در عمق تجزیه و تحلیل: آنچه که با خلوص بالا کوارتز تکنولوژی ؟

کوارتز با خلوص بالا به محصولات سری کوارتز با خلوص SiO2 بیشتر از 99.9% اشاره دارد. این پایه مواد اولیه محصولات پیشرفته در صنعت سیلیکون است که به طور گسترده در صنایعی مانند فتوولتائیک، اطلاعات الکترونیکی، ارتباطات نوری و منابع الکترولومینسانس استفاده می شود. جایگاه و نقش مهمی در صنایع نوظهور استراتژیک مواد جدید و انرژی های نو دارد.

بر اساس خلوص SiO2، می توان آن را به موارد زیر طبقه بندی کرد:

• سطح پایین با SiO2 ≥ 99.9% (3N)
• میانی با SiO2 ≥ 99.99% (4N)
• سطح بالا با SiO2 ≥ 99.998% (4N8)

همچنین می‌توان آن را بر اساس مقدار کل عناصر ناخالصی مانند Al، B، Li، K، Na، Ca، Mg، Ti، Fe، منگنز، مس، کروم، نیکل و غیره طبقه‌بندی کرد:

• سطح پایین ≤ 1000×10^-6
• میانه ≤ 100×10^-6
• سطح بالا ≤ 20×10^-6

هر درجه خلوص کوارتز با خلوص بالا را می توان به انواعی مانند مش 40-80، مش 80-140، مش 80-200، مش 80-300 و غیره تقسیم کرد.

فناوری کوارتز با خلوص بالا یک پروژه مهندسی سیستماتیک است که شامل فناوری انتخاب مواد خام کوارتز با خلوص بالا، فناوری پردازش، فناوری تجهیزات پردازش و فناوری بازرسی کیفیت است. این جنبه‌ها هم مستقل و هم مرتبط هستند و یک کل فناوری جامع را تشکیل می‌دهند.

در ابتدا کوارتز با خلوص بالا از کریستال های طبیعی درجه یک و درجه دوم پردازش می شد. بلورهای طبیعی معمولاً در محیط های حفره بلوری تحت شرایط زمین شناسی خاصی تشکیل می شوند. ویژگی پیدایش آنها منجر به دو نقص ذاتی می شود:

1. ذخایر اندک و شرایط بد معدن که پس از سالها توسعه و بهره برداری، ناگزیر به کمبود منابع، قیمت های بالا و ناتوانی در تامین نیازهای تولید صنعتی در مقیاس بزرگ می شود.

2. ترکیب شیمیایی بلورهای معدنی ناپایدار و تحت تأثیر تغییرات محیط کریستالی است. این منجر به نوسانات قابل توجهی در ترکیب شیمیایی مواد خام در کاربردهای صنعتی در مقیاس بزرگ می شود و استانداردسازی مواد خام را دشوار می کند و نمی تواند نیازهای تولید محصول کوارتز با درجه خلوص بالا را برآورده کند.

بنابراین، برای حل اساسی مشکل مواد اولیه کوارتز با خلوص بالا، که رویکرد فنی اساسی در داخل و بین‌المللی است، باید با سایر منابع معدنی کوارتز شروع شود.

در دهه 1990، ژاپن کوارتز شفاف با خلوص بالا را با استفاده از کوارتزیت ریزدانه به عنوان ماده خام پردازش کرد.

روسیه و آلمان کوارتز با خلوص بالا را با استفاده از کوارتز رگه ای و کوارتزیت دگرگونی به عنوان مواد اولیه فرآوری کردند.

در دهه 1980، شرکت آمریکایی PPCC کوارتز با خلوص بالا را با استفاده از گرانیت از منطقه فاکسدیل در ساحل شمال غربی انگلستان به عنوان ماده خام برای شیشه کوارتز اروپای غربی پردازش کرد. خلوص SiO2 محصول 4N، محتوای آهن <1×10^-6، و سایر محتویات عنصر ناخالصی <5×10^-6 بود.

