Углубленный анализ: что такое технология кварца высокой чистоты?

Кварц высокой чистоты относится к изделиям серии кварца с чистотой SiO2 более 99,9%. Это материальная основа высококачественной продукции кремниевой промышленности, широко используемой в таких отраслях, как фотоэлектрическая энергетика, электронная информация, оптическая связь и электролюминесцентные источники. Он занимает важное положение и роль в развивающихся стратегических отраслях новых материалов и новой энергии.

В зависимости от чистоты SiO2 его можно разделить на:

• Низкий уровень с SiO2 ≥ 99,9% (3N)
• Средний уровень с SiO2 ≥ 99,99% (4N)
• Высококачественный с SiO2 ≥ 99,998% (4N8)

Его также можно классифицировать по общему количеству примесных элементов, таких как Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni и т. д., на:

• Низкий уровень ≤ 1000×10^-6
• Средний уровень ≤ 100×10^-6
• Высококачественный ≤ 20×10^-6

Каждую степень чистоты кварца высокой чистоты можно разделить на такие разновидности, как 40-80 меш, 80-140 меш, 80-200 меш, 80-300 меш и так далее.

Технология кварца высокой чистоты - это систематический инженерный проект, который включает в себя технологию выбора кварцевого сырья высокой чистоты, технологию обработки, технологию технологического оборудования и технологию контроля качества. Эти аспекты одновременно независимы и взаимосвязаны, образуя комплексное технологическое целое.

Первоначально кварц высокой чистоты обрабатывался из природных кристаллов первого и второго сорта. Природные кристаллы обычно образуются в кристаллических полостях при определенных геологических условиях. Специфика их генезиса приводит к двум присущим им недостаткам:

1. Небольшие запасы и плохие условия добычи, которые после многих лет разработки и использования неизбежно приводят к дефициту ресурсов, высоким ценам и неспособности удовлетворить потребности крупного промышленного производства.

2. Химический состав минеральных кристаллов неустойчив и подвержен влиянию изменений кристаллической среды. Это приводит к значительным колебаниям химического состава сырья при крупномасштабном промышленном применении, что затрудняет стандартизацию сырья и не позволяет удовлетворить потребности производства высококачественной кварцевой продукции высокой чистоты.

Таким образом, необходимо начать с других минеральных ресурсов кварца, чтобы фундаментально решить проблему кварцевого сырья высокой чистоты, что является основным техническим подходом внутри страны и за рубежом.

В 1990-е годы в Японии обрабатывали прозрачный кварц высокой чистоты, используя в качестве сырья мелкозернистый кварцит.

Россия и Германия перерабатывали кварц высокой чистоты, используя в качестве сырья жильный кварц и метаморфический кварцит.

В 1980-х годах американская компания PPCC перерабатывала кварц высокой чистоты, используя гранит из района Фоксдейл на северо-западном побережье Англии в качестве сырья для западноевропейского кварцевого стекла. Чистота продукта SiO2 составляла 4N, содержание Fe <1×10^-6 и содержание других примесных элементов <5×10^-6.

Начиная с 1990-х годов американская компания Unimin начала эффективно разрабатывать и использовать пегматитовый гранит в районе Спрус-Пайн в Северной Каролине. Компания разработала серию кварцевых продуктов высокой чистоты, таких как IOTA-STD (стандартный класс), IOTA-4, IOTA-6 и IOTA-8, почти монополизировав международный рынок и став международным стандартом.

Очевидно, что помимо природного кристалла, жильного кварца и гранитного кварца из шести вышеперечисленных источников, минеральные ресурсы кварца являются идеальным сырьем для обработки кварцевых продуктов средней и высокой чистоты.

Не весь жильный кварц и гранитный кварц при современном уровне технологии обработки могут быть переработаны в кварц высокой чистоты. Лишь очень немногие, даже исключительно редкие, могут быть переработаны в высококачественную продукцию.

То есть выбор жильного кварца или гранитного кварца – это лишь правильное общее направление; это не решает ключевой вопрос выбора конкретного сырья.

Основная причина — существование различных подразделенных генезисных типов жильного кварца и гранита под влиянием рудообразующих геологических условий. Имеются также существенные различия в минералогии, петрологии и характеристиках рудных месторождений жильного кварца и гранитов одного и того же типа генезиса.

