การวิเคราะห์เชิงลึก: เทคโนโลยีควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงคืออะไร

ควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงหมายถึงผลิตภัณฑ์ซีรีส์ควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์ SiO2 มากกว่า 99.9% เป็นรากฐานวัสดุของผลิตภัณฑ์ระดับไฮเอนด์ในอุตสาหกรรมซิลิคอน ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น เซลล์แสงอาทิตย์ ข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์ การสื่อสารด้วยแสง และแหล่งเรืองแสงด้วยไฟฟ้า ดำรงตำแหน่งและบทบาทที่สำคัญในอุตสาหกรรมเกิดใหม่เชิงกลยุทธ์ด้านวัสดุใหม่และพลังงานใหม่

จากความบริสุทธิ์ของ SiO2 สามารถจำแนกได้เป็น:

• ต่ำสุดด้วย SiO2 ≥ 99.9% (3N)
• ระดับกลางที่มี SiO2 ≥ 99.99% (4N)
• ระดับไฮเอนด์ที่มี SiO2 ≥ 99.998% (4N8)

นอกจากนี้ยังสามารถจำแนกตามจำนวนองค์ประกอบที่ไม่บริสุทธิ์ทั้งหมด เช่น Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni เป็นต้น เป็น:

• ต่ำสุด ≤ 1,000×10^-6
• ปลายกลาง ≤ 100×10^-6
• ระดับไฮเอนด์ ≤ 20×10^-6

เกรดความบริสุทธิ์ของควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงแต่ละเกรดสามารถแบ่งออกเป็นพันธุ์ต่างๆ เช่น 40-80 mesh, 80-140 mesh, 80-200 mesh, 80-300 mesh เป็นต้น

เทคโนโลยีควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นโครงการทางวิศวกรรมที่เป็นระบบซึ่งรวมถึงเทคโนโลยีการเลือกวัตถุดิบควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูง เทคโนโลยีการประมวลผล เทคโนโลยีอุปกรณ์การประมวลผล และเทคโนโลยีการตรวจสอบคุณภาพ ลักษณะเหล่านี้มีทั้งความเป็นอิสระและสัมพันธ์กัน ก่อให้เกิดภาพรวมทางเทคโนโลยีที่ครอบคลุม

ในตอนแรก ควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงได้รับการประมวลผลจากผลึกธรรมชาติเกรดหนึ่งและเกรดสอง ผลึกธรรมชาติมักก่อตัวขึ้นในสภาพแวดล้อมของโพรงคริสตัลภายใต้เงื่อนไขทางธรณีวิทยาบางประการ ความจำเพาะของการกำเนิดของมันส่งผลให้เกิดข้อบกพร่องโดยธรรมชาติสองประการ:

1. ปริมาณสำรองขนาดเล็กและสภาพการทำเหมืองที่ไม่ดี ซึ่งหลังจากการพัฒนาและการใช้งานเป็นเวลาหลายปี ย่อมนำไปสู่การขาดแคลนทรัพยากร ราคาที่สูง และไม่สามารถตอบสนองความต้องการของการผลิตทางอุตสาหกรรมขนาดใหญ่

2. องค์ประกอบทางเคมีของผลึกแร่ไม่เสถียรและได้รับอิทธิพลจากการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อมที่เป็นผลึก สิ่งนี้นำไปสู่ความผันผวนอย่างมีนัยสำคัญในองค์ประกอบทางเคมีของวัตถุดิบในการใช้งานทางอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ ทำให้การกำหนดมาตรฐานวัตถุดิบทำได้ยากและไม่สามารถตอบสนองความต้องการของการผลิตผลิตภัณฑ์ควอตซ์ระดับไฮเอนด์ที่มีความบริสุทธิ์สูงได้

ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเริ่มต้นด้วยทรัพยากรแร่ควอตซ์อื่นๆ เพื่อแก้ไขปัญหาวัตถุดิบควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงโดยพื้นฐาน ซึ่งเป็นแนวทางทางเทคนิคขั้นพื้นฐานในประเทศและต่างประเทศ

ในปี 1990 ญี่ปุ่นแปรรูปควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงโปร่งใสโดยใช้ควอตซ์ไซต์เนื้อละเอียดเป็นวัตถุดิบ

รัสเซียและเยอรมนีแปรรูปควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงโดยใช้หลอดเลือดดำควอตซ์และควอตซ์ไซต์ที่แปรสภาพเป็นวัตถุดิบ

ในช่วงทศวรรษ 1980 บริษัท PPCC ในอเมริกาได้แปรรูปควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงโดยใช้หินแกรนิตจากพื้นที่ Foxdale ทางชายฝั่งตะวันตกเฉียงเหนือของอังกฤษเป็นวัตถุดิบสำหรับแก้วควอตซ์ของยุโรปตะวันตก ความบริสุทธิ์ของ SiO2 ของผลิตภัณฑ์คือ 4N ปริมาณ Fe < 1×10^-6 และเนื้อหาองค์ประกอบสิ่งเจือปนอื่นๆ < 5×10^-6

เริ่มต้นในปี 1990 บริษัท Unimin ในอเมริกาเริ่มพัฒนาและใช้หินแกรนิตเพกมาไทต์ในพื้นที่ Spruce Pine ของรัฐนอร์ธแคโรไลนาอย่างมีประสิทธิภาพ ได้พัฒนาผลิตภัณฑ์ซีรีส์ควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูง เช่น IOTA-STD (เกรดมาตรฐาน), IOTA-4, IOTA-6 และ IOTA-8 ซึ่งเกือบจะผูกขาดตลาดต่างประเทศและกลายเป็นมาตรฐานสากล

เห็นได้ชัดว่านอกเหนือจากคริสตัลธรรมชาติ หลอดเลือดดำควอตซ์ และหินแกรนิตควอตซ์ในหกแหล่งกำเนิดข้างต้นแล้ว ทรัพยากรแร่ควอตซ์ยังเป็นวัตถุดิบในอุดมคติสำหรับการแปรรูปผลิตภัณฑ์ควอตซ์ระดับกลางและระดับสูงที่มีความบริสุทธิ์สูง

ควอตซ์หลอดเลือดดำและหินแกรนิตบางชนิดไม่สามารถแปรรูปเป็นควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงได้ เนื่องจากระดับเทคโนโลยีการประมวลผลในปัจจุบัน มีเพียงไม่กี่ชิ้นเท่านั้นที่หายากเป็นพิเศษที่สามารถแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์ระดับไฮเอนด์ได้

นั่นคือการเลือกหลอดเลือดดำควอตซ์หรือหินแกรนิตควอตซ์เป็นเพียงทิศทางทั่วไปที่ถูกต้องเท่านั้น มันไม่ได้แก้ปัญหาสำคัญของการเลือกวัตถุดิบเฉพาะเจาะจง

สาเหตุหลักคือการมีอยู่ของหลอดเลือดดำควอตซ์และหินแกรนิตประเภทย่อยต่างๆ ซึ่งได้รับอิทธิพลจากสภาพทางธรณีวิทยาที่ก่อตัวเป็นแร่ นอกจากนี้ยังมีความแตกต่างที่สำคัญในด้านแร่วิทยา ปิโตรวิทยา และลักษณะการสะสมของแร่ของหลอดเลือดดำควอตซ์และหินแกรนิตที่มีต้นกำเนิดประเภทเดียวกัน

ตามรายงาน บริษัท Unimin ในอเมริกาคัดสรรวัตถุดิบควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงและมีข้อกำหนดที่เข้มงวด

เกณฑ์การคัดเลือกวัตถุดิบของ Unimin Quartz: หนึ่งคือควอตซ์ที่มีสิ่งเจือปนน้อยที่สุดในโครงสร้างผลึก เช่น ปริมาณอะลูมิเนียม IOTA-STD (14-18)×10^-6, ปริมาณอะลูมิเนียม IOTA-4 (8-10)×10^ -6; อีกอันคือควอตซ์ที่มีการรวมตัวกันของก๊าซและของเหลวน้อยกว่า เช่น หินแกรนิตเพกมาไทต์และคริสตัล

