Detaljna analiza: Šta je kvarcna tehnologija visoke čistoće?

Kvarc visoke čistoće odnosi se na proizvode serije kvarca čija je čistoća SiO2 veća od 99,9%. To je materijalna osnova za vrhunske proizvode u industriji silicija, koji se široko koriste u industrijama kao što su fotonapon, elektronske informacije, optička komunikacija i elektroluminiscentni izvori. Ima važnu poziciju i ulogu u strateškim industrijama novih materijala i energije u nastajanju.

Na osnovu čistoće SiO2, može se podijeliti na:

• Low-end sa SiO2 ≥ 99,9% (3N)
• Mid-end sa SiO2 ≥ 99.99% (4N)
• Vrhunski sa SiO2 ≥ 99,998% (4N8)

Takođe se može klasifikovati na osnovu ukupne količine elemenata nečistoća kao što su Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni, itd., na:

• Low-end ≤ 1000×10^-6
• Mid-end ≤ 100×10^-6
• High-end ≤ 20×10^-6

Svaki stepen čistoće kvarca visoke čistoće može se podijeliti na varijante kao što su 40-80 mesh, 80-140 mesh, 80-200 mesh, 80-300 mesh, itd.

Tehnologija kvarca visoke čistoće je sistematski inženjerski projekat koji uključuje tehnologiju odabira kvarcnih sirovina visoke čistoće, tehnologiju obrade, tehnologiju opreme za obradu i tehnologiju kontrole kvaliteta. Ovi aspekti su nezavisni i međusobno povezani, čineći sveobuhvatnu tehnološku celinu.

U početku se kvarc visoke čistoće prerađivao od prirodnih kristala prvog i drugog razreda. Prirodni kristali se obično formiraju u okruženju kristalnih šupljina pod određenim geološkim uslovima. Specifičnost njihove geneze rezultira sa dva inherentna nedostatka:

1. Male rezerve i loši uslovi iskopavanja, koji nakon godina razvoja i korišćenja neminovno dovode do oskudice resursa, visokih cena i nemogućnosti da se podmire potrebe velike industrijske proizvodnje.

2. Hemijski sastav mineralnih kristala je nestabilan i pod utjecajem je promjena u kristalnoj sredini. To dovodi do značajnih fluktuacija u hemijskom sastavu sirovina u velikim industrijskim aplikacijama, što otežava standardizaciju sirovina i ne može zadovoljiti potrebe proizvodnje visokokvalitetnih proizvoda od kvarca visoke čistoće.

Stoga je potrebno krenuti s drugim mineralnim resursima kvarca kako bi se suštinski riješio problem sirovine kvarca visoke čistoće, što je osnovni tehnički pristup u zemlji i svijetu.

Devedesetih godina prošlog vijeka Japan je prerađivao prozirni kvarc visoke čistoće koristeći sitnozrnati kvarcit kao sirovinu.

Rusija i Njemačka su prerađivale kvarc visoke čistoće koristeći venski kvarc i metamorfni kvarcit kao sirovine.

1980-ih, američka kompanija PPCC je prerađivala kvarc visoke čistoće koristeći granit iz oblasti Foxdale na sjeverozapadnoj obali Engleske kao sirovinu za zapadnoevropsko kvarcno staklo. Čistoća SiO2 proizvoda bila je 4N, sadržaj Fe < 1×10^-6, a sadržaj ostalih elemenata nečistoća < 5×10^-6.

Počevši od 1990-ih, američka kompanija Unimin počela je da razvija i efikasno koristi pegmatit granit u oblasti Spruce Pine u Sjevernoj Karolini. Razvio je proizvode serije kvarca visoke čistoće kao što su IOTA-STD (standardni razred), IOTA-4, IOTA-6 i IOTA-8, gotovo monopolizirajući međunarodno tržište i postajući međunarodni standard.

Očigledno je da su, osim prirodnog kristala, venastog kvarca i granitnog kvarca među šest gore navedenih geneza, mineralni resursi kvarca idealna sirovina za preradu kvarcnih proizvoda srednjeg i visokog kvaliteta visoke čistoće.

Ne može se sav venski kvarc i granitni kvarc preraditi u kvarc visoke čistoće, s obzirom na trenutni nivo tehnologije obrade. Samo se mali broj, čak i izuzetno rijetki, može preraditi u vrhunske proizvode.

Odnosno, odabir venskog kvarca ili granitnog kvarca je samo pravi opći smjer; ne rješava ključno pitanje odabira specifične sirovine.

Glavni razlog je postojanje različitih tipova podjele geneze venskog kvarca i granita, pod utjecajem rudotvornih geoloških uslova. Postoje i značajne razlike u mineralogiji, petrologiji i karakteristikama rudnih ležišta venskog kvarca i granita istog tipa geneze.

