Diepgaande analyse: wat is hoogzuivere kwartstechnologie?

Hoogzuiver kwarts verwijst naar producten uit de kwartsserie met een SiO2-zuiverheid groter dan 99,9%. Het is de materiële basis van hoogwaardige producten in de siliciumindustrie, die veel worden gebruikt in industrieën zoals fotovoltaïsche energie, elektronische informatie, optische communicatie en elektroluminescerende bronnen. Het bekleedt een belangrijke positie en rol in de strategische opkomende industrieën van nieuwe materialen en nieuwe energie.

Op basis van de zuiverheid van SiO2 kan het worden ingedeeld in:

• Low-end met SiO2 ≥ 99,9% (3N)
• Middenklasse met SiO2 ≥ 99.99% (4N)
• Hoogwaardig met SiO2 ≥ 99.998% (4N8)

Het kan ook worden geclassificeerd op basis van de totale hoeveelheid onzuiverheidselementen zoals Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni, enz., in:

• Laag segment ≤ 1000×10^-6
• Middenklasse ≤ 100×10^-6
• Hoogwaardig ≤ 20×10^-6

Elke zuiverheidsgraad van hoogzuiver kwarts kan worden onderverdeeld in variëteiten zoals 40-80 mesh, 80-140 mesh, 80-200 mesh, 80-300 mesh, enzovoort.

Hoogzuivere kwartstechnologie is een systematisch engineeringproject dat de selectietechnologie van hoogzuivere kwartsgrondstoffen, verwerkingstechnologie, verwerkingsapparatuurtechnologie en kwaliteitscontroletechnologie omvat. Deze aspecten zijn zowel onafhankelijk als onderling verbonden en vormen een alomvattend technologisch geheel.

Aanvankelijk werd hoogzuiver kwarts verwerkt uit natuurlijke kristallen van de eerste en tweede kwaliteit. Natuurlijke kristallen worden gewoonlijk onder bepaalde geologische omstandigheden gevormd in kristalholten. De specificiteit van hun ontstaan resulteert in twee inherente tekortkomingen:

1. Kleine reserves en slechte mijnbouwomstandigheden, die na jaren van ontwikkeling en gebruik onvermijdelijk leiden tot schaarste van hulpbronnen, hoge prijzen en een onvermogen om aan de behoeften van grootschalige industriële productie te voldoen.

2. De chemische samenstelling van minerale kristallen is onstabiel en wordt beïnvloed door veranderingen in de kristallijne omgeving. Dit leidt tot aanzienlijke schommelingen in de chemische samenstelling van grondstoffen bij grootschalige industriële toepassingen, waardoor standaardisatie van grondstoffen moeilijk wordt en niet in staat is om te voldoen aan de behoeften van hoogwaardige, zeer zuivere kwartsproductproductie.

Het is dus noodzakelijk om te beginnen met andere minerale bronnen van kwarts om het probleem van de hoogzuivere kwartsgrondstoffen fundamenteel op te lossen, wat de technische basisbenadering is in binnen- en buitenland.

In de jaren negentig verwerkte Japan transparant, zeer zuiver kwarts met fijnkorrelig kwartsiet als grondstof.

Rusland en Duitsland verwerkten zeer zuiver kwarts met behulp van aderkwarts en metamorf kwartsiet als grondstoffen.

In de jaren tachtig verwerkte het Amerikaanse bedrijf PPCC hoogzuiver kwarts met behulp van graniet uit het Foxdale-gebied aan de noordwestkust van Engeland als grondstof voor West-Europees kwartsglas. De SiO2-zuiverheid van het product was 4N, het Fe-gehalte < 1×10^-6 en de inhoud van andere onzuiverheidselementen <5×10^-6.

