni 1962) ) wurde zum ersten Mal ausführlich die gelbe Farbtönung beschrieben, die bei einigen Klumpen entsteht und es wurde festgestellt, daß diese mehr OK-Gruppcn enthalten als die anderen. Von Bambauer (Schweiz. Min. Petr. Mitt., 41:335 (1961) ) wurden die Beziehungen zwischen den gesättigten Farben und den Verunreinigungen untersucht und es wurde angegeben, daß die Aluminiuraionen durch die Summe der monovalenten Verunreinigungen kompensiert werden, wie z.B. bei Al = Na + Li + H. Von Lehman wurde außerdem das gelbfarbene Zentrum, "Honig" genannt, untersucht ("Yellow Color Centers in Natural and Synthetic Quartz", Phys. kondens. Materie, 13:297-306 (1971) ).

Diese und andere Probleme können erfindungsgemäß überwunden werden mit einem Verfahren zum PClassieren und Selektieren von rohem Quarz, Quarzit, Glas oder Silicatmateriaiien, die 0 bis 1000 ppm Aluminium enthalten, in Fraktionen mit atisgewählten Aluminitimgeha.lten. Dieses Verfahren besteht darin, daß man die Mineralien für eine gegebene Zeitspanne ionisierender Strahlung einer bekannten Intensität aussetzt, die ausreicht, um zu bewirken, daß sich die verschiedenen unterschiedlichen Färbungen, die auf das Aluminium und andere vorhandene Verunreinigungen zurückzuführen sind, der Sättigung nähern und die bestrahlten Materialien auf der Basis ihrer verschiedenen Farbtönungen und Farbtiefe in Fraktionen aufteilt. Bevorzugte Beispiele für die Bestrahlung sind die Bestrahlung mit Gamma- oder Röntgenstrahlung» Nach diesen Verfahren können Fraktionen von Quarz, Quarzit, Glas oder Silicatmaterialien erhalten ve::-

509835/0586

den, die ausgewählte und bekannte Mengen an Aluminium oder fast überhaupt kein Aluminium und, falls erforderlich, kontrollierte Alkalimengen enthalten.

Zu den Materialien, auf welche die erfindungsgemäßen Verfahren angewendet werden können, gehören Quarz, Guarzit, Glas oder .Silicatmaterialien, die 0 bi-s ICOO ppm Aluminium enthalten. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf Quarzkristalle, bei denen es sich entweder um in der Natur vorkommende Quarzkristalle oder um gezüchtete Kristalle handeln kann* Die nachfolgende Diskussion bezieht sich auf die Anwendung der Erfindung auf Quarzkristalle, sie kann aber in gleicher Weise auch auf Quarzit, Glas und Silicatmaterialien, die wenig Aluminium enthalten, angewendet werden.

Es wurde nun gefunden, daß dann, wenn Quarzkristall, die etwas Aluminium enthalten, ionisierender Strahlung ausgesetzt werden, die Kristalle einer Farbänderung unterliegen, die hauptsächlich von der Menge des darin enthaltenen Aluminiums, aber auch von anderen mit dem Aluminium assoziierten Verunreinigungen abhängt. Die jeweils erzeugte Farbe hängt hauptsächlich von den monovalenten Verunreinigungen ab, die mit dem *in den Kristallen vorhandenen Aluminium assoziiert sind, wie z.B. Natrium, Lithium und Wasserstoff. Die jeweils erzeugte Farbe hängt auch von der kristallographischen Ua.ciistunisrichtui'ig i'Co, in welcher der Kristall ursprünglich gewachsen ist. 12-ei natürlichem Quarz ist diese nahezu unveränderlich rhoraboedrisch, eine Tatsache, die zur Verbesserung der Konsistenz der Färbungen in natürlichem Quarz hilfreich ist. Es wurde nun gefunden, doß die erzielte Farbe differiert, je-nachdem, ob die Aluminium-

509835/0588

ionen hauptsächlich durch Alkalimetallionen, wie Natrium- oder Lithrumionen, oder zusätzlich durch Wasserstoff kompensiert werden. Es wurde insbesondere gefunden, daß durch Alkalimetalle kompensiertes Aluminium zu einer rauchfarbigen, grauen Grundfarbe führt, deren breite Absorptionsbande sich um etva 460 rau (blau) herum zentriert, während Aluminium, das in steigendem Maße durch Wasserstoff kompensiert ist, zu einem zunehmend gelben Farbton führt, dessen Absorption im ultraviolettem Bereich (unterhalb 200 mu) am stärksten ist. Bei der dazwischenliegenden Mischung der Alkali- und Wasserstoffkompensation des Aluminiums treten gemischte Farbtöne von Gelb und Grau (Braun) auf. Eisenhydroxyd ergibt in Quarz ohne Bestrahlung ebenfalls einen gelben Farbton, bekannt als Citrin. Um eine Verwechslung zu vermeiden, wird dieser Citrin Vorzugspreise vor der Bestrahlung ausgeschlossen.

Bei irgendeiner gegebenen Bestrahiungsdosierung hängt die Intensität jeder Farbe (Farbtiefe) von der relativen I»Ien;~e des in den Kristallen vorhandenen Aluminiuias ab. Deshalb weisen Kristalle, die größere Aluminiummengen enthalten, eine tiefere Färbung des gleichen Farbtons auf, bei den gleichen Aluminiura-ehalten treten jedoch bei verschiedenen Dichten unterschiedliche Farbtönungen auf, wobei die sichtbaren gelben Fcorbtönungen merklich blasser sind als die grauen Farbtönungen für die entsprechenden AluminiumgehG.lte.

Das Bestranlungsverfahren stellt daher eine Methode zum Klassierer, und Auftrennen von Quarzkristallen in Chargen mit. ausgewählten Aluminium ehalt en oder solchen, die fast überhcupt kein Aluminium enthalten, dar. Diese Methode stellt auch ein Verfahren

509835/0588

zum Selektieren von Ouarzkristallen, die hauptsächlich durch Alkali kompensiertes Aluminium enthalten, von solchen Kristallen dar, die Aluminium enthalten, das großenteils durch Wasserstoff kompensiert ist. Die gelben, Wasserstoff enthaltenden Quarzkristall neigen nach dem Schmelzen weniger zur Entglasung und eignen sich daher insbesondere für solche Schmelzzwecke, wenn ihr Aluminiumgehalt, in jeder Charge gleichmäßig auf geeignete Werte eingestellt (kontrolliert) wird. Die grauen Quarzkristalle zeigen andererseits die höchste sichtbare Farbdichte pro Aluminiumgehaltkoeffizient auf, so daß sie die größte Selektivität bei visueller Klassierung nach diesem Verfahren ergeben. ' .

to¹

Beispiele für ionisierende Strahlungen, die sich für die Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren eignen, sind Gammastrahlen und Röntgenstrahlen. Die Gansnastrchlung ist bevorzugt, da sie stärker eindringt und die gewünschte Färbung gleichmäßig innerhalb des gesamten bestrahlten Kristalls ergibt. Im allgemeinen werden Gammastrahlen aus Kobalt-όΟ verwendet, da Kobalt-60 heute ein leicht zugängliches Isotopcnmaterial ist und seine Strahlen sind stark durchdringend und sie ergeben eine gleichförmigere Belichtung als Röntgenstrahlen.

