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Hochreiner Quarz bezieht sich auf Quarzserienprodukte mit einer SiO2-Reinheit von \u00fcber 99,9%. Es ist die Materialgrundlage f\u00fcr High-End-Produkte in der Siliziumindustrie und wird h\u00e4ufig in Branchen wie Photovoltaik, elektronische Informationen, optische Kommunikation und Elektrolumineszenzquellen verwendet. Es nimmt eine wichtige Position und Rolle in den strategisch aufstrebenden Branchen f\u00fcr neue Materialien und neue Energien ein.<\/p>\n\n\n\n
Basierend auf der Reinheit von SiO2 kann es in folgende Klassen eingeteilt werden:<\/p>\n\n\n\n
Es kann auch basierend auf der Gesamtmenge an Verunreinigungselementen wie Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni usw. in folgende Klassen eingeteilt werden:<\/p>\n\n\n\n
Jeder Reinheitsgrad von hochreinem Quarz kann in Varianten wie 40\u201380 Mesh, 80\u2013140 Mesh, 80\u2013200 Mesh, 80\u2013300 Mesh usw. unterteilt werden.<\/p>\n\n\n\n
Die hochreine Quarztechnologie ist ein systematisches Ingenieurprojekt, das die Technologie zur Auswahl hochreiner Quarzrohstoffe, die Verarbeitungstechnologie, die Technologie der Verarbeitungsger\u00e4te und die Technologie zur Qualit\u00e4tspr\u00fcfung umfasst. Diese Aspekte sind sowohl unabh\u00e4ngig als auch miteinander verbunden und bilden ein umfassendes technologisches Ganzes.<\/p>\n\n\n\n
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Urspr\u00fcnglich wurde hochreiner Quarz aus Naturkristallen erster und zweiter G\u00fcte hergestellt. Naturkristalle entstehen in der Regel in Kristallhohlr\u00e4umen unter bestimmten geologischen Bedingungen. Die Spezifit\u00e4t ihrer Entstehung f\u00fchrt zu zwei inh\u00e4renten M\u00e4ngeln:<\/p>\n\n\n\n
1. Geringe Reserven und schlechte Bergbaubedingungen, die nach Jahren der Erschlie\u00dfung und Nutzung zwangsl\u00e4ufig zu Ressourcenknappheit, hohen Preisen und der Unf\u00e4higkeit f\u00fchren, den Bedarf einer gro\u00dfindustriellen Produktion zu decken.<\/p>\n\n\n\n
2. Die chemische Zusammensetzung von Mineralkristallen ist instabil und wird durch Ver\u00e4nderungen in der kristallinen Umgebung beeinflusst. Dies f\u00fchrt bei gro\u00dfindustriellen Anwendungen zu erheblichen Schwankungen in der chemischen Zusammensetzung der Rohstoffe, was die Standardisierung der Rohstoffe erschwert und den Anforderungen der Herstellung hochwertiger, hochreiner Quarzprodukte nicht gerecht wird.<\/p>\n\n\n\n
Daher ist es notwendig, mit anderen Quarzmineralressourcen anzufangen, um das Problem des hochreinen Quarzrohstoffs grundlegend zu l\u00f6sen, was im In- und Ausland den grundlegenden technischen Ansatz darstellt.<\/p>\n\n\n\n
In den 1990er Jahren verarbeitete Japan transparenten hochreinen Quarz, wobei es feink\u00f6rnigen Quarzit als Rohstoff verwendete.<\/p>\n\n\n\n
Russland und Deutschland verarbeiten hochreinen Quarz aus den Rohstoffen Gangquarz und metamorphem Quarzit.<\/p>\n\n\n\n
In den 1980er Jahren verarbeitete das amerikanische Unternehmen PPCC hochreinen Quarz aus Granit aus der Gegend von Foxdale an der Nordwestk\u00fcste Englands als Rohstoff f\u00fcr westeurop\u00e4isches Quarzglas. Die SiO2-Reinheit des Produkts betrug 4N, der Fe-Gehalt < 1\u00d710^-6 und der Gehalt anderer Verunreinigungselemente < 5\u00d710^-6.<\/p>\n\n\n\n
Ab den 1990er Jahren begann das amerikanische Unternehmen Unimin mit der Erschlie\u00dfung und Nutzung des Pegmatitgranits in der Region Spruce Pine in North Carolina. Es entwickelte hochreine Quarzserienprodukte wie IOTA-STD (Standardqualit\u00e4t), IOTA-4, IOTA-6 und IOTA-8, die den internationalen Markt nahezu monopolisierten und zum internationalen Standard wurden.<\/p>\n\n\n\n
