Задълбочен анализ: Какво представлява кварцовата технология с висока чистота?

Кварцът с висока чистота се отнася до продукти от серията кварц с чистота на SiO2, по-голяма от 99,9%. Това е материалната основа на продукти от висок клас в силиконовата индустрия, широко използвани в индустрии като фотоволтаици, електронна информация, оптична комуникация и електролуминисцентни източници. Той има важна позиция и роля в стратегически нововъзникващите индустрии на нови материали и нова енергия.

Въз основа на чистотата на SiO2, той може да бъде класифициран в:

• Нисък клас със SiO2 ≥ 99,9% (3N)
• Среден край със SiO2 ≥ 99.99% (4N)
• Висок клас със SiO2 ≥ 99.998% (4N8)

Може също да се класифицира въз основа на общото количество примесни елементи като Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni и др., в:

• Нисък клас ≤ 1000×10^-6
• Среден край ≤ 100×10^-6
• Висок клас ≤ 20×10^-6

Всяка степен на чистота на кварц с висока чистота може да бъде разделена на разновидности като 40-80 меша, 80-140 меша, 80-200 меша, 80-300 меша и т.н.

Технологията за кварц с висока чистота е систематичен инженерен проект, който включва технология за избор на кварцови суровини с висока чистота, технология за обработка, технология за оборудване за обработка и технология за проверка на качеството. Тези аспекти са едновременно независими и взаимосвързани, образувайки цялостно технологично цяло.

Първоначално кварцът с висока чистота се обработва от естествени кристали от първи и втори клас. Естествените кристали обикновено се образуват в среда на кристална кухина при определени геоложки условия. Спецификата на техния генезис води до два присъщи недостатъка:

1. Малки запаси и лоши условия за добив, които след години на разработване и използване неизбежно водят до недостиг на ресурси, високи цени и невъзможност да се задоволят нуждите на широкомащабното промишлено производство.

2. Химическият състав на минералните кристали е нестабилен и се влияе от промените в кристалната среда. Това води до значителни колебания в химичния състав на суровините в широкомащабни промишлени приложения, което прави стандартизацията на суровините трудна и неспособна да отговори на нуждите от производство на кварцови продукти от висок клас с висока чистота.

По този начин е необходимо да се започне с други кварцови минерални ресурси, за да се реши основно проблемът с кварцовите суровини с висока чистота, което е основният технически подход в страната и в международен план.

През 90-те години Япония обработва прозрачен кварц с висока чистота, използвайки финозърнест кварцит като суровина.

Русия и Германия обработваха кварц с висока чистота, използвайки жилен кварц и метаморфен кварцит като суровини.

През 80-те години на миналия век американската компания PPCC обработва кварц с висока чистота, използвайки гранит от района на Фоксдейл на северозападното крайбрежие на Англия като суровина за западноевропейско кварцово стъкло. Чистотата на SiO2 на продукта беше 4N, съдържанието на Fe < 1×10^-6 и съдържанието на други примесни елементи < 5×10^-6.

Започвайки през 1990 г., американската компания Unimin започва да разработва и използва ефективно пегматитовия гранит в района на Spruce Pine в Северна Каролина. Тя е разработила продукти от серията кварц с висока чистота като IOTA-STD (стандартен клас), IOTA-4, IOTA-6 и IOTA-8, почти монополизирайки международния пазар и превръщайки се в международен стандарт.

Очевидно е, че освен естествения кристал, жилковия кварц и гранитен кварц сред шестте генезиса по-горе, кварцовите минерални ресурси са идеални суровини за обработка на кварцови продукти от среден и висок клас с висока чистота.

Не всеки жилен кварц и гранитен кварц могат да бъдат преработени в кварц с висока чистота, като се има предвид текущото ниво на технология за обработка. Само много малко, дори изключително редки, могат да бъдат преработени в продукти от висок клас.

Тоест изборът на жилен кварц или гранитен кварц е само правилната обща посока; не решава ключовия въпрос за избора на конкретна суровина.

Основната причина е наличието на различни подразделени по генезис типове жилен кварц и гранит, повлияни от рудообразуващите геоложки условия. Съществуват също така значителни разлики в минералогията, петрологията и характеристиките на рудните находища на жилен кварц и гранит от един и същи генезис тип.

