गहन विश्लेषण: उच्च शुद्धता क्वार्ट्ज प्रौद्योगिकी क्या है?

उच्च शुद्धता वाला क्वार्ट्ज क्वार्ट्ज श्रृंखला के उत्पादों को संदर्भित करता है, जिसमें SiO2 शुद्धता 99.9% से अधिक होती है। यह सिलिकॉन उद्योग में उच्च-अंत उत्पादों की सामग्री नींव है, जिसका व्यापक रूप से फोटोवोल्टिक्स, इलेक्ट्रॉनिक सूचना, ऑप्टिकल संचार और इलेक्ट्रोल्यूमिनसेंट स्रोतों जैसे उद्योगों में उपयोग किया जाता है। यह नई सामग्रियों और नई ऊर्जा के रणनीतिक उभरते उद्योगों में एक महत्वपूर्ण स्थान और भूमिका रखता है।

SiO2 शुद्धता के आधार पर इसे निम्न प्रकार वर्गीकृत किया जा सकता है:

• निम्न-स्तर SiO2 ≥ 99.9% (3N)
• मध्य-अंत SiO2 ≥ 99.99% (4N) के साथ
• SiO2 ≥ 99.998% (4N8) के साथ उच्च-स्तर

इसे अशुद्धता तत्वों जैसे Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni, आदि की कुल मात्रा के आधार पर भी वर्गीकृत किया जा सकता है:

• निम्न-अंत ≤ 1000×10^-6
• मध्य-अंत ≤ 100×10^-6
• उच्च-अंत ≤ 20×10^-6

उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज के प्रत्येक शुद्धता ग्रेड को 40-80 जाल, 80-140 जाल, 80-200 जाल, 80-300 जाल आदि किस्मों में विभाजित किया जा सकता है।

उच्च शुद्धता क्वार्ट्ज प्रौद्योगिकी एक व्यवस्थित इंजीनियरिंग परियोजना है जिसमें उच्च शुद्धता क्वार्ट्ज कच्चे माल चयन प्रौद्योगिकी, प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी, प्रसंस्करण उपकरण प्रौद्योगिकी और गुणवत्ता निरीक्षण प्रौद्योगिकी शामिल है। ये पहलू स्वतंत्र और परस्पर संबंधित दोनों हैं, जो एक व्यापक तकनीकी संपूर्णता बनाते हैं।

शुरुआत में, उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज को पहले और दूसरे दर्जे के प्राकृतिक क्रिस्टल से संसाधित किया जाता था। प्राकृतिक क्रिस्टल आमतौर पर कुछ भूवैज्ञानिक स्थितियों के तहत क्रिस्टल गुहा वातावरण में बनते हैं। उनकी उत्पत्ति की विशिष्टता के परिणामस्वरूप दो अंतर्निहित कमियाँ होती हैं:

1. छोटे भंडार और खराब खनन स्थितियाँ, जो वर्षों के विकास और उपयोग के बाद, अनिवार्य रूप से संसाधनों की कमी, उच्च कीमतों और बड़े पैमाने पर औद्योगिक उत्पादन की जरूरतों को पूरा करने में असमर्थता का कारण बनती हैं।

2. खनिज क्रिस्टल की रासायनिक संरचना अस्थिर होती है और क्रिस्टलीय वातावरण में होने वाले परिवर्तनों से प्रभावित होती है। इससे बड़े पैमाने पर औद्योगिक अनुप्रयोगों में कच्चे माल की रासायनिक संरचना में महत्वपूर्ण उतार-चढ़ाव होता है, जिससे कच्चे माल का मानकीकरण मुश्किल हो जाता है और उच्च-अंत, उच्च-शुद्धता वाले क्वार्ट्ज उत्पाद उत्पादन की जरूरतों को पूरा करने में असमर्थ हो जाता है।

इस प्रकार, उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज कच्चे माल की समस्या को मौलिक रूप से हल करने के लिए अन्य क्वार्ट्ज खनिज संसाधनों के साथ शुरू करना आवश्यक है, जो घरेलू और अंतरराष्ट्रीय स्तर पर बुनियादी तकनीकी दृष्टिकोण है।

