Analiză aprofundată: Ce este tehnologia cuarțului de înaltă puritate?

Cuarțul de înaltă puritate se referă la produsele din seria de cuarț cu o puritate SiO2 mai mare de 99,9%. Este baza materială a produselor de ultimă generație din industria siliciului, utilizată pe scară largă în industrii precum fotovoltaica, informații electronice, comunicații optice și surse electroluminiscente. Acesta deține o poziție și un rol important în industriile emergente strategice ale materialelor noi și energiei noi.

Pe baza purității SiO2, acesta poate fi clasificat în:

• Low-end cu SiO2 ≥ 99,9% (3N)
• Gama medie cu SiO2 ≥ 99,99% (4N)
• High-end cu SiO2 ≥ 99,998% (4N8)

De asemenea, poate fi clasificat pe baza cantității totale de elemente de impurități precum Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni etc., în:

• Low-end ≤ 1000×10^-6
• Sfarsit de mijloc ≤ 100×10^-6
• High-end ≤ 20×10^-6

Fiecare grad de puritate al cuarțului de înaltă puritate poate fi împărțit în soiuri, cum ar fi 40-80 ochiuri, 80-140 ochiuri, 80-200 ochiuri, 80-300 ochiuri și așa mai departe.

Tehnologia cuarțului de înaltă puritate este un proiect de inginerie sistematic care include tehnologia de selecție a materiei prime de cuarț de înaltă puritate, tehnologia de procesare, tehnologia echipamentelor de procesare și tehnologia de inspecție a calității. Aceste aspecte sunt atât independente, cât și interdependente, formând un întreg tehnologic cuprinzător.

Inițial, cuarțul de înaltă puritate a fost prelucrat din cristale naturale de gradul întâi și al doilea. Cristalele naturale se formează de obicei în medii cu cavități de cristal în anumite condiții geologice. Specificul genezei lor are ca rezultat două deficiențe inerente:

1. Rezerve mici și condiții miniere precare, care, după ani de dezvoltare și utilizare, duc inevitabil la deficitul de resurse, prețuri mari și incapacitatea de a satisface nevoile producției industriale pe scară largă.

2. Compoziția chimică a cristalelor minerale este instabilă și influențată de modificările mediului cristalin. Acest lucru duce la fluctuații semnificative ale compoziției chimice a materiilor prime în aplicațiile industriale pe scară largă, ceea ce face ca standardizarea materiilor prime să fie dificilă și incapabilă de a satisface nevoile producției de produse din cuarț de înaltă puritate.

Astfel, este necesar să începem cu alte resurse minerale de cuarț pentru a rezolva în mod fundamental problema materiilor prime de cuarț de înaltă puritate, care este abordarea tehnică de bază pe plan intern și internațional.

În anii 1990, Japonia a procesat cuarț transparent de înaltă puritate folosind cuarțit cu granulație fină ca materie primă.

Rusia și Germania au prelucrat cuarț de înaltă puritate folosind cuarț filonat și cuarțit metamorfic ca materii prime.

În anii 1980, compania americană PPCC a prelucrat cuarț de înaltă puritate folosind granit din zona Foxdale de pe coasta de nord-vest a Angliei ca materie primă pentru sticla de cuarț din Europa de Vest. Puritatea SiO2 a produsului a fost de 4N, conținutul de Fe < 1 × 10^-6 și conținutul de alte impurități < 5 × 10^-6.

Începând cu anii 1990, compania americană Unimin a început să dezvolte și să utilizeze eficient granitul pegmatit din zona Spruce Pine din Carolina de Nord. A dezvoltat produse din seria de cuarț de înaltă puritate, cum ar fi IOTA-STD (grad standard), IOTA-4, IOTA-6 și IOTA-8, monopolând aproape piața internațională și devenind standardul internațional.

Este evident că, în afară de cristalul natural, cuarțul filonat și cuarțul de granit dintre cele șase geneze de mai sus, resursele minerale de cuarț sunt materii prime ideale pentru prelucrarea produselor de cuarț de înaltă puritate de gamă medie și înaltă.

Nu toate filele de cuarț și granit pot fi prelucrate în cuarț de înaltă puritate, având în vedere nivelul actual de tehnologie de procesare. Doar câteva, chiar și excepțional de rare, pot fi transformate în produse de ultimă generație.

Adică, alegerea cuarțului filonat sau a cuarțului granit este doar direcția generală corectă; nu rezolvă problema cheie a selecției specifice de materie primă.

Motivul principal este existența diferitelor tipuri de geneze subdivizate de cuarț și granit, influențate de condițiile geologice de formare a minereului. Există, de asemenea, diferențe semnificative în mineralogie, petrolologie și caracteristicile depozitelor de minereu ale cuarțului filonat și granitului de același tip de geneză.

