تحليل متعمق: ما هي عالية النقاء الكوارتز التكنولوجيا ؟

يشير الكوارتز عالي النقاء إلى منتجات سلسلة الكوارتز بنقاء SiO2 أكبر من 99.9%. إنه الأساس المادي للمنتجات المتطورة في صناعة السيليكون، ويستخدم على نطاق واسع في صناعات مثل الخلايا الكهروضوئية والمعلومات الإلكترونية والاتصالات البصرية ومصادر الإضاءة الكهربائية. وتحتل مكانة ودوراً هاماً في الصناعات الاستراتيجية الناشئة للمواد الجديدة والطاقة الجديدة.

بناءً على نقاء SiO2، يمكن تصنيفه إلى:

• نهاية منخفضة مع SiO2 ≥ 99.9% (3N)
• منتصف النهاية مع SiO2 ≥ 99.99% (4N)
• الراقية مع SiO2 ≥ 99.998% (4N8)

يمكن أيضًا تصنيفها بناءً على الكمية الإجمالية لعناصر الشوائب مثل Al، B، Li، K، Na، Ca، Mg، Ti، Fe، Mn، Cu، Cr، Ni، وما إلى ذلك، إلى:

• النهاية المنخفضة ≥ 1000×10^-6
• منتصف النهاية ≥ 100×10^-6
• الراقية ≥ 20×10^-6

يمكن تقسيم كل درجة نقاء من الكوارتز عالي النقاء إلى أصناف مثل شبكة 40-80، شبكة 80-140، شبكة 80-200، شبكة 80-300، وما إلى ذلك.

تكنولوجيا الكوارتز عالية النقاء هي مشروع هندسي منهجي يتضمن تكنولوجيا اختيار المواد الخام الكوارتز عالية النقاء، وتكنولوجيا المعالجة، وتكنولوجيا معدات المعالجة، وتكنولوجيا فحص الجودة. وهذه الجوانب مستقلة ومترابطة على حد سواء، وتشكل كلاً تكنولوجيًا شاملاً.

في البداية، تمت معالجة الكوارتز عالي النقاء من بلورات طبيعية من الدرجة الأولى والثانية. عادة ما تتشكل البلورات الطبيعية في بيئات التجويف البلوري تحت ظروف جيولوجية معينة. خصوصية نشأتها تؤدي إلى اثنين من أوجه القصور المتأصلة:

1. الاحتياطيات الصغيرة وسوء ظروف التعدين، مما يؤدي حتماً، بعد سنوات من التطوير والاستغلال، إلى شح الموارد وارتفاع الأسعار وعدم القدرة على تلبية احتياجات الإنتاج الصناعي واسع النطاق.

2. التركيب الكيميائي للبلورات المعدنية غير مستقر ويتأثر بالتغيرات في البيئة البلورية. يؤدي هذا إلى تقلبات كبيرة في التركيب الكيميائي للمواد الخام في التطبيقات الصناعية واسعة النطاق، مما يجعل توحيد المواد الخام صعبًا وغير قادر على تلبية احتياجات إنتاج منتجات الكوارتز عالية النقاء.

وبالتالي، من الضروري البدء بموارد معدنية أخرى من الكوارتز لحل مشكلة المواد الخام عالية النقاء للكوارتز بشكل أساسي، وهو النهج الفني الأساسي محليًا ودوليًا.

في التسعينيات، قامت اليابان بمعالجة الكوارتز الشفاف عالي النقاء باستخدام الكوارتزيت ذو الحبيبات الدقيقة كمادة خام.

قامت روسيا وألمانيا بمعالجة الكوارتز عالي النقاء باستخدام الكوارتز الوريدي والكوارتزيت المتحول كمواد خام.

في الثمانينيات، قامت الشركة الأمريكية PPCC بمعالجة الكوارتز عالي النقاء باستخدام الجرانيت من منطقة فوكسديل على الساحل الشمالي الغربي لإنجلترا كمادة خام لزجاج الكوارتز في أوروبا الغربية. كانت درجة نقاء SiO2 للمنتج هي 4N، ومحتوى الحديد <1×10^-6، ومحتويات عناصر الشوائب الأخرى <5×10^-6.