1990 के दशक में, जापान ने कच्चे माल के रूप में बारीक-दानेदार क्वार्टजाइट का उपयोग करके पारदर्शी उच्च-शुद्धता वाले क्वार्ट्ज का प्रसंस्करण किया।

रूस और जर्मनी ने कच्चे माल के रूप में शिरा क्वार्ट्ज और मेटामॉर्फिक क्वार्टजाइट का उपयोग करके उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज का प्रसंस्करण किया।

1980 के दशक में, अमेरिकी कंपनी पीपीसीसी ने पश्चिमी यूरोपीय क्वार्ट्ज ग्लास के लिए कच्चे माल के रूप में इंग्लैंड के उत्तर-पश्चिमी तट के फॉक्सडेल क्षेत्र से ग्रेनाइट का उपयोग करके उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज को संसाधित किया। उत्पाद की SiO2 शुद्धता 4N थी, Fe सामग्री < 1×10^-6, और अन्य अशुद्धता तत्व सामग्री < 5×10^-6 थी।

1990 के दशक में, अमेरिकी कंपनी यूनिमिन ने उत्तरी कैरोलिना के स्प्रूस पाइन क्षेत्र में पेग्माटाइट ग्रेनाइट का विकास और उपयोग प्रभावी ढंग से करना शुरू किया। इसने IOTA-STD (मानक ग्रेड), IOTA-4, IOTA-6 और IOTA-8 जैसे उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज श्रृंखला के उत्पाद विकसित किए हैं, जो अंतरराष्ट्रीय बाजार पर लगभग एकाधिकार कर चुके हैं और अंतरराष्ट्रीय मानक बन गए हैं।

यह स्पष्ट है कि उपरोक्त छह उत्पत्तियों में से प्राकृतिक क्रिस्टल, शिरा क्वार्ट्ज और ग्रेनाइट क्वार्ट्ज के अलावा, क्वार्ट्ज खनिज संसाधन मध्य-अंत और उच्च-अंत उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज उत्पादों के प्रसंस्करण के लिए आदर्श कच्चे माल हैं।

प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी के वर्तमान स्तर को देखते हुए, सभी शिरा क्वार्ट्ज और ग्रेनाइट क्वार्ट्ज को उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज में संसाधित नहीं किया जा सकता है। केवल बहुत कम, यहां तक कि असाधारण रूप से दुर्लभ, को उच्च-अंत उत्पादों में संसाधित किया जा सकता है।

अर्थात्, नस क्वार्ट्ज या ग्रेनाइट क्वार्ट्ज का चयन केवल सही सामान्य दिशा है; यह विशिष्ट कच्चे माल के चयन के प्रमुख मुद्दे को हल नहीं करता है।

इसका मुख्य कारण अयस्क बनाने वाली भूवैज्ञानिक स्थितियों से प्रभावित शिरा क्वार्ट्ज और ग्रेनाइट के विभिन्न उपविभाजित उत्पत्ति प्रकारों का अस्तित्व है। एक ही उत्पत्ति प्रकार के शिरा क्वार्ट्ज और ग्रेनाइट के खनिज विज्ञान, शैल विज्ञान और अयस्क जमा विशेषताओं में भी महत्वपूर्ण अंतर हैं।

रिपोर्टों के अनुसार, अमेरिकी कंपनी यूनिमिन उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज कच्चे माल के बारे में बहुत चयनात्मक है और इसकी आवश्यकताएं सख्त हैं।

यूनिमिन क्वार्ट्ज कच्चे माल के चयन के मानदंड: एक वह क्वार्ट्ज है जिसमें क्रिस्टल संरचना में सबसे कम अशुद्धियाँ हैं, जैसे कि IOTA-STD एल्यूमीनियम सामग्री (14-18) × 10 ^ -6, IOTA-4 एल्यूमीनियम सामग्री (8-10) × 10 ^ -6; दूसरा वह क्वार्ट्ज है जिसमें कम गैस-तरल समावेशन हैं, जैसे कि पेग्माटाइट ग्रेनाइट और क्रिस्टल।

