Fördjupad analys: Vad är High-Purity Quartz Technology?

Kvarts med hög renhet avser kvartsserieprodukter med en SiO2-renhet högre än 99,9%. Det är den materiella grunden för avancerade produkter inom kiselindustrin, som ofta används i industrier som solceller, elektronisk information, optisk kommunikation och elektroluminiscerande källor. Det har en viktig position och roll i de strategiska framväxande industrierna för nya material och ny energi.

Baserat på SiO2-renhet kan den klassificeras i:

• Low-end med SiO2 ≥ 99,9% (3N)
• Mid-end med SiO2 ≥ 99.99% (4N)
• Avancerat med SiO2 ≥ 99,998% (4N8)

Det kan också klassificeras baserat på den totala mängden föroreningselement som Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni, etc., i:

• Low-end ≤ 1000×10^-6
• Mitten ≤ 100×10^-6
• Avancerat ≤ 20×10^-6

Varje renhetsgrad av högrent kvarts kan delas in i sorter som 40-80 mesh, 80-140 mesh, 80-200 mesh, 80-300 mesh, och så vidare.

Högrenhetskvartsteknik är ett systematiskt ingenjörsprojekt som inkluderar högrenhetsteknik för val av kvartsråmaterial, bearbetningsteknik, bearbetningsutrustningsteknik och kvalitetsinspektionsteknik. Dessa aspekter är både oberoende och relaterade till varandra och bildar en heltäckande teknisk helhet.

Ursprungligen bearbetades kvarts med hög renhet från naturliga kristaller av första och andra klass. Naturliga kristaller bildas vanligtvis i kristallhålighetsmiljöer under vissa geologiska förhållanden. Specificiteten hos deras tillkomst resulterar i två inneboende brister:

1. Små reserver och dåliga gruvförhållanden, som efter år av utveckling och utnyttjande oundvikligen leder till resursbrist, höga priser och oförmåga att möta behoven av storskalig industriproduktion.

2. Den kemiska sammansättningen av mineralkristaller är instabil och påverkas av förändringar i den kristallina miljön. Detta leder till betydande fluktuationer i råvarans kemiska sammansättning i storskaliga industriella tillämpningar, vilket gör standardiseringen av råvaror svår och oförmögen att möta behoven av högkvalitativ, hög ren kvartsproduktproduktion.

Därför är det nödvändigt att börja med andra kvartsmineralresurser för att i grunden lösa problemet med högren kvartsråvara, vilket är det grundläggande tekniska tillvägagångssättet nationellt och internationellt.

På 1990-talet bearbetade Japan transparent högrent kvarts med finkornig kvartsit som råmaterial.

Ryssland och Tyskland bearbetade högrent kvarts med venkvarts och metamorf kvartsit som råmaterial.

På 1980-talet bearbetade det amerikanska företaget PPCC högrent kvarts med granit från Foxdale-området på Englands nordvästra kust som råvara för västeuropeiskt kvartsglas. Produktens SiO2-renhet var 4N, Fe-halt < 1×10^-6 och innehåll av andra föroreningselement < 5×10^-6.

Från och med 1990-talet började det amerikanska företaget Unimin utveckla och utnyttja pegmatitgraniten i området Spruce Pine i North Carolina på ett effektivt sätt. Det har utvecklat produkter i kvartsserien med hög renhet som IOTA-STD (standardkvalitet), IOTA-4, IOTA-6 och IOTA-8, vilket nästan monopoliserar den internationella marknaden och har blivit den internationella standarden.

Det är uppenbart att bortsett från naturlig kristall, venkvarts och granitkvarts bland de sex geneserna ovan, är kvartsmineralresurser idealiska råvaror för bearbetning av mid-end och high-end högren kvartsprodukter.

Inte all ven kvarts och granit kvarts kan bearbetas till hög renhet kvarts, med tanke på den nuvarande nivån av bearbetningsteknik. Endast ett fåtal, även exceptionellt sällsynta, kan bearbetas till avancerade produkter.

Det vill säga att välja venkvarts eller granitkvarts är bara den rätta allmänna riktningen; det löser inte nyckelfrågan med specifikt val av råvaror.

Den främsta orsaken är förekomsten av olika uppdelade genesistyper av venkvarts och granit, påverkade av de malmbildande geologiska förhållandena. Det finns också betydande skillnader i mineralogi, petrologi och malmavlagringsegenskaper hos venkvarts och granit av samma genesistyp.

