Analisis Mendalam: Apakah Teknologi Kuarza Ketulenan Tinggi?

Kuarza ketulenan tinggi merujuk kepada produk siri kuarza dengan ketulenan SiO2 lebih besar daripada 99.9%. Ia adalah asas material produk mewah dalam industri silikon, digunakan secara meluas dalam industri seperti fotovoltaik, maklumat elektronik, komunikasi optik dan sumber pencerahan elektro. Ia memegang jawatan dan peranan penting dalam industri baru muncul strategik bahan baharu dan tenaga baharu.

Berdasarkan ketulenan SiO2, ia boleh dikelaskan kepada:

• Rendah dengan SiO2 ≥ 99.9% (3N)
• Bahagian tengah dengan SiO2 ≥ 99.99% (4N)
• Tertinggi dengan SiO2 ≥ 99.998% (4N8)

Ia juga boleh dikelaskan berdasarkan jumlah unsur kekotoran seperti Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni, dll., kepada:

• Rendah ≤ 1000×10^-6
• Bahagian tengah ≤ 100×10^-6
• Tertinggi ≤ 20×10^-6

Setiap gred ketulenan kuarza ketulenan tinggi boleh dibahagikan kepada jenis seperti 40-80 mesh, 80-140 mesh, 80-200 mesh, 80-300 mesh, dan sebagainya.

Teknologi kuarza ketulenan tinggi ialah projek kejuruteraan sistematik yang merangkumi teknologi pemilihan bahan mentah kuarza ketulenan tinggi, teknologi pemprosesan, teknologi peralatan pemprosesan dan teknologi pemeriksaan kualiti. Aspek-aspek ini adalah bebas dan saling berkaitan, membentuk keseluruhan teknologi yang komprehensif.

Pada mulanya, kuarza ketulenan tinggi diproses daripada kristal semula jadi gred pertama dan kedua. Kristal semulajadi biasanya terbentuk dalam persekitaran rongga kristal di bawah keadaan geologi tertentu. Kekhususan genesis mereka menghasilkan dua kekurangan yang wujud:

1. Rizab yang kecil dan keadaan perlombongan yang lemah, yang, selepas bertahun-tahun pembangunan dan penggunaan, tidak dapat dielakkan membawa kepada kekurangan sumber, harga yang tinggi, dan ketidakupayaan untuk memenuhi keperluan pengeluaran perindustrian berskala besar.

2. Komposisi kimia hablur mineral tidak stabil dan dipengaruhi oleh perubahan persekitaran kristal. Ini membawa kepada turun naik yang ketara dalam komposisi kimia bahan mentah dalam aplikasi perindustrian berskala besar, menjadikan penyeragaman bahan mentah sukar dan tidak dapat memenuhi keperluan pengeluaran produk kuarza ketulenan tinggi yang tinggi.

Oleh itu, adalah perlu untuk bermula dengan sumber mineral kuarza lain untuk menyelesaikan masalah bahan mentah kuarza ketulenan tinggi secara asas, yang merupakan pendekatan teknikal asas di dalam dan di peringkat antarabangsa.

Pada tahun 1990-an, Jepun memproses kuarza telus ketulenan tinggi menggunakan kuarzit berbutir halus sebagai bahan mentah.

Rusia dan Jerman memproses kuarza ketulenan tinggi menggunakan kuarza urat dan kuarzit metamorfik sebagai bahan mentah.

Pada tahun 1980-an, syarikat Amerika PPCC memproses kuarza ketulenan tinggi menggunakan granit dari kawasan Foxdale di pantai barat laut England sebagai bahan mentah untuk kaca kuarza Eropah Barat. Ketulenan SiO2 produk ialah 4N, kandungan Fe < 1×10^-6, dan kandungan unsur kekotoran lain < 5×10^-6.

Bermula pada tahun 1990-an, syarikat Amerika Unimin mula membangunkan dan menggunakan granit pegmatit di kawasan Spruce Pine di North Carolina dengan berkesan. Ia telah membangunkan produk siri kuarza ketulenan tinggi seperti IOTA-STD (gred standard), IOTA-4, IOTA-6, dan IOTA-8, hampir memonopoli pasaran antarabangsa dan menjadi piawaian antarabangsa.

Terbukti bahawa selain daripada kristal asli, kuarza urat dan kuarza granit antara enam genesis di atas, sumber mineral kuarza adalah bahan mentah yang sesuai untuk memproses produk kuarza ketulenan tinggi pertengahan dan mewah.

Tidak semua kuarza urat dan kuarza granit boleh diproses menjadi kuarza ketulenan tinggi, memandangkan tahap teknologi pemprosesan semasa. Hanya sedikit, malah sangat jarang, boleh diproses menjadi produk mewah.

Iaitu, memilih kuarza urat atau kuarza granit hanyalah arah umum yang betul; ia tidak menyelesaikan isu utama pemilihan bahan mentah tertentu.

