Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
На основании накопленного опыта и имеющихся литературных данных можно констатировать, что колебания параметров, і проявляющиеся в ритмически-слоистой неоднородности наросшего материала, характерны для всех кристаллов кварца как отечественного, так и зарубежного производства. Это свидетельствует, с одной стороны, о несовершенстве систем управления процессом, с другой — о ритмичности вхождения примеси, связанной, очевидно, с колебаниями параметров режима кристаллизации. Задача однозначной идентификации причин такой ритмической неоднородности до сих пор остается нерешенной.
Выше отмечалось наличие сравнительно грубой зональности, порождающей в растущих кристаллах свили, обусловленные часовыми, суточными и другими колебаниями режима или состояния окружающей среды. Однако с помощью более информативного способа выявления зональных неоднородностей — гидротермального травления — обнаруживается значительно более тонкая ритмическая свилеватость, отражающая колебания условий кристаллизации и захвата примеси с периодом порядка 15—20 мин. В пределах этого периода наблюдается, как правило, убывание концентрации примеси. Следует также указать на существование еще одной разновидности микрозональности, которая обусловлена поверхностной тангенциальной миграцией уступов, образуемых эшелонами слоев роста. Эта разновидность, которая в сущности является псевдозональностью, также образует иногда чередующиеся свили, однако это явление требует более детального изучения.
47 Аппаратурное обеспечение процесса синтеза кварца и воспроизводство затравочного материала
Технологические процессы, связанные с использованием гидротермальных сред, находят все более широкое применение в науке и производстве. Одним из факторов, препятствующих технологическому освоению лабораторных методик гидротермального синтеза и перекристаллизации различных технически ценных и ювелирных монокристаллов (корунда, оксида цинка, кальцита, изумруда и других соединений), является сложность аппаратурного обеспечения процесса. Создание надежных и высокопроизводительных сосудов высокого давления требует чрезвычайно больших капиталовложений, обусловленных спецификой конструирования и изготовления автоклавов на предприятиях тяжелого машиностроения. Рассматривая общие технологические требования к кристаллизаторам, следует отметить, что в настоящее время можно считать успешно решенной лишь задачу создания автоклавов для гидротермальной технологии синтеза кристаллов кварца. Относительно малые значения промышленных скоростей роста кристаллов кварца требуют проведения длительных (до нескольких месяцев) непрерывных кристаллизационных циклов, что выдвигает проблему обеспечения чрезвычайно высокой надежности затворных устройств автоклавов, а также уплотняющих узлов коммуникаций контроля давления, внутренних температур и энергоснабжения установок с внутренними нагревателями. Цикличность процесса осложняет эксплуатацию затворных узлов, особенно на крупногабаритных автоклавах, где после каждого ростового цикла требуется прецизионная механическая обработка деталей обтюрирующих устройств.
В отечественной и зарубежной практике гидротермального синтеза кварца применяются автоклавы, работающие при температуре до 400 0C в диапазоне давлений от 50 до 180 МПа с отношением внутреннего диаметра к высоте камеры кристаллизации от 8 до 20, объемом до нескольких кубических метров. Имеются зарубежные разработки автоклавов вместимостью до 1000 л, рассчитанные на температуру до 500 °С. В нашей стране промышленный синтез кварца осуществляется в крупногабаритных автоклавах, что обеспечивает высокую экономичность процесса за счет снижения удельных энерго- и трудозатрат. При разработке конструкций крупногабаритных автоклавов приходится выбирать компромиссные решения, поскольку увеличение объема ростовой камеры вследствие ограниченной массы исходных поковок корпусов неизбежно ведет к снижению рабочего давления. Эксплуатация автоклавов при пониженных давлениях осложняется вследствие выделения после каждого ростового цикла в донной части автоклава силикатной «тяжелой» фазы, цементирующей остатки шихтового кварца. Для обеспечения удобного обслуживания автоклавов при их загрузке и разрядке, ремонте внутренних электронагревательных элементов, а также рационального размеще-48 ния затравок при разращивании крупноразмерных кристаллов требуются кристаллизаторы с внутренним диаметром не менее 500 мм. Сосуды высокого давления с широкой горловиной имеют относительно малые удлинения, что несколько ограничивает ростовые температуры вследствие снижения пороговых значений температур стабильного, морфологически устойчивого развития быстрорастущих поверхностей (0001) и (1120) кварцевых затравок. В сосудах высокого давления с большим внутренним диаметром значительно упрощаются задачи контроля внутренних температур за счет свободного размещения в реакционном объеме нескольких карманов для стационарных и контрольных термопар.
В настоящее время в нашей стране и за рубежом интенсивно проводятся исследования в области гидротермального синтеза, перекристаллизации, облагораживания и обогащения кристаллических материалов в технологических средах, которые при повышенных термобарических параметрах в той или иной мере взаимодействуя с материалом кристаллизационной аппаратуры могут способствовать ее разрушению и загрязнению продуктов синтеза примесями. В связи с этим весьма актуальна проблема создания надежных систем защиты автоклавного оборудования от коррозионного влияния гидротермальных сред. Хотя при выращивании кварца из низкоконцентрированных щелочных растворов при температурах до 400 0C коррозия стальных автоклавов предотвращается за счет образования акмитовой пленки, все же необходим периодический контроль за состоянием внутренней поверхности кристаллизационной камеры, который может быть надежно выполнен лишь в сосудах с широкими горловинами. Такие автоклавы перспективны также для освоения процессов синтеза и других кристаллических материалов из агрессивных растворителей, поскольку одним из наиболее эффективных способов защиты сосудов высокого давления от коррозионного влияния технологических сред служат коррозионные футеровки «плавающего» типа, промышленная эксплуатация которых может проводиться лишь в сосудах с достаточно большим внутренним диаметром.