Enligt rapporter är det amerikanska företaget Unimin mycket selektivt när det gäller högrena kvartsråvaror och har strikta krav.

Unimin Quartz Råmaterial urvalskriterier: Ett är kvarts med minst föroreningar i kristallstrukturen, såsom IOTA-STD aluminiuminnehåll (14-18)×10^-6, IOTA-4 aluminiuminnehåll (8-10)×10^ -6; den andra är kvarts med färre gas-vätskeinneslutningar, såsom pegmatitgranit och kristall.

Det har visat sig att innehållet av föroreningselement i råvaran inte bara motsvarar dess kvalitet. Istället avser det selektiviteten hos föroreningar som bestäms av råvarans processminerologiska egenskaper. Till exempel, trots det höga innehållet av föroreningselement i pegmatitstensproverna från Spruce Pine i USA, används de som råmaterial för IOTA:s avancerade produkter.

För närvarande inkluderar de huvudsakliga bearbetningsteknikerna för högrent kvarts gradering, skrubbning, kemisk syralakning, flotation (både fluorhaltig och icke-fluorflotation), gravitationsseparation, magnetisk separation, kloreringsrostning och mikrobiell urlakning. De använda råvarorna inkluderar venkvarts, pegmatitgranit, kvartsit och kvartssandsten.

Venkvarts är en magmatisk-hydrotermisk ven relaterad till granit, mestadels i oregelbundna venformer. Åderkvarts är rent vit med en fet lyster och hög renhet, med dess SiO2-halt som överstiger 99%. I Kina är venkvartsgruvor huvudsakligen belägna i områden som Jiangsu Donghai, Sichuan, Heilongjiang, Hubei, etc. Hubeiprovinsens Qichun County har kvartsstensreserver som överstiger 100 miljoner ton med en kiselhalt på mer än 99.98%, rankad först i Land.

Kvartsit bildas av kiselhaltiga bergarter eller kvartssandstenar genom en serie av metamorfos och termisk kontakt, med kvartsmineralinnehåll som i allmänhet överstiger 85%. Det förknippas ofta med turmalin, zirkon, glimmer, fältspat och lermineraler, med hårdhet och densitet högre än kvartssandsten. Kvartsitgruvor distribueras i Qinghai, Anhui, Liaoning, Shaanxi, etc., och är en av de viktigaste källorna till kiselhaltiga mineralråvaror i Kina.

Kvartssandsten är en konsoliderad klastisk bergart med en kvartsfragmenthalt på mer än 95%. Det är ofta förknippat med turmalin, rutil, magnetit, glimmer, fältspat och lermineraler. I Kina distribueras kvartssandstensgruvor i Sichuan, Hunan, Jiangsu, Zhejiang, Yunnan, Shandong, etc. De är de viktigaste råvarorna för bearbetning av glas, keramik, gjutning och andra industriella mineraler och material av kvarts.

Råmaterialet för den amerikanska Unimin TOTA-serien med hög renhet kvartssand är pegmatitgranit. Forskningen inom detta område kan dock vara starkare i Kina, och inga rapporterade framsteg har gjorts när det gäller att bearbeta högren kvartssand från pegmatitgranit.

Jämfört med allmän mineralbearbetningsteknik har utrustning för bearbetning av kvartssand med hög renhet följande egenskaper:

Syralakning och vattentvätt är viktiga länkar i bearbetningstekniken för kvartssand med hög renhet. På grund av de extremt höga kraven på SiO2-renhet och det låga innehållet av föroreningselement i kvarts med hög renhet, måste renheten hos syror och vatten som används uppfylla motsvarande krav; annars är det svårt att producera kvalificerade produkter.

Lakning av heta syror spelar en nyckelroll vid reningsbearbetning av kvarts med hög renhet. En av kvarts viktiga kemiska egenskaper är utmärkt syrabeständighet (förutom HF), medan andra metallföroreningskomponenter i malmen i allmänhet har dålig syrabeständighet. Denna effekt är mer uttalad under vissa temperaturförhållanden.

Den högrena kvartsbearbetningstekniken för syralakning använder denna princip för att uppnå kemisk rening. Studier har visat att användning av lämplig syraformel enligt egenskaperna hos mineralråvarorna kan bättre avlägsna metallmineraler, järnhaltiga mineraler, karbonatmineraler och tunnfilmsjärn mellan kvartspartiklar i råvarorna.