Es ist offensichtlich, dass Quarzmineralressourcen, abgesehen von den sechs oben genannten Naturkristallen, Gangquarzen und Granitquarzen, ideale Rohstoffe f\u00fcr die Verarbeitung von hochreinen Quarzprodukten der mittleren und oberen Preisklasse sind.<\/p>\n\n\n\n
Nicht alle Gangquarze und Granitquarze k\u00f6nnen nach dem heutigen Stand der Verarbeitungstechnologie zu hochreinem Quarz verarbeitet werden. Nur sehr wenige, wenn nicht sogar \u00e4u\u00dferst seltene, k\u00f6nnen zu hochwertigen Produkten verarbeitet werden.<\/p>\n\n\n\n
Das hei\u00dft, die Wahl von Gangquarz oder Granitquarz stellt nur die richtige allgemeine Richtung dar, sie l\u00f6st nicht das zentrale Problem der Auswahl spezifischer Rohstoffe.<\/p>\n\n\n\n
Der Hauptgrund daf\u00fcr ist die Existenz unterschiedlicher, unterteilter Entstehungstypen von Gangquarz und Granit, die von den erzbildenden geologischen Bedingungen beeinflusst werden. Es gibt auch erhebliche Unterschiede in der Mineralogie, Petrologie und den Erzlagerst\u00e4tteneigenschaften von Gangquarz und Granit desselben Entstehungstyps.<\/p>\n\n\n\n
Berichten zufolge ist das amerikanische Unternehmen Unimin bei der Auswahl hochreiner Quarzrohstoffe sehr w\u00e4hlerisch und stellt strenge Anforderungen.<\/p>\n\n\n\n
Auswahlkriterien f\u00fcr Unimin-Quarzrohstoffe: Das eine ist Quarz mit den geringsten Verunreinigungen in der Kristallstruktur, beispielsweise IOTA-STD-Aluminiumgehalt (14-18)\u00d710^-6, IOTA-4-Aluminiumgehalt (8-10)\u00d710^-6; das andere ist Quarz mit weniger Gas-Fl\u00fcssigkeit-Einschl\u00fcssen, beispielsweise Pegmatit-Granit und Kristall.<\/p>\n\n\n\n
Es hat sich gezeigt, dass der Gehalt an Verunreinigungselementen im Rohmaterial nicht einfach seiner Qualit\u00e4t entspricht. Vielmehr bezieht er sich auf die Selektivit\u00e4t der Verunreinigungen, die durch die prozessmineralogischen Eigenschaften des Rohmaterials bestimmt wird. Beispielsweise werden die Pegmatit-Gesteinsproben von Spruce Pine in den Vereinigten Staaten trotz ihres hohen Gehalts an Verunreinigungselementen als Rohstoffe f\u00fcr die High-End-Produkte von IOTA verwendet.<\/p>\n\n\n\n
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Derzeit umfassen die wichtigsten Verarbeitungstechnologien f\u00fcr hochreinen Quarz Sortierung, Waschen, chemische S\u00e4urelaugung, Flotation (sowohl fluorhaltige als auch fluorfreie Flotation), Schwerkrafttrennung, magnetische Trennung, Chlorierungsr\u00f6stung und mikrobielle Laugung. Zu den verwendeten Rohstoffen geh\u00f6ren Gangquarz, Pegmatitgranit, Quarzit und Quarzsandstein.<\/p>\n\n\n\n
Aderquarz ist eine magmatisch-hydrothermale Ader, die mit Granit verwandt ist und meist unregelm\u00e4\u00dfige Aderformen aufweist. Aderquarz ist reinwei\u00df mit fettigem Glanz und hoher Reinheit, wobei sein SiO2-Gehalt 99% \u00fcbersteigt. In China befinden sich Aderquarzminen haupts\u00e4chlich in Gebieten wie Jiangsu Donghai, Sichuan, Heilongjiang, Hubei usw. Der Landkreis Qichun in der Provinz Hubei verf\u00fcgt \u00fcber Quarzsteinreserven von \u00fcber 100 Millionen Tonnen mit einem Siliziumgehalt von mehr als 99,98% und liegt damit landesweit an erster Stelle.<\/p>\n\n\n\n
Quarzit entsteht durch eine Reihe von Metamorphosen und thermischem Kontakt aus Kieselgestein oder Quarzsandstein. Der Quarzmineralgehalt liegt im Allgemeinen \u00fcber 85%. Quarzit wird h\u00e4ufig mit Turmalin, Zirkon, Glimmer, Feldspat und Tonmineralien in Verbindung gebracht und weist eine h\u00f6here H\u00e4rte und Dichte als Quarzsandstein auf. Quarzitminen gibt es in Qinghai, Anhui, Liaoning, Shaanxi usw. und sind eine der Hauptquellen f\u00fcr kieselhaltige Mineralrohstoffe in China.<\/p>\n\n\n\n
