Análisis en profundidad: ¿Qué es la tecnología de cuarzo de alta pureza?

El cuarzo de alta pureza se refiere a productos de la serie de cuarzo con una pureza de SiO2 superior a 99,9%. Es la base material de productos de alta gama en la industria del silicio, ampliamente utilizado en industrias como la fotovoltaica, la información electrónica, las comunicaciones ópticas y las fuentes electroluminiscentes. Ocupa una posición y un papel importantes en las industrias estratégicas emergentes de nuevos materiales y nuevas energías.

Según la pureza del SiO2, se puede clasificar en:

• Gama baja con SiO2 ≥ 99,9% (3N)
• Gama media con SiO2 ≥ 99.99% (4N)
• Gama alta con SiO2 ≥ 99.998% (4N8)

También se puede clasificar en función de la cantidad total de elementos impurezas como Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni, etc., en:

• Gama baja ≤ 1000×10^-6
• Gama media ≤ 100×10^-6
• Gama alta ≤ 20×10^-6

Cada grado de pureza de cuarzo de alta pureza se puede dividir en variedades como malla 40-80, malla 80-140, malla 80-200, malla 80-300, etc.

La tecnología de cuarzo de alta pureza es un proyecto de ingeniería sistemático que incluye tecnología de selección de materia prima de cuarzo de alta pureza, tecnología de procesamiento, tecnología de equipos de procesamiento y tecnología de inspección de calidad. Estos aspectos son independientes e interrelacionados, formando un todo tecnológico integral.

Inicialmente, el cuarzo de alta pureza se procesaba a partir de cristales naturales de primer y segundo grado. Los cristales naturales generalmente se forman en ambientes de cavidades cristalinas bajo ciertas condiciones geológicas. La especificidad de su génesis resulta en dos deficiencias inherentes:

1. Pequeñas reservas y malas condiciones mineras que, después de años de desarrollo y utilización, conducen inevitablemente a la escasez de recursos, precios elevados y la incapacidad de satisfacer las necesidades de la producción industrial a gran escala.

2. La composición química de los cristales minerales es inestable y está influenciada por cambios en el entorno cristalino. Esto conduce a fluctuaciones significativas en la composición química de la materia prima en aplicaciones industriales a gran escala, lo que dificulta la estandarización de la materia prima y no puede satisfacer las necesidades de la producción de productos de cuarzo de alta pureza y alta gama.

Por lo tanto, es necesario comenzar con otros recursos minerales de cuarzo para resolver fundamentalmente el problema de la materia prima de cuarzo de alta pureza, que es el enfoque técnico básico a nivel nacional e internacional.

En la década de 1990, Japón procesó cuarzo transparente de alta pureza utilizando cuarcita de grano fino como materia prima.

Rusia y Alemania procesaron cuarzo de alta pureza utilizando cuarzo vetado y cuarcita metamórfica como materia prima.

En los años 80, la empresa estadounidense PPCC procesó cuarzo de alta pureza utilizando granito de la zona de Foxdale, en la costa noroeste de Inglaterra, como materia prima para el vidrio de cuarzo de Europa occidental. La pureza de SiO2 del producto fue 4N, el contenido de Fe <1×10^-6 y el contenido de otros elementos de impureza <5×10^-6.

A partir de los años 90, la empresa estadounidense Unimin comenzó a desarrollar y utilizar eficazmente el granito pegmatita en la zona de Spruce Pine, en Carolina del Norte. Ha desarrollado productos de series de cuarzo de alta pureza como IOTA-STD (grado estándar), IOTA-4, IOTA-6 e IOTA-8, casi monopolizando el mercado internacional y convirtiéndose en el estándar internacional.

Es evidente que, aparte del cristal natural, el cuarzo vetado y el cuarzo granítico entre los seis génesis anteriores, los recursos minerales de cuarzo son materias primas ideales para procesar productos de cuarzo de alta pureza de gama media y alta.

No todo el cuarzo en veta y el cuarzo granítico se pueden procesar para obtener cuarzo de alta pureza, dado el nivel actual de tecnología de procesamiento. Sólo unos pocos, incluso excepcionalmente raros, pueden transformarse en productos de alta gama.

Es decir, elegir cuarzo vetado o cuarzo granito es solo la dirección general correcta; no resuelve la cuestión clave de la selección específica de materias primas.

La razón principal es la existencia de varios tipos de génesis subdivididos de vetas de cuarzo y granito, influenciados por las condiciones geológicas de formación del mineral. También existen diferencias significativas en la mineralogía, petrología y características del depósito de mineral de cuarzo en veta y granito del mismo tipo de génesis.

