Hloubková analýza: Co je technologie High-Purity Quartz?

Vysoce čistý křemen označuje produkty řady quartz s čistotou SiO2 vyšší než 99,9%. Je to materiálový základ špičkových produktů v křemíkovém průmyslu, široce používaných v průmyslových odvětvích, jako je fotovoltaika, elektronické informace, optická komunikace a elektroluminiscenční zdroje. Zaujímá důležitou pozici a roli ve strategických vznikajících odvětvích nových materiálů a nové energie.

Na základě čistoty SiO2 jej lze rozdělit na:

• Low-end se SiO2 ≥ 99,9% (3N)
• Střední část se SiO2 ≥ 99,99% (4N)
• High-end se SiO2 ≥ 99,998% (4N8)

Může být také klasifikován na základě celkového množství nečistot, jako je Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni atd., do:

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

Každý stupeň čistoty vysoce čistého křemene lze rozdělit na odrůdy, jako je 40-80 mesh, 80-140 mesh, 80-200 mesh, 80-300 mesh a tak dále.

Technologie vysoce čistého křemene je systematický inženýrský projekt, který zahrnuje technologii výběru vysoce čistých křemenných surovin, technologii zpracování, technologii zpracovatelského zařízení a technologii kontroly kvality. Tyto aspekty jsou nezávislé a vzájemně propojené a tvoří komplexní technologický celek.

Zpočátku se vysoce čistý křemen zpracovával z přírodních krystalů první a druhé třídy. Přírodní krystaly se obvykle tvoří v prostředí krystalové dutiny za určitých geologických podmínek. Specifičnost jejich geneze má za následek dva přirozené nedostatky:

1. Malé zásoby a špatné podmínky těžby, které po letech vývoje a využití nevyhnutelně vedou k nedostatku zdrojů, vysokým cenám a neschopnosti uspokojit potřeby průmyslové velkovýroby.

2. Chemické složení minerálních krystalů je nestabilní a ovlivněné změnami krystalického prostředí. To vede k významným výkyvům v chemickém složení surovin ve velkých průmyslových aplikacích, což ztěžuje standardizaci surovin a není možné uspokojit potřeby výroby vysoce čistých křemenných produktů.

Je tedy nutné začít s jinými zdroji křemenných nerostů, abychom zásadně vyřešili problém s vysoce čistými křemennými surovinami, což je základní technický přístup doma i v zahraničí.

V 90. letech minulého století Japonsko zpracovávalo průhledný vysoce čistý křemen za použití jemnozrnného křemence jako suroviny.

Rusko a Německo zpracovávaly vysoce čistý křemen s použitím žilného křemene a metamorfovaného křemene jako surovin.

Americká společnost PPCC zpracovala v 80. letech 20. století vysoce čistý křemen za použití žuly z oblasti Foxdale na severozápadním pobřeží Anglie jako suroviny pro západoevropské křemenné sklo. Čistota Si02 produktu byla 4N, obsah Fe < 1 x 10^-6 a obsah dalších prvků nečistot < 5 x 10^-6.

Počínaje 90. lety začala americká společnost Unimin efektivně vyvíjet a využívat pegmatitovou žulu v oblasti Spruce Pine v Severní Karolíně. Vyvinula vysoce čisté produkty řady quartz, jako je IOTA-STD (standardní stupeň), IOTA-4, IOTA-6 a IOTA-8, které téměř monopolizovaly mezinárodní trh a staly se mezinárodním standardem.

Je zřejmé, že kromě přírodního křišťálu, žilného křemene a žulového křemene z výše uvedených šesti genezí jsou křemenné nerostné suroviny ideální surovinou pro zpracování křemenných produktů střední a vyšší třídy vysoké čistoty.

Ne všechen žilný křemen a žulový křemen lze zpracovat na vysoce čistý křemen, vzhledem k současné úrovni technologie zpracování. Jen velmi málo, dokonce výjimečně vzácných, lze zpracovat na špičkové produkty.

To znamená, že volba žilného křemene nebo žulového křemene je pouze správným obecným směrem; neřeší klíčovou otázku výběru konkrétních surovin.

Hlavním důvodem je existence různých rozčleněných typů geneze žilného křemene a žuly, ovlivněných rudotvornými geologickými podmínkami. Významné rozdíly jsou také v mineralogii, petrologii a charakteristikách rudního ložiska žilného křemene a žuly stejného typu geneze.