Es wurde gefunden, daß die Bestrahlung der Kristalle mit einer Dosis von etwa 0,2 bis zu etwa 10 llegarad verschiedene sufriedensteilende Farbwerte ergibt. Die erupfo

Strahlungsdosis hängt von der jeweiligen Art des behandelten Materials, der geminschten Klassierungsempfindlichkeit und der Henge der darin enthaltenen Verunreinigungen ab. Es wurde

609835/0586

. '■ ' 2419G19

■gefunden, daß für die gleiche VerunreinigungsmGnge die erhaltenen Farben um so dunkler sind, je höher die Dosis ist, obgleich die Farben sich um 1,5 Megarad herum zu sättigen beginnen. Eine sehr dunkle oder eine sehr helle Färbung kann die visuelle Unterscheidbo.rkeit vermindern. Im allgemeinen hat sich eine Bestrahlungsdosis von etwa 1,5 bis etwa 2,5 oder 5 Kegarad als besonders geeignet erwiesen, wenn sie unter Kormalbedingungen auf transparente natürliche Quarzkristalle angewendet wird.

Die erfindungsgemäß behandelten Materialien sollten der Strahlung eine Zeitspanne ausgesetzt werden, die von der Sterke der Strahlungsquelle abhängt. So ergibt beispielsweise in einer Flamner, die 50.000 Rad pro Stunde abgibt, eine Exponierungsdauer von etwa 40 Stunden eine Strahlungsdosis von etwa 2,0 Megarad, die für viele Anwendungszwecke bevorzugt ist.

Die Technologie der Gammabestrahlung mit der Gammastrahlung, die von dem Kobalt-oO-Isotopcn-nebenprodukunaterial von Kernreaktoren abgegeben wird, ist für die Verwendung zum Sterilisieren von medizinischen Geräten, Nahrungsmitteln und dgl. bereits gut entwickelt. Es gibt verschiedene Anlagen sowohl in Nordamerika als auch in Europa, in denen diese Strahlvngsbehandlung betriebsmäßig durchgeführt wird. Alternativ kann ein großer Benutzer seine eigene Quelle im Innern einer Abschirrakarmer (zum Schutz des Tcrsonals) installieren und die Bestrahlung . mit eigener Kontrolle der Dosis und Gleichmäßigkeit durchführen.

6098 3-5/0588

Wie oben angegeben, spiegeln die verschiedenen Farbtönungen und Farbtiefen, die bei'dem gleichförmigen Strahlungsvcrfahren erhalten werden, die Art und Menge der Verunreinigungen in den behandelten Kristallen wieder. Die Erfindung betrifft daher ein zerstörungsfreies (nicht-zerstörendes) Verfahren zum Klassieren (Sortieren) von Quarzklurapen, die als Rohmaterialien verwendet V7erden sohlen. Die nach der Bestrahlung erhaltenen physikalischen Farben sind, wenn sie in geeigneter Weise klassiert werden, sehr empfindliche Indikatoren für die Verunreinigungen und sie können tatsächlich

empfindlicher als die normalen spektrographischen Analysemethoden sein. Das Bestrahlungsverfahren kann so angewendet werden, daß es die Quarzklumpen mit der höchsten Reinheit, die nach der Bestrahlung eine, minimale Färbung aufweisen,aussortiert und auch diejenigen abtrennt oder entfernt, die übermäßige Mengen an unerwünschten Verunreinigungen, wie Aluminium und Alkalimetallen, enthalten.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren wurde angewendet zum Aufbereiten von Roh-Lascas-Beschickungschargen für das hypothermale Wachstum, wobei die Aufgabe darin bestand, in jeder Charge einen mittleren durchschnittlichen Aluminiumgehalt zu'erzielen, Ein anderes Verfahren kann auf ähnliche Weise zum Aufbereiten von Beschickungen zum Aufschmelzen zu geschmolzenem Quarz angewendet werden.

Die Klassierung bzw. Sortierung der bestrahlten Klumpen kann mittels automatischer Vorrichtungen erfolgen, welche'die Klassen auf der Basis der Farbe voneinander unterscheiden»

509835/0586

- 10 - ' ^: ' ■ ■

Solche Vorrichtungen sind im Handel erhältlich für die Massensortierung von Festkörpern, wie Bohnen, Erbsen, Klumpenmineralien und dgl. Diese Vorrichtungen betrachten normalerweise den belichteten Körper durch ein Filter mittels eines Linsen- und elektrischen Auge-Systems. Für die beste Unterscheidung im Graüzentrum eignet sich ein Blaufilter bei 460 bis 466 ιγλι, wobei · ZX¹Ia Abstimmen der Dichte eines Filters auf die Intensität der Bestrahlung und die Betrachtungs-Ansprechempfindlichkeit, welche die praktische Klassierungsdurchlaufgeschwindigkeit der Vorrichtung beeinflußt, Sorgfalt angewendet werden muß. Diese Erwägung' führt normalerweise dazu, daß ein blaßbls.ues, breites Filter gegenüber einem tiefblauen monochromatischen Filter bevorzugt ist.

Die Erwägungen beim Klassieren bzw. Sortieren der gelben Farbe sind etwas anders. Diese Farbe ist für das Auge sichtbar, weil er ViolettabsorptionspGak bei 400 ira liegt, was bedeutet, daß die Klassierung durch das Auge erfolgt durch Unterscheidung auf der Basis dieser schwachen Absorption. Die Unterscheidung für dieses Farbzentrum nirarat zu, je weiter sich die beobachtete Farbe in dem ultravioletten Bereich gegen 200 ntu bewegt. Linsen aus normalem optischem Glas lassen den langwelligen ultravioletten Bereich von 32C bis 400 mi durch. Für die Transmission des mittleren ultravioletten Dereiches (230 bis 320 nai ) v.vA des größten Teile des kurzwelligen jisraiches im "fernen" Ultraviolett zusätzlich zu dem langwelligen ultravioletten und sichtbaren Bereich sind spezielle Quarzlinsen erforderliche Quecksilber-Hochdrucklampen ergeben eine gute Beleuchtung sowohl im blauen

S09835/0586

. - 11 -

als auch in ultravioletten Uellenlängenbereich.

