Detaljna analiza: Što je kvarcna tehnologija visoke čistoće?

Kvarc visoke čistoće odnosi se na proizvode serije kvarca s čistoćom SiO2 većom od 99,9%. To je materijalni temelj vrhunskih proizvoda u industriji silicija, naširoko se koristi u industrijama kao što su fotonaponske, elektroničke informacije, optičke komunikacije i elektroluminiscentni izvori. Ima važnu poziciju i ulogu u strateški nadolazećim industrijama novih materijala i nove energije.

Na temelju čistoće SiO2 može se klasificirati u:

• Low-end sa SiO2 ≥ 99,9% (3N)
• Srednji dio sa SiO2 ≥ 99,99% (4N)
• Vrhunski sa SiO2 ≥ 99,998% (4N8)

Također se može klasificirati na temelju ukupne količine nečistoća kao što su Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni itd., u:

• Low-end ≤ 1000×10^-6
• Srednji dio ≤ 100×10^-6
• Vrhunski ≤ 20×10^-6

Svaki stupanj čistoće kvarca visoke čistoće može se podijeliti u varijante kao što su 40-80 mesh, 80-140 mesh, 80-200 mesh, 80-300 mesh, i tako dalje.

Tehnologija kvarca visoke čistoće sustavni je inženjerski projekt koji uključuje tehnologiju odabira sirovina kvarca visoke čistoće, tehnologiju obrade, tehnologiju opreme za obradu i tehnologiju kontrole kvalitete. Ovi aspekti su neovisni i međusobno povezani, tvoreći sveobuhvatnu tehnološku cjelinu.

U početku se kvarc visoke čistoće prerađivao od prirodnih kristala prvog i drugog razreda. Prirodni kristali obično se formiraju u okruženjima kristalnih šupljina pod određenim geološkim uvjetima. Specifičnost njihove geneze rezultira s dva inherentna nedostatka:

1. Male rezerve i loši uvjeti rudarenja, koji nakon godina razvoja i korištenja neizbježno dovode do nestašice resursa, visokih cijena i nemogućnosti zadovoljenja potreba velike industrijske proizvodnje.

2. Kemijski sastav mineralnih kristala je nestabilan i pod utjecajem je promjena u kristalnom okruženju. To dovodi do značajnih fluktuacija u kemijskom sastavu sirovina u velikim industrijskim primjenama, što otežava standardizaciju sirovina i ne može zadovoljiti potrebe vrhunske proizvodnje kvarcnih proizvoda visoke čistoće.

Stoga je potrebno započeti s drugim mineralnim resursima kvarca kako bi se temeljito riješio problem kvarcnih sirovina visoke čistoće, što je osnovni tehnički pristup u zemlji i inozemstvu.

U 1990-ima Japan je prerađivao prozirni kvarc visoke čistoće koristeći sitnozrnati kvarcit kao sirovinu.

Rusija i Njemačka prerađivale su kvarc visoke čistoće koristeći žilni kvarc i metamorfni kvarcit kao sirovine.

Osamdesetih godina prošlog stoljeća američka tvrtka PPCC prerađivala je kvarc visoke čistoće koristeći granit iz područja Foxdale na sjeverozapadnoj obali Engleske kao sirovinu za zapadnoeuropsko kvarcno staklo. Čistoća proizvoda SiO2 bila je 4N, sadržaj Fe < 1×10^-6, a sadržaj drugih nečistoća < 5×10^-6.

Počevši od 1990-ih, američka tvrtka Unimin počela je razvijati i učinkovito koristiti pegmatit granit u području Spruce Pine u Sjevernoj Karolini. Razvio je proizvode serije kvarca visoke čistoće kao što su IOTA-STD (standardni stupanj), IOTA-4, IOTA-6 i IOTA-8, gotovo monopolizirajući međunarodno tržište i postajući međunarodni standard.

Očito je da osim prirodnog kristala, žilastog kvarca i granitnog kvarca među šest gore navedenih geneza, mineralni resursi kvarca su idealne sirovine za obradu kvarcnih proizvoda srednje i visoke klase visoke čistoće.

Ne može se sav žilni kvarc i granitni kvarc preraditi u kvarc visoke čistoće, s obzirom na trenutnu razinu tehnologije obrade. Samo nekoliko, čak i iznimno rijetkih, može se preraditi u vrhunske proizvode.

Odnosno, odabir žilastog kvarca ili granitnog kvarca samo je ispravan opći smjer; ne rješava ključno pitanje izbora specifične sirovine.

Glavni razlog je postojanje različitih podijeljenih tipova geneze žilnog kvarca i granita, pod utjecajem geoloških uvjeta za formiranje rude. Također postoje značajne razlike u mineralogiji, petrologiji i značajkama rudnih ležišta žilnog kvarca i granita iste vrste geneze.