Sebab utama ialah kewujudan pelbagai jenis genesis yang dibahagikan kepada kuarza dan granit urat, dipengaruhi oleh keadaan geologi pembentuk bijih. Terdapat juga perbezaan yang ketara dalam mineralogi, petrologi, dan ciri-ciri deposit bijih kuarza urat dan granit daripada jenis genesis yang sama.

Menurut laporan, syarikat Amerika Unimin sangat selektif mengenai bahan mentah kuarza ketulenan tinggi dan mempunyai keperluan yang ketat.

Kriteria Pemilihan Bahan Mentah Kuarza Unimin: Satu ialah kuarza dengan kekotoran paling sedikit dalam struktur kristal, seperti kandungan aluminium IOTA-STD (14-18)×10^-6, kandungan aluminium IOTA-4 (8-10)×10^ -6; yang satu lagi ialah kuarza dengan sedikit kemasukan gas-cecair, seperti granit pegmatit dan kristal.

Telah ditunjukkan bahawa kandungan unsur kekotoran dalam bahan mentah tidak hanya sepadan dengan kualitinya. Sebaliknya, ia berkaitan dengan selektiviti kekotoran yang ditentukan oleh ciri-ciri mineralogi proses bahan mentah. Sebagai contoh, walaupun kandungan unsur kekotoran yang tinggi dalam sampel batuan pegmatit Spruce Pine di Amerika Syarikat, ia digunakan sebagai bahan mentah untuk produk mewah IOTA.

Pada masa ini, teknologi pemprosesan utama untuk kuarza ketulenan tinggi termasuk penggredan, menggosok, larut lesap asid kimia, pengapungan (kedua-dua pengapungan yang mengandungi fluorin dan bukan fluorin), pemisahan graviti, pengasingan magnet, pemanggangan pengklorinan dan larut lesap mikrob. Bahan mentah yang digunakan termasuk kuarza urat, granit pegmatit, kuarzit, dan batu pasir kuarza.

Kuarza urat ialah urat magmatik-hidroterma yang berkaitan dengan granit, kebanyakannya dalam bentuk urat yang tidak teratur. Kuarza urat berwarna putih tulen dengan kilauan berminyak dan ketulenan tinggi, dengan kandungan SiO2nya melebihi 99%. Di China, lombong kuarza urat terutamanya terletak di kawasan seperti Jiangsu Donghai, Sichuan, Heilongjiang, Hubei, dll. Daerah Qichun Provinsi Hubei mempunyai rizab batu kuarza melebihi 100 juta tan dengan kandungan silikon lebih daripada 99.98%, menduduki tempat pertama dalam negara.

Kuartzit terbentuk daripada batu silika atau batu pasir kuarza melalui satu siri metamorfosis dan sentuhan haba, dengan kandungan mineral kuarza secara amnya melebihi 85%. Ia sering dikaitkan dengan turmalin, zirkon, mika, feldspar, dan mineral tanah liat, dengan kekerasan dan ketumpatan lebih tinggi daripada batu pasir kuarza. Lombong kuarzit diedarkan di Qinghai, Anhui, Liaoning, Shaanxi, dan lain-lain, dan merupakan salah satu sumber utama bahan mentah mineral silika di China.

Batu pasir kuarza ialah batu klastik yang disatukan dengan kandungan serpihan kuarza lebih daripada 95%. Ia sering dikaitkan dengan turmalin, rutil, magnetit, mika, feldspar, dan mineral tanah liat. Di China, lombong batu pasir kuarza diedarkan di Sichuan, Hunan, Jiangsu, Zhejiang, Yunnan, Shandong, dan lain-lain. Mereka adalah bahan mentah utama untuk memproses kaca, seramik, tuangan dan mineral dan bahan industri kuarza yang lain.

Bahan mentah untuk pasir kuarza ketulenan tinggi siri Unimin TOTA Amerika ialah granit pegmatit. Walau bagaimanapun, penyelidikan dalam bidang ini mungkin lebih kukuh di China, dan tiada pencapaian yang dilaporkan telah dibuat dalam memproses pasir kuarza ketulenan tinggi daripada granit pegmatit.

Berbanding dengan kejuruteraan pemprosesan mineral am, peralatan pemprosesan pasir kuarza ketulenan tinggi mempunyai ciri-ciri berikut:

Pencairan asid dan pencucian air adalah pautan penting dalam teknologi pemprosesan pasir kuarza ketulenan tinggi. Oleh kerana keperluan ketulenan SiO2 yang sangat tinggi dan kandungan unsur kekotoran yang rendah dalam kuarza ketulenan tinggi, ketulenan asid dan air yang digunakan mesti memenuhi keperluan yang sepadan; jika tidak, sukar untuk menghasilkan produk yang layak.

Pencairan asid panas memainkan peranan penting dalam pemprosesan penulenan kuarza ketulenan tinggi. Salah satu sifat kimia kuarza yang penting ialah rintangan asid yang sangat baik (kecuali HF), manakala komponen kekotoran logam lain dalam bijih umumnya mempunyai rintangan asid yang lemah. Kesan ini lebih ketara dalam keadaan suhu tertentu.

