심층 분석: 고순도 석영 기술이란 무엇입니까?

고순도 석영은 SiO2 순도가 99.9%보다 큰 석영 시리즈 제품을 의미합니다. 이는 실리콘 산업의 고급 제품의 재료 기반이며 광전지, 전자 정보, 광통신 및 전계 발광 소스와 같은 산업에서 널리 사용됩니다. 신소재, 신에너지 등 전략적 신흥산업에서 중요한 위치와 역할을 담당하고 있습니다.

SiO2 순도를 기준으로 다음과 같이 분류할 수 있습니다.

• SiO2 ≥ 99.9%(3N)의 저가형
• SiO2 ≥ 99.99%(4N)의 미드엔드
• SiO2 ≥ 99.998%(4N8)를 갖춘 고급형

또한 Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni 등과 같은 불순물 원소의 총량을 기준으로 다음과 같이 분류할 수 있습니다.

• 저가형 ≤ 1000×10^-6
• 미드엔드 ≤ 100×10^-6
• 고급형 ≤ 20×10^-6

고순도 석영의 각 순도 등급은 40-80 메쉬, 80-140 메쉬, 80-200 메쉬, 80-300 메쉬 등과 같은 품종으로 나눌 수 있습니다.

고순도 석영기술은 고순도 석영 원료 선정 기술, 가공 기술, 가공 장비 기술, 품질 검사 기술 등을 포함하는 체계적인 엔지니어링 프로젝트입니다. 이러한 측면은 독립적이고 상호 연관되어 포괄적인 기술 전체를 형성합니다.

처음에는 1급 및 2급 천연 결정을 사용하여 고순도 석영을 가공했습니다. 천연 결정은 일반적으로 특정 지질 조건 하의 결정 공동 환경에서 형성됩니다. 그 발생의 특이성으로 인해 두 가지 본질적인 결함이 발생합니다.

1. 수년간의 개발 및 활용 이후 필연적으로 자원 부족, 높은 가격 및 대규모 산업 생산 수요를 충족시킬 수 없는 작은 매장량과 열악한 채굴 조건.

2. 광물 결정의 화학적 조성은 불안정하며 결정 환경의 변화에 영향을 받습니다. 이로 인해 대규모 산업 응용 분야에서 원료 화학 조성이 크게 변동되어 원료 표준화가 어려워지고 고급, 고순도 석영 제품 생산 요구를 충족할 수 없게 됩니다.

따라서 고순도 석영 원료 문제를 근본적으로 해결하기 위해서는 다른 석영 광물 자원부터 시작하는 것이 국내외적으로 기본적인 기술적 접근이 필요하다.

1990년대 일본에서는 세립질 규암을 원료로 투명한 고순도 석영을 가공했다.

러시아와 독일에서는 광맥석영과 변성규암을 원료로 하여 고순도 석영을 가공하였다.

1980년대 미국 PPCC사는 영국 북서해안 폭스데일 지역의 화강암을 서유럽 석영유리의 원료로 사용해 고순도 석영을 가공했다. 제품의 SiO2 순도는 4N, Fe 함량은 < 1×10^-6, 기타 불순물 원소 함량은 < 5×10^-6입니다.

1990년대부터 미국 회사인 유니민(Unimin)은 노스캐롤라이나 스프루스 파인(Spruce Pine) 지역의 페그마타이트 화강암을 효과적으로 개발하고 활용하기 시작했습니다. IOTA-STD(표준등급), IOTA-4, IOTA-6, IOTA-8 등 고순도 석영 시리즈 제품을 개발해 국제 시장을 거의 독점하며 국제 표준이 됐다.

위의 6가지 기원 중 천연 수정, 광맥 석영, 화강암 석영을 제외하고 석영 광물 자원은 중급 및 고급 고순도 석영 제품을 가공하는 데 이상적인 원료임이 분명합니다.

현재의 가공 기술 수준을 고려할 때 모든 정맥 석영 및 화강암 석영이 고순도 석영으로 가공될 수 있는 것은 아닙니다. 아주 극소수만이 고급 제품으로 가공될 수 있습니다.

즉, 정맥 석영이나 화강암 석영을 선택하는 것은 올바른 일반적인 방향일 뿐입니다. 이는 특정 원자재 선택의 핵심 문제를 해결하지 못합니다.

