Dogłębna analiza: czym jest technologia kwarcowa o wysokiej czystości?

Kwarc o wysokiej czystości odnosi się do produktów z serii kwarcu o czystości SiO2 większej niż 99,9%. Stanowi materialną podstawę wysokiej klasy produktów w przemyśle krzemowym, szeroko stosowanych w takich gałęziach przemysłu jak fotowoltaika, informacja elektroniczna, komunikacja optyczna i źródła elektroluminescencyjne. Zajmuje ważną pozycję i rolę w strategicznych wschodzących gałęziach przemysłu nowych materiałów i nowej energii.

Ze względu na czystość SiO2 można go podzielić na:

• Niski poziom z SiO2 ≥ 99,9% (3N)
• Średni koniec z SiO2 ≥ 99,99% (4N)
• Wysokiej klasy z SiO2 ≥ 99,998% (4N8)

Można go również sklasyfikować na podstawie całkowitej ilości pierwiastków zanieczyszczeń, takich jak Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni itp. Na:

• Niski poziom ≤ 1000×10^-6
• Środek końca ≤ 100×10^-6
• Wysokiej klasy ≤ 20×10^-6

Każdy stopień czystości kwarcu o wysokiej czystości można podzielić na odmiany, takie jak 40-80 mesh, 80-140 mesh, 80-200 mesh, 80-300 mesh i tak dalej.

Technologia kwarcu o wysokiej czystości to systematyczny projekt inżynieryjny, który obejmuje technologię doboru surowców kwarcowych o wysokiej czystości, technologię przetwarzania, technologię sprzętu do przetwarzania i technologię kontroli jakości. Aspekty te są zarówno niezależne, jak i wzajemnie powiązane, tworząc kompleksową całość technologiczną.

Początkowo kwarc o wysokiej czystości przetwarzano z naturalnych kryształów pierwszego i drugiego gatunku. Naturalne kryształy zwykle powstają w środowiskach wnęk kryształowych w pewnych warunkach geologicznych. Specyfika ich genezy skutkuje dwoma nieodłącznymi brakami:

1. Małe zasoby i złe warunki wydobycia, które po latach rozwoju i wykorzystania nieuchronnie prowadzą do niedoboru zasobów, wysokich cen i niemożności zaspokojenia potrzeb produkcji przemysłowej na dużą skalę.

2. Skład chemiczny kryształów mineralnych jest niestabilny i pod wpływem zmian w środowisku krystalicznym. Prowadzi to do znacznych wahań składu chemicznego surowców w zastosowaniach przemysłowych na dużą skalę, co utrudnia standaryzację surowców i nie jest w stanie zaspokoić potrzeb produkcji wysokiej klasy produktów kwarcowych o wysokiej czystości.

Dlatego konieczne jest rozpoczęcie od innych zasobów minerałów kwarcowych, aby zasadniczo rozwiązać problem surowców kwarcowych o wysokiej czystości, co stanowi podstawowe podejście techniczne w kraju i za granicą.

W latach 90. w Japonii przetwarzano przezroczysty kwarc o wysokiej czystości, wykorzystując jako surowiec drobnoziarnisty kwarcyt.

Rosja i Niemcy przetwarzały kwarc o wysokiej czystości, wykorzystując jako surowce kwarc żyłkowy i kwarcyt metamorficzny.

W latach 80. amerykańska firma PPCC przetwarzała kwarc o wysokiej czystości, wykorzystując granit z obszaru Foxdale na północno-zachodnim wybrzeżu Anglii jako surowiec do produkcji zachodnioeuropejskiego szkła kwarcowego. Czystość SiO2 produktu wynosiła 4N, zawartość Fe < 1×10^-6, a zawartość pozostałych pierwiastków domieszkowych < 5×10^-6.

Począwszy od lat 90. XX wieku amerykańska firma Unimin zaczęła opracowywać i efektywnie wykorzystywać granit pegmatytowy na obszarze Spruce Pine w Północnej Karolinie. Opracowała produkty z serii kwarcu o wysokiej czystości, takie jak IOTA-STD (gatunek standardowy), IOTA-4, IOTA-6 i IOTA-8, niemal monopolizując rynek międzynarodowy i stając się międzynarodowym standardem.