Wenn eine visuelle Handklassierung angewendet wird, können die Kosten für eine 100 %ige Klassierung wie oben höher sein als sie erforderlich sind, wenn es sich dabei um den durchschnittlichen Gehalt einer zu kontrollierenden Charge an Verunreinigungen handelt. Es wurde gefunden, daß in den meisten Fällen, in denen Lascas-Quarz Wr. 1 oder Hr. 2 aus Brasilien versandt wird, dieser eine verhältnismäßig gleichmäßige iiischung von Klumpenfarben (lump colors) innerhalb jedes Behälters enthält. Demgemäß wird ein Probeentnahmeplan angewendet, bei dem aus jedem Behälter eine 5 %-Probe entnommen, bestrahlt und in die ausgewählten Farbkategorien, nämlich farblos, gelb, hell-rauchfarbig, raittelstarkrauchfarbig, dunkeIrauchfarbig und Mischungen aus gelb und rauchfarbig einsortiert wird. Es wird eine grobe Wertungsziffer (Gütewert), errechnet durch Summieren der Gewichtsprozentsätze sämtlicher Klumpen (Posten), dia in die Kategorien mit niedrigem Aluminium einsortiert worden sind: farblos, hellrauchfarbig, mittelsterkrauchfarbig und schwach gemischt. In der Praxis wurde eine allgemeine Beziehung zwischen dieser -Bewertungsziffer und dem nic.dr.igen Aluminiumgehalt gefunden. Aus diesem Grunde ist -es praktisch, die Kontrolle über den gesamten Aluminiumgehalt der Charge dadurch beizubehalten, ds.ß man in jeder Charge Behälter miteinander mischt, deren sortierte Bewertungsziffern bei einem in geeigneter Weise ausgewählten Zielwert einen Mittelwert bilden. ·

Die Klassierung bzw. Sortierung für Schmelzzwecke ist zsjar im

50 9 835/0586

Detail, nicht jedoch im Prinzip davon verschieden, vienn das Ziel darin besteht, Chargen zu schmelzen, die jeweils einen gleichförmigen Aluminiumgehalt haben, muß gleichmäßig bestrahlt V7erden und es muß eine große Mange an sauberem, klarem Quarz aussortiert werden, um genügend Klumpen für eine Charge jeder verwendbaren Farbabstufung zu erhalten. Die Gleichförmigkeit des in jeder Charge gewünschten Aluminiumgehaltes bestimmt den Farbtie/enbereich der in jeder Kategorie zulässig ist. Zuerst muß die Trennung durch die Farbtönungen auf der Grau-Gelb-Farbskala durchgeführt werden wegen der veränderten Aluminiumgehaltkoeffizienten gegenüber der Farbtiefe der verschiedenen Farbtönungen. Mit anderen Worten, jede zu schmelzende Charge besteht im wesentlichen aus Klumpen mit einer Farbtönung und einer Tiefe dieser Farbtönung. Der kleine Bereich der Farbtönung und der Tiefe der Farbtönung, der in dieser Charge zulässig ist, hängt von der für die Charge erforderlichen Gleichförmigkeit ab. Klumpen mit einer davon verschiedenen Farbtönung oder FärbtÖnungstiefe innerhalb eines Klumpens bilden ein Problem; wenn die Abweichung stark genug ist, muß der Klumpen entweder in kleinere Stücke zerbrochen oder verworfen werden. Abweichungen in bezug auf die Klumpengröße können ebenfalls Probleme aufwerfen beim Aufeinanüerabstimmen von Farbtönung und Tiefe der Farbtönung. Die besten Ergebnisse werden erhalten beim Sortieren von Klumpen, d.eren Größenbereich (-Streuung) minimal ist.

Außer der Kontrolle des Aluminiumgehaltes ist es auch möglich, im Hinblick auf den niedrigen Alkaligehalt zu selektieren, in-

50983S/0B86

dem man entweder das hsll-rauchfarbige bis farblose riaterial (das visuell gut sortiert werden kann) oder das blaß-honigfarbige l-Iaterial bevorzugt. Letzteres kann im Hinblick auf seinen Aluminiumgehalt visuell mit einer viel geringeren Selektivität sortiert werden als das rauchfarbige Haterial, es wird jedoch mittels einer Sortierungsvorrichtung, die durch ultraviolettes Licht selektiert,·empfindlicher sortiert (klassiert).

Wahrscheinlich ist die Hauptbegrenzung des Leistungsvermögens der- Erfindung in dem natürlichen Quarz selbst zu sehen, wenn die Erfindung zum Sortieren von natürlichen Quarzklumpen angewendet wird. Da ihr Gehalt an Verunreinigungen durch die Strahlungsbehandlung nicht verändert wird, ist es nicht möglich, nach der Behandlung Klumpen zu erhalten, die reiner oder gleichförmiger sind als diejenigen, die .in dem Verfahren eingesetzt worden sind. Die Tatsache, daß die große 1-Iehrheit des natürlichen Quarzes zuerst auf rhoinboodri· sehen Flächen gezüchtet wurde, unterstützt die Behauptung einer allgemeinen Reproduzierbarkeit der Beziehung zwischen der Farbtönung, der Tiefe der Farbtönung und dem Gehalt an Ve:·:- unr ο ini guiigen.

Bei Anwendung der Erfindung entweder zum 100 %Ϊ£εη Sortieren oder Prcbensor tieren werden vorzugsweise solche Minenvorkomnion oder Lagerstätten ausgewählt, die* einen hohp.n Anteil εη Klumpen in aera gewünschten Sortierungskr'uegorien liefern. Das heißt mit anderen Uorten, die Erfindung ist ebenfalls brauchbar sun Selektieren von bevor zug!; cn natürlicher.. Lc^arc-il-tern

509835/0586

sowie zum Selektieren von einzelnen Klumpen. Schon vor der vorliegenden Erfindung war das Auftreten von verschiedenen allgemeinen Verunreinigungsgehalten in Quarz aus verschiedenen Bergwerken und von verschiedenen Orten im Mandel bekannt. Bergwerke in dem Staat Mines Gerais in Brasilien warsn gegenüber den-jenigen in dem Staat Bahia bevorzugt, da sie eine höhere Reinheit ergaben. Es war auch bekannt, daß Iia,dagaskar-Quarz seine eigenen Besonderheiten hat und dgl.