यह दिखाया गया है कि कच्चे माल में अशुद्धता तत्वों की मात्रा केवल इसकी गुणवत्ता के अनुरूप नहीं होती है। इसके बजाय, यह कच्चे माल की प्रक्रिया खनिज विशेषताओं द्वारा निर्धारित अशुद्धियों की चयनात्मकता से संबंधित है। उदाहरण के लिए, संयुक्त राज्य अमेरिका में स्प्रूस पाइन पेग्माटाइट रॉक नमूनों में उच्च अशुद्धता तत्व सामग्री के बावजूद, उन्हें IOTA के उच्च-अंत उत्पादों के लिए कच्चे माल के रूप में उपयोग किया जाता है।

वर्तमान में, उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज के लिए मुख्य प्रसंस्करण तकनीकों में ग्रेडिंग, स्क्रबिंग, रासायनिक एसिड लीचिंग, फ्लोटेशन (फ्लोरीन युक्त और गैर-फ्लोरीन फ्लोटेशन दोनों), गुरुत्वाकर्षण पृथक्करण, चुंबकीय पृथक्करण, क्लोरीनीकरण भूनना और माइक्रोबियल लीचिंग शामिल हैं। उपयोग किए जाने वाले कच्चे माल में शिरा क्वार्ट्ज, पेग्माटाइट ग्रेनाइट, क्वार्टजाइट और क्वार्ट्ज सैंडस्टोन शामिल हैं।

वेन क्वार्ट्ज़ ग्रेनाइट से संबंधित एक मैग्मैटिक-हाइड्रोथर्मल नस है, जो ज़्यादातर अनियमित शिरा रूपों में होती है। शिरा क्वार्ट्ज़ एक चिकना चमक और उच्च शुद्धता के साथ शुद्ध सफेद है, इसकी SiO2 सामग्री 99% से अधिक है। चीन में, शिरा क्वार्ट्ज़ खदानें मुख्य रूप से जियांगसू डोंगहाई, सिचुआन, हेइलोंगजियांग, हुबेई आदि क्षेत्रों में स्थित हैं। हुबेई प्रांत के किचुन काउंटी में क्वार्ट्ज़ पत्थर का भंडार 100 मिलियन टन से अधिक है, जिसमें सिलिकॉन सामग्री 99.98% से अधिक है, जो देश में पहले स्थान पर है।

क्वार्ट्जाइट सिलिकस चट्टानों या क्वार्ट्ज सैंडस्टोन से कायापलट और तापीय संपर्क की एक श्रृंखला के माध्यम से बनता है, जिसमें क्वार्ट्ज खनिज सामग्री आम तौर पर 85% से अधिक होती है। यह अक्सर टूमलाइन, जिरकोन, अभ्रक, फेल्डस्पार और मिट्टी के खनिजों से जुड़ा होता है, जिसमें क्वार्ट्ज सैंडस्टोन की तुलना में कठोरता और घनत्व अधिक होता है। क्वार्ट्जाइट की खदानें किंघई, अनहुई, लियाओनिंग, शानक्सी आदि में वितरित की जाती हैं, और चीन में सिलिकस खनिज कच्चे माल के मुख्य स्रोतों में से एक हैं।

क्वार्ट्ज बलुआ पत्थर एक समेकित क्लास्टिक चट्टान है जिसमें क्वार्ट्ज के टुकड़े की मात्रा 95% से अधिक होती है। इसे अक्सर टूमलाइन, रूटाइल, मैग्नेटाइट, अभ्रक, फेल्डस्पार और मिट्टी के खनिजों से जोड़ा जाता है। चीन में, क्वार्ट्ज बलुआ पत्थर की खदानें सिचुआन, हुनान, जिआंगसू, झेजियांग, युन्नान, शेडोंग आदि में वितरित की जाती हैं। वे कांच, चीनी मिट्टी की चीज़ें, कास्टिंग और अन्य क्वार्ट्ज औद्योगिक खनिजों और सामग्रियों के प्रसंस्करण के लिए मुख्य कच्चे माल हैं।

