ניתוח מעמיק: מהי טכנולוגיית קוורץ בטוהר גבוה?

קוורץ בטוהר גבוה מתייחס למוצרי סדרת קוורץ עם טוהר SiO2 הגבוה מ-99.9%. זהו הבסיס החומרי של מוצרים יוקרתיים בתעשיית הסיליקון, בשימוש נרחב בתעשיות כגון פוטו-וולטאים, מידע אלקטרוני, תקשורת אופטית ומקורות אלקטרו-אור. הוא מחזיק בעמדה ותפקיד חשוב בתעשיות המתעוררות האסטרטגיות של חומרים חדשים ואנרגיה חדשה.

בהתבסס על טוהר SiO2, ניתן לסווג אותו ל:

• קצה נמוך עם SiO2 ≥ 99.9% (3N)
• קצה אמצע עם SiO2 ≥ 99.99% (4N)
• מתקדם עם SiO2 ≥ 99.998% (4N8)

זה יכול גם להיות מסווג על סמך הכמות הכוללת של יסודות טומאה כמו Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni וכו', ל:

• קצה נמוך ≤ 1000×10^-6
• אמצע קצה ≤ 100×10^-6
• מתקדם ≤ 20×10^-6

ניתן לחלק כל דרגת טוהר של קוורץ בטוהר גבוה לזנים כגון 40-80 mesh, 80-140 mesh, 80-200 mesh, 80-300 mesh, וכן הלאה.

טכנולוגיית קוורץ בטוהר גבוה היא פרויקט הנדסי שיטתי הכולל טכנולוגיית בחירת חומרי גלם קוורץ בטוהר גבוה, טכנולוגיית עיבוד, טכנולוגיית ציוד עיבוד וטכנולוגיית בדיקת איכות. היבטים אלה הם עצמאיים וקשורים זה לזה, ויוצרים מכלול טכנולוגי מקיף.

בתחילה, קוורץ בטוהר גבוה עבר עיבוד מגבישים טבעיים בדרגה ראשונה ושנייה. גבישים טבעיים נוצרים בדרך כלל בסביבות חלל גבישי בתנאים גיאולוגיים מסוימים. הספציפיות של היצירה שלהם גורמת לשני ליקויים מובנים:

1. עתודות קטנות ותנאי כרייה גרועים, אשר לאחר שנים של פיתוח וניצול, מביאים בהכרח למחסור במשאבים, למחירים גבוהים ולחוסר יכולת לספק את צורכי הייצור התעשייתי בקנה מידה גדול.

2. ההרכב הכימי של גבישים מינרליים אינו יציב ומושפע משינויים בסביבה הגבישית. זה מוביל לתנודות משמעותיות בהרכב הכימי של חומרי הגלם ביישומים תעשייתיים בקנה מידה גדול, מה שמקשה על סטנדרטיזציה של חומרי גלם ואינו מסוגל לענות על הצרכים של ייצור מוצרי קוורץ ברמה גבוהה וטוהר גבוה.

לפיכך, יש צורך להתחיל עם משאבים מינרליים קוורץ אחרים כדי לפתור באופן יסודי את בעיית חומר הגלם הקוורץ הטוהר הגבוה, שהיא הגישה הטכנית הבסיסית בארץ ובעולם.

בשנות ה-90, יפן עיבדה קוורץ שקוף בטוהר גבוה תוך שימוש בקוורציט עדין כחומר גלם.

רוסיה וגרמניה עיבדו קוורץ בטוהר גבוה באמצעות קוורץ ורידים וקוורץ מטמורפי כחומרי גלם.

בשנות ה-80, החברה האמריקאית PPCC עיבדה קוורץ בטוהר גבוה תוך שימוש בגרניט מאזור פוקסדייל שבחוף הצפון מערבי של אנגליה כחומר הגלם לזכוכית קוורץ מערב אירופה. טוהר ה- SiO2 של המוצר היה 4N, תכולת Fe < 1×10^-6, ותכולת יסודות טומאה אחרים < 5×10^-6.