Als Teil der Bewertung der Erfindung wurde da.s Produkt Lascas aus etwa 20 einzelnen Bergwerken an verschiedenen Orten in Brasilien auf seine bestrahlten Farbsortierungseigenschaften, seinen Gehalt an Verunreinigungen und sein Verhalten in hydrothermalen Wachsturnsversuchen untersucht. Außerdem wurde Quarzit aus 12 ausgewählten Lagerstätten in Nordamerika in gleicher Ueise untersucht bzw. bewertet. Im allgemeinen wurden bei diesen Testergebnissen sehr breite Schwenkungen gefunden und etwa die Hälfte der Orte wurde aus den weiteren Versuchen herausgenoinmen wegen ihrer sehr tiefen Schwärzung beim Bestrahlen und ihrer hohen Aluniniumgehalte (500 bis 1000 ppn). Demgemäß sollten alle Baten in den Beispielen als auf natürlichen Lascas bms sorgfältig ausgesuchten Quallen, ausgewählt aufgrund ihrer niedrigen AIuminiumgehalte_vbasierend angesehen werden. Die Erfindung ist viel positiver und selektiver in bezug auf Hateriε lien, die mehr Aluminium enthalten und ein solches Quarz- oder Quarzitmaterial ist auf der Erde viel weiter verbreitet. Das Probier.: bestand darin, einen beständigen, mäßig tiefen Aluininiungehalt anstelle mittlerer bis höherer Gehalte zu finden. Diese sir.c jedoch, falls erforderlich, leicht zugänglich und sie können

509835/0586

auch nach den erfindungsgemäßen Verfahren laicht ausgewählt (selektiert) werden.

Wenn ein Bergwerk gefunden uerden kann, dessen Ausstoß nehezu mit der Beschickung übereinstimmt, die für ein diskontinuierliches Verfahren (chargenveise durchgeführtes Verfahren) erforderlich ist, dann genügen für die Kontrolle Probenantnahineverfahrsn. Wenn jedoch das erforderliche Produkt eine minderwertige (niedrige) Fraktion.des BerguerkausStoßes ist, beispielsweise wenn die Fraktion mit der höchsten Reinheit eine Reinheit von 5 bis 10 % aufweist, dann ist eine 100 %ige Klassierung bzw. Sortierung erforderlich.

Die hohen Gleichförmigkeitsanforderungen zum Schmelzen von Quarzchargen sind strenger als für das hydrothermale Wachstum. Die Grenze bezüglich der durch das Klassieren von Material aus einem Bergwerk erreichbaren Gleichförmigkeit ist gegeben durch die Art der Klumpen (lumps) aus dem Bergwerk, insbesondere durch die normalen Abweichungen, die innerhalb jedes Klumpens aus diesem Bergwerk (Nine) auftreten. Zur Erzielung bester Ergebnisse sollten alle kontrollierbaren Variablen in dem Verfahren kontrolliert werden. Dazu gehören die Strahlungsdosis, die von Klumpen zu Klumpen einheitlich sein sollte, die Größe der Klumpen, die direkt miteinander verglichen werden, und die Farbtönunnsausgewogenheit der Gruppe, die in bezug auf die Farbdichte zum Vergleich herangezogen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann sich auch auf die Bestimmung des ungefähren Aluminiumgehaltes der anfänglich far'o-

50983S/G586

losen und rauchfarbigen Quarzmaterialien erstrecken, die 0 bis etwa 1000 ppm Aluminium enthalten. Dieses schnelle und zerstörungsfreie Verfahr en umfaßt die Stufen; Bestrahlung der Materialpartikel (Klumpen, Stücke, Steine und dgl.) mit ionisierender Strahlung in einer gegebenen bekannten Dosis, im die Entwicklung der charakteristischen Farbzentren zu be-V7irkenj die Ilessung der Menge der Gesämtrestfarbe (Mischungen aus Grau und GaIb) in jeder bestrahlten Materialpartikel j Messung des Anteils der gelben Farbe in jeder bestrahlten Materialpartikel; und Vergleichen der Menge der Gesamtfarbe und des Anteils an Gelb, bestimmt für jeweils jede Partikel, mit Farbstandardproben (bei denen es sich zweckmäßig um solche mit einem bekannten Aluminiumgehalt handelt, 4ie mit der gleichen Strahlungsdosis bestrahlt worden sind) aus denen der Aluminiumgehalt der Mate.rialpartikel interpoliert wird. Die Stufe der Messung der Menge der Gesamtrestfarbe umfaßt insbesondere die Klassifizierung (Einteilung) der bestrahlten Partikel in Farbklassen entsprechend den Prozentsatz der darin enthaltenen Gesamtrestfarbe nach einer geeigneten Skala, die beispielsweise von einer Lichtabsorption oder Farbdichte von 0 bis 100 % geht, und die Stufe der Messung der Menge der gelben Farbe umfaßt die Stufe der Bestimmung des Anteils der gelben Farbe innerhalb jeder Grau * Gelb-Farbklasse entsprechend einar ausgewählten Skala, die beispielsweise von 0 bis 100 % geht. Wie oben erwähnt, kann jede geeignete Skala zur Messung der relativen Farbmengeti verwendet werden. Außer der von 0 bis 100 % gehenden Skala können auch verschiedene andere Skalen verwendet werden, beispielsweise eine von 0 bis Unendlich gehende Skala, welche die logarithmisch;

t.

Extinktion angib

509835/0586

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Aluminiumgehait jeder bestrahlten Partikel, die, wie oben angegeben, in bezug auf die llenge der vorhandenen Gesamtrestfarbdichte klassifiziert und dann in bezug auf die Menge der gelben Farbe innerhalb jeder Klasse unterklassifiziert wird, dadurch berechnet, daß man die gemessene Menge der Gesamtrestfarbdichte und des Anteils der gelben Farbe in jeder Partikel in eine Formel einsetzt, die aus Standardwerten des gleichen Katerialtyps, das mit der gleichen Strahlungsdosis behandelt worden ist, abgeleitet ist.