Prema izvješćima, američka tvrtka Unimin vrlo je selektivna u pogledu kvarcnih sirovina visoke čistoće i ima stroge zahtjeve.

Kriteriji za odabir sirovina za kvarc Unimin: jedan je kvarc s najmanje nečistoća u kristalnoj strukturi, kao što je IOTA-STD sadržaj aluminija (14-18)×10^-6, IOTA-4 sadržaj aluminija (8-10)×10^ -6; drugi je kvarc s manje plinsko-tekućih inkluzija, kao što su pegmatit granit i kristal.

Pokazalo se da sadržaj nečistoća u sirovini ne odgovara samo njezinoj kvaliteti. Umjesto toga, odnosi se na selektivnost nečistoća koja je određena procesnim mineraloškim karakteristikama sirovine. Na primjer, unatoč visokom sadržaju nečistoća u uzorcima stijena pegmatita Spruce Pine u Sjedinjenim Državama, oni se koriste kao sirovine za IOTA-ine vrhunske proizvode.

Trenutačno glavne tehnologije obrade kvarca visoke čistoće uključuju sortiranje, čišćenje, ispiranje kemijskom kiselinom, flotaciju (i flotaciju koja sadrži fluor i flotaciju bez fluora), gravitacijsku separaciju, magnetsku separaciju, prženje kloriranjem i mikrobno ispiranje. Korištene sirovine uključuju žilni kvarc, pegmatit granit, kvarcit i kvarcni pješčenjak.

Žilni kvarc je magmatsko-hidrotermalna žila srodna granitu, uglavnom u nepravilnim žilnim oblicima. Žilni kvarc je čisto bijel s masnim sjajem i visokom čistoćom, sa sadržajem SiO2 koji prelazi 99%. U Kini su rudnici kvarca većinom smješteni u područjima kao što su Jiangsu Donghai, Sichuan, Heilongjiang, Hubei itd. Okrug Qichun u provinciji Hubei ima rezerve kvarcnog kamena veće od 100 milijuna tona sa sadržajem silicija većim od 99,98%, što je prvo mjesto u zemlja.

Kvarcit nastaje iz silikatnih stijena ili kvarcnih pješčenjaka nizom metamorfoza i toplinskog kontakta, s mineralnim sadržajem kvarca koji općenito prelazi 85%. Često se povezuje s turmalinom, cirkonom, tinjcem, glinencem i glinenim mineralima, s većom tvrdoćom i gustoćom nego kod kvarcnog pješčenjaka. Rudnici kvarcita raspoređeni su u Qinghaiju, Anhuiu, Liaoningu, Shaanxiju itd. i jedan su od glavnih izvora silikatnih mineralnih sirovina u Kini.

Kvarcni pješčenjak je konsolidirana klastična stijena sa sadržajem fragmenata kvarca većim od 95%. Često se povezuje s turmalinom, rutilom, magnetitom, tinjcem, glinencem i mineralima gline. U Kini su rudnici kvarcnog pješčenjaka raspoređeni u Sichuan, Hunan, Jiangsu, Zhejiang, Yunnan, Shandong itd. Oni su glavne sirovine za obradu stakla, keramike, lijevanja i drugih kvarcnih industrijskih minerala i materijala.

Sirovina za američki kvarcni pijesak visoke čistoće serije Unimin TOTA je pegmatit granit. Međutim, istraživanja u ovom području mogla bi biti snažnija u Kini, a nema prijavljenih postignuća u preradi kvarcnog pijeska visoke čistoće iz pegmatitnog granita.

U usporedbi s općim inženjerstvom obrade minerala, oprema za obradu kvarcnog pijeska visoke čistoće ima sljedeće karakteristike:

Kiselo ispiranje i ispiranje vodom važne su karike u tehnologiji obrade kvarcnog pijeska visoke čistoće. Zbog iznimno visokih zahtjeva čistoće SiO2 i niskog sadržaja nečistoća u kvarcu visoke čistoće, čistoća korištenih kiselina i vode mora zadovoljiti odgovarajuće zahtjeve; inače je teško proizvoditi kvalificirane proizvode.

Ispiranje vrućom kiselinom igra ključnu ulogu u obradi pročišćavanja kvarca visoke čistoće. Jedno od važnih kemijskih svojstava kvarca je izvrsna otpornost na kiselinu (osim na HF), dok druge komponente metalnih nečistoća u rudi općenito imaju slabu otpornost na kiseline. Ovaj učinak je izraženiji u određenim temperaturnim uvjetima.