ابتداءً من التسعينيات، بدأت الشركة الأمريكية Unimin في تطوير واستخدام جرانيت البيجماتيت في منطقة Spruce Pine في ولاية كارولينا الشمالية بشكل فعال. لقد طورت منتجات سلسلة كوارتز عالية النقاء مثل IOTA-STD (الدرجة القياسية)، وIOTA-4، وIOTA-6، وIOTA-8، مما يحتكر السوق الدولية تقريبًا ويصبح المعيار الدولي.

من الواضح أنه بصرف النظر عن الكريستال الطبيعي والكوارتز الوريدي وكوارتز الجرانيت من بين المصادر الستة المذكورة أعلاه، فإن الموارد المعدنية للكوارتز هي مواد خام مثالية لمعالجة منتجات الكوارتز عالية النقاء المتوسطة والعالية.

لا يمكن معالجة كل الكوارتز الوريدي والكوارتز الجرانيت إلى كوارتز عالي النقاء، نظرًا للمستوى الحالي لتكنولوجيا المعالجة. ولا يمكن معالجة سوى عدد قليل جدًا، حتى نادرًا بشكل استثنائي، وتحويله إلى منتجات عالية الجودة.

وهذا يعني أن اختيار الكوارتز الوريدي أو الكوارتز الجرانيت هو الاتجاه العام الصحيح فقط؛ فهو لا يحل المشكلة الرئيسية المتمثلة في اختيار المواد الخام المحددة.

السبب الرئيسي هو وجود أنواع نشأة مختلفة مقسمة إلى عروق الكوارتز والجرانيت، متأثرة بالظروف الجيولوجية المكونة للخام. هناك أيضًا اختلافات كبيرة في علم المعادن، وعلم الصخور، وخصائص رواسب الخام للكوارتز الوريدي والجرانيت من نفس نوع التكوين.

ووفقا للتقارير، فإن الشركة الأمريكية Unimin انتقائية للغاية بشأن المواد الخام الكوارتز عالية النقاء ولها متطلبات صارمة.

معايير اختيار المواد الخام لكوارتز Unimin: أحدهما هو الكوارتز الذي يحتوي على أقل الشوائب في الهيكل البلوري، مثل محتوى الألومنيوم IOTA-STD (14-18)×10^-6، ومحتوى الألومنيوم IOTA-4 (8-10)×10^. -6؛ والآخر هو الكوارتز مع عدد أقل من شوائب الغاز السائل، مثل الجرانيت البغماتيت والكريستال.

لقد ثبت أن محتوى عناصر الشوائب في المادة الخام لا يتوافق ببساطة مع جودتها. وبدلاً من ذلك، يتعلق الأمر بانتقائية الشوائب التي تحددها الخصائص المعدنية لعملية المادة الخام. على سبيل المثال، على الرغم من المحتوى العالي لعنصر الشوائب في عينات صخور البغماتيت من شجرة التنوب والصنوبر في الولايات المتحدة، إلا أنها تستخدم كمواد خام لمنتجات IOTA المتطورة.

حاليًا، تشمل تقنيات المعالجة الرئيسية للكوارتز عالي النقاء الدرجات، والغسل، وترشيح الأحماض الكيميائية، والتعويم (سواء المحتوي على الفلور أو غير الفلور)، والفصل بالجاذبية، والفصل المغناطيسي، والتحميص بالكلور، والترشيح الميكروبي. تشمل المواد الخام المستخدمة الكوارتز الوريدي والجرانيت البغماتيت والكوارتزيت والحجر الرملي الكوارتز.

الكوارتز الوريدي هو وريد منصهر حراري مائي مرتبط بالجرانيت، ومعظمه في أشكال عروق غير منتظمة. الكوارتز الوريدي هو أبيض نقي ذو بريق دهني ونقاوة عالية، مع محتوى SiO2 يتجاوز 99%. في الصين، تقع مناجم الكوارتز الوريدي بشكل رئيسي في مناطق مثل جيانغسو دونغهاي وسيتشوان وهيلونغجيانغ وهوبي وغيرها. وتمتلك مقاطعة تشيتشون بمقاطعة هوبى احتياطيات من حجر الكوارتز تتجاوز 100 مليون طن بمحتوى من السيليكون يزيد عن 99.98%، لتحتل المرتبة الأولى في دولة.