Според докладите американската компания Unimin е много селективна по отношение на кварцовите суровини с висока чистота и има строги изисквания.

Критерии за избор на суровина Unimin Quartz: Единият е кварц с най-малко примеси в кристалната структура, като IOTA-STD съдържание на алуминий (14-18)×10^-6, IOTA-4 съдържание на алуминий (8-10)×10^ -6; другият е кварц с по-малко газово-течни включвания, като пегматитов гранит и кристал.

Доказано е, че съдържанието на примесни елементи в суровината не просто отговаря на нейното качество. Вместо това, той се отнася до селективността на примесите, определени от минералогичните характеристики на процеса на суровината. Например, въпреки високото съдържание на примесни елементи в скалните проби от пегматит Spruce Pine в Съединените щати, те се използват като суровини за продуктите от висок клас на IOTA.

Понастоящем основните технологии за обработка на кварц с висока чистота включват сортиране, пречистване, химическо киселинно излугване, флотация (както флуорсъдържаща, така и нефлуорна флотация), гравитационно разделяне, магнитно разделяне, печене чрез хлориране и микробно излугване. Използваните суровини включват жилен кварц, пегматитов гранит, кварцит и кварцов пясъчник.

Жилният кварц е магматично-хидротермална жила, свързана с гранита, предимно в неправилни жилкови форми. Жилният кварц е чисто бял с мазен блясък и висока чистота, като съдържанието му на SiO2 надвишава 99%. В Китай мините за жилен кварц са разположени главно в райони като Jiangsu Donghai, Sichuan, Heilongjiang, Hubei и т.н. Окръг Qichun на провинция Хубей има запаси от кварцов камък над 100 милиона тона със съдържание на силиций над 99,98%, класирайки се на първо място в държава.

Кварцитът се образува от силициеви скали или кварцови пясъчници чрез поредица от метаморфози и термичен контакт, като съдържанието на кварцов минерал обикновено надвишава 85%. Често се свързва с турмалин, циркон, слюда, фелдшпат и глинести минерали, с твърдост и плътност, по-високи от тези на кварцов пясъчник. Кварцитните мини са разпространени в Кингхай, Анхуей, Ляонин, Шанси и др., и са един от основните източници на силициеви минерални суровини в Китай.

Кварцовият пясъчник е консолидирана кластична скала със съдържание на кварцови фрагменти над 95%. Често се свързва с турмалин, рутил, магнетит, слюда, фелдшпат и глинести минерали. В Китай мините за кварцов пясъчник са разпространени в Съчуан, Хунан, Дзянсу, Джъдзян, Юнан, Шандонг и др. Те са основните суровини за обработка на стъкло, керамика, леене и други кварцови индустриални минерали и материали.

Суровината за американския кварцов пясък Unimin TOTA от серията с висока чистота е пегматитов гранит. Изследванията в тази област обаче може да са по-силни в Китай и не са докладвани постижения в преработката на кварцов пясък с висока чистота от пегматитов гранит.

В сравнение с общото инженерство за обработка на минерали, оборудването за обработка на кварцов пясък с висока чистота има следните характеристики:

Киселинното излугване и промиването с вода са важни звена в технологията за обработка на кварцов пясък с висока чистота. Поради изключително високите изисквания за чистота на SiO2 и ниското съдържание на примесни елементи в кварца с висока чистота, чистотата на използваните киселини и вода трябва да отговаря на съответните изисквания; в противен случай е трудно да се произвеждат качествени продукти.

Излужването с гореща киселина играе ключова роля в пречистването на кварц с висока чистота. Едно от важните химични свойства на кварца е отличната киселинна устойчивост (с изключение на HF), докато други компоненти на метални примеси в рудата обикновено имат слаба киселинна устойчивост. Този ефект е по-изразен при определени температурни условия.

Технологията за обработка на кварц с висока степен на излугване с киселина използва този принцип за постигане на химическо пречистване. Проучванията показват, че използването на подходяща киселинна формула според характеристиките на минералните суровини може по-добре да отстрани металните минерали, минералите, съдържащи желязо, карбонатните минерали и тънкия слой желязо между кварцовите частици в суровините.

