Поглиблений аналіз: що таке технологія високочистого кварцу?

Кварц високої чистоти відноситься до продуктів серії кварцу з чистотою SiO2 понад 99,9%. Це матеріальна основа високоякісних продуктів у кремнієвій промисловості, широко використовуваних у таких галузях, як фотоелектрична, електронна інформація, оптичний зв’язок та електролюмінесцентні джерела. Він займає важливу позицію та відіграє важливу роль у стратегічних нових галузях виробництва нових матеріалів та нової енергії.

За чистотою SiO2 його можна класифікувати на:

• Низький рівень з SiO2 ≥ 99,9% (3N)
• Середній рівень з SiO2 ≥ 99,99% (4N)
• Висококласний із SiO2 ≥ 99,998% (4N8)

Його також можна класифікувати на основі загальної кількості домішкових елементів, таких як Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni тощо, на:

• Низький рівень ≤ 1000×10^-6
• Середній кінець ≤ 100×10^-6
• Висококласний ≤ 20×10^-6

Кожен ступінь чистоти кварцу високої чистоти можна розділити на такі різновиди, як 40-80 меш, 80-140 меш, 80-200 меш, 80-300 меш тощо.

Технологія кварцу високої чистоти — це систематичний інженерний проект, який включає технологію відбору кварцової сировини високої чистоти, технологію обробки, технологію обладнання для обробки та технологію контролю якості. Ці аспекти є як незалежними, так і взаємопов’язаними, утворюючи цілісне технологічне ціле.

Спочатку кварц високої чистоти обробляли з природних кристалів першого і другого сорту. Природні кристали зазвичай утворюються в середовищах кристалічних порожнин за певних геологічних умов. Специфіка їх генезису призводить до двох притаманних недоліків:

1. Малі запаси та погані умови видобутку, які після багатьох років розробки та використання неминуче призводять до дефіциту ресурсів, високих цін та неможливості задовольнити потреби великомасштабного промислового виробництва.

2. Хімічний склад мінеральних кристалів нестабільний і залежить від змін кристалічного середовища. Це призводить до значних коливань хімічного складу сировини у великомасштабному промисловому застосуванні, що ускладнює стандартизацію сировини та не може задовольнити потреби у виробництві високоякісних кварцових продуктів високої чистоти.

Таким чином, необхідно почати з інших мінеральних ресурсів кварцу, щоб фундаментально вирішити проблему високочистої кварцової сировини, яка є основним технічним підходом усередині країни та за кордоном.

У 1990-х роках Японія переробляла прозорий кварц високої чистоти, використовуючи в якості сировини дрібнозернистий кварцит.

Росія і Німеччина переробляли кварц високої чистоти, використовуючи в якості сировини жильний кварц і метаморфічний кварцит.

У 1980-х роках американська компанія PPCC обробляла кварц високої чистоти, використовуючи граніт із району Фоксдейл на північно-західному узбережжі Англії як сировину для західноєвропейського кварцового скла. Чистота продукту SiO2 становила 4N, вміст Fe < 1×10^-6, а вміст інших домішкових елементів < 5×10^-6.

Починаючи з 1990-х років, американська компанія Unimin почала розробку та ефективне використання пегматитового граніту в районі Spruce Pine в Північній Кароліні. Вона розробила кварцові продукти високої чистоти, такі як IOTA-STD (стандартний клас), IOTA-4, IOTA-6 і IOTA-8, майже монополізувавши міжнародний ринок і ставши міжнародним стандартом.

Очевидно, що окрім природного кристала, жильного кварцу та гранітного кварцу серед шести генезисів вище, кварцові мінеральні ресурси є ідеальною сировиною для обробки кварцових продуктів середнього та високого класу високої чистоти.

Не весь жильний кварц і гранітний кварц можна переробити в кварц високої чистоти, враховуючи сучасний рівень технології обробки. Лише деякі, навіть винятково рідкісні, можуть бути перероблені в продукти високого класу.

Тобто вибір жильного кварцу або гранітного кварцу є єдиним правильним загальним напрямком; не вирішує ключового питання вибору конкретної сировини.

Основною причиною є існування різноманітних підрозділів генезису типів жильного кварцу та граніту під впливом рудоутворюючих геологічних умов. Існують також значні відмінності в мінералогії, петрології та характеристиках рудних родовищ жильного кварцу та граніту одного типу генезису.

Згідно з повідомленнями, американська компанія Unimin дуже вибірково ставиться до високочистої кварцової сировини та має жорсткі вимоги.

Критерії вибору сировини для кварцу Unimin: одним є кварц з найменшою кількістю домішок у кристалічній структурі, наприклад вміст алюмінію IOTA-STD (14-18)×10^-6, вміст алюмінію IOTA-4 (8-10)×10^ -6; інший — кварц з меншою кількістю газорідинних включень, наприклад пегматитовий граніт і кристал.

Показано, що вміст домішкових елементів у сировині не просто відповідає її якості. Натомість це стосується селективності домішок, яка визначається мінералогічними характеристиками процесу сировини. Наприклад, незважаючи на високий вміст домішок у зразках пегматитової породи Spruce Pine у Сполучених Штатах, вони використовуються як сировина для високоякісних продуктів IOTA.

В даний час основні технології обробки кварцу високої чистоти включають сортування, очищення, хімічне кислотне вилуговування, флотацію (як фторовмісну, так і безфторну флотацію), гравітаційну сепарацію, магнітну сепарацію, випалювання хлоруванням і мікробне вилуговування. Використовувана сировина включає жильний кварц, пегматитовий граніт, кварцит і кварцовий пісковик.