अमेरिकी यूनिमिन TOTA श्रृंखला उच्च शुद्धता क्वार्ट्ज रेत के लिए कच्चा माल पेग्माटाइट ग्रेनाइट है। हालाँकि, इस क्षेत्र में अनुसंधान चीन में अधिक मजबूत हो सकता है, और पेग्माटाइट ग्रेनाइट से उच्च शुद्धता क्वार्ट्ज रेत के प्रसंस्करण में कोई उपलब्धि नहीं मिली है।

सामान्य खनिज प्रसंस्करण इंजीनियरिंग की तुलना में, उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज रेत प्रसंस्करण उपकरण में निम्नलिखित विशेषताएं हैं:

एसिड लीचिंग और पानी से धुलाई उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज रेत प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी में महत्वपूर्ण कड़ी हैं। उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज में अत्यंत उच्च SiO2 शुद्धता आवश्यकताओं और अशुद्धता तत्वों की कम सामग्री के कारण, उपयोग किए जाने वाले एसिड और पानी की शुद्धता को इसी आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए; अन्यथा, योग्य उत्पादों का उत्पादन करना मुश्किल है।

उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज़ के शुद्धिकरण प्रसंस्करण में गर्म एसिड लीचिंग एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। क्वार्ट्ज़ के महत्वपूर्ण रासायनिक गुणों में से एक उत्कृष्ट एसिड प्रतिरोध (HF को छोड़कर) है, जबकि अयस्क में अन्य धातु अशुद्धता घटकों में आम तौर पर खराब एसिड प्रतिरोध होता है। यह प्रभाव कुछ निश्चित तापमान स्थितियों के तहत अधिक स्पष्ट होता है।

उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज प्रसंस्करण एसिड लीचिंग तकनीक रासायनिक शुद्धिकरण को प्राप्त करने के लिए इस सिद्धांत का उपयोग करती है। अध्ययनों से पता चला है कि खनिज कच्चे माल की विशेषताओं के अनुसार उपयुक्त एसिड फॉर्मूला का उपयोग करके कच्चे माल में क्वार्ट्ज कणों के बीच धातु खनिजों, लौह युक्त खनिजों, कार्बोनेट खनिजों और पतली फिल्म लोहे को बेहतर ढंग से हटाया जा सकता है।

यदि एसिड फॉर्मूला संयोजन में एचएफ एसिड की एक निश्चित मात्रा को जोड़ा जाता है, तो कच्चे माल में ट्रेस अभ्रक और फेल्डस्पार अशुद्धियों को हटाने पर इसका बेहतर प्रभाव पड़ता है। इसलिए, गर्म एसिड और एचएफ एसिड जैसे मजबूत संक्षारक अभिकर्मकों का अक्सर उपयोग किया जाता है।

अभ्यास ने साबित कर दिया है कि उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज के शुद्धिकरण प्रसंस्करण में, कच्चे माल के संपर्क में आने वाली कोई भी सामग्री, जैसे कंटेनर, नमूनों की गुणवत्ता को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करती है। उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज रेत के सभी प्रसंस्करण लिंक में सामग्री मानकों का सख्त नियंत्रण गुणवत्ता सुनिश्चित करने की कुंजी है।

उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज SiO2 शुद्धता की विशेषताएं यह सुनिश्चित करती हैं कि उत्पादन प्रक्रिया के दौरान कोई प्रदूषण न हो। हालांकि, उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज रेत की लंबी प्रसंस्करण प्रक्रिया और जटिल तकनीक के कारण, उत्पादन प्रक्रिया को पूरी तरह से सील करना आसान नहीं है।

वायु धूल प्रदूषण को रोकने के लिए, उत्पादन, पैकेजिंग, भंडारण आदि के लिए वायु पर्यावरण पर सख्त आवश्यकताएं लागू की जानी चाहिए।

उच्च सुरक्षा आवश्यकताएँ: मजबूत संक्षारक अभिकर्मकों, विषाक्त गैसों (यदि क्लोरीनीकरण भूनने का उपयोग किया जाता है), उच्च तापमान, आदि से बनी उत्पादन लाइन में उच्च उत्पादन सुरक्षा की गारंटी होनी चाहिए।