Prema izvještajima, američka kompanija Unimin je vrlo selektivna u pogledu kvarcnih sirovina visoke čistoće i ima stroge zahtjeve.

Kriterijumi za odabir sirovine Unimin Quartz: Jedan je kvarc sa najmanje nečistoća u kristalnoj strukturi, kao što je IOTA-STD sadržaj aluminijuma (14-18)×10^-6, IOTA-4 sadržaj aluminijuma (8-10)×10^ -6; drugi je kvarc sa manje gasno-tečnih inkluzija, kao što su pegmatit granit i kristal.

Pokazalo se da sadržaj nečistoće u sirovini ne odgovara samo njenom kvalitetu. Umjesto toga, odnosi se na selektivnost nečistoća određena mineraloškim karakteristikama procesa sirovine. Na primjer, uprkos visokom sadržaju nečistoća u uzorcima pegmatitnih stijena Spruce Pine u Sjedinjenim Državama, oni se koriste kao sirovine za IOTA-ine vrhunske proizvode.

Trenutno, glavne tehnologije prerade kvarca visoke čistoće uključuju sortiranje, ribanje, ispiranje hemijskom kiselinom, flotaciju (flotaciju koja sadrži fluor i nefluor), gravitaciono odvajanje, magnetno odvajanje, hlorisanje prženja i mikrobno ispiranje. Sirovine koje se koriste uključuju venski kvarc, pegmatit granit, kvarcit i kvarcni pješčenjak.

Venski kvarc je magmatsko-hidrotermalna žila srodna granitu, uglavnom u nepravilnim žilnim oblicima. Venski kvarc je čisto bijel sa masnim sjajem i visoke čistoće, sa sadržajem SiO2 koji prelazi 99%. U Kini se rudnici venskog kvarca uglavnom nalaze u područjima kao što su Jiangsu Donghai, Sichuan, Heilongjiang, Hubei, itd. Okrug Qichun provincije Hubei ima rezerve kvarcnog kamena veće od 100 miliona tona sa sadržajem silicijuma većim od 99.98%, što je prvo na rang listi. zemlja.

Kvarcit je formiran od silicijumskih stijena ili kvarcnih pješčenjaka nizom metamorfoze i termičkog kontakta, sa sadržajem minerala kvarca općenito iznad 85%. Često se povezuje sa turmalinom, cirkonom, liskunom, feldspatom i mineralima gline, čija je tvrdoća i gustoća veća od tvrdoće i gustine kvarcnog peščara. Rudnici kvarcita su distribuirani u Qinghai, Anhui, Liaoning, Shaanxi, itd., i jedan su od glavnih izvora silicijumskih mineralnih sirovina u Kini.

Kvarcni pješčenjak je konsolidirana klastična stijena sa sadržajem kvarcnih fragmenata većim od 95%. Često se povezuje s turmalinom, rutilom, magnetitom, liskunom, feldspatom i mineralima gline. U Kini, rudnici kvarcnog pješčenjaka se distribuiraju u Sichuan, Hunan, Jiangsu, Zhejiang, Yunnan, Shandong, itd. Oni su glavna sirovina za preradu stakla, keramike, livenja i drugih kvarcnih industrijskih minerala i materijala.

Sirovina za američki Unimin TOTA seriju kvarcnog pijeska visoke čistoće je pegmatit granit. Međutim, istraživanja u ovoj oblasti bi mogla biti snažnija u Kini, a nisu zabilježena nikakva dostignuća u preradi kvarcnog pijeska visoke čistoće od pegmatitnog granita.

U poređenju sa opštim inženjeringom za preradu minerala, oprema za preradu kvarcnog peska visoke čistoće ima sledeće karakteristike:

Ispiranje kiselinom i ispiranje vodom važne su karike u tehnologiji prerade kvarcnog pijeska visoke čistoće. Zbog izuzetno visokih zahtjeva za čistoćom SiO2 i niskog sadržaja nečistoća u kvarcu visoke čistoće, čistoća kiselina i vode koja se koristi mora ispunjavati odgovarajuće zahtjeve; inače je teško proizvesti kvalifikovane proizvode.

Ispiranje vrućom kiselinom igra ključnu ulogu u prečišćavanju kvarca visoke čistoće. Jedno od važnih hemijskih svojstava kvarca je odlična otpornost na kiseline (osim za HF), dok ostale komponente metalnih nečistoća u rudi generalno imaju slabu otpornost na kiseline. Ovaj efekat je izraženiji pod određenim temperaturnim uslovima.