Vanaf de jaren negentig begon het Amerikaanse bedrijf Unimin het pegmatietgraniet in het Spruce Pine-gebied van North Carolina effectief te ontwikkelen en te gebruiken. Het heeft producten uit de kwartsserie met een hoge zuiverheid ontwikkeld, zoals IOTA-STD (standaardkwaliteit), IOTA-4, IOTA-6 en IOTA-8, waardoor de internationale markt bijna wordt gemonopoliseerd en de internationale standaard wordt.

Het is duidelijk dat kwartsminerale hulpbronnen, afgezien van natuurlijk kristal, aderkwarts en granietkwarts uit de zes bovenstaande ontstaansgeschiedenis, ideale grondstoffen zijn voor de verwerking van midden- en hoogwaardige kwartsproducten met een hoge zuiverheidsgraad.

Niet alle aderkwarts en granietkwarts kunnen, gezien het huidige niveau van verwerkingstechnologie, worden verwerkt tot hoogzuiver kwarts. Slechts enkele daarvan, zelfs uitzonderlijk zeldzaam, kunnen worden verwerkt tot hoogwaardige producten.

Dat wil zeggen dat het kiezen van aderkwarts of granietkwarts alleen de juiste algemene richting is; het lost het kernprobleem van de specifieke grondstoffenselectie niet op.

De belangrijkste reden is het bestaan van verschillende onderverdeelde soorten aderkwarts en graniet, beïnvloed door de ertsvormende geologische omstandigheden. Er zijn ook significante verschillen in de mineralogie, petrologie en ertsafzettingskenmerken van aderkwarts en graniet van hetzelfde ontstaanstype.

Volgens berichten is het Amerikaanse bedrijf Unimin zeer selectief wat betreft hoogzuivere kwartsgrondstoffen en stelt het strenge eisen.

Unimin Quartz Grondstofselectiecriteria: Een daarvan is kwarts met de minste onzuiverheden in de kristalstructuur, zoals IOTA-STD aluminiumgehalte (14-18)×10^-6, IOTA-4 aluminiumgehalte (8-10)×10^ -6; de andere is kwarts met minder gas-vloeistofinsluitsels, zoals pegmatietgraniet en kristal.

Er is aangetoond dat het gehalte aan onzuiverheidselementen in de grondstof niet eenvoudigweg overeenkomt met de kwaliteit ervan. In plaats daarvan heeft het betrekking op de selectiviteit van onzuiverheden, bepaald door de mineralogische kenmerken van het proces van de grondstof. Ondanks het hoge gehalte aan onzuivere elementen in de pegmatietsteenmonsters van Spruce Pine in de Verenigde Staten, worden ze bijvoorbeeld gebruikt als grondstof voor de hoogwaardige producten van IOTA.

Momenteel omvatten de belangrijkste verwerkingstechnologieën voor hoogzuiver kwarts sorteren, wassen, chemische zuuruitloging, flotatie (zowel fluorbevattende als niet-fluorflotatie), scheiding door zwaartekracht, magnetische scheiding, roosten door chlorering en microbiële uitloging. De gebruikte grondstoffen zijn onder meer aderkwarts, pegmatietgraniet, kwartsiet en kwartszandsteen.

Aderkwarts is een magmatisch-hydrothermische ader die verwant is aan graniet, meestal in onregelmatige adervormen. Aderkwarts is zuiver wit met een vettige glans en hoge zuiverheid, waarbij het SiO2-gehalte hoger is dan 99%. In China bevinden de aderkwartsmijnen zich voornamelijk in gebieden zoals Jiangsu Donghai, Sichuan, Heilongjiang, Hubei, enz. De provincie Qichun in de provincie Hubei heeft kwartssteenreserves van meer dan 100 miljoen ton met een siliciumgehalte van meer dan 99,98%, wat op de eerste plaats staat in de land.