Oczywiste jest, że oprócz naturalnego kryształu, kwarcu żyłkowego i kwarcu granitowego spośród sześciu powyższych genez, zasoby minerałów kwarcowych są idealnymi surowcami do przetwarzania produktów kwarcowych średniej i wysokiej klasy o wysokiej czystości.

Nie każdy kwarc żyłkowy i kwarc granitowy można przetworzyć na kwarc o wysokiej czystości, biorąc pod uwagę obecny poziom technologii przetwarzania. Tylko nieliczne, nawet wyjątkowo rzadkie, dają się przetworzyć na produkty z najwyższej półki.

Oznacza to, że wybór kwarcu żyłkowego lub kwarcu granitowego jest jedynie właściwym ogólnym kierunkiem; nie rozwiązuje kluczowej kwestii doboru konkretnego surowca.

Głównym powodem jest istnienie różnych typów genezy kwarcu żyłkowego i granitu, na które wpływają warunki geologiczne tworzące rudę. Istnieją również znaczne różnice w mineralogii, petrologii i charakterystyce złóż rudy kwarcu żylnego i granitu tego samego typu genezy.

Według doniesień amerykańska firma Unimin bardzo selektywnie podchodzi do surowców kwarcowych o wysokiej czystości i ma rygorystyczne wymagania.

Kryteria wyboru surowca kwarcowego Unimin: Jednym z nich jest kwarc z najmniejszą ilością zanieczyszczeń w strukturze krystalicznej, takich jak zawartość aluminium IOTA-STD (14-18) × 10^-6, zawartość aluminium IOTA-4 (8-10) × 10^ -6; drugi to kwarc z mniejszą liczbą wtrąceń gazowo-cieczowych, taki jak granit i kryształ pegmatytowy.

Wykazano, że zawartość pierwiastków zanieczyszczających w surowcu nie przekłada się po prostu na jego jakość. Zamiast tego odnosi się do selektywności zanieczyszczeń określonej przez właściwości mineralogiczne surowca. Na przykład pomimo dużej zawartości pierwiastków zanieczyszczających w próbkach skał pegmatytowych Spruce Pine w Stanach Zjednoczonych, są one wykorzystywane jako surowce do wysokiej klasy produktów IOTA.

Obecnie główne technologie przetwarzania kwarcu o wysokiej czystości obejmują sortowanie, płukanie, ługowanie kwasami chemicznymi, flotację (flotację zarówno zawierającą fluor, jak i bez fluoru), separację grawitacyjną, separację magnetyczną, prażenie przez chlorowanie i ługowanie mikrobiologiczne. Stosowane surowce obejmują kwarc żyłowy, granit pegmatytowy, kwarcyt i piaskowiec kwarcowy.

Kwarc żyłkowy to żyła magmowo-hydrotermalna spokrewniona z granitem, występująca głównie w nieregularnych formach żył. Kwarc żyłkowy jest czysto biały, z tłustym połyskiem i wysoką czystością, a zawartość SiO2 przekracza 99%. W Chinach kopalnie kwarcu żylnego zlokalizowane są głównie na obszarach takich jak Jiangsu Donghai, Syczuan, Heilongjiang, Hubei itp. Okręg Qichun w prowincji Hubei posiada rezerwy kamienia kwarcowego przekraczające 100 milionów ton przy zawartości krzemu przekraczającej 99,98%, zajmując pierwsze miejsce w rankingu kraj.

Kwarcyt powstaje ze skał krzemionkowych lub piaskowców kwarcowych w wyniku szeregu metamorfoz i kontaktu termicznego, przy czym zawartość minerałów kwarcowych zwykle przekracza 85%. Często kojarzony jest z turmalinem, cyrkonem, miką, skaleniem i minerałami ilastymi, o twardości i gęstości większej niż piaskowiec kwarcowy. Kopalnie kwarcytu są rozmieszczone w Qinghai, Anhui, Liaoning, Shaanxi itp. i są jednym z głównych źródeł krzemionkowych surowców mineralnych w Chinach.

