Syvällinen analyysi: Mikä on erittäin puhdas kvartsitekniikka?

Erittäin puhdas kvartsi viittaa kvartsisarjan tuotteisiin, joiden SiO2-puhtaus on yli 99,9%. Se on piiteollisuuden huippuluokan tuotteiden materiaalinen perusta, jota käytetään laajalti sellaisilla aloilla kuin aurinkosähkö, elektroninen informaatio, optinen viestintä ja elektroluminesenssilähteet. Sillä on tärkeä asema ja rooli strategisesti nousevilla uusien materiaalien ja uuden energian teollisuudenaloilla.

SiO2:n puhtauden perusteella se voidaan luokitella:

• Halpa SiO2 ≥ 99.9% (3N)
• Keskiosa, jossa SiO2 ≥ 99.99% (4N)
• Huippuluokan SiO2 ≥ 99.998% (4N8)

Se voidaan myös luokitella epäpuhtausalkuaineiden, kuten Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni jne., kokonaismäärän perusteella:

• Matalat ≤ 1000 × 10^-6
• Keskiosa ≤ 100 × 10^-6
• Huippuluokan ≤ 20×10^-6

Jokainen erittäin puhtaan kvartsin puhtausluokka voidaan jakaa lajikkeisiin, kuten 40-80 mesh, 80-140 mesh, 80-200 mesh, 80-300 mesh ja niin edelleen.

Erittäin puhdas kvartsiteknologia on systemaattinen suunnitteluprojekti, joka sisältää erittäin puhtaan kvartsin raaka-aineen valintateknologian, prosessointitekniikan, prosessointilaitetekniikan ja laaduntarkastusteknologian. Nämä näkökohdat ovat sekä itsenäisiä että toisiinsa liittyviä ja muodostavat kattavan teknologisen kokonaisuuden.

Aluksi erittäin puhdasta kvartsia käsiteltiin ensimmäisen ja toisen luokan luonnonkiteistä. Luonnolliset kiteet muodostuvat yleensä kideonteloympäristöissä tietyissä geologisissa olosuhteissa. Niiden synnyn spesifisyys johtaa kahteen luontaiseen puutteeseen:

1. Pienet varastot ja huonot kaivosolosuhteet, jotka vuosien kehittämisen ja käytön jälkeen johtavat väistämättä resurssien niukkuuteen, korkeisiin hintoihin ja kyvyttömyyteen vastata laajamittaisen teollisen tuotannon tarpeisiin.

2. Mineraalikiteiden kemiallinen koostumus on epävakaa ja siihen vaikuttavat kideympäristön muutokset. Tämä johtaa merkittäviin vaihteluihin raaka-aineiden kemiallisessa koostumuksessa suurissa teollisissa sovelluksissa, mikä tekee raaka-aineiden standardoinnista vaikeaa eikä pysty vastaamaan korkealaatuisten, erittäin puhtaiden kvartsituotteiden tuotannon tarpeisiin.

Siten on aloitettava muista kvartsimineraaleista, jotta voidaan ratkaista perusteellisesti erittäin puhdas kvartsiraaka-aineongelma, joka on tekninen peruslähtökohta kotimaassa ja kansainvälisesti.

1990-luvulla Japani jalosti läpinäkyvää erittäin puhdasta kvartsia käyttämällä raaka-aineena hienorakeista kvartsiittia.

Venäjä ja Saksa jalostivat erittäin puhdasta kvartsia käyttämällä raaka-aineina suonikvartsia ja metamorfista kvartsiittia.

1980-luvulla amerikkalainen yritys PPCC prosessoi erittäin puhdasta kvartsia käyttämällä Länsi-Euroopan kvartsilasin raaka-aineena Englannin luoteisrannikolta Foxdalen alueelta peräisin olevaa graniittia. Tuotteen SiO2-puhtaus oli 4N, Fe-pitoisuus < 1×10^-6 ja muiden epäpuhtausalkuaineiden pitoisuus < 5×10^-6.