Kwartsiet wordt gevormd uit kiezelhoudende rotsen of kwartszandsteen door een reeks metamorfoses en thermisch contact, waarbij het kwartsmineraalgehalte doorgaans hoger is dan 85%. Het wordt vaak geassocieerd met toermalijn, zirkoon, mica, veldspaat en kleimineralen, met een hardheid en dichtheid die hoger is dan die van kwartszandsteen. Kwartsietmijnen worden verspreid in Qinghai, Anhui, Liaoning, Shaanxi, enz., en zijn een van de belangrijkste bronnen van kiezelhoudende minerale grondstoffen in China.

Kwartszandsteen is een geconsolideerd klastisch gesteente met een kwartsfragmentgehalte van meer dan 95%. Het wordt vaak geassocieerd met toermalijn, rutiel, magnetiet, mica, veldspaat en kleimineralen. In China worden kwartszandsteenmijnen verspreid in Sichuan, Hunan, Jiangsu, Zhejiang, Yunnan, Shandong, enz. Ze zijn de belangrijkste grondstoffen voor de verwerking van glas, keramiek, gietwerk en andere kwarts-industriële mineralen en materialen.

De grondstof voor het hoogzuivere kwartszand uit de Amerikaanse Unimin TOTA-serie is pegmatietgraniet. Het onderzoek op dit gebied zou echter sterker kunnen zijn in China, en er zijn geen resultaten geboekt bij de verwerking van hoogzuiver kwartszand uit pegmatietgraniet.

Vergeleken met algemene mineraalverwerkingstechniek heeft hoogzuivere kwartszandverwerkingsapparatuur de volgende kenmerken:

Zuuruitloging en waterwassen zijn belangrijke schakels in de hoogzuivere kwartszandverwerkingstechnologie. Vanwege de extreem hoge SiO2-zuiverheidseisen en het lage gehalte aan onzuiverheidselementen in hoogzuiver kwarts, moet de zuiverheid van de gebruikte zuren en water aan overeenkomstige eisen voldoen; anders is het moeilijk om gekwalificeerde producten te produceren.

Uitloging van heet zuur speelt een sleutelrol bij de zuivering van hoogzuiver kwarts. Een van de belangrijke chemische eigenschappen van kwarts is de uitstekende zuurbestendigheid (behalve HF), terwijl andere metaalonzuiverheidscomponenten in het erts over het algemeen een slechte zuurbestendigheid hebben. Dit effect is meer uitgesproken onder bepaalde temperatuuromstandigheden.

De hoogzuivere kwartsverwerkingszuuruitlogingstechnologie maakt gebruik van dit principe om chemische zuivering te bereiken. Studies hebben aangetoond dat het gebruik van de juiste zuurformule volgens de kenmerken van de minerale grondstoffen metaalmineralen, ijzerbevattende mineralen, carbonaatmineralen en dunne-filmijzer tussen kwartsdeeltjes in de grondstoffen beter kan verwijderen.

Als een bepaalde hoeveelheid HF-zuur aan de zuurformulecombinatie wordt toegevoegd, heeft dit een beter effect op het verwijderen van sporen van mica en veldspaatonzuiverheden in de grondstoffen. Daarom worden vaak sterk corrosieve reagentia zoals heet zuur en HF-zuur gebruikt.

De praktijk heeft uitgewezen dat bij de zuiveringsverwerking van hoogzuiver kwarts alle materialen die in contact komen met de grondstoffen, zoals containers, een aanzienlijke invloed hebben op de kwaliteit van de monsters. Strikte controle op de materiaalnormen in alle verwerkingsstappen van hoogzuiver kwartszand is de sleutel tot het garanderen van kwaliteit.

De kenmerken van hoogzuiver kwarts SiO2-zuiverheid zorgen ervoor dat er tijdens het productieproces geen vervuiling kan plaatsvinden. Vanwege de lange verwerkingsstroom en de complexe technologie van hoogzuiver kwartszand is het echter niet eenvoudig om het productieproces volledig af te sluiten.

Om luchtstofvervuiling te voorkomen moeten er strenge eisen worden gesteld aan de luchtomgeving voor productie, verpakking, opslag etc.