Piaskowiec kwarcowy jest skonsolidowaną skałą klastyczną o zawartości fragmentów kwarcu przekraczającej 95%. Często kojarzony jest z turmalinem, rutylem, magnetytem, miką, skaleniem i minerałami ilastymi. W Chinach kopalnie piaskowca kwarcowego są dystrybuowane w Syczuanie, Hunan, Jiangsu, Zhejiang, Yunnan, Shandong itp. Są to główne surowce do obróbki szkła, ceramiki, odlewów i innych kwarcowych minerałów i materiałów przemysłowych.

Surowcem do wysokoczystego piasku kwarcowego amerykańskiej serii Unimin TOTA jest granit pegmatytowy. Jednakże badania w tej dziedzinie mogłyby być intensywniejsze w Chinach i nie odnotowano żadnych osiągnięć w przetwarzaniu piasku kwarcowego o wysokiej czystości z granitu pegmatytowego.

W porównaniu z ogólną inżynierią przetwarzania minerałów, sprzęt do przetwarzania piasku kwarcowego o wysokiej czystości ma następujące cechy:

Ługowanie kwasem i mycie wodą są ważnymi ogniwami technologii przetwarzania piasku kwarcowego o wysokiej czystości. Ze względu na wyjątkowo wysokie wymagania dotyczące czystości SiO2 i niską zawartość pierwiastków zanieczyszczających w kwarcu o wysokiej czystości, czystość stosowanych kwasów i wody musi spełniać odpowiednie wymagania; w przeciwnym razie trudno jest wytwarzać kwalifikowane produkty.

Ługowanie gorącym kwasem odgrywa kluczową rolę w procesie oczyszczania kwarcu o wysokiej czystości. Jedną z ważnych właściwości chemicznych kwarcu jest doskonała odporność na kwasy (z wyjątkiem HF), podczas gdy inne składniki rudy będące zanieczyszczeniami metalowymi mają na ogół słabą odporność na kwasy. Efekt ten jest bardziej wyraźny w określonych warunkach temperaturowych.

Technologia ługowania kwasowego o wysokiej czystości przy obróbce kwarcu wykorzystuje tę zasadę do osiągnięcia oczyszczania chemicznego. Badania wykazały, że zastosowanie odpowiedniej formuły kwasu, zgodnie z charakterystyką surowców mineralnych, może lepiej usunąć minerały metali, minerały zawierające żelazo, minerały węglanowe i cienką warstwę żelaza pomiędzy cząsteczkami kwarcu w surowcach.

Jeśli do mieszanki kwasów dodana zostanie pewna ilość kwasu HF, będzie on miał lepszy wpływ na usuwanie śladowych zanieczyszczeń miką i skaleniem z surowców. Dlatego często stosuje się silne odczynniki korozyjne, takie jak gorący kwas i kwas HF.

Praktyka pokazuje, że w procesie oczyszczania kwarcu o wysokiej czystości wszelkie materiały mające kontakt z surowcami, np. pojemniki, znacząco wpływają na jakość próbek. Ścisła kontrola standardów materiałowych we wszystkich procesach przetwarzania piasku kwarcowego o wysokiej czystości jest kluczem do zapewnienia jakości.

Charakterystyka czystości kwarcu SiO2 o wysokiej czystości gwarantuje, że w procesie produkcyjnym nie będzie żadnych zanieczyszczeń. Jednak ze względu na długi proces technologiczny i złożoną technologię stosowania piasku kwarcowego o wysokiej czystości, nie jest łatwo w pełni uszczelnić proces produkcyjny.

Aby zapobiec zanieczyszczeniu powietrza pyłem, należy nałożyć rygorystyczne wymagania na środowisko powietrza w zakresie produkcji, pakowania, przechowywania itp.