Tehnologija ispiranja kiselinom za obradu kvarca visoke čistoće koristi ovo načelo za postizanje kemijskog pročišćavanja. Studije su pokazale da korištenje odgovarajuće formule kiseline prema karakteristikama mineralnih sirovina može bolje ukloniti metalne minerale, minerale koji sadrže željezo, karbonatne minerale i tanki sloj željeza između čestica kvarca u sirovinama.

Ako se određenoj količini HF kiseline doda kombinacija formule kiseline, to ima bolji učinak na uklanjanje tragova tinjca i nečistoća feldspata u sirovinama. Stoga se često koriste jaki korozivni reagensi kao što su vruća kiselina i HF kiselina.

Praksa je dokazala da u obradi pročišćavanja kvarca visoke čistoće, svi materijali u kontaktu sa sirovinama, poput spremnika, značajno utječu na kvalitetu uzoraka. Stroga kontrola standarda materijala u svim procesnim vezama kvarcnog pijeska visoke čistoće ključ je osiguravanja kvalitete.

Karakteristike čistoće kvarca SiO2 visoke čistoće osiguravaju da tijekom proizvodnog procesa ne može doći do onečišćenja. Međutim, zbog dugog tijeka prerade i složene tehnologije kvarcnog pijeska visoke čistoće, nije lako u potpunosti zatvoriti proizvodni proces.

Kako bi se spriječilo onečišćenje zraka prašinom, moraju se postaviti strogi zahtjevi za zračni okoliš za proizvodnju, pakiranje, skladištenje itd.

Visoki sigurnosni zahtjevi: Proizvodna linija sastavljena od jakih korozivnih reagensa, otrovnih plinova (ako se koristi kloriranje prženjem), visokih temperatura itd., mora imati veća jamstva sigurnosti proizvodnje.

Posebna priroda gore navedenih uvjeta procesa određuje visoke zahtjeve za proizvodnu opremu za obradu kvarca visoke čistoće. Razvoj sigurne, ekološki prihvatljive, energetski štedne i učinkovite proizvodne opreme ključni je uvjet za postizanje razmjera i industrijalizacije.

Ukupan sadržaj nečistoća kao što su Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni itd., u američkim Unimin IOTA-STD proizvodima obično je < 20× 10^-6, s maksimalnom vrijednošću < 22×10^-6. Za takve tvari visoke čistoće, metode kemijske analize i rendgenska fluorescentna spektroskopija (XRF) teško mogu ispuniti zahtjeve inspekcije kvalitete.

Za detekciju metalnih elemenata, posebno metalnih elemenata u tragovima, najviše prednosti ima optička emisijska spektrometrija s induktivno spregnutom plazmom (ICP-OES), s dobrim granicama detekcije, visokom preciznošću detekcije, kratkotrajnim vremenom i visokom osjetljivošću. Trenutno je ICP-OES postao učinkovita metoda za otkrivanje tragova kemijskih komponenti materijala visoke čistoće.

Tehnologija detekcije ICP važna je podrška i komponenta kvarcne tehnologije visoke čistoće, koja ima praktično i teoretsko značenje za promicanje razvoja kineske tehnologije kvarca visoke čistoće.

Kvarc visoke čistoće ima stabilna fizikalna i kemijska svojstva, sa karakteristikama kao što su nizak sadržaj nečistoća i teško otapanje rude. U procesu otapanja i ispiranja uzoraka detekcije kvarca visoke čistoće, osnovni uključeni čimbenici uključuju težinu uzorka, kombinaciju reagensa, dozu reagensa, čistoću reagensa itd.

Ova tehnologija uključuje pripremu uzorka i detekciju instrumenta, što su dva glavna dijela. Ključna tehnologija je otapanje uzorka i priprema za ispiranje.

Eksperimenti su pokazali da će u postupku pripreme uzorka težina uzorka, kombinacija reagensa, doza reagensa i čistoća reagensa imati važan utjecaj na rezultate ICP detekcije.

Količina korištenog kvarca visoke čistoće ≥2000 mg; čistoća reagensa je stupanj visoke čistoće (MOS ili BV-III), kombinacija reagensa je HF+HNO3; koncentrirana HNO3 koristi se u tri navrata, s ukupnom količinom ≥5mL; HF doza je 25mL.

U skladu s karakteristikama tehnologije obrade i zahtjevima čistoće kvarcnog pijeska visoke čistoće, čelična sita ne smiju se koristiti tijekom cijelog procesa pripreme uzorka kako bi se izbjegla kontaminacija željezom.

Osim toga, provođenje otapanja uzorka kvarca visoke čistoće i pripreme ispiranja u ultra čistim laboratorijskim uvjetima pomoći će u izbjegavanju onečišćenja zraka nečistoćama i smanjiti pogreške u detekciji.

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 Globalni qt. Contact us at contact@globalquartztube.com.