Hoge veiligheidseisen: De productielijn die bestaat uit sterk corrosieve reagentia, giftige gassen (als chloreringsbranden wordt gebruikt), hoge temperaturen, enz., moet hogere garanties voor de productieveiligheid hebben.

De bijzondere aard van de bovengenoemde procesomstandigheden bepaalt de hoge eisen aan productieapparatuur voor de verwerking van kwarts met hoge zuiverheid. Het ontwikkelen van veilige, milieuvriendelijke, energiebesparende en efficiënte productieapparatuur is de belangrijkste voorwaarde voor het realiseren van schaalgrootte en industrialisatie.

Het totale gehalte aan onzuiverheidselementen zoals Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni, etc. in de Amerikaanse Unimin IOTA-STD-producten is doorgaans < 20× 10^-6, met een maximale waarde < 22×10^-6. Voor dergelijke hoogzuivere stoffen is het lastig om met chemische analysemethoden en röntgenfluorescentiespectroscopie (XRF) aan hun kwaliteitsinspectie-eisen te voldoen.

Voor de detectie van metaalelementen, vooral sporenelementen, heeft inductief gekoppelde plasma-optische emissiespectrometrie (ICP-OES) de meeste voordelen, met goede detectielimieten, hoge detectienauwkeurigheid, kort tijdverbruik en hoge gevoeligheid. Momenteel is ICP-OES een effectieve methode geworden voor het detecteren van sporen van chemische componenten van hoogzuivere materialen.

ICP-detectietechnologie is een belangrijke ondersteuning en onderdeel van de hoogzuivere kwartstechnologie, die praktische en theoretische betekenis heeft voor het bevorderen van de ontwikkeling van China's hoogzuivere kwartstechnologie.

Hoogzuiver kwarts heeft stabiele fysische en chemische eigenschappen, met kenmerken zoals een laag gehalte aan onzuiverheden en een moeilijke oplossing van erts. Bij het oplossen en uitlogen van hoogzuivere kwartsdetectiemonsters zijn de betrokken basisfactoren onder meer het monstergewicht, de reagenscombinatie, de reagensdosering, de zuiverheid van het reagens, enz.

Deze technologie omvat monstervoorbereiding en instrumentdetectie, twee belangrijke onderdelen. De sleuteltechnologie is de oplossing en uitloogvoorbereiding van het monster.

Experimenten hebben aangetoond dat bij het monstervoorbereidingsproces het monstergewicht, de reagenscombinatie, de reagensdosering en de gebruikte reagenszuiverheid een belangrijke invloed zullen hebben op de ICP-detectieresultaten.

De gebruikte hoeveelheid zeer zuiver kwarts ≥2000 mg; de zuiverheid van het reagens is van hoge zuiverheidsgraad (MOS of BV-III), de reagenscombinatie is HF+HNO3; geconcentreerd HNO3 wordt in drie keer gebruikt, met een totale hoeveelheid ≥5 ml; HF-dosering is 25 ml.

Volgens de verwerkingstechnische kenmerken en zuiverheidseisen van hoogzuiver kwartszand mogen er tijdens het gehele monstervoorbereidingsproces geen stalen zeven worden gebruikt om ijzerverontreiniging te voorkomen.

Bovendien zal het uitvoeren van het oplossen van kwartsmonsters met een hoge zuiverheid en de uitloogvoorbereiding in ultraschone laboratoriumomstandigheden helpen luchtverontreiniging te voorkomen en detectiefouten te verminderen.

GlobalQT is gespecialiseerd in kwartsbuizen en kwartsbuisverwarmers en levert wereldwijd op maat gemaakte oplossingen voor de hoogzuivere kwartsindustrie. We zetten ons in voor kwaliteit, concurrerende prijzen en het voldoen aan de specifieke behoeften van onze klanten. Voor betrouwbare service en expertise werkt u samen met GlobalQT. Neem contact met ons op via contact@globalquartztube.com.