주된 이유는 광석 형성 지질 조건에 영향을 받아 다양한 세분화된 기원 유형의 석영과 화강암이 존재하기 때문입니다. 동일한 기원 유형의 석영과 화강암의 광물학, 암석학 및 광상 퇴적 특성에도 상당한 차이가 있습니다.

보도에 따르면 미국 회사인 Unimin은 고순도 석영 원료에 대해 매우 까다롭고 엄격한 요구 사항을 가지고 있다고 합니다.

Unimin 석영 원료 선택 기준: 하나는 IOTA-STD 알루미늄 함량(14-18)×10^-6, IOTA-4 알루미늄 함량(8-10)×10^과 같은 결정 구조에서 불순물이 가장 적은 석영입니다. -6; 다른 하나는 페그마타이트 화강암 및 수정과 같은 기액 함유물이 적은 석영입니다.

원재료의 불순물 함량이 단순히 품질과 일치하는 것은 아닌 것으로 나타났습니다. 대신 이는 원료의 공정 광물학적 특성에 따라 결정되는 불순물의 선택성과 관련이 있습니다. 예를 들어, 미국의 스프루스 파인(Spruce Pine) 페그마타이트 암석 샘플의 불순물 원소 함량이 높음에도 불구하고 IOTA의 고급 제품의 원료로 사용됩니다.

현재 고순도 석영의 주요 가공기술로는 등급분리, 스크러빙, 화학적 산침출, 부유선광(불소함유 및 비불소 부유선광 모두), 중력분리, 자력분리, 염소화 배소, 미생물 침출 등이 있다. 사용되는 원료에는 정맥 석영, 페그마타이트 화강암, 규암 및 석영 사암이 포함됩니다.

정맥 석영은 화강암과 관련된 마그마-열수 정맥으로, 대부분 불규칙한 정맥 형태입니다. 정맥 석영은 기름진 광택과 순도가 높은 순백색이며 SiO2 함량이 99%를 초과합니다. 중국의 광맥 석영 광산은 주로 장쑤성 동해, 쓰촨성, 흑룡강성, 호북성 등 지역에 위치해 있습니다. 호북성 치춘현의 석영석 매장량은 1억 톤을 초과하고 실리콘 함량은 99.98% 이상으로 세계 1위를 차지하고 있습니다. 국가.

규암은 일련의 변성 및 열 접촉을 통해 규산암 또는 석영 사암으로 형성되며, 석영 광물 함량은 일반적으로 85%를 초과합니다. 이는 석영 사암보다 경도와 밀도가 더 높은 전기석, 지르콘, 운모, 장석 및 점토 광물과 관련되는 경우가 많습니다. 규암광산은 칭하이(靑海), 안후이(安徽), 요녕(遼寧), 산시(陝西) 등에 분포되어 있으며 중국 규산광물 원료의 주요 공급원 중 하나이다.

석영 사암은 석영 조각 함량이 95% 이상인 통합된 쇄설암입니다. 이는 종종 전기석, 금홍석, 자철광, 운모, 장석 및 점토 광물과 관련이 있습니다. 중국에서는 석영 사암 광산이 쓰촨성, 후난성, 강소성, 저장성, 윈난성, 산동성 등에 분포되어 있습니다. 이는 유리, 도자기, 주조 및 기타 석영 산업 광물 및 재료를 가공하는 주요 원료입니다.

American Unimin TOTA 시리즈 고순도 석영사의 원료는 페그마타이트 화강암입니다. 그러나 이 분야에 대한 연구는 중국에서 더 강력할 수 있으며 페그마타이트 화강암에서 고순도 석영사를 처리하는 데 보고된 성과는 없습니다.

일반 광물 처리 공학과 비교하여 고순도 석영사 처리 장비는 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다.

산 침출과 물 세척은 고순도 석영사 가공 기술의 중요한 연결 고리입니다. SiO2 순도 요구 사항이 매우 높고 고순도 석영의 불순물 원소 함량이 낮기 때문에 사용되는 산과 물의 순도는 해당 요구 사항을 충족해야 합니다. 그렇지 않으면 자격을 갖춘 제품을 생산하기가 어렵습니다.

열산 침출은 고순도 석영의 정제 공정에서 핵심적인 역할을 합니다. 석영의 중요한 화학적 특성 중 하나는 우수한 내산성(HF 제외)이지만, 광석의 다른 금속 불순물 성분은 일반적으로 내산성이 낮습니다. 이 효과는 특정 온도 조건에서 더욱 두드러집니다.