Podle zpráv je americká společnost Unimin velmi selektivní, pokud jde o vysoce čisté křemenné suroviny a má přísné požadavky.

Kritéria výběru suroviny Unimin Quartz: Jedním z nich je křemen s nejmenšími nečistotami v krystalové struktuře, jako je obsah hliníku IOTA-STD (14-18)×10^-6, obsah hliníku IOTA-4 (8-10)×10^ -6; druhý je křemen s menším množstvím plynokapalných inkluzí, jako je pegmatitová žula a krystal.

Ukázalo se, že obsah nečistot v surovině jednoduše neodpovídá její kvalitě. Místo toho se týká selektivity nečistot, která je určena mineralogickými charakteristikami procesu suroviny. Například, navzdory vysokému obsahu nečistot ve vzorcích pegmatitové horniny smrkové borovice ve Spojených státech, se tyto používají jako suroviny pro špičkové produkty IOTA.

V současné době mezi hlavní technologie zpracování vysoce čistého křemene patří třídění, drhnutí, chemické kyselé loužení, flotace (flotace s fluorem i bez fluoru), gravitační separace, magnetická separace, chlorační pražení a mikrobiální loužení. Mezi používané suroviny patří žilný křemen, pegmatitová žula, křemenec a křemenný pískovec.

Žilný křemen je magmaticko-hydrotermální žíla příbuzná žule, většinou v nepravidelných žilných formách. Žilný křemen je čistě bílý s mastným leskem a vysokou čistotou, s obsahem SiO2 přesahujícím 99%. V Číně se žilné křemenné doly nacházejí především v oblastech, jako je Jiangsu Donghai, Sichuan, Heilongjiang, Hubei atd. V provincii Chu-pej se nachází zásoby křemenného kamene přesahující 100 milionů tun s obsahem křemíku více než 99 98%, což je první místo v země.

Křemen je tvořen z křemičitých hornin nebo křemenných pískovců řadou metamorfóz a tepelným kontaktem, přičemž obsah křemenných minerálů obecně přesahuje 85%. Často je spojován s turmalínem, zirkonem, slídou, živcem a jílovými minerály, s tvrdostí a hustotou vyšší než u křemenného pískovce. Kvarcitové doly jsou distribuovány v Qinghai, Anhui, Liaoning, Shaanxi atd. a jsou jedním z hlavních zdrojů křemičitých minerálních surovin v Číně.

Křemenný pískovec je zpevněná klastická hornina s obsahem úlomků křemene více než 95%. Často je spojován s turmalínem, rutilem, magnetitem, slídou, živcem a jílovými minerály. V Číně jsou křemenné pískovcové doly distribuovány v Sichuan, Hunan, Jiangsu, Zhejiang, Yunnan, Shandong atd. Jsou hlavními surovinami pro zpracování skla, keramiky, odlévání a dalších křemenných průmyslových nerostů a materiálů.

Surovinou pro vysoce čistý křemenný písek americké řady Unimin TOTA je pegmatitová žula. Výzkum v této oblasti by však mohl být silnější v Číně a nebyly dosaženy žádné hlášené úspěchy při zpracování vysoce čistého křemenného písku z pegmatitové žuly.

Ve srovnání s obecným inženýrstvím zpracování nerostů má zařízení na zpracování vysoce čistého křemenného písku následující vlastnosti:

Kyselé loužení a promývání vodou jsou důležitými články v technologii zpracování vysoce čistého křemenného písku. Vzhledem k extrémně vysokým požadavkům na čistotu SiO2 a nízkému obsahu nečistot ve vysoce čistém křemeni musí čistota použitých kyselin a vody odpovídat odpovídajícím požadavkům; jinak je obtížné vyrábět kvalifikované produkty.

Kyselé loužení za horka hraje klíčovou roli při čištění vysoce čistého křemene. Jednou z důležitých chemických vlastností křemene je vynikající odolnost vůči kyselinám (kromě HF), zatímco ostatní složky kovových nečistot v rudě mají obecně nízkou odolnost vůči kyselinám. Tento efekt je výraznější za určitých teplotních podmínek.

Technologie kyselého loužení při zpracování vysoce čistého křemene využívá tento princip k dosažení chemického čištění. Studie ukázaly, že použití vhodného kyselého vzorce podle vlastností minerálních surovin může lépe odstranit kovové minerály, minerály obsahující železo, uhličitanové minerály a tenkovrstvé železo mezi částicemi křemene v surovinách.