По имеющимся данным, американская компания Unimin очень избирательно относится к кварцевому сырью высокой чистоты и предъявляет строгие требования.

Критерии выбора кварцевого сырья Unimin: один из них - кварц с наименьшим количеством примесей в кристаллической структуре, например, содержание алюминия IOTA-STD (14-18)×10^-6, содержание алюминия IOTA-4 (8-10)×10^ -6; другой — кварц с меньшим количеством газожидкостных включений, например пегматитовый гранит и хрусталь.

Показано, что содержание примесных элементов в сырье не просто соответствует его качеству. Напротив, это относится к селективности примесей, определяемой минералогическими характеристиками процесса переработки сырья. Например, несмотря на высокое содержание примесей в образцах пегматитовых пород Spruce Pine в США, они используются в качестве сырья для высококачественной продукции IOTA.

В настоящее время к основным технологиям переработки кварца высокой чистоты относятся сортировка, промывка, химическое кислотное выщелачивание, флотация (как фторсодержащая, так и бесфтористая), гравитационная сепарация, магнитная сепарация, хлорирующий обжиг и микробное выщелачивание. Используемое сырье включает жильный кварц, пегматитовый гранит, кварцит и кварцевый песчаник.

Жильный кварц — магмато-гидротермальная жила, родственная граниту, преимущественно жильной формы неправильной формы. Жильный кварц чисто-белый, с жирным блеском, высокой чистоты, содержание SiO2 превышает 99%. В Китае жильные кварцевые рудники в основном расположены в таких районах, как Цзянсу, Дунхай, Сычуань, Хэйлунцзян, Хубэй и т. д. Уезд Цичунь провинции Хубэй имеет запасы кварцевого камня, превышающие 100 миллионов тонн, с содержанием кремния более 99,98%, занимая первое место в рейтинге. страна.

Кварцит образуется из кремнистых пород или кварцевых песчаников в результате ряда метаморфоз и термических контактов, при этом содержание минералов кварца обычно превышает 85%. Он часто ассоциируется с турмалином, цирконом, слюдой, полевым шпатом и глинистыми минералами, твердость и плотность которых выше, чем у кварцевого песчаника. Кварцитовые рудники распространены в Цинхае, Аньхое, Ляонине, Шэньси и др. и являются одним из основных источников кремнистого минерального сырья в Китае.

Кварцевый песчаник представляет собой консолидированную обломочную породу с содержанием обломков кварца более 951ТР3Т. Он часто ассоциируется с турмалином, рутилом, магнетитом, слюдой, полевым шпатом и глинистыми минералами. В Китае рудники кварцевого песчаника распространены в Сычуани, Хунани, Цзянсу, Чжэцзяне, Юньнани, Шаньдуне и др. Они являются основным сырьем для обработки стекла, керамики, литья и других кварцевых промышленных минералов и материалов.

Сырьем для американского кварцевого песка высокой чистоты серии Unimin TOTA является пегматитовый гранит. Однако исследования в этой области могли бы быть более активными в Китае, и никаких сообщений о достижениях в обработке кварцевого песка высокой чистоты из пегматитового гранита не было.

По сравнению с общей технологией переработки полезных ископаемых, оборудование для переработки кварцевого песка высокой чистоты имеет следующие характеристики:

Кислотное выщелачивание и водная промывка являются важными звеньями технологии переработки высокочистого кварцевого песка. В связи с чрезвычайно высокими требованиями к чистоте SiO2 и низким содержанием примесных элементов в кварце высокой чистоты чистота используемых кислот и воды должна соответствовать соответствующим требованиям; в противном случае будет сложно производить качественную продукцию.

Горячекислотное выщелачивание играет ключевую роль в очистке кварца высокой чистоты. Одним из важных химических свойств кварца является отличная кислотостойкость (за исключением HF), в то время как другие металлические примеси в руде обычно обладают плохой кислотостойкостью. Этот эффект более выражен при определенных температурных условиях.

Технология кислотного выщелачивания при обработке кварца высокой чистоты использует этот принцип для достижения химической очистки. Исследования показали, что использование соответствующей формулы кислоты в соответствии с характеристиками минерального сырья позволяет лучше удалять металлические минералы, железосодержащие минералы, карбонатные минералы и тонкопленочное железо между частицами кварца в сырье.