Potrivit rapoartelor, compania americană Unimin este foarte selectivă cu privire la materiile prime de cuarț de înaltă puritate și are cerințe stricte.

Criterii de selecție a materiei prime de cuarț Unimin: unul este cuarțul cu cele mai puține impurități în structura cristalină, cum ar fi conținutul de aluminiu IOTA-STD (14-18)×10^-6, conținutul de aluminiu IOTA-4 (8-10)×10^ -6; celălalt este cuarțul cu mai puține incluziuni gaz-lichid, cum ar fi granitul și cristalul pegmatit.

S-a demonstrat că conținutul de elemente de impurități din materia primă nu corespunde pur și simplu calității acesteia. În schimb, se referă la selectivitatea impurităților determinată de caracteristicile mineralogice ale procesului materiei prime. De exemplu, în ciuda conținutului ridicat de elemente de impurități din probele de rocă pegmatită din molid pin din Statele Unite, acestea sunt utilizate ca materii prime pentru produsele de ultimă generație ale IOTA.

În prezent, principalele tehnologii de procesare pentru cuarțul de înaltă puritate includ gradarea, spălarea, leșierea cu acid chimic, flotarea (atât flotația care conține fluor, cât și cea fără fluor), separarea gravitațională, separarea magnetică, prăjirea prin clorinare și leșierea microbiană. Materiile prime utilizate includ cuarțul filonat, granitul pegmatit, cuarțitul și gresia de cuarț.

Cuarțul venos este o filă magmatic-hidrotermală înrudită cu granitul, mai ales în forme neregulate de vene. Cuarțul în vena este alb pur, cu un luciu gras și puritate ridicată, cu conținutul său de SiO2 care depășește 99%. În China, minele de cuarț sunt situate în principal în zone precum Jiangsu Donghai, Sichuan, Heilongjiang, Hubei etc. Județul Qichun din provincia Hubei are rezerve de piatră de cuarț care depășesc 100 de milioane de tone cu un conținut de siliciu de peste 99,981 TP3T, ocupând primul loc în țară.

Cuarțitul se formează din roci silicioase sau gresii de cuarț printr-o serie de metamorfoze și contact termic, cu conținut de mineral de cuarț depășind în general 85%. Este adesea asociat cu turmalina, zirconul, mica, feldspatul și mineralele argiloase, cu duritate și densitate mai mari decât cea a gresiei cuarțului. Minele de cuarțit sunt distribuite în Qinghai, Anhui, Liaoning, Shaanxi etc. și sunt una dintre principalele surse de materii prime minerale silicioase din China.

Gresia de cuarț este o rocă clastică consolidată cu un conținut de fragmente de cuarț de peste 95%. Este adesea asociat cu turmalina, rutil, magnetit, mica, feldspat si minerale argiloase. În China, minele de gresie de cuarț sunt distribuite în Sichuan, Hunan, Jiangsu, Zhejiang, Yunnan, Shandong etc. Sunt principalele materii prime pentru prelucrarea sticlei, ceramicii, turnării și a altor minerale și materiale industriale de cuarț.

Materia primă pentru nisipul de cuarț de înaltă puritate din seria American Unimin TOTA este granitul pegmatit. Cu toate acestea, cercetările în acest domeniu ar putea fi mai puternice în China și nu s-au înregistrat realizări raportate în prelucrarea nisipului de cuarț de înaltă puritate din granit pegmatit.

În comparație cu ingineria generală de prelucrare a mineralelor, echipamentele de prelucrare a nisipului de cuarț de înaltă puritate au următoarele caracteristici:

Leșierea cu acid și spălarea cu apă sunt verigi importante în tehnologia de prelucrare a nisipului de cuarț de înaltă puritate. Datorită cerințelor extrem de ridicate de puritate SiO2 și conținutului scăzut de elemente de impurități în cuarț de înaltă puritate, puritatea acizilor și a apei utilizate trebuie să îndeplinească cerințele corespunzătoare; în caz contrar, este dificil să produci produse calificate.

Leșierea cu acid fierbinte joacă un rol cheie în procesarea de purificare a cuarțului de înaltă puritate. Una dintre proprietățile chimice importante ale cuarțului este rezistența excelentă la acid (cu excepția HF), în timp ce alte componente ale impurităților metalice din minereu au în general o rezistență slabă la acid. Acest efect este mai pronunțat în anumite condiții de temperatură.

Tehnologia de scurgere cu acid de procesare a cuarțului de înaltă puritate utilizează acest principiu pentru a realiza purificarea chimică. Studiile au arătat că utilizarea formulei acide adecvate, în funcție de caracteristicile materiilor prime minerale, poate elimina mai bine mineralele metalice, mineralele care conțin fier, mineralele carbonatate și fierul din peliculă subțire dintre particulele de cuarț din materiile prime.

