Hĺbková analýza: Čo je technológia vysoko čistého kremeňa?

Vysoko čistý kremeň sa vzťahuje na produkty radu kremeňa s čistotou SiO2 vyššou ako 99,91 TP3T. Je to materiálový základ špičkových produktov v kremíkovom priemysle, ktorý sa široko používa v odvetviach ako fotovoltaika, elektronické informácie, optická komunikácia a elektroluminiscenčné zdroje. Má dôležité postavenie a úlohu v strategicky vznikajúcich odvetviach nových materiálov a novej energie.

Na základe čistoty SiO2 ho možno rozdeliť na:

• Low-end so SiO2 ≥ 99,9% (3N)
• Stredná časť so SiO2 ≥ 99,99% (4N)
• High-end so SiO2 ≥ 99,998% (4N8)

Môže sa tiež klasifikovať na základe celkového množstva nečistôt, ako sú Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni atď.

• Low-end ≤ 1000×10^-6
• Stredný koniec ≤ 100 × 10^-6
• High-end ≤ 20×10^-6

Každý stupeň čistoty kremeňa s vysokou čistotou možno rozdeliť na odrody, ako sú 40-80 mesh, 80-140 mesh, 80-200 mesh, 80-300 mesh atď.

Technológia vysoko čistého kremeňa je systematický inžiniersky projekt, ktorý zahŕňa technológiu výberu surovín z vysoko čistého kremeňa, technológiu spracovania, technológiu spracovateľského zariadenia a technológiu kontroly kvality. Tieto aspekty sú nezávislé a vzájomne prepojené a tvoria komplexný technologický celok.

Spočiatku sa vysoko čistý kremeň spracovával z prírodných kryštálov prvej a druhej triedy. Prírodné kryštály sa zvyčajne tvoria v prostredí kryštálových dutín za určitých geologických podmienok. Špecifickosť ich genézy vedie k dvom inherentným nedostatkom:

1. Malé zásoby a zlé podmienky ťažby, ktoré po rokoch vývoja a využívania nevyhnutne vedú k nedostatku zdrojov, vysokým cenám a neschopnosti uspokojiť potreby priemyselnej veľkovýroby.

2. Chemické zloženie kryštálov minerálov je nestabilné a ovplyvnené zmenami kryštalického prostredia. To vedie k značným výkyvom v chemickom zložení surovín vo veľkých priemyselných aplikáciách, čo sťažuje štandardizáciu surovín a nie je schopné uspokojiť potreby výroby špičkových produktov z kremeňa s vysokou čistotou.

Preto je potrebné začať s inými zdrojmi kremeňa, aby sa zásadne vyriešil problém vysokočistých kremenných surovín, čo je základný technický prístup na domácom a medzinárodnom trhu.

V 90. rokoch minulého storočia Japonsko spracovávalo priehľadný vysoko čistý kremeň s použitím jemnozrnného kremeňa ako suroviny.

Rusko a Nemecko spracovávali vysoko čistý kremeň s použitím žilného kremeňa a metamorfovaného kremeňa ako surovín.

V 80. rokoch minulého storočia americká spoločnosť PPCC spracovávala vysoko čistý kremeň pomocou žuly z oblasti Foxdale na severozápadnom pobreží Anglicka ako suroviny pre západoeurópske kremenné sklo. Čistota Si02 produktu bola 4N, obsah Fe < 1 x 10^-6 a obsah iných prvkov nečistôt < 5 x 10^-6.

Od deväťdesiatych rokov minulého storočia začala americká spoločnosť Unimin efektívne vyvíjať a využívať pegmatitovú žulu v oblasti Smrekovej borovice v Severnej Karolíne. Vyvinula vysoko čisté kremenné produkty, ako sú IOTA-STD (štandardná trieda), IOTA-4, IOTA-6 a IOTA-8, čím takmer monopolizovala medzinárodný trh a stala sa medzinárodným štandardom.

Je zrejmé, že okrem prírodného kryštálu, žilného kremeňa a žulového kremeňa v rámci šiestich uvedených genéz sú kremenné minerálne suroviny ideálnymi surovinami na spracovanie produktov z kremeňa strednej a vyššej triedy vysokej čistoty.

Nie všetok žilný a žulový kremeň je možné spracovať na vysoko čistý kremeň, vzhľadom na súčasnú úroveň technológie spracovania. Len veľmi málo, dokonca výnimočne vzácnych, sa dá spracovať na špičkové produkty.

To znamená, že výber žilového kremeňa alebo žulového kremeňa je len správnym všeobecným smerom; nerieši kľúčovú otázku výberu konkrétnej suroviny.

Hlavným dôvodom je existencia rôznych druhov rozčlenenej genézy žilného kremeňa a granitu, ovplyvnená rudnotvornými geologickými podmienkami. Významné rozdiely sú aj v mineralógii, petrológii a charakteristikách rudného ložiska žilného kremeňa a žuly rovnakého typu genézy.