Según se informa, la empresa estadounidense Unimin es muy selectiva con las materias primas de cuarzo de alta pureza y tiene requisitos estrictos.

Criterios de selección de materia prima de cuarzo Unimin: uno es el cuarzo con la menor cantidad de impurezas en la estructura cristalina, como el contenido de aluminio IOTA-STD (14-18) × 10 ^ -6, el contenido de aluminio IOTA-4 (8-10) × 10 ^ -6; el otro es cuarzo con menos inclusiones gas-líquido, como granito y cristal de pegmatita.

Se ha demostrado que el contenido de impurezas en la materia prima no se corresponde simplemente con su calidad. Más bien, se relaciona con la selectividad de las impurezas determinada por las características mineralógicas del proceso de la materia prima. Por ejemplo, a pesar del alto contenido de impurezas en las muestras de roca de pegmatita de pino abeto en los Estados Unidos, se utilizan como materia prima para los productos de alta gama de IOTA.

Actualmente, las principales tecnologías de procesamiento de cuarzo de alta pureza incluyen clasificación, depuración, lixiviación química ácida, flotación (tanto con flúor como sin flúor), separación por gravedad, separación magnética, tostación por cloración y lixiviación microbiana. Las materias primas utilizadas incluyen cuarzo vetado, granito pegmatita, cuarcita y arenisca de cuarzo.

La veta de cuarzo es una veta magmático-hidrotermal relacionada con el granito, principalmente en formas de vetas irregulares. El cuarzo veteado es de color blanco puro con brillo grasoso y alta pureza, con un contenido de SiO2 superior a 99%. En China, las minas de cuarzo en veta se encuentran principalmente en áreas como Jiangsu Donghai, Sichuan, Heilongjiang, Hubei, etc. El condado de Qichun en la provincia de Hubei tiene reservas de piedra de cuarzo que superan los 100 millones de toneladas con un contenido de silicio de más de 99.98%, ocupando el primer lugar en el país.

La cuarcita se forma a partir de rocas silíceas o areniscas de cuarzo mediante una serie de metamorfosis y contacto térmico, con un contenido de mineral de cuarzo que generalmente excede los 85%. A menudo se asocia con turmalina, circón, mica, feldespato y minerales arcillosos, con una dureza y densidad superiores a las de la arenisca de cuarzo. Las minas de cuarcita se distribuyen en Qinghai, Anhui, Liaoning, Shaanxi, etc., y son una de las principales fuentes de materias primas minerales silíceas en China.

La arenisca de cuarzo es una roca clástica consolidada con un contenido de fragmentos de cuarzo superior a 95%. A menudo se asocia con minerales de turmalina, rutilo, magnetita, mica, feldespato y arcilla. En China, las minas de arenisca de cuarzo se distribuyen en Sichuan, Hunan, Jiangsu, Zhejiang, Yunnan, Shandong, etc. Son las principales materias primas para el procesamiento de vidrio, cerámica, fundición y otros minerales y materiales industriales de cuarzo.

La materia prima para la arena de cuarzo de alta pureza de la serie American Unimin TOTA es el granito pegmatita. Sin embargo, la investigación en esta área podría ser más sólida en China, y no se han logrado logros en el procesamiento de arena de cuarzo de alta pureza a partir de granito pegmatita.

En comparación con la ingeniería general de procesamiento de minerales, los equipos de procesamiento de arena de cuarzo de alta pureza tienen las siguientes características:

La lixiviación ácida y el lavado con agua son eslabones importantes en la tecnología de procesamiento de arena de cuarzo de alta pureza. Debido a los extremadamente altos requisitos de pureza del SiO2 y al bajo contenido de impurezas en el cuarzo de alta pureza, la pureza de los ácidos y del agua utilizados debe cumplir los requisitos correspondientes; de lo contrario, es difícil producir productos calificados.

La lixiviación ácida en caliente desempeña un papel clave en el proceso de purificación del cuarzo de alta pureza. Una de las propiedades químicas importantes del cuarzo es su excelente resistencia a los ácidos (excepto el HF), mientras que otros componentes de impurezas metálicas del mineral generalmente tienen poca resistencia a los ácidos. Este efecto es más pronunciado en determinadas condiciones de temperatura.

La tecnología de lixiviación ácida de procesamiento de cuarzo de alta pureza utiliza este principio para lograr la purificación química. Los estudios han demostrado que el uso de la fórmula ácida adecuada según las características de las materias primas minerales puede eliminar mejor los minerales metálicos, los minerales que contienen hierro, los minerales carbonatados y la película delgada de hierro entre las partículas de cuarzo de las materias primas.

