Խորը վերլուծություն. Ի՞նչ է բարձր մաքրության քվարցային տեխնոլոգիան:

Բարձր մաքրության քվարցը վերաբերում է քվարցային շարքի արտադրանքներին, որոնց SiO2 մաքրությունը գերազանցում է 99,9%: Այն սիլիցիումի արդյունաբերության բարձրակարգ արտադրանքի նյութական հիմքն է, որը լայնորեն օգտագործվում է այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են ֆոտոգալվանները, էլեկտրոնային տեղեկատվությունը, օպտիկական հաղորդակցությունը և էլեկտրալյումինեսցենտ աղբյուրները: Այն կարևոր դիրք և դեր ունի նոր նյութերի և նոր էներգիայի ռազմավարական զարգացող արդյունաբերություններում:

Ելնելով SiO2 մաքրությունից՝ այն կարելի է դասակարգել.

• Ցածր SiO2 ≥ 99,9% (3N)
• Միջին մասը՝ SiO2 ≥ 99,99% (4N)
• Բարձրակարգ SiO2 ≥ 99.998% (4N8)

Այն կարող է նաև դասակարգվել՝ հիմնվելով կեղտոտ տարրերի ընդհանուր քանակի վրա, ինչպիսիք են Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni և այլն, հետևյալի.

• Ցածր ≤ 1000×10^-6
• Միջին ≤ 100×10^-6
• Բարձրակարգ ≤ 20×10^-6

Բարձր մաքրության քվարցի յուրաքանչյուր աստիճանը կարելի է բաժանել սորտերի, ինչպիսիք են՝ 40-80 ցանց, 80-140 ցանց, 80-200 ցանց, 80-300 ցանց և այլն:

Բարձր մաքրության քվարցային տեխնոլոգիան համակարգված ինժեներական նախագիծ է, որը ներառում է բարձր մաքրության քվարցի հումքի ընտրության տեխնոլոգիա, մշակման տեխնոլոգիա, վերամշակման սարքավորումների տեխնոլոգիա և որակի ստուգման տեխնոլոգիա: Այս ասպեկտները և՛ անկախ են, և՛ փոխկապակցված՝ կազմելով համապարփակ տեխնոլոգիական ամբողջություն:

Սկզբում բարձր մաքրության քվարցը մշակվում էր առաջին և երկրորդ կարգի բնական բյուրեղներից։ Բնական բյուրեղները սովորաբար ձևավորվում են բյուրեղային խոռոչի միջավայրերում որոշակի երկրաբանական պայմաններում: Նրանց ծագման առանձնահատկությունը հանգեցնում է երկու բնորոշ թերությունների.

1. Փոքր պաշարներ և հանքարդյունաբերության վատ պայմաններ, որոնք տարիներ շարունակ զարգացումից և շահագործումից հետո անխուսափելիորեն հանգեցնում են ռեսուրսների սակավության, բարձր գների և լայնածավալ արդյունաբերական արտադրության կարիքները բավարարելու անկարողության:

2. Հանքային բյուրեղների քիմիական բաղադրությունը անկայուն է և ազդում է բյուրեղային միջավայրի փոփոխություններից: Սա հանգեցնում է հումքի քիմիական կազմի զգալի տատանումների լայնածավալ արդյունաբերական կիրառություններում, ինչը դժվարացնում է հումքի ստանդարտացումը և չի կարողանում բավարարել բարձրորակ, բարձր մաքրության քվարցային արտադրանքի կարիքները:

Այսպիսով, անհրաժեշտ է սկսել այլ քվարց հանքային ռեսուրսներից՝ հիմնովին լուծելու բարձր մաքրության քվարցի հումքի խնդիրը, որը հիմնական տեխնիկական մոտեցումն է ներքին և միջազգային մակարդակում։

1990-ականներին Ճապոնիան մշակում էր թափանցիկ բարձր մաքրության քվարցը՝ որպես հումք օգտագործելով մանրահատիկ քվարցիտ:

Ռուսաստանը և Գերմանիան մշակել են բարձր մաքրության քվարցը՝ որպես հումք օգտագործելով երակային քվարցը և մետամորֆային քվարցը:

1980-ականներին ամերիկյան PPCC ընկերությունը մշակել է բարձր մաքրության քվարց՝ օգտագործելով գրանիտը Անգլիայի հյուսիսարևմտյան ափի Ֆոքսդեյլի տարածքից՝ որպես արևմտաեվրոպական քվարցային ապակու հումք: Արտադրանքի SiO2 մաքրությունը եղել է 4N, Fe-ի պարունակությունը <1×10^-6, իսկ այլ կեղտոտ տարրի պարունակությունը՝ <5×10^-6:

Սկսած 1990-ականներից, ամերիկյան Unimin ընկերությունը սկսեց արդյունավետ կերպով մշակել և օգտագործել պեգմատիտ գրանիտը Հյուսիսային Կարոլինայի Spruce Pine տարածքում: Այն մշակել է բարձր մաքրության քվարցային շարքի արտադրանք, ինչպիսիք են IOTA-STD (ստանդարտ դասարան), IOTA-4, IOTA-6 և IOTA-8, գրեթե մենաշնորհելով միջազգային շուկան և դառնալով միջազգային ստանդարտ:

Ակնհայտ է, որ բացի բնական բյուրեղից, երակային քվարցից և գրանիտային քվարցից վերը նշված վեց ծագման մեջ, քվարց հանքային պաշարները իդեալական հումք են միջին և բարձրորակ բարձր մաքրության քվարցային արտադրանքի մշակման համար:

Ոչ բոլոր երակային քվարցը և գրանիտային քվարցը կարող են վերամշակվել բարձր մաքրության քվարցի՝ հաշվի առնելով մշակման տեխնոլոգիայի ներկա մակարդակը: Միայն շատ քչերը, նույնիսկ բացառիկ հազվադեպ, կարող են վերամշակվել բարձրորակ արտադրանքի:

Այսինքն, երակային քվարցի կամ գրանիտե քվարցի ընտրությունը միայն ճիշտ ընդհանուր ուղղություն է. այն չի լուծում կոնկրետ հումքի ընտրության առանցքային խնդիրը։

Հիմնական պատճառը երակային քվարցի և գրանիտի տարբեր ստորաբաժանված ծագման տեսակների առկայությունն է՝ հանքաքար առաջացնող երկրաբանական պայմանների ազդեցության տակ։ Զգալի տարբերություններ կան նաև նույն ծագման տիպի երակային քվարցի և գրանիտի միներալոգիայի, քարագիտության և հանքաքարի հանքավայրերի բնութագրերի մեջ:

Ըստ տեղեկությունների՝ ամերիկյան Unimin ընկերությունը խիստ ընտրողական է բարձր մաքրության քվարցային հումքի նկատմամբ և ունի խիստ պահանջներ։

Unimin Quartz հումքի ընտրության չափանիշները. մեկը քվարցն է բյուրեղային կառուցվածքում նվազագույն աղտոտվածությամբ, ինչպիսիք են IOTA-STD ալյումինի պարունակությունը (14-18)×10^-6, IOTA-4 ալյումինի պարունակությունը (8-10)×10^ -6; մյուսը քվարցն է՝ ավելի քիչ գազահեղուկ ներդիրներով, ինչպիսիք են պեգմատիտ գրանիտը և բյուրեղը:

Ցույց է տրվել, որ հումքի մեջ կեղտոտ տարրերի պարունակությունը պարզապես չի համապատասխանում դրա որակին։ Փոխարենը, այն վերաբերում է հումքի գործընթացի հանքաբանական բնութագրերով որոշվող կեղտերի ընտրողականությանը: Օրինակ, չնայած ԱՄՆ-ում Spruce Pine պեգմատիտային ապարների նմուշներում բարձր կեղտոտ տարրերի պարունակությանը, դրանք օգտագործվում են որպես հումք IOTA-ի բարձրորակ արտադրանքի համար:

Ներկայումս բարձր մաքրության քվարցի մշակման հիմնական տեխնոլոգիաները ներառում են աստիճանավորումը, մաքրումը, քիմիական թթվային տարրալվացումը, ֆլոտացիան (և ֆտոր պարունակող, և ոչ ֆլոտացիա), ինքնահոս տարանջատումը, մագնիսական տարանջատումը, քլորացված թրծումը և մանրէաբանական տարրալվացումը: Օգտագործված հումքը ներառում է երակային քվարց, պեգմատիտ գրանիտ, քվարցիտ և քվարց ավազաքար:

Երակային քվարցը մագմատիկ-հիդրոջերմային երակ է՝ կապված գրանիտի հետ, հիմնականում անկանոն երակային ձևերով։ Երակային քվարցը մաքուր սպիտակ է՝ յուղոտ փայլով և բարձր մաքրությամբ, որի SiO2 պարունակությունը գերազանցում է 99%: Չինաստանում երակային քվարցի հանքերը հիմնականում տեղակայված են այնպիսի տարածքներում, ինչպիսիք են Ցզյանսու Դոնհայը, Սիչուանը, Հեյլունցզյանը, Հուբեյը և այլն։ երկիր։