Quarzsandstein ist ein verfestigtes klastisches Gestein mit einem Quarzfragmentgehalt von mehr als 95%. Er wird oft mit Turmalin, Rutil, Magnetit, Glimmer, Feldspat und Tonmineralien in Verbindung gebracht. In China gibt es Quarzsandsteinminen in Sichuan, Hunan, Jiangsu, Zhejiang, Yunnan, Shandong usw. Sie sind die wichtigsten Rohstoffe f\u00fcr die Verarbeitung von Glas, Keramik, Guss und anderen Quarzindustriemineralien und -materialien.<\/p>\n\n\n\n
Der Rohstoff f\u00fcr den hochreinen Quarzsand der amerikanischen Unimin TOTA-Serie ist Pegmatitgranit. Die Forschung auf diesem Gebiet k\u00f6nnte in China jedoch st\u00e4rker sein, und es wurden keine Erfolge bei der Verarbeitung von hochreinem Quarzsand aus Pegmatitgranit gemeldet.<\/p>\n\n\n\n
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Im Vergleich zur allgemeinen Mineralaufbereitungstechnik weist die Anlage zur Aufbereitung von hochreinem Quarzsand die folgenden Eigenschaften auf:<\/p>\n\n\n\n
S\u00e4urelaugung und Wasserw\u00e4sche sind wichtige Bestandteile der hochreinen Quarzsandverarbeitungstechnologie. Aufgrund der extrem hohen Anforderungen an die SiO2-Reinheit und des geringen Gehalts an Verunreinigungselementen in hochreinem Quarz muss die Reinheit der verwendeten S\u00e4uren und des Wassers entsprechende Anforderungen erf\u00fcllen. Andernfalls ist es schwierig, qualifizierte Produkte herzustellen.<\/p>\n\n\n\n
Hei\u00dfs\u00e4urelaugung spielt eine Schl\u00fcsselrolle bei der Reinigung von hochreinem Quarz. Eine der wichtigen chemischen Eigenschaften von Quarz ist seine ausgezeichnete S\u00e4urebest\u00e4ndigkeit (au\u00dfer gegen\u00fcber HF), w\u00e4hrend andere metallische Verunreinigungskomponenten im Erz im Allgemeinen eine schlechte S\u00e4urebest\u00e4ndigkeit aufweisen. Dieser Effekt ist unter bestimmten Temperaturbedingungen noch ausgepr\u00e4gter.<\/p>\n\n\n\n
Die S\u00e4urelaugungstechnologie zur Verarbeitung von hochreinem Quarz nutzt dieses Prinzip zur chemischen Reinigung. Studien haben gezeigt, dass die Verwendung der geeigneten S\u00e4ureformel entsprechend den Eigenschaften der mineralischen Rohstoffe Metallmineralien, eisenhaltige Mineralien, Karbonatmineralien und d\u00fcnne Eisenschichten zwischen Quarzpartikeln in den Rohstoffen besser entfernen kann.<\/p>\n\n\n\n
Wenn der S\u00e4ureformelkombination eine bestimmte Menge HF-S\u00e4ure zugesetzt wird, hat dies eine bessere Wirkung bei der Entfernung von Spuren von Glimmer und Feldspatverunreinigungen in den Rohstoffen. Daher werden h\u00e4ufig stark \u00e4tzende Reagenzien wie hei\u00dfe S\u00e4ure und HF-S\u00e4ure verwendet.<\/p>\n\n\n\n
Die Praxis hat gezeigt, dass bei der Reinigung von hochreinem Quarz alle Materialien, die mit den Rohstoffen in Kontakt kommen, wie z. B. Beh\u00e4lter, die Qualit\u00e4t der Proben erheblich beeinflussen. Eine strenge Kontrolle der Materialstandards in allen Verarbeitungsschritten von hochreinem Quarzsand ist der Schl\u00fcssel zur Qualit\u00e4tssicherung.<\/p>\n\n\n\n
Die Eigenschaften des hochreinen Quarzsandes SiO2 stellen sicher, dass es w\u00e4hrend des Produktionsprozesses zu keiner Verschmutzung kommt. Aufgrund des langen Verarbeitungsablaufs und der komplexen Technologie des hochreinen Quarzsandes ist es jedoch nicht einfach, den Produktionsprozess vollst\u00e4ndig abzudichten.<\/p>\n\n\n\n