Bei einem anderen Beispiel des erfindungsgeinäßen Verfahrens zur Bestimmung des ungefähren Aluminiumgehaltes von farblosem oder rauchfarbigem Quarz, Ouarzit, Glas oder Silicatmaterial, das geringe Mengen Aluminium, beispielsweise 0 bis etwa 1000 ppm Aluminium enthält, wird eine Vielzahl von Partikeln eines dieser Materialien mit diesemAluminiuiagehaltsbereich, wie z.B. Quarz, eine gemessene Zeitspanne mit ionisierender Strahlung einer bekannten Intensität bestrahlt zur Erzielung einer Dosis, die ausreicht, um die charakteristischen Farbzentren in dam Quarz zu entwickeln. Durch Klassifizieren dieser bestrahlten Partikel in bezug auf den Prozentsatz der Gesamtrestf&rbe, der Gesaratdichte und den Prozentsatz, der gelben Farbe wird eine Vergleichsreihe dieser bestrahlten Partikel gebildet, wobei auch andere Skalen angewendet worden" können, je nach der Methode zur Bestimmung der Farbraenge. !Tonn z.B. clio. r-vf: der Vorrichtung zu bestimmtende Farbinenge- die Lichtabsorption messen soll, ist eine Skala von 0 bis 100 % geeignet, während dann, wenn die Lichttransniission als Haß für die Farbe angewendet werden soll, eine Skala von" 100 bis 0% für Partikel vcr-

509835/0586

wendet werden kann, die innerhalb des Bereiches von farblosen (vollständige Transmission) bis sehr tief gefärbtenPartikeln (keine Lichttransmission) reicht. Die Vergleichsreihe wird zweckmäßig in zwei Dimensionen angeordnet, wobei eine Koordinate die Menge der Gesamtfarbe auf einer Skala von beispielsweise 0 bis 100 % und die andere Koordinate den Anteil der gelben Farbe auf einer Skala von beispielsweise 0 bis 100 % darstellen.

Nachdem die Vergleichsstandardreihe hergestellt worden ist, werden eine oder mehrere Proben des bestrahlten Quarzes entsprechend ausgewählten Proben in der Reihe oder interpolierten Proben dazwischen analysiert, um ihren Aluminiumgahalt zu bestimmen. Der bei diesen Messungen erhaltene Aluminruriigehalt der klassifizierten Proben in der Reihe wird in Beziehung zu den prozentualen Farbkoordinaten gesetzt. Wenn nun eine andere Probe des gleichen Haterials mit einem unbekannten Aluminium^*=- halt mit der gleichen Dosis mit ionisierender Strahlung bestrahlt wird wie diejenige, die zur Behandlung der für die Herstellung der Vergleichsstandardreihe verwendeten Proben, kann durch Vergleichen und Interpolieren der Farbdichte und Farbtönung der Probe mit den Ouarzpartikeln in der Vergleichs st amc.rdreihe der Prozentsatz der Gesamtrestfarbe und der Prozentsatz der in der Probe entwickelten gelben Farbe leicht bestimmt werden. Dieser Vergleich erleichtert nicht nur dia Bestimmung des Prozentsatzes der gesamten Restfarbe und des Prozentsatzes der gelben Farbe in jeder Probe, sondern ermöglicht auch die leichte Berechnung der Aluminiuiamcnge in der gegebenen Probe, da die. Aluminiumgehaite der Standardprobe der VergleichcrcilB bereits bestimmt worden sind.

509835/0586

Bei einem anderen erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem eine vollständige Vergleichsreihe aufgrund der Beschränkungen der natürlichen Quelle für Quarz oder ein anderes Ilaterial, wie z.B. Quarzit, Glas, Silicatmaterialien, nicht herstellbar ist, wodurch die analytische Bestimmung des Aluminiumgehaltes einer großen Anzahl von Standardproben mit.variierendem Aluminiumgehalt erschvrert wird, wird die Vergleichsreiha des vorstehend beschriebenen Typs mit so viel variierenden Standardproben wie möglich hergestellt und der Aluminiumgehalt dieser Standardproben wird analytisch bestimmt, um eine Beziehung zwischen dem Prozentsatz der Restfarbe, dem Prozentsatz der gelben Farbe und der Menge des in einer gegebenen Partikel enthaltenen Aluminiums zu bestimmen. Auf der Basis dieser Uerte können mathematische Formeln entwickelt V7erden, V7elche die Beziehung zwischen dem Aluminiumgehalt und dem Prozentsatz der Gesamtfarbe und dem Prozentsatz der gelben Farbe sum Ausdruck bringen. So lautet beispielsweise in dem nachfolgend erläutertem Beispiel die Formel, die für die Berechnung des Aluminiumgehaltes von brasilianisehen Lascas-Quarz mit 0 bis etwa 500 ppm Aluminium als Funktion des Prozentsatzes der Restfarbe und des Prozentsatzes der gejLben Farbe nach der Bestrahlung mit einer Strahlungsdosis vt>n etwa 2,0 bis etwa 2,2 Megarad abgeleitet wurde, wie folgt:

% Farbe \ f% gelbe Farbe ι

Aluminiumgehalt (ppm) «= 6,5 + 440 I ) I

\ 100 ■/ \

Wenn einmal die oben angegebene Formel für einen gegebenen

509835/0586

Quarztyp, der mit einer gegebenen Dosis behandelt vorden ist, entwickelt worden ist, kann der Aluminiunsehalt anderer Proben einer ähnlichen Quelle für Quarz, der mit der gleichen Dosis behandelt worden ist, leicht bestinnnt werden, indem man den Prozentsatz der Gesanitrestfarbe und den Prozentsatz der gelben Farbe" in der bestrahlten Probe ermittelt unter Bezugnahme auf die gleiche Vergleichsstandardreihe und anschließend diese Prozentsätze in die gleiche Formel einsetzt. Dieses Verfahren stellt ein schnelles und zerstörungsfreies (nicht-zerstörendes) Verfahren zur Bestimmung des ungefähren Aluminiunigehaltes von Quarzproben innerhalb einer Genauigkeit dar, die auch gewünschtenfalls experimentell bestimmt werden kann.

Die Erfindung-wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.