Om en viss mängd HF-syra tillsätts syraformelkombinationen har det bättre effekt på att ta bort spårglimmer och fältspatföroreningar i råvarorna. Därför används ofta starkt frätande reagens som varm syra och HF-syra.

Praxis har visat att vid reningsbearbetning av kvarts med hög renhet påverkar alla material som kommer i kontakt med råvarorna, såsom behållare, avsevärt kvaliteten på proverna. Strikt kontroll av materialstandarderna i alla bearbetningslänkar av högren kvartssand är nyckeln till att säkerställa kvalitet.

Egenskaperna hos ren kvarts SiO2-renhet säkerställer att det inte kan förekomma några föroreningar under produktionsprocessen. Men på grund av det långa bearbetningsflödet och den komplexa tekniken med kvartssand med hög renhet är det inte lätt att helt täta produktionsprocessen.

För att förhindra luftdammföroreningar måste stränga krav ställas på luftmiljön för produktion, förpackning, lagring m.m.

Höga säkerhetskrav: Produktionslinjen som består av starka korrosiva reagenser, giftiga gaser (om kloreringsrostning används), höga temperaturer etc. måste ha högre produktionssäkerhetsgarantier.

Den speciella karaktären hos ovanstående processförhållanden bestämmer de höga kraven på högrent kvartsbearbetningsutrustning. Att utveckla säker, miljövänlig, energibesparande och effektiv produktionsutrustning är nyckelförutsättningen för att realisera skala och industrialisering.

Den totala halten av föroreningselement som Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni, etc., i de amerikanska Unimin IOTA-STD-produkterna är vanligtvis < 20× 10^-6, med ett maxvärde < 22×10^-6. För sådana ämnen med hög renhet är kemiska analysmetoder och röntgenfluorescensspektroskopi (XRF) svåra att uppfylla sina kvalitetskontrollkrav.

För detektering av metallelement, speciellt spårmetallelement, har induktivt kopplad plasmaoptisk emissionsspektrometri (ICP-OES) de flesta fördelarna, med bra detektionsgränser, hög detektionsnoggrannhet, kort tidsförbrukning och hög känslighet. För närvarande har ICP-OES blivit en effektiv metod för att detektera spårkemiska komponenter i material med hög renhet.

ICP-detektionsteknologi är ett viktigt stöd och en komponent i högrenhetskvartsteknologi, som har praktisk och teoretisk betydelse för att främja utvecklingen av Kinas högrenhetskvartsteknologi.

Högren kvarts har stabila fysikaliska och kemiska egenskaper, med egenskaper som låg föroreningshalt och svår malmupplösning. I processen att lösa upp och urlaka kvartsdetekteringsprover med hög renhet, inkluderar de grundläggande faktorerna provvikt, reagenskombination, reagensdosering, reagensrenhet, etc.

Denna teknik inkluderar provberedning och instrumentdetektion, som är två huvuddelar. Nyckeltekniken är provets upplösning och urlakningsberedning.

Experiment har visat att i provberedningsprocessen kommer provvikten, reagenskombinationen, reagensdoseringen och reagensrenheten som används att ha en viktig inverkan på ICP-detektionsresultaten.

Mängden högrent kvarts som används ≥2000mg; reagensrenheten är av hög renhetsgrad (MOS eller BV-III), reagenskombinationen är HF+HNO3; koncentrerad HNO3 används tre gånger, med en total mängd ≥5mL; HF-dosen är 25 ml.

Enligt bearbetningsteknikens egenskaper och renhetskraven för kvartssand med hög renhet, får stålsilar inte användas under hela provberedningsprocessen för att undvika järnkontamination.

Genom att utföra högrent kvartsprovupplösning och urlakning i ultrarena laboratorieförhållanden kommer det att hjälpa till att undvika föroreningar i luften och minska detekteringsfel.

GlobalQT är specialiserat på kvartsrör och kvartsrörsvärmare och tillhandahåller skräddarsydda lösningar för kvartsindustrin med hög renhet över hela världen. Vi strävar efter kvalitet, konkurrenskraftiga priser och att tillgodose våra kunders specifika behov. För pålitlig service och expertis, samarbeta med GlobalQT. Kontakta oss på contact@globalquartztube.com.