1990-luvulta lähtien amerikkalainen yritys Unimin alkoi kehittää ja hyödyntää tehokkaasti pegmatiittigraniittia Spruce Pine -alueella Pohjois-Carolinassa. Se on kehittänyt erittäin puhtaita kvartsisarjan tuotteita, kuten IOTA-STD (standard grade), IOTA-4, IOTA-6 ja IOTA-8, mikä melkein monopolisoi kansainväliset markkinat ja on tulossa kansainväliseksi standardiksi.

On selvää, että luonnonkidekvartsin, suonikvartsin ja graniittikvartsin lisäksi edellä mainittujen kuuden alkuperän joukossa kvartsimineraalit ovat ihanteellisia raaka-aineita keski- ja korkealaatuisten erittäin puhtaiden kvartsituotteiden jalostukseen.

Kaikkea suonikvartsia ja graniittikvartsia ei voida jalostaa erittäin puhtaaksi kvartsiksi nykyisen käsittelytekniikan tason vuoksi. Vain harvat, jopa poikkeuksellisen harvinaiset, voidaan jalostaa huippuluokan tuotteiksi.

Toisin sanoen suonikvartsin tai graniittikvartsin valitseminen on vain oikea yleinen suunta; se ei ratkaise tietyn raaka-aineen valinnan avainkysymystä.

Pääsyynä on erilaisten suonikvartsin ja graniitin syntyperätyyppien olemassaolo, joihin malmia muodostavat geologiset olosuhteet vaikuttavat. Merkittäviä eroja on myös saman alkuperätyypin suonikvartsin ja graniitin mineralogian, petrologian ja malmiesiintymien ominaisuuksissa.

Raporttien mukaan amerikkalainen yritys Unimin on erittäin valikoiva erittäin puhtaiden kvartsiraaka-aineiden suhteen ja sillä on tiukat vaatimukset.

Unimin Quartz Raaka-aineen valintakriteerit: Yksi on kvartsi, jonka kiderakenteessa on vähiten epäpuhtauksia, kuten IOTA-STD-alumiinipitoisuus (14-18) × 10^-6, IOTA-4-alumiinipitoisuus (8-10) × 10^ -6; toinen on kvartsi, jossa on vähemmän kaasu-nestesulkeumia, kuten pegmatiittigraniitti ja kristalli.

On osoitettu, että raaka-aineen epäpuhtausainepitoisuus ei vain vastaa sen laatua. Sen sijaan se liittyy raaka-aineen prosessimineralogisten ominaisuuksien määräämään epäpuhtauksien selektiivisyyteen. Esimerkiksi Yhdysvalloissa Spruce Pine -pegmatiittikivinäytteiden korkeasta epäpuhtausalkuainepitoisuudesta huolimatta niitä käytetään IOTA:n huipputuotteiden raaka-aineina.

Tällä hetkellä erittäin puhtaan kvartsin tärkeimmät jalostustekniikat sisältävät lajittelun, pesun, kemiallisen hapon liuottamisen, vaahdottamisen (sekä fluoria sisältävän että fluoriattoman vaahdotus), painovoimaerotuksen, magneettierotuksen, kloorauspaahtamisen ja mikrobien liuottamisen. Raaka-aineita ovat suonikvartsi, pegmatiittigraniitti, kvartsiitti ja kvartsihiekkakivi.

Suonikvartsi on graniitille sukua oleva magmaattis-hydroterminen suoni, joka on enimmäkseen epäsäännöllisissä suonimuodoissa. Suonen kvartsi on puhtaan valkoista, rasvaista kiiltoa ja erittäin puhdasta, ja sen SiO2-pitoisuus ylittää 99%. Kiinassa suonen kvartsikaivokset sijaitsevat pääasiassa sellaisilla alueilla kuin Jiangsu Donghai, Sichuan, Heilongjiang, Hubei jne. Hubein maakunnan Qichunin piirikunnassa on yli 100 miljoonaa tonnia kvartsikivivarantoja ja piipitoisuus yli 99.98%, sijoittuen ensimmäiselle sijalle maa.

Kvartsiitti muodostuu piipitoisista kivistä tai kvartsihiekkakivistä useiden muodonmuutosten ja lämpökontaktien kautta, ja kvartsimineraalien pitoisuus on yleensä yli 85%. Se yhdistetään usein turmaliiniin, zirkoniin, kiilleen, maasälpää ja savimineraaleja, joiden kovuus ja tiheys on korkeampi kuin kvartsihiekkakiven. Kvartsiittikaivoksia jaetaan Qinghaissa, Anhuissa, Liaoningissa, Shaanxissa jne., ja ne ovat yksi tärkeimmistä piipitoisten mineraalien raaka-aineiden lähteistä Kiinassa.