با شروع در دهه 1990، شرکت آمریکایی Unimin شروع به توسعه و استفاده موثر از گرانیت پگماتیت در منطقه Spruce Pine در کارولینای شمالی کرد. این شرکت محصولات سری کوارتز با خلوص بالا مانند IOTA-STD (درجه استاندارد)، IOTA-4، IOTA-6 و IOTA-8 را توسعه داده است که تقریباً بازار بین المللی را در انحصار خود درآورده و به استاندارد بین المللی تبدیل شده است.

بدیهی است که جدای از کریستال طبیعی، کوارتز رگه ای و کوارتز گرانیت در میان شش پیدایش فوق، منابع معدنی کوارتز مواد خام ایده آل برای فرآوری محصولات کوارتز با خلوص متوسط و بالا هستند.

با توجه به سطح فعلی فناوری پردازش، همه کوارتزهای ورید و کوارتز گرانیتی را نمی توان به کوارتز با خلوص بالا تبدیل کرد. فقط تعداد بسیار کمی، حتی بسیار نادر، می توانند به محصولات پیشرفته تبدیل شوند.

یعنی انتخاب کوارتز ورید یا کوارتز گرانیت تنها جهت کلی درست است. این مسئله کلیدی انتخاب مواد خام خاص را حل نمی کند.

دلیل اصلی وجود انواع مختلف منشأ تقسیم بندی شده کوارتز رگه ای و گرانیت است که تحت تأثیر شرایط زمین شناسی کانه ساز هستند. همچنین تفاوت‌های قابل‌توجهی در ویژگی‌های کانی‌شناسی، سنگ‌شناسی و ذخایر سنگ معدنی کوارتز رگه‌ای و گرانیت از همان نوع پیدایش وجود دارد.

بر اساس گزارش ها، شرکت آمریکایی Unimin در مورد مواد اولیه کوارتز با خلوص بالا بسیار گزینشی است و الزامات سختگیرانه ای دارد.

معیارهای انتخاب مواد خام کوارتز Unimin: یکی کوارتز با کمترین ناخالصی در ساختار کریستالی است، مانند محتوای آلومینیوم IOTA-STD (14-18)×10^-6، محتوای آلومینیوم IOTA-4 (8-10)×10^ -6 دیگری کوارتز با مواد گازی مایع کمتر، مانند گرانیت پگماتیت و کریستال است.

نشان داده شده است که محتوای عناصر ناخالص در ماده خام به سادگی با کیفیت آن مطابقت ندارد. در عوض، به گزینش پذیری ناخالصی های تعیین شده توسط ویژگی های کانی شناسی فرآیند ماده خام مربوط می شود. به عنوان مثال، با وجود محتوای بالای عناصر ناخالصی در نمونه‌های سنگ پگماتیت Spruce Pine در ایالات متحده، آنها به عنوان مواد اولیه برای محصولات پیشرفته IOTA استفاده می‌شوند.

در حال حاضر، فن‌آوری‌های اصلی پردازش کوارتز با خلوص بالا شامل درجه‌بندی، شستشو، شستشوی شیمیایی با اسید، فلوتاسیون (فلوتاسیون حاوی فلوئور و غیر فلوئور)، جداسازی گرانشی، جداسازی مغناطیسی، برشته کردن با کلر و شستشوی میکروبی است. مواد اولیه مورد استفاده شامل کوارتز رگه ای، گرانیت پگماتیت، کوارتزیت و ماسه سنگ کوارتز می باشد.

کوارتز رگه ای یک رگه ماگمایی-هیدروترمال مربوط به گرانیت است که بیشتر به شکل رگه های نامنظم است. کوارتز ورید سفید خالص با درخشندگی چرب و خلوص بالا است و محتوای SiO2 آن بیش از 99% است. در چین، معادن ورید کوارتز عمدتاً در مناطقی مانند جیانگ سو دونگهای، سیچوان، هیلونگجیانگ، هوبی و غیره قرار دارند. شهرستان Qichun استان هوبی دارای ذخایر سنگ کوارتز بیش از 100 میلیون تن با محتوای سیلیکون بیش از 99.98% است که در رتبه اول قرار دارد. کشور.