Podľa správ je americká spoločnosť Unimin veľmi selektívna, pokiaľ ide o vysoko čisté kremenné suroviny a má prísne požiadavky.

Kritériá výberu suroviny Unimin Quartz: Jedným z nich je kremeň s najmenšími nečistotami v kryštálovej štruktúre, ako je obsah hliníka IOTA-STD (14-18)×10^-6, obsah hliníka IOTA-4 (8-10)×10^ -6; druhý je kremeň s menším počtom plyno-kvapalných inklúzií, ako je pegmatitová žula a kryštál.

Ukázalo sa, že obsah prvkov nečistôt v surovine nezodpovedá len jej kvalite. Namiesto toho sa vzťahuje na selektivitu nečistôt určenú mineralogickými charakteristikami procesu suroviny. Napríklad, napriek vysokému obsahu nečistôt vo vzorkách pegmatitovej horniny smrekovej borovice v Spojených štátoch amerických sa tieto používajú ako suroviny pre špičkové produkty IOTA.

V súčasnosti medzi hlavné technológie spracovania vysoko čistého kremeňa patrí triedenie, pranie, chemické kyslé lúhovanie, flotácia (flotácia s fluórom aj bez fluóru), gravitačná separácia, magnetická separácia, chloračné praženie a mikrobiálne lúhovanie. Medzi použité suroviny patrí žilný kremeň, pegmatitová žula, kremenec a kremenný pieskovec.

Žilný kremeň je magmaticko-hydrotermálna žila príbuzná žule, väčšinou v nepravidelných žilných formách. Žilný kremeň je čisto biely s mastným leskom a vysokou čistotou, s obsahom SiO2 presahujúcim 99%. V Číne sa bane na žilový kremeň nachádzajú hlavne v oblastiach ako Jiangsu Donghai, Sichuan, Heilongjiang, Hubei atď. Okres Qichun v provincii Chu-pej má zásoby kremenného kameňa presahujúce 100 miliónov ton s obsahom kremíka viac ako 99 981 TP3T a je na prvom mieste v rebríčku krajina.

Kremeň sa tvorí z kremičitých hornín alebo kremenných pieskovcov sériou metamorfózy a tepelného kontaktu, pričom obsah kremenných minerálov vo všeobecnosti presahuje 851 TP3T. Často je spájaný s turmalínom, zirkónom, sľudou, živcom a ílovými minerálmi, s tvrdosťou a hustotou vyššou ako má kremenný pieskovec. Kremenné bane sú distribuované v Qinghai, Anhui, Liaoning, Shaanxi atď., a sú jedným z hlavných zdrojov kremičitých nerastných surovín v Číne.

Kremenný pieskovec je spevnená klastická hornina s obsahom úlomkov kremeňa viac ako 95%. Často sa spája s turmalínom, rutilom, magnetitom, sľudou, živcom a ílovými minerálmi. V Číne sú kremenné pieskovcové bane distribuované v Sichuan, Hunan, Jiangsu, Zhejiang, Yunnan, Shandong atď. Sú to hlavné suroviny na spracovanie skla, keramiky, odlievania a iných kremenných priemyselných minerálov a materiálov.

Surovinou pre americký vysoko čistý kremenný piesok Unimin TOTA je pegmatitová žula. Výskum v tejto oblasti by však mohol byť silnejší v Číne a pri spracovaní vysoko čistého kremenného piesku z pegmatitovej žuly sa nedosiahli žiadne hlásené úspechy.

V porovnaní so všeobecným inžinierstvom spracovania minerálov má zariadenie na spracovanie kremenného piesku s vysokou čistotou tieto vlastnosti:

Kyslé lúhovanie a premývanie vodou sú dôležitými článkami v technológii spracovania vysoko čistého kremenného piesku. Vzhľadom na extrémne vysoké požiadavky na čistotu SiO2 a nízky obsah nečistôt vo vysoko čistom kremeni, musí čistota použitých kyselín a vody spĺňať zodpovedajúce požiadavky; inak je ťažké vyrábať kvalifikované produkty.

Kyslé lúhovanie za horúca hrá kľúčovú úlohu pri čistiacom spracovaní vysoko čistého kremeňa. Jednou z dôležitých chemických vlastností kremeňa je vynikajúca odolnosť voči kyselinám (okrem HF), zatiaľ čo ostatné zložky kovových nečistôt v rude majú vo všeobecnosti nízku odolnosť voči kyselinám. Tento efekt je výraznejší za určitých teplotných podmienok.

Technológia lúhovania kyselinou na spracovanie vysoko čistého kremeňa využíva tento princíp na dosiahnutie chemického čistenia. Štúdie ukázali, že použitie vhodného kyslého vzorca podľa vlastností minerálnych surovín môže lepšie odstrániť kovové minerály, minerály obsahujúce železo, uhličitanové minerály a tenkovrstvové železo medzi časticami kremeňa v surovinách.