يتكون الكوارتزيت من صخور سيليسية أو أحجار رملية كوارتزية من خلال سلسلة من التحولات والاتصال الحراري، مع محتوى معدني من الكوارتز يتجاوز بشكل عام 85%. غالبًا ما يرتبط بمعادن التورمالين والزركون والميكا والفلسبار والمعادن الطينية، مع صلابة وكثافة أعلى من الحجر الرملي الكوارتز. يتم توزيع مناجم الكوارتزيت في تشينغهاي، وآنهوي، ولياونينغ، وشنشي، وما إلى ذلك، وهي واحدة من المصادر الرئيسية للمواد الخام المعدنية السيليسية في الصين.

الحجر الرملي الكوارتز عبارة عن صخرة فتاتية مدمجة تحتوي على شظية كوارتز تزيد عن 95%. غالبًا ما يرتبط بمعادن التورمالين والروتيل والمغنتيت والميكا والفلسبار والمعادن الطينية. في الصين، يتم توزيع مناجم الحجر الرملي الكوارتز في سيتشوان، وهونان، وجيانغسو، وتشجيانغ، ويوننان، وشاندونغ، وما إلى ذلك. وهي المواد الخام الرئيسية لمعالجة الزجاج والسيراميك والصب وغيرها من المعادن والمواد الصناعية الكوارتز.

المادة الخام لرمل الكوارتز عالي النقاء من سلسلة Unimin TOTA الأمريكية هي جرانيت البغماتيت. ومع ذلك، يمكن أن يكون البحث في هذا المجال أقوى في الصين، ولم يتم الإبلاغ عن أي إنجازات في معالجة رمل الكوارتز عالي النقاء من جرانيت البغماتيت.

بالمقارنة مع هندسة معالجة المعادن العامة، فإن معدات معالجة رمل الكوارتز عالية النقاء تتميز بالخصائص التالية:

يعد الترشيح الحمضي وغسل الماء من الروابط المهمة في تكنولوجيا معالجة رمل الكوارتز عالي النقاء. نظرًا لمتطلبات نقاء SiO2 العالية للغاية والمحتوى المنخفض لعناصر الشوائب في الكوارتز عالي النقاء، يجب أن تلبي نقاء الأحماض والمياه المستخدمة المتطلبات المقابلة؛ وإلا فإنه من الصعب إنتاج منتجات مؤهلة.

يلعب الترشيح الحمضي الساخن دورًا رئيسيًا في معالجة تنقية الكوارتز عالي النقاء. إحدى الخصائص الكيميائية المهمة للكوارتز هي المقاومة الممتازة للأحماض (باستثناء HF)، في حين أن مكونات الشوائب المعدنية الأخرى في الخام تتمتع عمومًا بمقاومة ضعيفة للأحماض. ويكون هذا التأثير أكثر وضوحًا في ظل ظروف درجات حرارة معينة.

تستخدم تقنية ترشيح حمض معالجة الكوارتز عالية النقاء هذا المبدأ لتحقيق التنقية الكيميائية. أظهرت الدراسات أن استخدام الصيغة الحمضية المناسبة وفقًا لخصائص المواد الخام المعدنية يمكن أن يزيل بشكل أفضل المعادن المعدنية والمعادن المحتوية على الحديد ومعادن الكربونات والحديد الرقيق بين جزيئات الكوارتز في المواد الخام.

إذا تمت إضافة كمية معينة من حمض HF إلى تركيبة الصيغة الحمضية، فسيكون لها تأثير أفضل على إزالة شوائب الميكا والفلسبار في المواد الخام. لذلك، غالبًا ما يتم استخدام الكواشف القوية المسببة للتآكل مثل الحمض الساخن وحمض HF.

أثبتت الممارسة أنه في معالجة تنقية الكوارتز عالي النقاء، فإن أي مواد تتلامس مع المواد الخام، مثل الحاويات، تؤثر بشكل كبير على جودة العينات. إن التحكم الصارم بمعايير المواد في جميع وصلات المعالجة لرمل الكوارتز عالي النقاء هو المفتاح لضمان الجودة.

تضمن خصائص نقاء الكوارتز SiO2 عالي النقاء عدم وجود تلوث أثناء عملية الإنتاج. ومع ذلك، نظرًا لتدفق المعالجة الطويل والتكنولوجيا المعقدة لرمل الكوارتز عالي النقاء، فإنه ليس من السهل إغلاق عملية الإنتاج بالكامل.