کوارتزیت از سنگ‌های سیلیسی یا ماسه‌سنگ‌های کوارتز از طریق یک سری دگردیسی و تماس حرارتی، با محتوای معدنی کوارتز به طور کلی بیش از 85% تشکیل می‌شود. اغلب با تورمالین، زیرکون، میکا، فلدسپات و کانی‌های رسی همراه است که سختی و چگالی آن بیشتر از ماسه سنگ کوارتز است. معادن کوارتزیت در Qinghai، Anhui، Liaoning، Shaanxi و غیره توزیع شده و یکی از منابع اصلی مواد خام معدنی سیلیسی در چین است.

ماسه سنگ کوارتز یک سنگ آواری یکپارچه با محتوای قطعه کوارتز بیش از 95% است. اغلب با تورمالین، روتیل، مگنتیت، میکا، فلدسپات و کانی های رسی همراه است. در چین، معادن ماسه سنگ کوارتز در سیچوان، هونان، جیانگ سو، ژجیانگ، یوننان، شاندونگ و غیره توزیع می شوند. آنها مواد اولیه اصلی برای پردازش شیشه، سرامیک، ریخته گری و سایر مواد معدنی و مواد صنعتی کوارتز هستند.

ماده اولیه شن کوارتز با خلوص بالا سری Unimin آمریکایی گرانیت پگماتیت است. با این حال، تحقیقات در این زمینه می تواند در چین قوی تر باشد و هیچ دستاورد گزارش شده ای در پردازش ماسه کوارتز با خلوص بالا از گرانیت پگماتیت حاصل نشده است.

در مقایسه با مهندسی فرآوری مواد معدنی عمومی، تجهیزات پردازش شن و ماسه کوارتز با خلوص بالا دارای ویژگی های زیر است:

اسیدشویی و شستشو با آب پیوندهای مهمی در فناوری پردازش ماسه کوارتز با خلوص بالا هستند. با توجه به نیازهای خلوص بسیار بالای SiO2 و محتوای کم عناصر ناخالصی در کوارتز با خلوص بالا، خلوص اسیدها و آب مورد استفاده باید الزامات مربوطه را برآورده کند. در غیر این صورت، تولید محصولات واجد شرایط دشوار است.

لیچینگ اسید داغ نقش کلیدی در پردازش تصفیه کوارتز با خلوص بالا دارد. یکی از خواص شیمیایی مهم کوارتز مقاومت اسیدی عالی (به جز HF) است، در حالی که سایر اجزای ناخالصی فلز در سنگ معدن معمولاً مقاومت اسیدی ضعیفی دارند. این اثر در شرایط دمایی خاص بیشتر آشکار می شود.

فناوری لیچینگ اسید پردازش کوارتز با خلوص بالا از این اصل برای دستیابی به تصفیه شیمیایی استفاده می کند. مطالعات نشان داده است که استفاده از فرمول اسیدی مناسب با توجه به ویژگی های مواد خام معدنی می تواند کانی های فلزی، کانی های آهن دار، کانی های کربناته و آهن لایه نازک بین ذرات کوارتز موجود در مواد خام را بهتر حذف کند.

اگر مقدار معینی اسید HF به ترکیب فرمول اسید اضافه شود، تأثیر بهتری در حذف ناخالصی های میکا و فلدسپات موجود در مواد اولیه دارد. بنابراین اغلب از معرف های خورنده قوی مانند اسید داغ و اسید HF استفاده می شود.

عمل ثابت کرده است که در فرآیند تصفیه کوارتز با خلوص بالا، هر گونه مواد در تماس با مواد اولیه مانند ظروف، به طور قابل توجهی بر کیفیت نمونه ها تأثیر می گذارد. کنترل دقیق استانداردهای مواد در کلیه پیوندهای پردازش ماسه کوارتز با خلوص بالا، کلید تضمین کیفیت است.

ویژگی های خلوص کوارتز SiO2 با خلوص بالا تضمین می کند که در طول فرآیند تولید هیچ آلودگی وجود ندارد. با این حال، به دلیل جریان پردازش طولانی و فناوری پیچیده ماسه کوارتز با خلوص بالا، آب بندی کامل فرآیند تولید آسان نیست.