แสดงให้เห็นว่าเนื้อหาขององค์ประกอบที่ไม่บริสุทธิ์ในวัตถุดิบไม่เพียงแค่สอดคล้องกับคุณภาพเท่านั้น แต่เกี่ยวข้องกับการเลือกสรรของสิ่งเจือปนที่กำหนดโดยคุณลักษณะทางแร่วิทยาของกระบวนการวัตถุดิบ ตัวอย่างเช่น แม้ว่าตัวอย่างหินเพกมาไทต์ Spruce Pine ในสหรัฐอเมริกาจะมีส่วนประกอบขององค์ประกอบที่ไม่บริสุทธิ์สูง แต่ก็ใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับผลิตภัณฑ์ระดับไฮเอนด์ของ IOTA

ในปัจจุบัน เทคโนโลยีการประมวลผลหลักสำหรับควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูง ได้แก่ การให้เกรด การขัดถู การชะล้างกรดเคมี การลอยตัว (ทั้งการลอยที่มีฟลูออรีนและไม่ใช่ฟลูออรีน) การแยกแรงโน้มถ่วง การแยกด้วยแม่เหล็ก การคั่วด้วยคลอรีน และการชะล้างจุลินทรีย์ วัตถุดิบที่ใช้ได้แก่ หลอดเลือดดำควอตซ์ หินแกรนิตเพกมาไทต์ ควอตซ์ไซต์ และหินทรายควอตซ์

หลอดเลือดดำควอตซ์เป็นหลอดเลือดดำที่เกิดจากความร้อนใต้พิภพที่เกี่ยวข้องกับหินแกรนิต ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในรูปแบบหลอดเลือดดำที่ไม่สม่ำเสมอ หลอดเลือดดำควอตซ์เป็นสีขาวบริสุทธิ์ที่มีความมันวาวและมีความบริสุทธิ์สูง โดยมีปริมาณ SiO2 เกิน 99% ในประเทศจีน เหมืองควอตซ์หลอดเลือดดำส่วนใหญ่ตั้งอยู่ในพื้นที่ต่างๆ เช่น มณฑลเจียงซูตงไห่ เสฉวน เฮยหลงเจียง หูเป่ย ฯลฯ อำเภอชีชุน มณฑลหูเป่ย มีปริมาณสำรองหินควอตซ์มากกว่า 100 ล้านตัน โดยมีปริมาณซิลิคอนมากกว่า 99.98% ซึ่งครองอันดับหนึ่งใน ประเทศ.

Quartzite เกิดขึ้นจากหินทรายหรือหินทรายควอตซ์โดยผ่านการเปลี่ยนแปลงและการสัมผัสความร้อน โดยปริมาณแร่ควอตซ์โดยทั่วไปเกิน 85% มักเกี่ยวข้องกับทัวร์มาลีน เพทาย ไมกา เฟลด์สปาร์ และแร่ดินเหนียว โดยมีความแข็งและความหนาแน่นสูงกว่าหินทรายควอตซ์ เหมืองควอทซ์ไซต์มีจำหน่ายในชิงไห่ มณฑลอานฮุย เหลียวหนิง มณฑลส่านซี ฯลฯ และเป็นหนึ่งในแหล่งวัตถุดิบแร่ทรายหลักในประเทศจีน

หินทรายควอตซ์เป็นหิน clastic ที่รวมตัวกันโดยมีส่วนประกอบของควอตซ์มากกว่า 95% มักเกี่ยวข้องกับทัวร์มาลีน รูไทล์ แมกนีไทต์ ไมกา เฟลด์สปาร์ และแร่ดินเหนียว ในประเทศจีน เหมืองหินทรายควอตซ์จำหน่ายในเสฉวน หูหนาน เจียงซู เจ้อเจียง ยูนนาน ซานตง ฯลฯ เป็นวัตถุดิบหลักสำหรับการแปรรูปแก้ว เซรามิก การหล่อ และแร่ธาตุและวัสดุอุตสาหกรรมควอตซ์อื่น ๆ

วัตถุดิบสำหรับทรายควอทซ์ความบริสุทธิ์สูงซีรีส์ Unimin TOTA ของ American Unimin คือหินแกรนิตเพกมาไทต์ อย่างไรก็ตาม การวิจัยในพื้นที่นี้อาจแข็งแกร่งกว่าในประเทศจีน และไม่มีรายงานความสำเร็จในการแปรรูปทรายควอทซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงจากหินแกรนิตเพกมาไทต์

เมื่อเทียบกับวิศวกรรมการแปรรูปแร่ทั่วไป อุปกรณ์แปรรูปทรายควอทซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงมีลักษณะดังต่อไปนี้:

การชะล้างด้วยกรดและการล้างน้ำเป็นส่วนเชื่อมโยงที่สำคัญในเทคโนโลยีการประมวลผลทรายควอทซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูง เนื่องจากข้อกำหนดความบริสุทธิ์ของ SiO2 ที่สูงมากและมีองค์ประกอบที่ไม่บริสุทธิ์ในปริมาณต่ำในควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูง ความบริสุทธิ์ของกรดและน้ำที่ใช้จึงต้องเป็นไปตามข้อกำหนดที่เกี่ยวข้อง มิฉะนั้นจะเป็นการยากที่จะผลิตสินค้าที่มีคุณภาพ

การชะล้างด้วยกรดร้อนมีบทบาทสำคัญในกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ของควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูง คุณสมบัติทางเคมีที่สำคัญอย่างหนึ่งของควอตซ์คือทนต่อกรดได้ดีเยี่ยม (ยกเว้น HF) ในขณะที่ส่วนประกอบที่ไม่บริสุทธิ์ของโลหะอื่นๆ ในแร่มักมีความต้านทานต่อกรดต่ำ ผลกระทบนี้จะเด่นชัดมากขึ้นภายใต้สภาวะอุณหภูมิที่แน่นอน

เทคโนโลยีการชะล้างกรดในการประมวลผลควอทซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงใช้หลักการนี้เพื่อทำให้สารเคมีบริสุทธิ์ การศึกษาพบว่าการใช้สูตรกรดที่เหมาะสมตามลักษณะของวัตถุดิบแร่สามารถกำจัดแร่โลหะ แร่ธาตุที่มีธาตุเหล็ก แร่ธาตุคาร์บอเนต และเหล็กฟิล์มบางระหว่างอนุภาคควอทซ์ในวัตถุดิบได้ดีขึ้น

หากเติมกรด HF ในปริมาณหนึ่งลงในส่วนผสมของสูตรกรด จะมีผลดีกว่าในการกำจัดไมกาและเฟลด์สปาร์ที่เจือปนในวัตถุดิบ ดังนั้นจึงมักใช้รีเอเจนต์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนรุนแรง เช่น กรดร้อนและกรด HF

การปฏิบัติได้พิสูจน์แล้วว่าในการประมวลผลควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงให้บริสุทธิ์ วัสดุใดๆ ที่สัมผัสกับวัตถุดิบ เช่น ภาชนะบรรจุ จะส่งผลกระทบอย่างมากต่อคุณภาพของตัวอย่าง การควบคุมมาตรฐานวัสดุอย่างเข้มงวดในการเชื่อมโยงการประมวลผลทั้งหมดของทรายควอทซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นกุญแจสำคัญในการรับประกันคุณภาพ

ลักษณะของความบริสุทธิ์ของควอตซ์ SiO2 ที่มีความบริสุทธิ์สูง ช่วยให้มั่นใจได้ว่าจะไม่มีมลภาวะในระหว่างกระบวนการผลิต อย่างไรก็ตาม เนื่องจากกระบวนการแปรรูปที่ยาวนานและเทคโนโลยีที่ซับซ้อนของทรายควอทซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูง จึงไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะปิดผนึกกระบวนการผลิตทั้งหมด

เพื่อป้องกันมลภาวะฝุ่นในอากาศ จึงต้องกำหนดข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมทางอากาศสำหรับการผลิต บรรจุภัณฑ์ การจัดเก็บ ฯลฯ

ข้อกำหนดด้านความปลอดภัยสูง: สายการผลิตที่ประกอบด้วยรีเอเจนต์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนรุนแรง ก๊าซพิษ (หากใช้การคั่วด้วยคลอรีน) อุณหภูมิสูง ฯลฯ ต้องมีการรับประกันความปลอดภัยในการผลิตที่สูงขึ้น

ลักษณะพิเศษของเงื่อนไขกระบวนการข้างต้นเป็นตัวกำหนดความต้องการสูงสำหรับอุปกรณ์การผลิตที่แปรรูปควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูง การพัฒนาอุปกรณ์การผลิตที่ปลอดภัย เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ประหยัดพลังงาน และมีประสิทธิภาพเป็นเงื่อนไขสำคัญในการทำให้เกิดขนาดและการพัฒนาอุตสาหกรรม