Ak sa určité množstvo kyseliny HF pridá do kombinácie kyslej receptúry, má to lepší účinok na odstránenie stopových nečistôt sľudy a živca v surovinách. Preto sa často používajú silné korozívne činidlá, ako je horúca kyselina a kyselina HF.

Prax dokázala, že pri čistiacom spracovaní vysoko čistého kremeňa akékoľvek materiály prichádzajúce do kontaktu so surovinami, ako sú nádoby, výrazne ovplyvňujú kvalitu vzoriek. Kľúčom k zabezpečeniu kvality je prísna kontrola materiálových noriem vo všetkých procesoch spracovania vysoko čistého kremenného piesku.

Charakteristiky čistoty kremeňa SiO2 s vysokou čistotou zaisťujú, že počas výrobného procesu nemôže dôjsť k žiadnemu znečisteniu. Avšak kvôli dlhému toku spracovania a komplexnej technológii vysoko čistého kremenného piesku nie je ľahké úplne utesniť výrobný proces.

Aby sa zabránilo znečisteniu ovzdušia prachom, musia byť kladené prísne požiadavky na ovzdušie na výrobu, balenie, skladovanie atď.

Vysoké bezpečnostné požiadavky: Výrobná linka zložená zo silných korozívnych činidiel, toxických plynov (ak sa používa chloračné praženie), vysokých teplôt atď., musí mať vyššie záruky bezpečnosti výroby.

Špeciálna povaha vyššie uvedených podmienok procesu určuje vysoké požiadavky na výrobné zariadenia na spracovanie vysoko čistého kremeňa. Vývoj bezpečných, ekologických, energeticky úsporných a efektívnych výrobných zariadení je kľúčovou podmienkou pre realizáciu rozsahu a industrializácie.

Celkový obsah prímesových prvkov ako Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni atď., je v amerických produktoch Unimin IOTA-STD zvyčajne < 20× 10^-6, s maximálnou hodnotou < 22×10^-6. Pre takéto vysoko čisté látky je ťažké splniť požiadavky na kontrolu kvality pomocou metód chemickej analýzy a röntgenovej fluorescenčnej spektroskopie (XRF).

Na detekciu kovových prvkov, najmä stopových prvkov, má najviac výhod optická emisná spektrometria s indukčne viazanou plazmou (ICP-OES) s dobrými detekčnými limitmi, vysokou presnosťou detekcie, krátkou spotrebou času a vysokou citlivosťou. V súčasnosti sa ICP-OES stala účinnou metódou na detekciu stopových chemických zložiek vysoko čistých materiálov.

Technológia detekcie ICP je dôležitou podporou a súčasťou technológie vysoko čistého kremeňa, ktorá má praktický a teoretický význam pre podporu rozvoja technológie vysoko čistého kremeňa v Číne.

Vysoko čistý kremeň má stabilné fyzikálne a chemické vlastnosti s vlastnosťami, ako je nízky obsah nečistôt a ťažké rozpúšťanie rudy. V procese rozpúšťania a lúhovania vzoriek na detekciu kremeňa s vysokou čistotou patria medzi základné faktory hmotnosť vzorky, kombinácia činidiel, dávkovanie činidla, čistota činidla atď.

Táto technológia zahŕňa prípravu vzorky a detekciu prístroja, čo sú dve hlavné časti. Kľúčovou technológiou je rozpúšťanie vzorky a príprava lúhovania.

Experimenty ukázali, že v procese prípravy vzorky bude mať na výsledky detekcie ICP dôležitý vplyv hmotnosť vzorky, kombinácia činidiel, dávka činidla a použitá čistota činidla.

Množstvo použitého vysoko čistého kremeňa ≥ 2000 mg; čistota činidiel je vysokej čistoty (MOS alebo BV-III), kombinácia činidiel je HF+HNO3; koncentrovaná HNO3 sa použije trikrát, s celkovým množstvom ≥5 ml; Dávkovanie HF je 25 ml.

Podľa charakteristík technológie spracovania a požiadaviek na čistotu kremenného piesku s vysokou čistotou sa počas celého procesu prípravy vzorky nesmú používať oceľové sitá, aby sa zabránilo kontaminácii železom.

Okrem toho, rozpúšťanie vzoriek kremeňa s vysokou čistotou a príprava lúhovania v ultračistých laboratórnych podmienkach pomôže vyhnúť sa znečisteniu ovzdušia nečistotami a znížiť chyby detekcie.

Spoločnosť GlobalQT sa špecializuje na kremenné rúrky a ohrievače kremenných trubíc a poskytuje prispôsobiteľné riešenia pre kremenný priemysel s vysokou čistotou na celom svete. Dbáme na kvalitu, konkurencieschopné ceny a plnenie špecifických potrieb našich klientov. Ak chcete získať spoľahlivé služby a odborné znalosti, spolupracujte so spoločnosťou GlobalQT. Kontaktujte nás na contact@globalquartztube.com.