Tehnologija kiselog luženja kvarca visoke čistoće koristi ovaj princip za postizanje hemijskog pročišćavanja. Istraživanja su pokazala da se upotrebom odgovarajuće kiselinske formule u skladu sa karakteristikama mineralnih sirovina može bolje ukloniti metalni minerali, minerali koji sadrže željezo, karbonatni minerali i tankoslojno željezo između čestica kvarca u sirovinama.

Ako se u kombinaciju formule kiselina doda određena količina HF kiseline, ona ima bolji učinak na uklanjanje tragova liskuna i nečistoća feldspata u sirovinama. Stoga se često koriste jaki korozivni reagensi kao što su vruća kiselina i HF kiselina.

Praksa je dokazala da u prečišćavanju kvarca visoke čistoće svi materijali u kontaktu sa sirovinama, kao što su kontejneri, značajno utiču na kvalitet uzoraka. Stroga kontrola standarda materijala u svim karikama obrade kvarcnog pijeska visoke čistoće ključ je za osiguranje kvaliteta.

Karakteristike čistoće kvarcnog SiO2 visoke čistoće osiguravaju da ne može doći do zagađenja tokom procesa proizvodnje. Međutim, zbog dugog toka obrade i složene tehnologije kvarcnog pijeska visoke čistoće, nije lako potpuno zatvoriti proizvodni proces.

Da bi se spriječilo zagađenje zraka prašinom, moraju se postaviti strogi zahtjevi za vazdušnu sredinu za proizvodnju, pakovanje, skladištenje itd.

Visoki sigurnosni zahtjevi: Proizvodna linija sastavljena od jakih korozivnih reagensa, toksičnih plinova (ako se koristi hloriranje), visokih temperatura itd., mora imati veće garancije za sigurnost proizvodnje.

Posebna priroda gore navedenih uslova procesa određuje visoke zahtjeve za proizvodnu opremu za preradu kvarca visoke čistoće. Razvoj sigurne, ekološki prihvatljive, štedljive i efikasne proizvodne opreme je ključni uslov za realizaciju obima i industrijalizacije.

Ukupni sadržaj elemenata nečistoća kao što su Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni, itd., u američkim Unimin IOTA-STD proizvodima obično je < 20× 10^-6, sa maksimalnom vrijednošću < 22×10^-6. Za takve supstancije visoke čistoće, metode hemijske analize i rendgenska fluorescentna spektroskopija (XRF) teško mogu ispuniti njihove zahtjeve za inspekciju kvaliteta.

Za detekciju metalnih elemenata, posebno elemenata u tragovima, induktivno spregnuta plazma optička emisiona spektrometrija (ICP-OES) ima najviše prednosti, s dobrim granicama detekcije, visokom preciznošću detekcije, kratkom potrošnjom vremena i visokom osjetljivošću. Trenutno je ICP-OES postao efikasna metoda za detekciju tragova hemijskih komponenti materijala visoke čistoće.

ICP tehnologija detekcije je važna podrška i komponenta kvarcne tehnologije visoke čistoće, koja ima praktični i teorijski značaj za promicanje razvoja kineske kvarcne tehnologije visoke čistoće.

Kvarc visoke čistoće ima stabilna fizička i hemijska svojstva, sa karakteristikama kao što su nizak sadržaj nečistoća i teško otapanje rude. U procesu rastvaranja i ispiranja uzoraka za detekciju kvarca visoke čistoće, osnovni faktori uključeni su težina uzorka, kombinacija reagensa, doza reagensa, čistoća reagensa itd.

Ova tehnologija uključuje pripremu uzorka i detekciju instrumenata, koji su dva glavna dijela. Ključna tehnologija je otapanje uzorka i priprema za ispiranje.

Eksperimenti su pokazali da će u procesu pripreme uzorka težina uzorka, kombinacija reagensa, doza reagensa i čistoća reagensa koji se koristi imati važan utjecaj na rezultate detekcije ICP-a.

Količina korištenog kvarca visoke čistoće ≥2000mg; čistoća reagensa je visokog stepena čistoće (MOS ili BV-III), kombinacija reagensa je HF+HNO3; koncentrovani HNO3 se koristi tri puta, sa ukupnom količinom ≥5mL; HF doza je 25mL.

Prema karakteristikama tehnologije obrade i zahtjevima čistoće kvarcnog pijeska visoke čistoće, čelična sita se ne smiju koristiti tokom cijelog procesa pripreme uzorka kako bi se izbjegla kontaminacija željezom.

Osim toga, provođenje rastvaranja uzorka kvarca visoke čistoće i pripreme za ispiranje u ultra čistim laboratorijskim uvjetima pomoći će u izbjegavanju zagađenja zraka nečistoćama i smanjenju grešaka u detekciji.

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.