ปริมาณรวมขององค์ประกอบที่ไม่บริสุทธิ์ เช่น Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni ฯลฯ ในผลิตภัณฑ์ American Unimin IOTA-STD มักจะ < 20× 10^-6 โดยมีค่าสูงสุด < 22×10^-6 สำหรับสารที่มีความบริสุทธิ์สูง วิธีการวิเคราะห์ทางเคมีและ X-ray fluorescence spectroscopy (XRF) เป็นเรื่องยากที่จะปฏิบัติตามข้อกำหนดในการตรวจสอบคุณภาพ

สำหรับการตรวจจับองค์ประกอบโลหะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งองค์ประกอบโลหะปริมาณเล็กน้อย สเปกโตรเมทรีการปล่อยแสงพลาสมาแบบเหนี่ยวนำคู่ (ICP-OES) มีข้อได้เปรียบมากที่สุด โดยมีขีดจำกัดการตรวจจับที่ดี มีความแม่นยำในการตรวจจับสูง ใช้เวลาสั้น และความไวสูง ปัจจุบัน ICP-OES ได้กลายเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการตรวจจับส่วนประกอบทางเคมีปริมาณเล็กน้อยของวัสดุที่มีความบริสุทธิ์สูง

เทคโนโลยีการตรวจจับ ICP เป็นการสนับสนุนที่สำคัญและเป็นส่วนประกอบของเทคโนโลยีควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูง ซึ่งมีความสำคัญในทางปฏิบัติและทางทฤษฎีในการส่งเสริมการพัฒนาเทคโนโลยีควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงของจีน

ควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงมีคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีที่มั่นคง โดยมีลักษณะเฉพาะ เช่น ปริมาณสิ่งเจือปนต่ำและการละลายแร่ที่ยาก ในกระบวนการละลายและการชะล้างตัวอย่างการตรวจจับควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูง ปัจจัยพื้นฐานที่เกี่ยวข้อง ได้แก่ น้ำหนักตัวอย่าง การผสมรีเอเจนต์ ปริมาณรีเอเจนต์ ความบริสุทธิ์ของรีเอเจนต์ ฯลฯ

เทคโนโลยีนี้ประกอบด้วยการเตรียมตัวอย่างและการตรวจจับเครื่องมือ ซึ่งเป็นสองส่วนหลัก เทคโนโลยีหลักคือการเตรียมการละลายและการชะล้างของตัวอย่าง

การทดลองแสดงให้เห็นว่าในกระบวนการเตรียมตัวอย่าง น้ำหนักตัวอย่าง การรวมกันของรีเอเจนต์ ปริมาณรีเอเจนต์ และความบริสุทธิ์ของรีเอเจนต์ที่ใช้จะมีผลกระทบสำคัญต่อผลลัพธ์การตรวจจับ ICP

ปริมาณควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงที่ใช้ ≥2000มก. ความบริสุทธิ์ของรีเอเจนต์คือเกรดที่มีความบริสุทธิ์สูง (MOS หรือ BV-III) การรวมกันของรีเอเจนต์คือ HF+HNO3 HNO3 เข้มข้นถูกใช้ในสามครั้ง โดยมีปริมาณรวม ≥5mL; ปริมาณ HF คือ 25 มล.

ตามคุณลักษณะของเทคโนโลยีการประมวลผลและข้อกำหนดด้านความบริสุทธิ์ของทรายควอทซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูง ไม่ควรใช้ตะแกรงเหล็กตลอดกระบวนการเตรียมตัวอย่างทั้งหมดเพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนของเหล็ก

นอกจากนี้ การดำเนินการละลายตัวอย่างควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงและการเตรียมการชะล้างในสภาพห้องปฏิบัติการที่มีความสะอาดเป็นพิเศษจะช่วยหลีกเลี่ยงมลภาวะในอากาศที่ไม่บริสุทธิ์และลดข้อผิดพลาดในการตรวจจับ

GlobalQT specializes in quartz tubes and quartz tube heaters, providing customizable solutions for the high-purity quartz industry worldwide. We are committed to quality, competitive pricing, and meeting the specific needs of our clients. For reliable service and expertise, partner with GlobalQT. Contact us at contact@globalquartztube.com.