החל משנות ה-90, החלה חברת Unimin האמריקאית לפתח ולנצל את הגרניט הפגמטיט באזור Spruce Pine בצפון קרוליינה בצורה יעילה. היא פיתחה מוצרי סדרת קוורץ בטוהר גבוה כגון IOTA-STD (דרגה סטנדרטית), IOTA-4, IOTA-6 ו-IOTA-8, וכמעט הפכה למונופול על השוק הבינלאומי והפכה לתקן הבינלאומי.

ברור שמלבד קריסטל טבעי, קוורץ וריד וגרניט קוורץ מבין ששת הבראשית לעיל, משאבי מינרלים קוורץ הם חומרי גלם אידיאליים לעיבוד מוצרי קוורץ ברמת טוהר גבוהה.

לא כל קוורץ ורידים וקוורץ גרניט ניתנים לעיבוד לקוורץ בטוהר גבוה, בהתחשב ברמת טכנולוגיית העיבוד הנוכחית. רק מעטים מאוד, אפילו נדירים במיוחד, ניתנים לעיבוד למוצרים יוקרתיים.

כלומר, בחירת קוורץ וריד או גרניט קוורץ היא רק הכיוון הכללי הנכון; זה לא פותר את סוגיית המפתח של בחירת חומרי גלם ספציפיים.

הסיבה העיקרית היא קיומם של סוגי בראשית שונים של קוורץ וגרניט, המושפעים מהתנאים הגיאולוגיים היוצרים עפרות. ישנם גם הבדלים משמעותיים במאפייני המינרלוגיה, הפטרולוגיה ומרבצי העפרות של קוורץ וריד וגרניט מאותו סוג בראשית.

על פי הדיווחים, חברת Unimin האמריקאית סלקטיבית מאוד לגבי חומרי גלם קוורץ בעלי טוהר גבוה ויש לה דרישות מחמירות.

קריטריונים לבחירת חומר גלם קוורץ של Unimin: האחד הוא קוורץ עם הכי פחות זיהומים במבנה הגבישי, כגון תכולת אלומיניום IOTA-STD (14-18)×10^-6, תכולת אלומיניום IOTA-4 (8-10)×10^ -6; השני הוא קוורץ עם פחות תכלילים של גז-נוזל, כגון גרניט פגמטיט וקריסטל.

הוכח שתכולת יסודות הטומאה בחומר הגלם אינה תואמת רק לאיכותו. במקום זאת, הוא מתייחס לסלקטיביות של זיהומים שנקבעת על פי המאפיינים המינרולוגיים של תהליך חומר הגלם. לדוגמה, למרות תכולת יסודות הטומאה הגבוהה בדגימות הסלעים של פגמטיט Spruce Pine בארצות הברית, הם משמשים כחומרי גלם למוצרים היוקרתיים של IOTA.

נכון לעכשיו, טכנולוגיות העיבוד העיקריות של קוורץ בטוהר גבוה כוללות דירוג, קרצוף, שטיפת חומצה כימית, ציפה (גם הציפה המכילה פלואור וגם שאינה פלואור), הפרדת כוח הכבידה, הפרדה מגנטית, קליית כלור וטיפת חיידקים. חומרי הגלם בהם נעשה שימוש כוללים קוורץ וריד, גרניט פגמטיט, קוורציט ואבן חול קוורץ.

קוורץ וריד הוא וריד מגמטי-הידרותרמי הקשור לגרניט, בעיקר בצורות ורידים לא סדירות. קוורץ וריד הוא לבן טהור עם ברק שמנוני וטוהר גבוה, כאשר תכולת ה-SiO2 שלו עולה על 99%. בסין, מכרות קוורץ ורידים ממוקמים בעיקר באזורים כמו ג'יאנגסו דונגהאי, סצ'ואן, היילונגג'יאנג, הוביי וכו'. במחוז צ'יצ'ון במחוז הוביי יש עתודות אבן קוורץ העולה על 100 מיליון טון עם תכולת סיליקון של יותר מ-99.98%, במקום הראשון ב- מדינה.