Beispiel 1

Eine 3990 kg (8300 pounds)-Charge eines brasilianischen Lascas-Quarzes ITr. 1 wurde unter Verwendung von Gammas tr aiii en ans einer Kobalt-60-Quelle mit einer Dosis von 1,2 Hegarad bestrahlt. In den Quarzklumpen (Quarzluppen) wurden verschiedene Farbtönungen und Farbdichten erzeugt und die Klumpen vrurden entsprechend der Farbtönung und Farbdichte voneinander getrennte Eine visuelle Gesamtfarbtömmgsanalyse sämtlicher Klumpen ergab die folgenden Werte in Prozent:

509835/0586

Tabelle I

(visuelle Farbtönungsanalyse)

Farbe Menge (%)

farblos	0,1
gelb (meistens mittelstark)	2,0
rauchfarbig (grau)
hell"	20,0
mittelstark	40,0
dunkel	6,0
getstischt (rauchfarbig und gelb)
hell	16,0
mittelstark	12,0
dunkel	4,0

Beispiel 2

Chargen mit einen Gericht von laehr als 4540 kg (10.000 lbs) Von "brasilianischen Laseas-Qusrzen Er· 1 und Kr. 2 \jurden mit Gammastrahlen einer Kobalt-60-Queile bestrahlt, bis
die Gessf&tdosis für jede Partikel iirnerhr-lb des Bereiches von mindestens 2,0 bis höchstens 2_f2 Megarad lag. Die
Größen der Partikel oder IQLucpcn lagen innerhalb des Bereiches von jeweils etwa 10 bis etwa 25 g. Aus'der großen Ansah! von Partikeln in jeder Charge \?trrde eine Stmdnrd-

S0d83S/d586

Farbreihe aus jeder Charge gesaEiaelt, weiche die verschiedenen Dichten der Gesamtfarbe überdeckten und" welche die Grau- und Gelbanteile repräsentierten· Die Partikel in jeder Reihe tmrden in z\ie± Diaensionen auf einer weißen Oberfläche mit einer darunter angebrachten Lichtquelle zim Beleuchten der Oberfläche und der Partikel der Seihe angeordnet, wobei die Dimensionen die Gessatfarbe mit dem Bereich von 0 (farblos) bis 100 (opak) % und den Gelb-Bereich von 0 bis 100 % (Klschung aus Grau und Gelb) darstellten.

Die Anzahl der· in einer Eeihe angeordneten Partikel hängt von zwei" Hauptfaktoren abs (1) der bei der Klassierung (Sortierung) erforderlichen Genauigkeit oder Auflösung und (2) der Arten und Grenzwerte der Farbtönungen und Dichten, die in den zu klassierenden Chargen tatsächlich auftreten. Bei der Reiheiaciiordmmg dieses Beispiels wurde die Skala der GessHitferbtiefe von O Ms 100 % in 5 %-Inkresiente aufgeteilt, die 21 Gesssatabstufungen oder Positionen (0 %, 5 %_t 10 % und dgl·) darstellten. Die Gelbanteil-Skala \oirde in 10 %-Inkreoente aufgeteilt, die insgesamt 11 Gessnccbstufungsn oder Positionen (ö-X, 10 %_f 20 % und dgl.) darstellten. Auf diese Heise reies jede GesaEitanordnung 11 χ 21 = 231 PQsitionsn auf, von denen jeeeils nur etua. 120 Positionen ausgefüllt waxden, ijeil die Chargen der bestrahlten Pfuirtiliel keine Kluüo^n mit FarbtoisiEgen oder Dichten enthielten, die in die rest!.'.-* chen eüxsL 110 Positionen gehörten. Auf der 100 ^-Bichtelinle waren keine ausgefüllten Positionen und in der Ecke in der Kähe von IGO % Gelb und der Diclite von 100 % rearen keine Partikel vorhcaden« Da die vorf;eai>rEr.eiie geneue Abstufung dieser Keihe in Abhängigkeit von dem Ifehrnehisangsvermögen eines mensch

509835/0536

' - 23 -

lichen Augos durchgeführt wurde, kann es sein, daß die getroffene T'Jahl nicht mit derjenigen übereins ti mt, die durch ein anderes Auge oder durch ein elektrisches Auge getroff en wird. Das Funktionieren dieser Methode hängt jedoch nicht von der angewendeten genauen Abstufung in der Standardreihe ab, solange diese während ihrer gesamten Verwendung fixiert und unverändert bleibt.

Die nächste Stufe bestand darin, Partikel für die Analyse auszuwählen, deren Farbtönungen und Dichten sit den einzelnen Klumpen in der Standardreihe übereinstimmten oder dazwischen lagen. Die Koordinaten für jeden analysierten Klumpen wurden bestimmt und aufgezeichnet. .

Etwa 50 Partikel des Lascas Nr. 1 und 20 Partikel des Lascas Wr. 2 wurden auf ihren Aluminiumgehalt (Al) und andere Verunreinigungen hin analysiert. Die Analyse ergab, daß in allen diesen Fällen der Aluminimngehalt innerhalb des Bereiches von 1 bis 269 Gswichts-ppm Al lag. Die Al-Srgebnisse wurden zusammen mit den damit verbundenen Färb- und Gelb-Koordinaten (jeweils in %) auf einem Seclmer-Pvückbildungsprogrrjnrn analysiert und entsprechend der Formel angeordnet: , -

f% Farbe \ /% Gelb λ Λ inn ' V. inn '

Al (ppm) - 6,5 + 440

100 ' ^v 100

die, -wie gefunden' iTurde, für 83 % der tatsächlichen Abweichungen in dem beobachteten Al-Gehalt zutraf. Obgleich die b

509835/0586

Beziehung nicht νο111:οπτ?.αη ist, genügt sie, um zu seifen, daß mit dem angewendeten Verfahren tatsächlich die !löslichkeit besteht, aus der beobachteten Farbtönung und der Dichte den Al-Gehalt in brauchbarer Weise vorherzusagen.

Bezüglich der Methode für die Effekte von möglichen Fehlern sei darauf hingewiesen, daß ein verhältnismäßig geringer Fehler in dem Gelbwert in Prozent wegen des Exponenten 3 einen großen Effekt in der Formel hat. Dementsprechend ist es möglich, die Genauigkeit der Gelbwertmessung in Prozent noch zu verbessern, um noch genauere Al-Gehaltsvoraussagen zu treffen. Diese Messung ist insbesondere dann schwierig, wenn der Farbwert in Prozent entweder sehr hoch oder sehr niedrig ist. Uenn viele Klumpen in eine dieser Kategorien fallen, kann es zweckmäßig sein, die Bestrahlungsdosis entweder zu .verringern oder zu erhöhen, um die Farben von mehr Klumpen in den empfindlicheren Klassierungsbereich des prozentualen Farbwertes zu bringen. Diese Änderung bedingt natürlich eine erneute Sichung des Standards und eine Revision der Formel in bezug auf den Aluminiumgehalt.