Teknologi larut lesap asid pemprosesan kuarza ketulenan tinggi menggunakan prinsip ini untuk mencapai penulenan kimia. Kajian telah menunjukkan bahawa menggunakan formula asid yang sesuai mengikut ciri-ciri bahan mentah mineral boleh menghilangkan mineral logam, mineral yang mengandungi besi, mineral karbonat, dan besi filem nipis di antara zarah kuarza dalam bahan mentah dengan lebih baik.

Jika sejumlah asid HF ditambah kepada gabungan formula asid, ia mempunyai kesan yang lebih baik untuk menghilangkan kekotoran mika surih dan feldspar dalam bahan mentah. Oleh itu, reagen menghakis yang kuat seperti asid panas dan asid HF sering digunakan.

Amalan telah membuktikan bahawa dalam pemprosesan penulenan kuarza ketulenan tinggi, sebarang bahan yang bersentuhan dengan bahan mentah, seperti bekas, memberi kesan ketara kepada kualiti sampel. Kawalan ketat terhadap piawaian bahan dalam semua pautan pemprosesan pasir kuarza ketulenan tinggi adalah kunci untuk memastikan kualiti.

Ciri-ciri ketulenan SiO2 kuarza ketulenan tinggi memastikan tiada pencemaran semasa proses pengeluaran. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh aliran pemprosesan yang panjang dan teknologi kompleks pasir kuarza ketulenan tinggi, tidak mudah untuk menutup sepenuhnya proses pengeluaran.

Untuk mengelakkan pencemaran habuk udara, keperluan ketat mesti dikenakan ke atas persekitaran udara untuk pengeluaran, pembungkusan, penyimpanan, dll.

Keperluan Keselamatan Tinggi: Barisan pengeluaran yang terdiri daripada reagen menghakis yang kuat, gas toksik (jika pemanggang pengklorinan digunakan), suhu tinggi, dsb., mesti mempunyai jaminan keselamatan pengeluaran yang lebih tinggi.

Sifat istimewa keadaan proses di atas menentukan keperluan tinggi untuk peralatan pengeluaran pemprosesan kuarza ketulenan tinggi. Membangunkan peralatan pengeluaran yang selamat, mesra alam, penjimatan tenaga dan cekap adalah syarat utama untuk merealisasikan skala dan perindustrian.

Jumlah kandungan unsur kekotoran seperti Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni, dll., dalam produk Unimin IOTA-STD Amerika biasanya < 20× 10^-6, dengan nilai maksimum < 22×10^-6. Bagi bahan ketulenan tinggi tersebut, kaedah analisis kimia dan spektroskopi pendarfluor sinar-X (XRF) sukar untuk memenuhi keperluan pemeriksaan kualitinya.

Untuk pengesanan unsur logam, terutamanya unsur logam surih, spektrometri pelepasan optik plasma (ICP-OES) berganding induktif mempunyai kelebihan yang paling banyak, dengan had pengesanan yang baik, ketepatan pengesanan yang tinggi, penggunaan masa yang singkat dan kepekaan yang tinggi. Pada masa ini, ICP-OES telah menjadi kaedah yang berkesan untuk mengesan komponen kimia surih bahan ketulenan tinggi.

Teknologi pengesanan ICP ialah sokongan dan komponen penting teknologi kuarza ketulenan tinggi, yang mempunyai kepentingan praktikal dan teori untuk mempromosikan pembangunan teknologi kuarza ketulenan tinggi China.

Kuarza ketulenan tinggi mempunyai sifat fizikal dan kimia yang stabil, dengan ciri-ciri seperti kandungan kekotoran yang rendah dan pembubaran bijih yang sukar. Dalam proses melarutkan dan mencairkan sampel pengesanan kuarza ketulenan tinggi, faktor asas yang terlibat termasuk berat sampel, gabungan reagen, dos reagen, ketulenan reagen, dsb.

Teknologi ini termasuk penyediaan sampel dan pengesanan instrumen, yang merupakan dua bahagian utama. Teknologi utama ialah penyediaan pembubaran dan larut lesap sampel.

Eksperimen telah menunjukkan bahawa dalam proses penyediaan sampel, berat sampel, gabungan reagen, dos reagen, dan ketulenan reagen yang digunakan akan memberi kesan penting kepada keputusan pengesanan ICP.

Jumlah kuarza ketulenan tinggi yang digunakan ≥2000mg; ketulenan reagen ialah gred ketulenan tinggi (MOS atau BV-III), gabungan reagen ialah HF+HNO3; HNO3 pekat digunakan dalam tiga kali, dengan jumlah keseluruhan ≥5mL; Dos HF ialah 25mL.

Mengikut ciri teknologi pemprosesan dan keperluan ketulenan pasir kuarza ketulenan tinggi, ayak keluli tidak boleh digunakan sepanjang keseluruhan proses penyediaan sampel untuk mengelakkan pencemaran besi.

Selain itu, menjalankan pelarutan sampel kuarza ketulenan tinggi dan penyediaan larut lesap dalam keadaan makmal ultra-bersih akan membantu mengelakkan pencemaran kekotoran udara dan mengurangkan ralat pengesanan.

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.