لمنع تلوث الهواء بالغبار، يجب فرض متطلبات صارمة على بيئة الهواء للإنتاج والتعبئة والتخزين وما إلى ذلك.

متطلبات السلامة العالية: خط الإنتاج المكون من كواشف تآكل قوية، وغازات سامة (إذا تم استخدام التحميص بالكلور)، ودرجات الحرارة المرتفعة، وما إلى ذلك، يجب أن يتمتع بضمانات سلامة إنتاج أعلى.

تحدد الطبيعة الخاصة لظروف العملية المذكورة أعلاه المتطلبات العالية لمعدات إنتاج معالجة الكوارتز عالية النقاء. إن تطوير معدات إنتاج آمنة وصديقة للبيئة وموفرة للطاقة وفعالة هو الشرط الأساسي لتحقيق الحجم والتصنيع.

المحتوى الإجمالي لعناصر الشوائب مثل Al، B، Li، K، Na، Ca، Mg، Ti، Fe، Mn، Cu، Cr، Ni، وما إلى ذلك، في منتجات Unimin IOTA-STD الأمريكية عادة ما يكون <20× 10^-6، بقيمة قصوى <22×10^-6. بالنسبة لمثل هذه المواد عالية النقاء، من الصعب أن تلبي طرق التحليل الكيميائي والتحليل الطيفي للأشعة السينية (XRF) متطلبات فحص الجودة الخاصة بها.

للكشف عن العناصر المعدنية، وخاصة العناصر المعدنية النزرة، يتمتع قياس طيف الانبعاث البصري للبلازما المقترنة حثيًا (ICP-OES) بأكبر قدر من المزايا، مع حدود كشف جيدة، ودقة كشف عالية، واستهلاك وقت قصير، وحساسية عالية. حاليًا، أصبح ICP-OES وسيلة فعالة للكشف عن المكونات الكيميائية النزرة للمواد عالية النقاء.

تعد تكنولوجيا الكشف عن برنامج المقارنات الدولية دعما هاما ومكونا لتكنولوجيا الكوارتز عالية النقاء، والتي لها أهمية عملية ونظرية لتعزيز تطوير تكنولوجيا الكوارتز عالية النقاء في الصين.

يتمتع الكوارتز عالي النقاء بخصائص فيزيائية وكيميائية مستقرة، مع خصائص مثل انخفاض محتوى الشوائب وصعوبة ذوبان الخام. في عملية إذابة وترشيح عينات الكشف عن الكوارتز عالية النقاء، تشمل العوامل الأساسية المعنية وزن العينة، ومجموعة الكاشف، وجرعة الكاشف، ونقاء الكاشف، وما إلى ذلك.

تتضمن هذه التقنية إعداد العينات والكشف عن الأجهزة، وهما جزأين رئيسيين. التكنولوجيا الرئيسية هي إذابة العينة وإعداد الترشيح.

أظهرت التجارب أنه في عملية تحضير العينة، سيكون لوزن العينة ومجموعة الكاشف وجرعة الكاشف ونقاء الكاشف المستخدم تأثير مهم على نتائج الكشف عن برنامج المقارنات الدولية.

كمية الكوارتز عالي النقاء المستخدمة ≥2000 ملغ؛ نقاء الكاشف هو درجة نقاء عالية (MOS أو BV-III)، تركيبة الكاشف هي HF+HNO3؛ يتم استخدام HNO3 المركز في ثلاث مرات، بكمية إجمالية ≥5 مل؛ جرعة HF هي 25 مل.

وفقا لخصائص تكنولوجيا المعالجة ومتطلبات النقاء لرمل الكوارتز عالي النقاء، يجب عدم استخدام المناخل الفولاذية طوال عملية تحضير العينة بأكملها لتجنب تلوث الحديد.

بالإضافة إلى ذلك، فإن إجراء عملية إذابة عينة الكوارتز عالية النقاء وإعداد الترشيح في ظروف مختبرية فائقة النظافة سيساعد على تجنب تلوث شوائب الهواء وتقليل أخطاء الكشف.

GlobalQT specializes in quartz tubes and quartz tube heaters, providing customizable solutions for the high-purity quartz industry worldwide. We are committed to quality, competitive pricing, and meeting the specific needs of our clients. For reliable service and expertise, partner with GlobalQT. Contact us at contact@globalquartztube.com.