Если к комбинации кислотной формулы добавить определенное количество HF-кислоты, это лучше повлияет на удаление следов примесей слюды и полевого шпата в сырье. Поэтому часто используются сильные коррозионные реагенты, такие как горячая кислота и HF-кислота.

Практика доказала, что при очистительной обработке кварца высокой чистоты любые материалы, контактирующие с сырьем, например контейнеры, существенно влияют на качество проб. Строгий контроль норм материалов на всех звеньях переработки кварцевого песка высокой чистоты – залог обеспечения качества.

Характеристики кварца высокой чистоты SiO2 гарантируют отсутствие загрязнений в процессе производства. Однако из-за длительности процесса переработки и сложной технологии получения кварцевого песка высокой чистоты полностью герметизировать производственный процесс непросто.

Для предотвращения загрязнения воздуха пылью необходимо предъявлять строгие требования к воздушной среде производства, упаковки, хранения и т. д.

Высокие требования безопасности: Производственная линия, состоящая из сильных агрессивных реагентов, токсичных газов (при использовании хлорационного обжига), высоких температур и т. д., должна иметь повышенные гарантии безопасности производства.

Особый характер указанных выше технологических условий определяет высокие требования к производственному оборудованию для обработки кварца высокой чистоты. Разработка безопасного, экологически чистого, энергосберегающего и эффективного производственного оборудования является ключевым условием реализации масштабов и индустриализации.

Общее содержание примесных элементов, таких как Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni и т. д., в американской продукции Unimin IOTA-STD обычно < 20×. 10^-6, с максимальным значением <22×10^-6. Для таких веществ высокой чистоты методы химического анализа и рентгенофлуоресцентная спектроскопия (РФА) трудно удовлетворить требованиям контроля качества.

Для обнаружения металлических элементов, особенно микроэлементов, оптическая эмиссионная спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ICP-OES) имеет наибольшие преимущества, с хорошими пределами обнаружения, высокой точностью обнаружения, короткими затратами времени и высокой чувствительностью. В настоящее время ИСП-ОЭС стал эффективным методом обнаружения следов химических компонентов материалов высокой чистоты.

Технология обнаружения ICP является важной поддержкой и компонентом технологии кварца высокой чистоты, которая имеет практическое и теоретическое значение для содействия развитию технологии кварца высокой чистоты в Китае.

Кварц высокой чистоты обладает стабильными физическими и химическими свойствами, такими характеристиками, как низкое содержание примесей и трудное растворение руды. В процессе растворения и выщелачивания образцов кварца высокой чистоты для обнаружения основными факторами являются вес образца, комбинация реагентов, дозировка реагента, чистота реагента и т. д.

Эта технология включает в себя подготовку проб и обнаружение приборов, которые представляют собой две основные части. Ключевой технологией является растворение пробы и подготовка к выщелачиванию.

Эксперименты показали, что в процессе подготовки пробы вес пробы, комбинация реагентов, дозировка реагента и чистота используемого реагента будут иметь важное влияние на результаты обнаружения ICP.

Количество используемого кварца высокой чистоты ≥2000 мг; чистота реагента – квалификация «осч» (МОС или БВ-III), комбинация реагентов – HF+HNO3; концентрированная HNO3 используется трижды, общим объемом ≥5мл; Дозировка HF составляет 25 мл.

В соответствии с особенностями технологии обработки и требованиями к чистоте кварцевого песка высокой чистоты нельзя использовать стальные сита на протяжении всего процесса подготовки проб во избежание загрязнения железом.

Кроме того, проведение растворения и подготовки к выщелачиванию образцов кварца высокой чистоты в сверхчистых лабораторных условиях поможет избежать загрязнения воздуха примесями и уменьшить ошибки обнаружения.

Компания GlobalQT специализируется на производстве кварцевых трубок и нагревателей для кварцевых трубок, предоставляя индивидуальные решения для индустрии высокочистого кварца по всему миру. Мы стремимся к качеству, конкурентоспособным ценам и удовлетворению конкретных потребностей наших клиентов. Для получения надежного обслуживания и опыта сотрудничайте с ГлобалQT. Свяжитесь с нами по адресу contact@globalquartztube.com.