उपरोक्त प्रक्रिया स्थितियों की विशेष प्रकृति उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज प्रसंस्करण उत्पादन उपकरणों के लिए उच्च आवश्यकताओं को निर्धारित करती है। सुरक्षित, पर्यावरण के अनुकूल, ऊर्जा की बचत और कुशल उत्पादन उपकरण विकसित करना पैमाने और औद्योगीकरण को साकार करने के लिए महत्वपूर्ण शर्त है।

अमेरिकी यूनिमिन IOTA-STD उत्पादों में Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni, आदि अशुद्धता तत्वों की कुल मात्रा आमतौर पर < 20×10^-6 होती है, जिसका अधिकतम मान < 22×10^-6 होता है। ऐसे उच्च शुद्धता वाले पदार्थों के लिए, रासायनिक विश्लेषण विधियों और एक्स-रे प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रोस्कोपी (XRF) द्वारा उनकी गुणवत्ता निरीक्षण आवश्यकताओं को पूरा करना मुश्किल होता है।

धातु तत्वों, विशेष रूप से ट्रेस धातु तत्वों का पता लगाने के लिए, इंडक्टिवली कपल्ड प्लाज़्मा ऑप्टिकल एमिशन स्पेक्ट्रोमेट्री (ICP-OES) में सबसे ज़्यादा फ़ायदे हैं, जिसमें अच्छी पहचान सीमा, उच्च पहचान सटीकता, कम समय की खपत और उच्च संवेदनशीलता है। वर्तमान में, ICP-OES उच्च शुद्धता वाली सामग्रियों के ट्रेस रासायनिक घटकों का पता लगाने के लिए एक प्रभावी तरीका बन गया है।

आईसीपी डिटेक्शन तकनीक उच्च शुद्धता क्वार्ट्ज तकनीक का एक महत्वपूर्ण समर्थन और घटक है, जिसका चीन की उच्च शुद्धता क्वार्ट्ज तकनीक के विकास को बढ़ावा देने के लिए व्यावहारिक और सैद्धांतिक महत्व है।

उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज में स्थिर भौतिक और रासायनिक गुण होते हैं, जिसमें कम अशुद्धता सामग्री और कठिन अयस्क विघटन जैसी विशेषताएं होती हैं। उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज का पता लगाने वाले नमूनों को घोलने और निक्षालन करने की प्रक्रिया में, शामिल बुनियादी कारकों में नमूना वजन, अभिकर्मक संयोजन, अभिकर्मक खुराक, अभिकर्मक शुद्धता आदि शामिल हैं।

इस तकनीक में नमूना तैयार करना और उपकरण का पता लगाना शामिल है, जो दो प्रमुख भाग हैं। मुख्य तकनीक नमूने का विघटन और निक्षालन की तैयारी है।

प्रयोगों से पता चला है कि नमूना तैयार करने की प्रक्रिया में, नमूना वजन, अभिकर्मक संयोजन, अभिकर्मक खुराक और अभिकर्मक शुद्धता का आईसीपी पता लगाने के परिणामों पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ेगा।

प्रयुक्त उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज की मात्रा ≥2000mg है; अभिकर्मक शुद्धता उच्च शुद्धता ग्रेड (MOS या BV-III) है, अभिकर्मक संयोजन HF+HNO3 है; सांद्रित HNO3 का प्रयोग तीन बार में किया जाता है, जिसकी कुल मात्रा ≥5mL है; HF खुराक 25mL है।

उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज रेत की प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी विशेषताओं और शुद्धता आवश्यकताओं के अनुसार, लौह संदूषण से बचने के लिए पूरे नमूना तैयारी प्रक्रिया के दौरान स्टील की छलनी का उपयोग नहीं किया जाना चाहिए।

इसके अतिरिक्त, अल्ट्रा-क्लीन प्रयोगशाला स्थितियों में उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज नमूने का विघटन और निक्षालन तैयार करने से वायु अशुद्धता प्रदूषण से बचने और जांच त्रुटियों को कम करने में मदद मिलेगी।

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