Kvartsihiekkakivi on tiivistynyt klastinen kivi, jonka kvartsifragmenttipitoisuus on yli 95%. Se yhdistetään usein turmaliiniin, rutiiliin, magnetiittiin, kiilleen, maasälpää ja savimineraaleja. Kiinassa kvartsihiekkakivikaivoksia jaetaan Sichuanissa, Hunanissa, Jiangsussa, Zhejiangissa, Yunnanissa, Shandongissa jne. Ne ovat pääraaka-aineita lasin, keramiikan, valun ja muiden kvartsiteollisuuden mineraalien ja materiaalien käsittelyssä.

Amerikkalaisen Unimin TOTA -sarjan erittäin puhtaan kvartsihiekan raaka-aineena on pegmatiittigraniitti. Tämän alan tutkimus voisi kuitenkin olla vahvempaa Kiinassa, eikä korkean puhtauden kvartsihiekan käsittelyssä pegmatiittigraniitista ole raportoitu saavutuksia.

Verrattuna yleiseen mineraalien käsittelytekniikkaan korkean puhtauden kvartsihiekkakäsittelylaitteilla on seuraavat ominaisuudet:

Happoliuotus ja vesipesu ovat tärkeitä lenkkejä erittäin puhtaan kvartsihiekan käsittelyteknologiassa. Erittäin korkeiden SiO2-puhtausvaatimusten ja erittäin puhtaan kvartsin epäpuhtausalkuaineiden alhaisen pitoisuuden vuoksi käytettyjen happojen ja veden puhtauden tulee täyttää vastaavat vaatimukset; muutoin on vaikea tuottaa laadukkaita tuotteita.

Kuumahappoliuotuksella on keskeinen rooli erittäin puhtaan kvartsin puhdistusprosessissa. Yksi kvartsin tärkeistä kemiallisista ominaisuuksista on erinomainen haponkestävyys (paitsi HF), kun taas malmin muilla metalliepäpuhtauksilla on yleensä huono haponkestävyys. Tämä vaikutus on selvempi tietyissä lämpötilaolosuhteissa.

Erittäin puhdasta kvartsia käsittelevä hapon liuotustekniikka hyödyntää tätä periaatetta kemiallisen puhdistuksen saavuttamiseksi. Tutkimukset ovat osoittaneet, että käyttämällä sopivaa happokaavaa mineraaliraaka-aineiden ominaisuuksien mukaan voidaan paremmin poistaa metallimineraaleja, rautaa sisältäviä mineraaleja, karbonaattimineraaleja ja ohutkalvorautaa kvartsihiukkasten välissä raaka-aineista.

Jos happokoostumukseen lisätään tietty määrä HF-happoa, sillä on parempi vaikutus kiille- ja maasälpäjäämien poistamiseen raaka-aineista. Siksi käytetään usein voimakkaita syövyttäviä reagensseja, kuten kuumaa happoa ja HF-happoa.

Käytäntö on osoittanut, että erittäin puhtaan kvartsin puhdistusprosessissa kaikki raaka-aineiden kanssa kosketuksissa olevat materiaalit, kuten säiliöt, vaikuttavat merkittävästi näytteiden laatuun. Materiaalistandardien tiukka valvonta kaikissa erittäin puhtaan kvartsihiekan käsittelylinkeissä on avain laadun varmistamiseen.

Erittäin puhtaan kvartsin SiO2-puhtausominaisuudet takaavat, että tuotantoprosessin aikana ei voi esiintyä saasteita. Pitkän käsittelyvirran ja erittäin puhtaan kvartsihiekan monimutkaisen teknologian vuoksi tuotantoprosessia ei kuitenkaan ole helppo sulkea kokonaan.

Ilman pölyn saastumisen estämiseksi ilmaympäristölle on asetettava tiukat vaatimukset tuotantoa, pakkaamista, varastointia jne.