برای جلوگیری از آلودگی گرد و غبار هوا باید الزامات سختگیرانه ای برای محیط هوا برای تولید، بسته بندی، ذخیره سازی و غیره اعمال شود.

الزامات ایمنی بالا: خط تولید متشکل از معرف های خورنده قوی، گازهای سمی (در صورت استفاده از بو دادن با کلر)، دماهای بالا و غیره، باید دارای ضمانت ایمنی تولید بالاتر باشد.

ماهیت خاص شرایط فرآیند فوق، الزامات بالا برای تجهیزات تولید فرآوری کوارتز با خلوص بالا را تعیین می کند. توسعه تجهیزات تولید ایمن، سازگار با محیط زیست، صرفه جویی در انرژی و کارآمد شرط کلیدی برای تحقق مقیاس و صنعتی شدن است.

محتوای کل عناصر ناخالصی مانند Al، B، Li، K، Na، Ca، Mg، Ti، Fe، منگنز، مس، کروم، نیکل و غیره در محصولات Unimin IOTA-STD آمریکا معمولاً <20× است. 10^-6، با حداکثر مقدار <22×10^-6. برای چنین مواد با خلوص بالا، روش‌های آنالیز شیمیایی و طیف‌سنجی فلورسانس اشعه ایکس (XRF) برای برآورده کردن الزامات بازرسی کیفیت آنها دشوار است.

برای تشخیص عناصر فلزی، به ویژه عناصر فلزی کمیاب، طیف سنجی انتشار نوری پلاسما جفت شده القایی (ICP-OES) بیشترین مزیت ها را دارد، با محدودیت های تشخیص خوب، دقت تشخیص بالا، مصرف زمان کوتاه و حساسیت بالا. در حال حاضر، ICP-OES به روشی موثر برای تشخیص اجزای شیمیایی مواد با خلوص بالا تبدیل شده است.

فناوری تشخیص ICP یک پشتیبانی و جزء مهم فناوری کوارتز با خلوص بالا است که اهمیت عملی و نظری برای ترویج توسعه فناوری کوارتز با خلوص بالا در چین دارد.

کوارتز با خلوص بالا دارای خواص فیزیکی و شیمیایی پایدار است، با ویژگی هایی مانند محتوای ناخالصی کم و انحلال سنگ معدن دشوار است. در فرآیند انحلال و شستشوی نمونه های تشخیص کوارتز با خلوص بالا، عوامل اساسی دخیل عبارتند از وزن نمونه، ترکیب معرف، دوز معرف، خلوص معرف و غیره.

این فناوری شامل آماده سازی نمونه و تشخیص ابزار است که دو بخش اصلی هستند. فناوری کلیدی انحلال و آماده سازی لیچینگ نمونه است.

آزمایش‌ها نشان داده‌اند که در فرآیند آماده‌سازی نمونه، وزن نمونه، ترکیب معرف، دوز معرف و خلوص معرف مورد استفاده تأثیر مهمی بر نتایج تشخیص ICP خواهد داشت.

مقدار کوارتز با خلوص بالا استفاده شده ≥2000mg. خلوص معرف درجه خلوص بالا (MOS یا BV-III) است، ترکیب معرف HF + HNO3 است. HNO3 غلیظ در سه نوبت، با مقدار کل ≥5mL استفاده می شود. دوز HF 25 میلی لیتر است.

با توجه به ویژگی های تکنولوژی پردازش و خلوص الزامات ماسه کوارتز با خلوص بالا، غربال های فولادی نباید در کل فرآیند آماده سازی نمونه برای جلوگیری از آلودگی آهن استفاده شوند.

علاوه بر این، انجام انحلال نمونه کوارتز با خلوص بالا و آماده سازی لیچینگ در شرایط آزمایشگاهی فوق تمیز به جلوگیری از آلودگی ناخالصی هوا و کاهش خطاهای تشخیص کمک می کند.

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.