קוורציט נוצר מסלעי סיליקסי או אבני חול קוורץ באמצעות סדרה של מטמורפוזה ומגע תרמי, כאשר תכולת מינרלים קוורץ בדרך כלל עולה על 85%. לעתים קרובות הוא קשור למינרלים טורמלין, זירקון, נציץ, שדה שדה ומינרלים, עם קשיות וצפיפות גבוהה יותר מזו של אבן חול קוורץ. מכרות קוורציט מופצים בצ'ינגהאי, אנהוי, ליאונינג, שאאנשי וכו', ומהווים את אחד המקורות העיקריים לחומרי גלם מינרלים סיליקתיים בסין.

אבן חול קוורץ היא סלע קלסטי מאוחד עם תכולת שברי קוורץ של יותר מ-95%. זה קשור לעתים קרובות עם טורמלין, רוטיל, מגנטיט, נציץ, פלדספאר ומינרלים חימר. בסין, מכרות אבן חול קוורץ מופצים בסצ'ואן, הונאן, ג'יאנגסו, ג'ג'יאנג, יונאן, שאנדונג וכו'. הם חומרי הגלם העיקריים לעיבוד זכוכית, קרמיקה, יציקה וחומרי קוורץ תעשייתיים אחרים.

חומר הגלם לחול קוורץ בטוהר גבוה מסדרת Unimin TOTA האמריקאית הוא גרניט פגמטיט. עם זאת, מחקר בתחום זה יכול להיות חזק יותר בסין, ולא הושגו הישגים מדווחים בעיבוד חול קוורץ בטוהר גבוה מגרניט פגמטיט.

בהשוואה להנדסת עיבוד מינרלים כללית, לציוד לעיבוד חול קוורץ בטוהר גבוה יש את המאפיינים הבאים:

שטיפת חומצה ושטיפת מים הם חוליות חשובות בטכנולוגיית עיבוד חול קוורץ בטוהר גבוה. בשל הדרישות הגבוהות ביותר לטוהר SiO2 ותכולה נמוכה של יסודות טומאה בקוורץ בטוהר גבוה, טוהר החומצות והמים המשמשים חייב לעמוד בדרישות המקבילות; אחרת, קשה לייצר מוצרים מוסמכים.

שטיפת חומצה חמה ממלאת תפקיד מפתח בעיבוד הטיהור של קוורץ בטוהר גבוה. אחת התכונות הכימיות החשובות של הקוורץ היא עמידות מצוינת לחומצה (למעט HF), בעוד שלרכיבים אחרים של זיהומי מתכת בעפרה יש בדרך כלל עמידות נמוכה לחומצה. השפעה זו בולטת יותר בתנאי טמפרטורה מסוימים.

טכנולוגיית שטיפת החומצה בטוהר הקוורץ הגבוה משתמשת בעקרון זה כדי להשיג טיהור כימי. מחקרים הראו ששימוש בנוסחת החומצה המתאימה לפי מאפייני חומרי הגלם המינרלים יכול להסיר טוב יותר מינרלים ממתכת, מינרלים המכילים ברזל, מינרלים קרבונטים וברזל סרט דק בין חלקיקי קוורץ בחומרי הגלם.

אם מוסיפים כמות מסוימת של חומצת HF לשילוב נוסחת החומצה, יש לכך השפעה טובה יותר על הסרת זיהומי נציץ ופלדספל בחומרי הגלם. לכן, לעתים קרובות נעשה שימוש בתכשירים קורוזיביים חזקים כגון חומצה חמה וחומצה HF.

הפרקטיקה הוכיחה כי בעיבוד טיהור של קוורץ בטוהר גבוה, כל חומר המגיע עם חומרי הגלם, כגון מיכלים, משפיע באופן משמעותי על איכות הדגימות. שליטה קפדנית על תקני החומר בכל חוליות העיבוד של חול קוורץ בטוהר גבוה היא המפתח להבטחת איכות.