Die in bezug auf den Aluminiumgehalt zur Verfügung steilenden Informationen geben auch eine gewisse Auskunft über andere Verunreinigungen, insbesondere Li + Na + Ii, deren Summe, bezogen auf die Atome, die Atomladung jedes Alurainiumatoms in dem Ouarzgitter kompensiert, wenn dieses ein Siliciunatom ersetzt. Mach den hier gemachten Erfahrungen weist ein Quarz oder Quarzit mit niedrigem Aluininiumgehalt auch einen niedrigen Gehalt cn Li, 17a, H und allen anderen Verunreinigunger, auf. Wenn der Altiniiniumgehr.lt zunimmt, nimmt der Li-Gehalt mehr als der iiatriumgehalt zu₀ .

50983S/Q586

Beisoiel 3

Eine Charge des braeilianischen Lascas-Quarz ITr. 1 wurde wie in Beispiel 2 beschrieben bestrahlt und die Klumpen wurden entsprechend den verschiedenen Dichten der Gesamtfarbe'uncl

. des Grau- und Gelbanteils voneinander getrennt durch Vergleich mit der in Beispiel 2 hergestellten Standardfarbreihe.

~* Dann wurde unter Verwendung der in Beispiel 2 angegebenen Formel und durch Einsetzen des Farbwertes in Prozent und des Gelbwertes in Prozent in die Formel für jeden Klumpen der Aluminiurageha.lt errechnet.

Die obigen Beispiele erläutern die zerstörungsfreien erfindungsgemäßen Verfahren zum Auftrennen von Quarz, Qüarzit, Glas oder Silicatmaterialien in Fraktionen mit einem ähnlichen Alumnniumgehalt und in Fraktionen, in denen das Aluminium hauptsächlich durch Alkalimetalle oder durch Wasserstoff kompensiert ist, sowie in Fraktionen mit einem bekannten Aluminiumgehalt. Diese Auswahl ist wichtig für bestimmte Anwendungszwecke, wie z.B. beim Kristallschinelzeii oder beim Kristallwachstum, bei denen Aluminium eine wichtige Verunreinigung darstellt und die Art der Kompensation die ijigenschaften der geschmolzenen und gewachsenen (gezüchteten) Kristalle beeinflussen kann.

Gezüchteter Quarz unterscheidet sich von natürlichem Quarz " in seinem Färbungsverhalten durch Bestrahlung, weil ein geflüchteter (gewachsener) Block fast vollständig aus X- und Z- '* T-Iachstumsbsr eichen besteht und nahezu kein rhoinboedrisches Wachstum aufweist, aus dem natürlicher Quarz.-in der Ilaiipt-

50983S/0586

sache besteht. Das Strahlungsverhalten von gezüchtetem Quarz wird typisiert durch die Abschnitte, die in der Figur 1 der Publikation "Quality in Cultured Quartz¹¹, publiziert von Sawyer Research Products, Inc., Eastlake, Ohio, 1965, angegeben sind. Daraus ist zu ersehen, daß die Z-Waclistumsbereiche gegen Dunkelwerden nahezu vollständig beständig sind, während die X-Bereiche in variirendem Grade dunkel werden, was im allgemeinen von der Konzentration des Aluminiums in · der hydrothermalen Lösung und auch von der Wachs turns ge scliwindigkeit abhängt. In diesem Falle ist das Z-Material nicht nahezu frei von Aluminium, wie da.s Fehlen der Färbung nahelegen könnte, sondern es enthält statt dessen etwa die I-Iälfte der Konzentration an Alumin5-um, die in dem * X-3ereich enthalten 5,st.

Die erfindungsgemäßen Verfahren können daher zur Gewinnung brauchbarer Informationen über gezüchteten Quarz angewendet werden, die Vorzeichen der Farbe müssen aber anders interpretiert werden als bei natürlichem Quarz. Im allgemeinen ist die Farbe einer Y-Abschnittsprobe eines Versuches ein brauchbarer Indikator für den allgemeinen Aluminiunigohalt in dem Quarz dieser Versuchsreihe.

Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsforiüen näher erläutert, es ist jedoch für den Fachmann klar, daß sie darauf keineswegs beschränkt ist, sondern daß diese in vielerlei Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

509835/0586

Claims (12)

Patentansprüche

1.) Schnelles und zerstörungsfreies Verfahren zur Bestimmung des ungefähren Aluminiumgehaltes von farblosem und rauchfarbenem Quarz, Quarzit, Glas oder Silicatmaterial, der (das)O bis etwa 1000 ppm Aluminium;enthält, gekennzeichnet durch die folgenden Stufen:

(a) Bestrahlen der Materialpartikel mit ionisierender Strahlung für eine bestimmte Zeitspanne mit einer bekannten Intensität, die ausreicht, um in dem Aluminium enthaltenden Material charakteristische Verfärbungen hervorzurufen,

(b) Messen der Menge der Gesamtrestfarbe in jeder Partikel des bestrahlten Materials,

(c) Messen des Gelbfarb-Anteils in jeder Partikel des bestrahlten Materials und

(d) Vergleichen der Farbmenge und des Gelbfarbanteils in jeder Partikel in den Stufen (b) und (c) mit Farbstandards mit einem gemessenen Aluminiumgehalt, die mit der gleichen Dosis bestrahlt v?orden sind, wodurch der Aluminiumgehalt der Partikel aufgrund der gemessenen Farbeigenschaften bestimmt wird.

S09835/0S86

2A19619

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Durchführung der Vergleichsstufe (d) die Menge der Gesaratrestfarbe und der Gelbfarbanteil in eine Formel eingesetzt werden, die vom Standard aus einem ähnlichen Material abgeleitet ist, das mit der gleichen Dosis, bezogen auf die Menge der Gesamtrestfarbe und den Gelbfarb-Anteilj behandelt worden ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die angewendete Dosis etwa 2,0 bis etwa 2,2 Megarad beträgt und daß als Material Quarz verwendet wird.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstufe (b), in der die Menge der Gesamtrestfarbe bestimmt wird, auch die Klassifizierung der bestrahlten Partikel in Farbklassen entsprechend der Menge der darin enthaltenen Gesamtrestfarbe anhand einer geeigneten Skala umfaßt und daß die Meßstufe (c), in der der Gelbfarb-Anteil bestimmt wird, die GeIbfarb-MengenbeStimmung innerhalb jeder Gesamtfarbklasse anhand einer geeigneten Skala umfaßt.