고순도 석영 가공 산 침출 기술은 이 원리를 활용하여 화학적 정제를 달성합니다. 연구에 따르면 광물 원료의 특성에 따라 적절한 산성 제제를 사용하면 원료의 석영 입자 사이에 있는 금속 광물, 철 함유 광물, 탄산염 광물 및 박막 철을 더 잘 제거할 수 있는 것으로 나타났습니다.

산성 배합물에 일정량의 HF 산을 첨가하면 원료의 미량 운모 및 장석 불순물을 제거하는 데 더 나은 효과가 있습니다. 따라서 뜨거운 산, HF 산과 같은 강한 부식성 시약이 자주 사용됩니다.

고순도 석영의 정제 공정에서 용기와 같이 원료와 접촉하는 모든 물질이 샘플의 품질에 큰 영향을 미치는 것이 실무를 통해 입증되었습니다. 고순도 석영사의 모든 가공 링크에서 재료 표준을 엄격하게 관리하는 것이 품질 보장의 핵심입니다.

고순도 석영 SiO2 순도의 특성으로 인해 생산 과정에서 오염이 발생하지 않습니다. 그러나 고순도 석영사의 긴 처리 흐름과 복잡한 기술로 인해 생산 공정을 완전히 밀봉하는 것은 쉽지 않습니다.

대기 먼지 오염을 방지하려면 생산, 포장, 보관 등의 대기 환경에 엄격한 요구 사항이 적용되어야 합니다.

높은 안전 요구 사항: 강한 부식성 시약, 독성 가스(염소 로스팅을 사용하는 경우), 고온 등으로 구성된 생산 라인은 더 높은 생산 안전을 보장해야 합니다.

위 공정 조건의 특수한 특성으로 인해 고순도 석영 가공 생산 장비에 대한 높은 요구 사항이 결정됩니다. 안전하고 친환경적이며 에너지를 절약하고 효율적인 생산 장비를 개발하는 것은 규모화와 산업화를 실현하기 위한 핵심 조건입니다.

미국 Unimin IOTA-STD 제품에서 Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni 등과 같은 불순물 원소의 총 함량은 일반적으로 < 20×입니다. 10^-6, 최대값 < 22×10^-6. 이러한 고순도 물질의 경우 화학 분석 방법과 X선 형광 분광법(XRF)으로는 품질 검사 요구 사항을 충족하기 어렵습니다.

금속 원소, 특히 미량 금속 원소의 검출을 위해서는 유도 결합 플라즈마 광 방출 분광법(ICP-OES)이 가장 좋은 장점을 갖고 있으며, 검출 한계가 우수하고 검출 정확도가 높으며 소비 시간이 짧고 감도가 높습니다. 현재 ICP-OES는 고순도 물질의 미량 화학 성분을 검출하는 효과적인 방법이 되었습니다.

ICP 검출 기술은 고순도 석영 기술의 중요한 지원이자 구성 요소이며, 이는 중국의 고순도 석영 기술 발전을 촉진하는 데 실용적이고 이론적으로 중요한 의미를 갖습니다.

고순도 석영은 불순물 함량이 낮고 광석 용해가 어려운 등 안정적인 물리적, 화학적 특성을 가지고 있습니다. 고순도 석영 검출 시료를 용해 및 침출하는 과정에서 관련된 기본 요소에는 시료 중량, 시약 조합, 시약 투여량, 시약 순도 등이 포함됩니다.

이 기술에는 두 가지 주요 부분인 시료 준비 및 기기 감지가 포함됩니다. 핵심 기술은 시료의 용해 및 침출 준비입니다.

실험에 따르면 시료 준비 과정에서 사용된 시료 중량, 시약 조합, 시약 투여량 및 시약 순도가 ICP 검출 결과에 중요한 영향을 미치는 것으로 나타났습니다.

고순도 석영의 양은 ≥2000mg을 사용했습니다. 시약 순도는 고순도 등급(MOS 또는 BV-III)이고 시약 조합은 HF+HNO3입니다. 농축된 HNO3는 3회 사용되며 총량은 5mL 이상입니다. HF 복용량은 25mL입니다.

고순도 석영사의 처리 기술 특성 및 순도 요구 사항에 따라 철 오염을 방지하기 위해 전체 시료 준비 과정에서 강철 체를 사용해서는 안 됩니다.

또한, 초청정 실험실 조건에서 고순도 석영 시료 용해 및 침출 준비를 수행하면 공기 불순물 오염을 방지하고 검출 오류를 줄이는 데 도움이 됩니다.

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