המאפיינים של טוהר קוורץ SiO2 בטוהר גבוה מבטיחים שלא יכול להיות זיהום במהלך תהליך הייצור. עם זאת, בשל זרימת העיבוד הארוכה והטכנולוגיה המורכבת של חול קוורץ בטוהר גבוה, לא קל לאטום לחלוטין את תהליך הייצור.

למניעת זיהום אבק אוויר יש להטיל דרישות מחמירות לסביבת האוויר לייצור, אריזה, אחסון וכו'.

דרישות בטיחות גבוהות: קו הייצור המורכב מגיבים קורוזיביים חזקים, גזים רעילים (אם נעשה שימוש בקליית כלור), טמפרטורות גבוהות וכו', חייב להיות בעל ערבויות בטיחות ייצור גבוהות יותר.

האופי המיוחד של תנאי התהליך לעיל קובע את הדרישות הגבוהות לציוד ייצור קוורץ בטוהר גבוה. פיתוח ציוד ייצור בטוח, ידידותי לסביבה, חסכוני באנרגיה ויעיל הוא תנאי המפתח למימוש קנה מידה ותיעוש.

התוכן הכולל של יסודות טומאה כגון Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni וכו', במוצרי Unimin IOTA-STD האמריקאיים הוא בדרך כלל < 20× 10^-6, עם ערך מרבי < 22×10^-6. עבור חומרים בטוהר גבוה שכאלה, שיטות ניתוח כימיות וספקטרוסקופיה של קרני רנטגן (XRF) קשות לעמוד בדרישות בדיקת האיכות שלהן.

לזיהוי אלמנטים מתכתיים, במיוחד אלמנטים מתכתיים, יש לספקטרומטריית פליטה אופטית פלזמה בשילוב אינדוקטיבי (ICP-OES) את מירב היתרונות, עם מגבלות זיהוי טובות, דיוק זיהוי גבוה, צריכת זמן קצרה ורגישות גבוהה. נכון לעכשיו, ICP-OES הפכה לשיטה יעילה לאיתור רכיבים כימיים עקבות של חומרים בעלי טוהר גבוה.

טכנולוגיית זיהוי ICP היא תמיכה ומרכיב חשוב בטכנולוגיית קוורץ בטוהר גבוה, שיש לה משמעות מעשית ותיאורטית לקידום הפיתוח של טכנולוגיית קוורץ בטוהר גבוה של סין.

לקוורץ בטוהר גבוה יש תכונות פיסיקליות וכימיות יציבות, עם מאפיינים כמו תכולת טומאה נמוכה והמסה קשה של עפרות. בתהליך ההמסה והשטיפה של דגימות קוורץ בטוהר גבוה, הגורמים הבסיסיים המעורבים כוללים משקל דגימה, שילוב ריאגנטים, מינון מגיב, טוהר מגיב וכו'.

טכנולוגיה זו כוללת הכנת דגימות וזיהוי מכשירים, שהם שני חלקים עיקריים. טכנולוגיית המפתח היא פירוק הדגימה והכנת השטיפה.

ניסויים הראו שבתהליך הכנת הדגימה, למשקל הדגימה, שילוב המגיבים, מינון הריאגנטים וטוהר המגיב המשמשים תהיה השפעה חשובה על תוצאות זיהוי ה-ICP.

כמות הקוורץ בטוהר גבוה בשימוש ≥2000mg; טוהר מגיב הוא דרגת טוהר גבוהה (MOS או BV-III), שילוב מגיב הוא HF+HNO3; HNO3 מרוכז משמש בשלוש פעמים, עם כמות כוללת ≥5mL; מינון HF הוא 25 מ"ל.

על פי מאפייני טכנולוגיית העיבוד ודרישות הטוהר של חול קוורץ בטוהר גבוה, אין להשתמש במסננות פלדה לאורך כל תהליך הכנת הדגימה כדי למנוע זיהום ברזל.

בנוסף, ביצוע פירוק דגימת קוורץ ברמת טוהר גבוהה והכנת שטיפה בתנאי מעבדה נקיים במיוחד יסייע למנוע זיהום זיהומי אוויר ולהפחית שגיאות זיהוי.

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.