Přidá-li se určité množství kyseliny HF do kombinace kyselé receptury, má to lepší účinek na odstranění stopových nečistot slídy a živce v surovinách. Proto se často používají silná korozivní činidla, jako je horká kyselina a kyselina HF.

Praxe prokázala, že při purifikačním zpracování vysoce čistého křemene jakékoli materiály ve styku se surovinami, jako jsou nádoby, výrazně ovlivňují kvalitu vzorků. Klíčem k zajištění kvality je přísná kontrola materiálových norem ve všech článcích zpracování vysoce čistého křemenného písku.

Vlastnosti vysoce čistého křemene SiO2 čistoty zajišťují, že během výrobního procesu nemůže docházet k žádnému znečištění. Vzhledem k dlouhému toku zpracování a složité technologii vysoce čistého křemenného písku však není snadné výrobní proces zcela utěsnit.

Aby se zabránilo znečištění ovzduší prachem, musí být kladeny přísné požadavky na ovzduší při výrobě, balení, skladování atd.

Vysoké bezpečnostní požadavky: Výrobní linka složená ze silných korozivních činidel, toxických plynů (pokud se používá chlorační pražení), vysokých teplot atd. musí mít vyšší záruky bezpečnosti výroby.

Zvláštní povaha výše uvedených podmínek procesu určuje vysoké požadavky na výrobní zařízení na zpracování vysoce čistého křemene. Vývoj bezpečného, ekologického, energeticky úsporného a efektivního výrobního zařízení je klíčovou podmínkou pro realizaci rozsahu a industrializace.

Celkový obsah příměsových prvků jako Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni atd. je v amerických výrobcích Unimin IOTA-STD obvykle < 20× 10^-6, s maximální hodnotou < 22×10^-6. Pro takové vysoce čisté látky je obtížné splnit požadavky na kontrolu kvality pomocí metod chemické analýzy a rentgenové fluorescenční spektroskopie (XRF).

Pro detekci kovových prvků, zejména stopových prvků, má nejvíce výhod optická emisní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem (ICP-OES) s dobrými detekčními limity, vysokou přesností detekce, krátkou spotřebou času a vysokou citlivostí. V současné době se ICP-OES stala účinnou metodou pro detekci stopových chemických složek vysoce čistých materiálů.

Technologie detekce ICP je důležitou podporou a součástí technologie vysoce čistého křemene, která má praktický a teoretický význam pro podporu rozvoje technologie vysoce čistého křemene v Číně.

Vysoce čistý křemen má stabilní fyzikální a chemické vlastnosti s vlastnostmi, jako je nízký obsah nečistot a obtížné rozpouštění rudy. V procesu rozpouštění a louhování vysoce čistých detekčních vzorků křemene patří mezi základní faktory hmotnost vzorku, kombinace činidel, dávkování činidla, čistota činidla atd.

Tato technologie zahrnuje přípravu vzorků a detekci přístrojů, což jsou dvě hlavní části. Klíčovou technologií je rozpouštění a louhování vzorku.

Experimenty ukázaly, že v procesu přípravy vzorku bude mít na výsledky detekce ICP důležitý vliv hmotnost vzorku, kombinace činidel, dávkování činidla a použitá čistota činidla.

Množství použitého vysoce čistého křemene ≥2000 mg; čistota činidel je vysoce čistého stupně (MOS nebo BV-III), kombinace činidel je HF+HNO3; koncentrovaná HNO3 se použije třikrát, s celkovým množstvím ≥5 ml; Dávkování HF je 25 ml.

Podle charakteristik technologie zpracování a požadavků na čistotu vysoce čistého křemenného písku se ocelová síta nesmí používat během celého procesu přípravy vzorku, aby se zabránilo kontaminaci železem.

Kromě toho provádění rozpouštění vzorků z vysoce čistého křemene a přípravy louhováním v ultračistých laboratorních podmínkách pomůže vyhnout se znečištění vzduchu nečistotami a sníží chyby detekce.

Společnost GlobalQT se specializuje na křemenné trubice a ohřívače křemenných trubic a poskytuje přizpůsobitelná řešení pro křemenný průmysl s vysokou čistotou po celém světě. Zakládáme si na kvalitě, konkurenceschopných cenách a plnění specifických potřeb našich zákazníků. Pro spolehlivý servis a odborné znalosti spolupracujte se společností GlobalQT. Kontaktujte nás na adrese contact@globalquartztube.com.