5. Verfahren nach mindestens einem der Anspräche Ibis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vergleichsstufe (d)

■ die Menge der gesamten Restfarbe und der Gelbfarb-Λη-teil in eine Formel eingesetzt werden, die von·Standards aus ähnlichen Materialien abgeleitet ist, die mit der gleichen Strahlungsdosis behandelt worden sind.'

6. Schnelles und zerstörungsfreies Verfahren zur Bestimmung

509835/0586

d&s ungefähren Alusiniuagehaltes von farblosem und rruchfarbeneta Quarz, Quarzit, Glas oder Silicatmaterial, der (das) G bis ett-ra 1000 ppm Aluminium enthält, £ekennzeich~ net durch die folgenden Stufen:

Ca) Bestrahlen der Katerialpartikel mit ionisierender Strahlung für eine gemessene Zeitspanne lait einer bekennten Intensität, die ausreicht, um die charakteristischen Verfärbungen in diesen Aluaainiua enthaltenden Materialien zw bewirken, ^

(b) Trennen und Klassieren der bestrahlten Partikel entsprechend einer Gesaiatrestfarba anhand einer gsei^naten Skala,

(c) weiteres Trennen und Klassieren der in Stufe (b) erhaltenen klassifizierten Partikel entsprechend de?-" relativen Menge der Gelbfarbe innerhalb jeder "rlatcirialpartikei anhand einer zweiten geeigneten Skala und

(d) Vergleichen der klassifizierten und unterklassifisierten Partikel mit einer Reihe aus geeichten StaiK'ardfarb- _Partikeln zur Bestiimnung des Aluminiumgehaltes jeder Probe entsprechend der Menge der Gesrjiitfarbe tine! der Menge der Gelbfarbo für jede Partikel zur ihres

7. Verfaltren nach Anspruch 6_r dadurch gekennzeichnet, d<i3 el ie in der Stufe (d) geeichte Stondardfnrb-PartilcGl ver-vrciide'.: werden, deren Aluainiurajehalt bekannt ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6 und/oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumgehalt jeder in den Stufen (b) und (c) klassifizierten und unterklassifizierten bestrahlten Partikel bestiimtt wird durch Einsetzen der Menge der GesaEttrestfarbe und der Menge der Gelbfarbe in j eder Partikel in eine von Standards abgeleitete Formel, die mit der gleichen Strahlungsdosis behandelt worden sind·

9. Schnelles und zerstörungsfreies Verfahren zur Bestimmung des ungefähren Aluminiumgehaltes von farblosem und rauchfarbenem Quarz, Quarzit, Glas-oder Silicatmaterial, der (das) 0 bis ett?a 1000 ppm Aluminium enthält, gekennzeichnet durch die folgenden Stufen:

(a) Bestrahlen einer Vielzahl von Partikeln aus dissent Material mit ionisierender Strahlung für eine gemessene Zeitspanne mit einer bekannten Intensität, die ausreicht, um in demselben charakteristische Verfärbungen hervorzurufen,

(b) Herstellen einer Vergleichsreihe dieser bestrahlten

Partikel durch Klassifizieren derselben entsprechend dem Prozentsatz der Gessmtrestfarbe und dem Prozentsatz der gelben Farbe,

(c) analytische Bestimmung des Aluminiumrehaltes einer oder mehrerer Proben, die mit jeder Probe in der Reihe übereinstimmt, V7Odurch der Aluminiuragehalt jeder der klassifizierten Proben mit dew Prozentsatz der Farbe in Deziehung-gesetzt wird,

5Q9835/ÖS86

2A19619

(d) Bestrahlen von Proben aus einem ähnlichen Material

mit unbekanntem Aluminiuragehalt mit ionisierender ' Strahlung für die gleiche Zeitspanne und mit der gleichen Intensität wie in der Stufe (a), um die in diesen ' - Aluminium enthaltenden Material auftretenden charakteristischen Verfärbungen hervorzurufen, und

■'- (e) Vergleichen der Probe des bestrahlten Materials der Stufe (d) mit der Vergleichsreihe zur Bestimtrrung ihres Aluminiumgehaltes.

10. Schnelles und zerstörungsfreies Verfahren zur Bestimmung des ungefähren Aluminiumgehaltes von farblosem und rauchfarbenem brasilianischem Lascas-Quarz, der 0 bis etv?a 500 ppm Aluminium enthält, -gekennzeichnet durch die folgenden Stufen?

(a) Bestrahlen einer Vielzahl von Partikeln aus diesem Material mit ionisierender Strahlung in einer Dosis von etwa 2,0 bis etwa 2^2 Megarad, um die in diesem Aluminium enthaltenden Material auftretenden charakteristik sehen Verfärbungen hervorzurufen,

(b) Trennen und Klassifizieren des bestrahlten Materials entsprechend der Gesamtrestfarbe anhand einer Skalaj die von 0 bis 100 % Restfarbe geht,

(c) weiteres Trennen und Klassifizieren der in der Stufe (b) erhaltenen klassifizierten Materialien entsprechend der relativen Menge der gelben Farbe innerhalb jeder

50983S/0586

Probe des Materials anhand einer Skala, die von 0 bis 100 % Gelb—Farbe geht, und

(d) Errechnen des Aluminiumsehaltes jeder klassifizierten und unterklassifiziercen Partikel nach der Formel

Al (ppm) = 6,5 + 440

worin % C die gesamte Restfarbe in Prozent und % Y den Prozentsatz der gelben Farbe in der Probe bedeuten.

11. Geeichte Farbvergleichsreihe von bestrahlten Proben aus farblosem oder rauchfarbenem Quarz, Quarzit, Glas oder -Silicatraaterial, der (das) 0 bis etwa 1000 ppni Aluminium enthält, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl dieser mit einer gegebenen Intensität für eine gegebenen Zeitspanne bestrahlten. Proben in bezug auf den Prozentsatz der gesamten Restfarbe und den Prozentsatz der gelben Farbe klassifiziert und in zuei Dimensionen angeordnet sind, wobei eine Koordinate den Prozentsatz der Gesamtfarbe entsprechend einer Skala von 0 bis 100 % und die andere Koordinate den Prozentsatz der gelben Farbe entsprechend einer Skala von 0 bis 100 % bedeuten.

12. Reihe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumgehalt der verschiedenen Proben bekannt ist.

S09835/Q586