Քվարցիտը ձևավորվում է սիլիցիումային ապարներից կամ քվարցային ավազաքարերից մի շարք կերպարանափոխությունների և ջերմային շփման միջոցով, ընդ որում քվարցի հանքային պարունակությունը սովորաբար գերազանցում է 85%: Այն հաճախ կապված է տուրմալինի, ցիրկոնի, միկայի, դաշտային սպաթի և կավե հանքանյութերի հետ՝ ավելի բարձր կարծրությամբ և խտությամբ, քան քվարցային ավազաքարինը։ Քվարցիտի հանքավայրերը տարածված են Ցինհայում, Անհույում, Լիաոնինգում, Շանսիում և այլն, և հանդիսանում են Չինաստանի սիլիցիումային հանքային հումքի հիմնական աղբյուրներից մեկը։

Քվարց ավազաքարը համախմբված կլաստի ապար է, որի 95%-ից ավելի քվարցի բեկորների պարունակությունը: Այն հաճախ կապված է տուրմալինի, ռուտիլի, մագնետիտի, միկայի, դաշտային սպաթի և կավե հանքանյութերի հետ: Չինաստանում քվարց ավազաքարերի հանքերը տարածված են Սիչուանում, Հունանում, Ցզյանսուում, Չժեցզյանում, Յունանում, Շանդունում և այլն: Դրանք հիմնական հումքն են ապակու, կերամիկայի, ձուլման և այլ քվարցային արդյունաբերական օգտակար հանածոների և նյութերի մշակման համար:

Ամերիկյան Unimin TOTA սերիայի բարձր մաքրության քվարցային ավազի հումքը պեգմատիտ գրանիտն է: Այնուամենայնիվ, այս ոլորտում հետազոտությունները կարող են ավելի ուժեղ լինել Չինաստանում, և պեգմատիտ գրանիտից բարձր մաքրության քվարց ավազի մշակման ոլորտում ոչ մի ձեռքբերում չի գրանցվել:

Համեմատած ընդհանուր օգտակար հանածոների վերամշակման ճարտարագիտության հետ, բարձր մաքրության քվարց ավազի մշակման սարքավորումն ունի հետևյալ բնութագրերը.

Թթվային տարրալվացումը և ջրի լվացումը կարևոր օղակներ են բարձր մաքրության քվարց ավազի մշակման տեխնոլոգիայի մեջ: Բարձր մաքրության քվարցում SiO2-ի մաքրության չափազանց բարձր պահանջների և անմաքրության տարրերի ցածր պարունակության պատճառով օգտագործվող թթուների և ջրի մաքրությունը պետք է համապատասխանի համապատասխան պահանջներին. հակառակ դեպքում դժվար է որակյալ արտադրանք արտադրել։

Տաք թթվային տարրալվացումը առանցքային դեր է խաղում բարձր մաքրության քվարցի մաքրման գործընթացում: Քվարցի կարևոր քիմիական հատկություններից է գերազանց թթվային դիմադրությունը (բացառությամբ HF-ի), մինչդեռ հանքաքարի այլ մետաղական կեղտոտ բաղադրիչները սովորաբար ունեն թթվային անբավարար դիմադրություն: Այս էֆեկտն ավելի արտահայտված է որոշակի ջերմաստիճանային պայմաններում:

Բարձր մաքրության քվարցի մշակման թթվային տարրալվացման տեխնոլոգիան օգտագործում է այս սկզբունքը քիմիական մաքրման հասնելու համար: Ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ համապատասխան թթվային բանաձևի օգտագործումը՝ ըստ հանքային հումքի բնութագրերի, կարող է ավելի լավ հեռացնել մետաղական միներալները, երկաթ պարունակող հանքանյութերը, կարբոնատային միներալները և բարակ թաղանթային երկաթը հումքի քվարցային մասնիկների միջև:

Եթե որոշակի քանակությամբ HF թթու ավելացվում է թթվային բանաձևի համադրությանը, այն ավելի լավ է ազդում հումքի հետքի միկայի և ֆելդսպարի կեղտերի հեռացման վրա: Հետևաբար, հաճախ օգտագործվում են ուժեղ քայքայիչ ռեակտիվներ, ինչպիսիք են տաք թթուն և HF թթուն:

Պրակտիկան ապացուցել է, որ բարձր մաքրության քվարցի մաքրման մշակման ժամանակ հումքի հետ շփվող ցանկացած նյութ, օրինակ՝ տարաները, էապես ազդում են նմուշների որակի վրա: Բարձր մաքրության քվարցային ավազի բոլոր մշակման օղակներում նյութերի ստանդարտների խիստ վերահսկումը որակի ապահովման բանալին է:

Բարձր մաքրության քվարցի SiO2 մաքրության բնութագրերը ապահովում են, որ արտադրական գործընթացում աղտոտվածություն չլինի: Այնուամենայնիվ, երկար մշակման հոսքի և բարձր մաքրության քվարց ավազի բարդ տեխնոլոգիայի շնորհիվ հեշտ չէ ամբողջությամբ կնքել արտադրական գործընթացը:

Օդի փոշու աղտոտումը կանխելու համար պետք է խիստ պահանջներ դրվեն օդային միջավայրին արտադրության, փաթեթավորման, պահպանման և այլնի համար:

Անվտանգության բարձր պահանջներ. արտադրական գիծը, որը բաղկացած է ուժեղ քայքայիչ ռեակտիվներից, թունավոր գազերից (եթե օգտագործվում է քլորացված թրծում), բարձր ջերմաստիճաններից և այլն, պետք է ունենա ավելի բարձր արտադրության անվտանգության երաշխիքներ:

Վերոնշյալ գործընթացի պայմանների հատուկ բնույթը որոշում է բարձր մաքրության քվարցի մշակման արտադրության սարքավորումների բարձր պահանջները: Անվտանգ, էկոլոգիապես մաքուր, էներգախնայող և արդյունավետ արտադրական սարքավորումների ստեղծումը մասշտաբի և արդյունաբերականացման հիմնական պայմանն է:

Ամերիկյան Unimin IOTA-STD արտադրանքներում կեղտոտ տարրերի ընդհանուր պարունակությունը, ինչպիսիք են Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni և այլն, սովորաբար < 20× է: 10^-6, առավելագույն արժեքով < 22×10^-6: Նման բարձր մաքրության նյութերի համար քիմիական վերլուծության մեթոդները և ռենտգենյան ֆլուորեսցենտային սպեկտրոսկոպիան (XRF) դժվար է բավարարել որակի ստուգման պահանջները:

Մետաղական տարրերի, հատկապես հետքի մետաղական տարրերի հայտնաբերման համար ինդուկտիվ զուգակցված պլազմային օպտիկական արտանետումների սպեկտրոմետրիան (ICP-OES) ունի ամենաշատ առավելությունները՝ հայտնաբերման լավ սահմաններով, հայտնաբերման բարձր ճշգրտությամբ, կարճ ժամանակի սպառմամբ և բարձր զգայունությամբ: Ներկայումս ICP-OES-ը դարձել է բարձր մաքրության նյութերի հետքի քիմիական բաղադրիչների հայտնաբերման արդյունավետ մեթոդ:

ICP-ի հայտնաբերման տեխնոլոգիան բարձր մաքրության քվարցային տեխնոլոգիայի կարևոր աջակցություն և բաղադրիչ է, որն ունի գործնական և տեսական նշանակություն Չինաստանի բարձր մաքրության քվարցային տեխնոլոգիայի զարգացմանը նպաստելու համար:

Բարձր մաքրության քվարցն ունի կայուն ֆիզիկական և քիմիական հատկություններ, այնպիսի բնութագրերով, ինչպիսիք են ցածր կեղտոտ պարունակությունը և հանքաքարի դժվար լուծարումը: Բարձր մաքրության քվարցի հայտնաբերման նմուշների լուծարման և տարրալվացման գործընթացում ներգրավված հիմնական գործոնները ներառում են նմուշի քաշը, ռեագենտի համակցությունը, ռեագենտի դեղաչափը, ռեագենտի մաքրությունը և այլն:

Այս տեխնոլոգիան ներառում է նմուշի պատրաստում և գործիքի հայտնաբերում, որոնք երկու հիմնական մասեր են: Հիմնական տեխնոլոգիան նմուշի տարրալուծումն ու տարրալվացման նախապատրաստումն է:

Փորձերը ցույց են տվել, որ նմուշի պատրաստման գործընթացում նմուշի քաշը, ռեագենտի համակցությունը, ռեագենտի դեղաչափը և օգտագործվող ռեագենտի մաքրությունը կարևոր ազդեցություն կունենան ICP-ի հայտնաբերման արդյունքների վրա:

Օգտագործված բարձր մաքրության քվարցի քանակը ≥2000 մգ; ռեագենտի մաքրությունը բարձր մաքրության աստիճան է (MOS կամ BV-III), ռեագենտների համակցությունը՝ HF+HNO3; խտացված HNO3 օգտագործվում է երեք անգամ՝ ≥5 մլ ընդհանուր քանակով; HF-ի չափաբաժինը 25 մլ է:

Ըստ մշակման տեխնոլոգիայի բնութագրերի և բարձր մաքրության քվարց ավազի մաքրության պահանջների՝ պողպատե մաղերը չպետք է օգտագործվեն նմուշի պատրաստման ողջ գործընթացում՝ երկաթով աղտոտվածությունից խուսափելու համար:

Բացի այդ, բարձր մաքրության քվարցի նմուշի տարրալուծումը և տարրալվացման նախապատրաստումը ծայրահեղ մաքուր լաբորատոր պայմաններում կօգնի խուսափել օդի աղտոտվածությունից և նվազեցնել հայտնաբերման սխալները:

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