Ако определено количество HF киселина се добави към комбинацията с киселинна формула, това има по-добър ефект върху отстраняването на следи от слюда и примеси от фелдшпат в суровините. Поради това често се използват силни корозивни реагенти като гореща киселина и HF киселина.

Практиката е доказала, че при обработката на пречистване на кварц с висока чистота, всички материали в контакт със суровините, като контейнери, оказват значително влияние върху качеството на пробите. Стриктният контрол на стандартите за материали във всички връзки за обработка на кварцов пясък с висока чистота е ключът към осигуряване на качество.

Характеристиките на чистотата на кварц SiO2 с висока чистота гарантират, че не може да има замърсяване по време на производствения процес. Въпреки това, поради дългия процес на обработка и сложната технология на кварцов пясък с висока чистота, не е лесно да се затвори напълно производственият процес.

За да се предотврати замърсяването на въздуха с прах, трябва да се наложат строги изисквания към въздушната среда за производство, опаковане, съхранение и др.

Високи изисквания за безопасност: Производствената линия, съставена от силни корозивни реагенти, токсични газове (ако се използва печене с хлориране), високи температури и т.н., трябва да има по-високи гаранции за безопасност на производството.

Специалният характер на горните условия на процеса определя високите изисквания към производственото оборудване за обработка на кварц с висока чистота. Разработването на безопасно, екологично, енергоспестяващо и ефективно производствено оборудване е ключово условие за реализиране на мащаб и индустриализация.

Общото съдържание на примесни елементи като Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni и др., в американските продукти Unimin IOTA-STD обикновено е < 20 × 10^-6, с максимална стойност < 22×10^-6. За такива вещества с висока чистота е трудно методите за химически анализ и рентгеновата флуоресцентна спектроскопия (XRF) да отговорят на техните изисквания за проверка на качеството.

За откриването на метални елементи, особено следи от метални елементи, индуктивно свързаната плазмена оптична емисионна спектрометрия (ICP-OES) има най-много предимства, с добри граници на откриване, висока точност на откриване, кратка консумация на време и висока чувствителност. В момента ICP-OES се превърна в ефективен метод за откриване на следи от химични компоненти на материали с висока чистота.

Технологията за откриване на ICP е важна подкрепа и компонент на кварцовата технология с висока чистота, която има практическо и теоретично значение за насърчаване на развитието на китайската кварцова технология с висока чистота.

Кварцът с висока чистота има стабилни физични и химични свойства, с характеристики като ниско съдържание на примеси и трудно разтваряне на рудата. В процеса на разтваряне и излугване на проби от кварц с висока чистота, основните включени фактори включват тегло на пробата, комбинация от реагенти, дозировка на реагенти, чистота на реагентите и др.

Тази технология включва подготовка на проби и откриване на инструменти, които са две основни части. Ключовата технология е разтварянето на пробата и подготовката за излугване.

Експериментите показват, че в процеса на подготовка на пробата теглото на пробата, комбинацията от реагенти, дозировката на реагентите и чистотата на използвания реагент ще имат важно влияние върху резултатите от откриването на ICP.

Използваното количество кварц с висока чистота ≥2000 mg; чистотата на реагента е с висока степен на чистота (MOS или BV-III), комбинацията от реагенти е HF+HNO3; концентрирана HNO3 се използва три пъти, с общо количество ≥5mL; Дозировката на HF е 25 ml.

Съгласно характеристиките на технологията на обработка и изискванията за чистота на кварцов пясък с висока чистота, стоманените сита не трябва да се използват през целия процес на подготовка на пробата, за да се избегне замърсяване с желязо.

Освен това провеждането на разтваряне на кварцова проба с висока чистота и подготовка за излугване в изключително чисти лабораторни условия ще помогне да се избегне замърсяването на въздуха с примеси и да се намалят грешките при откриване.

GlobalQT е специализирана в производството на кварцови тръби и нагреватели за кварцови тръби, като предоставя персонализирани решения за кварцовата индустрия с висока чистота по целия свят. Ние се стремим към качество, конкурентни цени и задоволяване на специфичните нужди на нашите клиенти. За надеждно обслужване и експертен опит си партнирайте с GlobalQT. Свържете се с нас на contact@globalquartztube.com.