Korkeat turvallisuusvaatimukset: Tuotantolinjalla, joka koostuu vahvoista syövyttävistä reagensseista, myrkyllisistä kaasuista (jos käytetään kloorauspaahtamista), korkeista lämpötiloista jne., on oltava korkeammat tuotantoturvatakuut.

Yllä olevien prosessiolosuhteiden erityisluonne määrittää korkeat vaatimukset erittäin puhtaille kvartsin prosessointilaitteille. Turvallisten, ympäristöystävällisten, energiaa säästävien ja tehokkaiden tuotantolaitteiden kehittäminen on mittakaavan ja teollistumisen avainedellytys.

Epäpuhtausalkuaineiden, kuten Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni jne., kokonaispitoisuus amerikkalaisissa Unimin IOTA-STD -tuotteissa on yleensä < 20× 10^-6, maksimiarvo < 22×10^-6. Tällaisten erittäin puhtaiden aineiden kemiallisten analyysimenetelmien ja röntgenfluoresenssispektroskopian (XRF) on vaikea täyttää niiden laaduntarkastusvaatimuksia.

Metallielementtien, erityisesti hivenmetallien, havaitsemiseen induktiivisesti kytketyllä plasmaoptisella emissiospektrometrialla (ICP-OES) on eniten etuja, sillä se tarjoaa hyvät havaitsemisrajat, korkea tunnistustarkkuus, lyhyt ajankulutus ja korkea herkkyys. Tällä hetkellä ICP-OES:stä on tullut tehokas menetelmä erittäin puhtaiden materiaalien kemiallisten jäämien havaitsemiseen.

ICP-tunnistustekniikka on tärkeä tuki ja osa erittäin puhdasta kvartsiteknologiaa, jolla on käytännön ja teoreettinen merkitys Kiinan erittäin puhtaan kvartsiteknologian kehityksen edistämisessä.

Erittäin puhtaalla kvartsilla on vakaat fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet, kuten alhainen epäpuhtauspitoisuus ja vaikea malmin liukeneminen. Erittäin puhtaiden kvartsin tunnistusnäytteiden liuotus- ja liuotusprosessissa mukana olevia perustekijöitä ovat näytteen paino, reagenssiyhdistelmä, reagenssin annostus, reagenssin puhtaus jne.

Tämä tekniikka sisältää näytteen valmistelun ja instrumentin havaitsemisen, jotka ovat kaksi pääosaa. Avainteknologia on näytteen liuotus- ja liuotuskäsittely.

Kokeet ovat osoittaneet, että näytteen valmistusprosessissa näytteen painolla, reagenssiyhdistelmällä, reagenssin annostuksella ja reagenssin puhtaudella on tärkeä vaikutus ICP-havaitsemistuloksiin.

Käytetty erittäin puhtaan kvartsin määrä ≥2000mg; reagenssin puhtaus on erittäin puhdasta laatua (MOS tai BV-III), reagenssiyhdistelmä on HF+HNO3; väkevää HN03:a käytetään kolmessa kertaa kokonaismäärän ollessa ≥ 5 ml; HF-annos on 25 ml.

Erittäin puhtaan kvartsihiekan käsittelyteknologian ominaisuuksien ja puhtausvaatimusten mukaan terässeuloja ei saa käyttää koko näytteenvalmistusprosessin ajan rautakontaminaation välttämiseksi.

Lisäksi erittäin puhtaan kvartsinäytteen liuottamisen ja liuottamisen valmistelun suorittaminen erittäin puhtaissa laboratorio-olosuhteissa auttaa välttämään ilman epäpuhtauksien saastumista ja vähentämään havaitsemisvirheitä.

GlobalQT on erikoistunut kvartsiputkiin ja kvartsiputkien lämmittimiin ja tarjoaa räätälöitäviä ratkaisuja erittäin puhtaalle kvartsiteollisuudelle maailmanlaajuisesti. Olemme sitoutuneet laatuun, kilpailukykyiseen hinnoitteluun ja asiakkaidemme erityistarpeiden täyttämiseen. Jos haluat luotettavaa palvelua ja asiantuntemusta, tee yhteistyötä GlobalQT. Ota yhteyttä osoitteeseen contact@globalquartztube.com.