Dacă se adaugă o anumită cantitate de acid HF la combinația cu formula acidă, aceasta are un efect mai bun asupra eliminării impurităților urmelor de mica și feldspat din materiile prime. Prin urmare, sunt adesea utilizați reactivi corozivi puternici, cum ar fi acidul fierbinte și acidul HF.

Practica a dovedit că în procesarea de purificare a cuarțului de înaltă puritate, orice materiale în contact cu materiile prime, cum ar fi recipientele, au un impact semnificativ asupra calității probelor. Controlul strict al standardelor materialelor în toate verigile de prelucrare a nisipului cuarțos de înaltă puritate este cheia asigurării calității.

Caracteristicile purității SiO2 ale cuarțului de înaltă puritate asigură că nu poate exista nicio poluare în timpul procesului de producție. Cu toate acestea, datorită fluxului lung de procesare și tehnologiei complexe a nisipului de cuarț de înaltă puritate, nu este ușor să sigilați complet procesul de producție.

Pentru a preveni poluarea aerului cu praf, trebuie impuse cerințe stricte asupra mediului aerului pentru producție, ambalare, depozitare etc.

Cerințe ridicate de siguranță: Linia de producție compusă din reactivi corozivi puternici, gaze toxice (dacă se utilizează prăjirea cu clorinare), temperaturi ridicate etc., trebuie să aibă garanții mai mari de siguranță a producției.

Natura specială a condițiilor de proces de mai sus determină cerințele ridicate pentru echipamentele de producție de procesare a cuarțului de înaltă puritate. Dezvoltarea de echipamente de producție sigure, ecologice, care economisesc energie și eficiente este condiția cheie pentru realizarea amplorii și industrializării.

Conținutul total de elemente de impurități precum Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni etc., în produsele americane Unimin IOTA-STD este de obicei < 20 × 10^-6, cu o valoare maximă < 22×10^-6. Pentru astfel de substanțe de înaltă puritate, metodele de analiză chimică și spectroscopia de fluorescență cu raze X (XRF) sunt dificil de îndeplinit cerințele lor de inspecție de calitate.

Pentru detectarea elementelor metalice, în special a elementelor metalice în urmă, spectrometria de emisie optică cu plasmă cuplată inductiv (ICP-OES) are cele mai multe avantaje, cu limite bune de detecție, precizie mare de detecție, consum de timp scurt și sensibilitate ridicată. În prezent, ICP-OES a devenit o metodă eficientă pentru detectarea urmelor de componente chimice ale materialelor de înaltă puritate.

Tehnologia de detectare ICP este un suport important și o componentă a tehnologiei cuarțului de înaltă puritate, care are o semnificație practică și teoretică pentru promovarea dezvoltării tehnologiei de cuarț de înaltă puritate a Chinei.

Cuarțul de înaltă puritate are proprietăți fizice și chimice stabile, cu caracteristici precum conținut scăzut de impurități și dizolvare dificilă a minereului. În procesul de dizolvare și leșiere a probelor de detectie de cuarț de înaltă puritate, factorii de bază implicați includ greutatea probei, combinația de reactiv, doza de reactiv, puritatea reactivului etc.

Această tehnologie include pregătirea probelor și detectarea instrumentelor, care sunt două părți majore. Tehnologia cheie este dizolvarea probei și prepararea prin leșiere.

Experimentele au arătat că, în procesul de preparare a probei, greutatea probei, combinația de reactiv, doza de reactiv și puritatea reactivului utilizat vor avea un impact important asupra rezultatelor detectării ICP.

Cantitatea de cuarț de înaltă puritate utilizată ≥2000mg; puritatea reactivului este un grad de puritate ridicată (MOS sau BV-III), combinația de reactiv este HF+HNO3; HNO3 concentrat este utilizat de trei ori, cu o cantitate totală ≥5mL; Doza de HF este de 25 ml.

În conformitate cu caracteristicile tehnologiei de prelucrare și cerințele de puritate ale nisipului de cuarț de înaltă puritate, sitele de oțel nu trebuie utilizate pe parcursul întregului proces de pregătire a probei pentru a evita contaminarea cu fier.

În plus, dizolvarea probelor de cuarț de înaltă puritate și pregătirea prin leșiere în condiții de laborator ultra-curate va ajuta la evitarea poluării cu impurități ale aerului și la reducerea erorilor de detectare.

GlobalQT este specializată în tuburi de cuarț și încălzitoare de tuburi de cuarț, oferind soluții personalizate pentru industria cuarțului de înaltă puritate din întreaga lume. Ne angajăm față de calitate, prețuri competitive și satisfacerea nevoilor specifice ale clienților noștri. Pentru servicii de încredere și expertiză, asociați-vă cu GlobalQT. Contactați-ne la contact@globalquartztube.com.