Wysokie wymagania bezpieczeństwa: Linia produkcyjna złożona z silnych odczynników korozyjnych, toksycznych gazów (w przypadku stosowania prażenia przez chlorowanie), wysokich temperatur itp. musi mieć wyższe gwarancje bezpieczeństwa produkcji.

Specyficzny charakter powyższych warunków procesu determinuje wysokie wymagania stawiane urządzeniom produkcyjnym do obróbki kwarcu o wysokiej czystości. Opracowanie bezpiecznego, przyjaznego dla środowiska, energooszczędnego i wydajnego sprzętu produkcyjnego jest kluczowym warunkiem realizacji skali i industrializacji.

Całkowita zawartość pierwiastków domieszkowych takich jak Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni itp. w amerykańskich produktach Unimin IOTA-STD wynosi zwykle < 20× 10^-6, z wartością maksymalną < 22×10^-6. W przypadku substancji o tak wysokiej czystości metody analizy chemicznej i spektroskopia fluorescencji rentgenowskiej (XRF) są trudne do spełnienia wymogów kontroli jakości.

Do wykrywania pierwiastków metalicznych, zwłaszcza pierwiastków śladowych, najwięcej zalet ma optyczna spektrometria emisyjna ze sprzężeniem indukcyjnym w plazmie (ICP-OES), charakteryzująca się dobrymi granicami wykrywalności, wysoką dokładnością wykrywania, krótkim czasem pracy i wysoką czułością. Obecnie ICP-OES stała się skuteczną metodą wykrywania śladowych składników chemicznych w materiałach o wysokiej czystości.

Technologia wykrywania ICP jest ważnym wsparciem i składnikiem technologii kwarcowej o wysokiej czystości, która ma praktyczne i teoretyczne znaczenie dla promowania rozwoju chińskiej technologii kwarcowej o wysokiej czystości.

Kwarc o wysokiej czystości ma stabilne właściwości fizyczne i chemiczne, takie jak niska zawartość zanieczyszczeń i trudne rozpuszczanie rudy. W procesie rozpuszczania i ługowania próbek do wykrywania kwarcu o wysokiej czystości podstawowe czynniki obejmują masę próbki, kombinację odczynników, dozowanie odczynnika, czystość odczynnika itp.

Technologia ta obejmuje przygotowanie próbki i wykrywanie instrumentów, czyli dwie główne części. Kluczową technologią jest rozpuszczenie próbki i przygotowanie do ługowania.

Eksperymenty wykazały, że w procesie przygotowania próbki masa próbki, kombinacja odczynników, dozowanie odczynnika i czystość odczynnika będą miały istotny wpływ na wyniki wykrywania ICP.

Ilość użytego kwarcu o wysokiej czystości ≥2000mg; czystość odczynnika jest na poziomie wysokiej czystości (MOS lub BV-III), kombinacja odczynników to HF+HNO3; stężony HNO3 stosuje się trzykrotnie, w łącznej ilości ≥5mL; Dawka HF wynosi 25 ml.

Zgodnie z charakterystyką technologii przetwarzania i wymogami czystości piasku kwarcowego o wysokiej czystości, w całym procesie przygotowania próbki nie wolno używać stalowych sit, aby uniknąć zanieczyszczenia żelazem.

Dodatkowo prowadzenie rozpuszczania i ługowania próbek kwarcu o wysokiej czystości w ultra czystych warunkach laboratoryjnych pomoże uniknąć zanieczyszczenia powietrza i zredukuje błędy wykrywania.

GlobalQT specjalizuje się w produkcji rur kwarcowych i kwarcowych grzejników rurowych, dostarczając konfigurowalne rozwiązania dla przemysłu kwarcowego o wysokiej czystości na całym świecie. Stawiamy na jakość, konkurencyjne ceny i zaspokajanie specyficznych potrzeb naszych klientów. Aby uzyskać niezawodną obsługę i fachową wiedzę, współpracuj z Globalny QT. Skontaktuj się z nami pod adresem contact@globalquartztube.com.