Um eine Verschmutzung der Luft durch Staub zu verhindern, m\u00fcssen bei der Produktion, Verpackung, Lagerung usw. strenge Anforderungen an die Luftumgebung gestellt werden.<\/p>\n\n\n\n
Hohe Sicherheitsanforderungen: Die Produktionslinie, die mit stark \u00e4tzenden Reagenzien, giftigen Gasen (bei Verwendung von Chlorr\u00f6stungen), hohen Temperaturen usw. betrieben wird, muss \u00fcber h\u00f6here Produktionssicherheitsgarantien verf\u00fcgen.<\/p>\n\n\n\n
Die Besonderheit der oben genannten Prozessbedingungen bestimmt die hohen Anforderungen an die Produktionsanlagen zur Verarbeitung von hochreinem Quarz. Die Entwicklung sicherer, umweltfreundlicher, energiesparender und effizienter Produktionsanlagen ist die wichtigste Voraussetzung f\u00fcr die Realisierung von Skalierung und Industrialisierung.<\/p>\n\n\n\n
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Der Gesamtgehalt an Verunreinigungselementen wie Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni usw. in den amerikanischen Unimin IOTA-STD-Produkten betr\u00e4gt normalerweise < 20\u00d710^-6, mit einem Maximalwert < 22\u00d710^-6. Bei solchen hochreinen Substanzen k\u00f6nnen chemische Analysemethoden und R\u00f6ntgenfluoreszenzspektroskopie (XRF) die Anforderungen an die Qualit\u00e4tspr\u00fcfung nur schwer erf\u00fcllen.<\/p>\n\n\n\n
F\u00fcr die Erkennung von Metallelementen, insbesondere von Spurenmetallelementen, bietet die optische Emissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES) die meisten Vorteile, da sie gute Nachweisgrenzen, hohe Nachweisgenauigkeit, geringen Zeitaufwand und hohe Empfindlichkeit aufweist. Derzeit ist ICP-OES eine wirksame Methode zur Erkennung chemischer Spurenbestandteile hochreiner Materialien.<\/p>\n\n\n\n
Die ICP-Erkennungstechnologie ist eine wichtige Unterst\u00fctzung und Komponente der hochreinen Quarztechnologie und hat praktische und theoretische Bedeutung f\u00fcr die F\u00f6rderung der Entwicklung der hochreinen Quarztechnologie in China.<\/p>\n\n\n\n
Hochreiner Quarz weist stabile physikalische und chemische Eigenschaften auf, mit Merkmalen wie einem geringen Verunreinigungsgehalt und einer schwierigen Erzaufl\u00f6sung. Beim Aufl\u00f6sen und Auslaugen von hochreinen Quarzdetektionsproben sind folgende grundlegende Faktoren beteiligt: Probengewicht, Reagenzkombination, Reagenzdosierung, Reagenzreinheit usw.<\/p>\n\n\n\n
Diese Technologie umfasst die Probenvorbereitung und die Instrumentenerkennung, die zwei Hauptbestandteile sind. Die Schl\u00fcsseltechnologie ist die Aufl\u00f6sung und Auslaugungsvorbereitung der Probe.<\/p>\n\n\n\n
Experimente haben gezeigt, dass im Probenvorbereitungsprozess das Probengewicht, die Reagenzkombination, die Reagenzdosierung und die verwendete Reagenzreinheit einen wichtigen Einfluss auf die ICP-Erkennungsergebnisse haben.<\/p>\n\n\n\n
Die verwendete Menge an hochreinem Quarz betr\u00e4gt \u2265 2000 mg; die Reinheit des Reagenzes entspricht einem hochreinen Grad (MOS oder BV-III), die Reagenzkombination ist HF+HNO3; konzentriertes HNO3 wird dreimal verwendet, mit einer Gesamtmenge von \u2265 5 ml; die HF-Dosierung betr\u00e4gt 25 ml.<\/p>\n\n\n\n
Aufgrund der verarbeitungstechnischen Eigenschaften und Reinheitsanforderungen an hochreinen Quarzsand d\u00fcrfen w\u00e4hrend des gesamten Probenaufbereitungsprozesses keine Stahlsiebe verwendet werden, um eine Eisenverunreinigung zu vermeiden.<\/p>\n\n\n\n
Dar\u00fcber hinaus tr\u00e4gt die Aufl\u00f6sung und Auslaugung hochreiner Quarzproben unter ultrareinen Laborbedingungen dazu bei, eine Luftverschmutzung zu vermeiden und Erkennungsfehler zu reduzieren.<\/p>\n\n\n\n