Si se agrega una cierta cantidad de ácido HF a la combinación de fórmula ácida, tiene un mejor efecto en la eliminación de trazas de mica y impurezas de feldespato en las materias primas. Por lo tanto, a menudo se utilizan reactivos corrosivos fuertes como el ácido caliente y el ácido HF.

La práctica ha demostrado que en el proceso de purificación de cuarzo de alta pureza, cualquier material que entre en contacto con las materias primas, como los contenedores, influye significativamente en la calidad de las muestras. El control estricto de los estándares de materiales en todos los eslabones del procesamiento de arena de cuarzo de alta pureza es la clave para garantizar la calidad.

Las características del cuarzo SiO2 de alta pureza garantizan que no haya contaminación durante el proceso de producción. Sin embargo, debido al largo flujo de procesamiento y la compleja tecnología de la arena de cuarzo de alta pureza, no es fácil sellar completamente el proceso de producción.

Para prevenir la contaminación del aire por polvo, se deben imponer requisitos estrictos al ambiente del aire para la producción, embalaje, almacenamiento, etc.

Altos requisitos de seguridad: La línea de producción compuesta por reactivos corrosivos fuertes, gases tóxicos (si se utiliza tostado por cloración), altas temperaturas, etc., debe tener mayores garantías de seguridad de producción.

La naturaleza especial de las condiciones de proceso anteriores determina los altos requisitos para los equipos de producción de procesamiento de cuarzo de alta pureza. Desarrollar equipos de producción seguros, respetuosos con el medio ambiente, eficientes y que ahorren energía es la condición clave para lograr la escala y la industrialización.

El contenido total de impurezas como Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni, etc., en los productos americanos Unimin IOTA-STD suele ser <20×. 10^-6, con un valor máximo <22×10^-6. Para sustancias de alta pureza, los métodos de análisis químico y la espectroscopia de fluorescencia de rayos X (XRF) son difíciles de cumplir con los requisitos de inspección de calidad.

Para la detección de elementos metálicos, especialmente elementos traza metálicos, la espectrometría de emisión óptica de plasma acoplado inductivamente (ICP-OES) tiene las mayores ventajas, con buenos límites de detección, alta precisión de detección, poco consumo de tiempo y alta sensibilidad. Actualmente, ICP-OES se ha convertido en un método eficaz para detectar componentes químicos traza de materiales de alta pureza.

La tecnología de detección ICP es un soporte y un componente importante de la tecnología del cuarzo de alta pureza, que tiene importancia práctica y teórica para promover el desarrollo de la tecnología del cuarzo de alta pureza en China.

El cuarzo de alta pureza tiene propiedades físicas y químicas estables, con características como bajo contenido de impurezas y difícil disolución del mineral. En el proceso de disolución y lixiviación de muestras de detección de cuarzo de alta pureza, los factores básicos involucrados incluyen el peso de la muestra, la combinación de reactivos, la dosis de reactivo, la pureza del reactivo, etc.

Esta tecnología incluye la preparación de muestras y la detección de instrumentos, que son dos partes principales. La tecnología clave es la disolución de la muestra y la preparación de lixiviación.

Los experimentos han demostrado que en el proceso de preparación de muestras, el peso de la muestra, la combinación de reactivos, la dosis de reactivo y la pureza del reactivo utilizados tendrán un impacto importante en los resultados de la detección de ICP.

La cantidad de cuarzo de alta pureza utilizada ≥2000 mg; la pureza del reactivo es de alta pureza (MOS o BV-III), la combinación de reactivos es HF+HNO3; el HNO3 concentrado se utiliza tres veces, con una cantidad total ≥5 ml; La dosis de HF es de 25 ml.

De acuerdo con las características de la tecnología de procesamiento y los requisitos de pureza de la arena de cuarzo de alta pureza, no se deben utilizar tamices de acero durante todo el proceso de preparación de muestras para evitar la contaminación con hierro.

Además, realizar la disolución de muestras de cuarzo de alta pureza y la preparación de lixiviación en condiciones de laboratorio ultralimpias ayudará a evitar la contaminación del aire con impurezas y reducirá los errores de detección.

GlobalQT se especializa en tubos de cuarzo y calentadores de tubos de cuarzo, proporcionando soluciones personalizables para la industria del cuarzo de alta pureza en todo el mundo. Estamos comprometidos con la calidad, los precios competitivos y la satisfacción de las necesidades específicas de nuestros clientes. Para un servicio y una experiencia fiables, asóciese con GlobalQT. Póngase en contacto con nosotros en contact@globalquartztube.com.