Жилальний кварц — це магматично-гідротермальна жила, пов’язана з гранітом, здебільшого в неправильних жильних формах. Жилковий кварц чисто білий із жирним блиском і високою чистотою, вміст SiO2 перевищує 99%. У Китаї жильні кварцові шахти в основному розташовані в таких районах, як Цзянсу Дунхай, Сичуань, Хейлунцзян, Хубей тощо. Повіт Цічунь провінції Хубей має запаси кварцового каменю, що перевищує 100 мільйонів тонн із вмістом кремнію понад 99,98%, займаючи перше місце в рейтингу країна.

Кварцит утворюється з кремнистих порід або кварцових пісковиків шляхом серії метаморфозів і термічного контакту, причому вміст кварцу, як правило, перевищує 85%. Його часто асоціюють з турмаліном, цирконом, слюдою, польовим шпатом і глинистими мінералами, твердість і щільність яких вищі, ніж у кварцового пісковика. Кварцитові шахти розташовані в Цинхай, Аньхой, Ляонін, Шеньсі та ін., і є одним з основних джерел кремнієвої мінеральної сировини в Китаї.

Кварцовий пісковик — консолідована уламкова порода з вмістом уламків кварцу понад 95%. Його часто асоціюють з турмаліном, рутилом, магнетитом, слюдою, польовим шпатом і глинистими мінералами. У Китаї шахти кварцового пісковика розташовані в Сичуані, Хунані, Цзянсу, Чжецзяні, Юньнані, Шаньдуні та ін. Вони є основною сировиною для обробки скла, кераміки, лиття та інших кварцових промислових мінералів і матеріалів.

Сировиною для кварцового піску високої чистоти американської серії Unimin TOTA є пегматитовий граніт. Однак дослідження в цій галузі можуть бути сильнішими в Китаї, і жодних повідомлень про досягнення в переробці кварцового піску високої чистоти з пегматитового граніту не було досягнуто.

У порівнянні із загальною технікою переробки корисних копалин, обладнання для переробки кварцового піску високої чистоти має такі характеристики:

Кислотне вилуговування і промивання водою є важливими ланками в технології переробки кварцового піску високої чистоти. Через надзвичайно високі вимоги до чистоти SiO2 і низький вміст домішкових елементів у високочистому кварці чистота використовуваних кислот і води повинна відповідати відповідним вимогам; інакше важко виробляти якісну продукцію.

Вилуговування гарячою кислотою відіграє ключову роль у обробці очищення кварцу високої чистоти. Однією з важливих хімічних властивостей кварцу є чудова кислотостійкість (за винятком HF), тоді як інші металеві домішки в руді зазвичай мають низьку кислотостійкість. Цей ефект більш виражений за певних температурних умов.

Технологія кислотного вилуговування з обробки кварцу високої чистоти використовує цей принцип для досягнення хімічного очищення. Дослідження показали, що використання відповідної кислотної формули відповідно до характеристик мінеральної сировини може краще видалити металеві мінерали, залізовмісні мінерали, карбонатні мінерали та тонку плівку заліза між частинками кварцу в сировині.

Якщо до комбінації кислотної формули додати певну кількість кислоти HF, це має кращий ефект на видалення домішок слюди та польового шпату в сировині. Тому часто використовуються сильні корозійні реагенти, такі як гаряча кислота та кислота HF.

Практика довела, що при обробці очищення високочистого кварцу будь-які матеріали, які контактують із сировиною, наприклад контейнери, значно впливають на якість зразків. Суворий контроль стандартів матеріалів у всіх ланках обробки кварцового піску високої чистоти є ключем до забезпечення якості.

Характеристики чистоти кварцу SiO2 високої чистоти гарантують відсутність забруднення під час виробничого процесу. Однак через тривалий процес обробки та складну технологію кварцового піску високої чистоти повністю герметизувати виробничий процес нелегко.

Щоб запобігти забрудненню повітря пилом, необхідно встановити суворі вимоги до повітряного середовища під час виробництва, пакування, зберігання тощо.

Високі вимоги безпеки: виробнича лінія, що складається з сильних корозійних реагентів, токсичних газів (якщо використовується випалювання хлоруванням), високих температур тощо, повинна мати вищі гарантії безпеки виробництва.

Особливість перерахованих вище умов процесу визначає високі вимоги до виробничого обладнання для обробки високочистого кварцу. Розробка безпечного, екологічно чистого, енергозберігаючого та ефективного виробничого обладнання є ключовою умовою для реалізації масштабу та індустріалізації.

Загальний вміст домішкових елементів, таких як Al, B, Li, K, Na, Ca, Mg, Ti, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni тощо, в американських продуктах Unimin IOTA-STD зазвичай < 20× 10^-6, з максимальним значенням < 22×10^-6. Для таких високочистих речовин, методи хімічного аналізу та рентгенівська флуоресцентна спектроскопія (XRF) важко задовольнити вимоги перевірки якості.

Для виявлення металевих елементів, особливо мікроелементів металів, оптико-емісійна спектрометрія з індуктивно пов’язаною плазмою (ICP-OES) має найбільші переваги з хорошими межами виявлення, високою точністю виявлення, коротким споживанням часу та високою чутливістю. В даний час ICP-OES став ефективним методом виявлення слідів хімічних компонентів матеріалів високої чистоти.

Технологія виявлення ICP є важливою підтримкою та компонентом технології високочистого кварцу, яка має практичне та теоретичне значення для сприяння розвитку китайської технології високочистого кварцу.

Кварц високої чистоти має стабільні фізичні та хімічні властивості з такими характеристиками, як низький вміст домішок і важке розчинення руди. У процесі розчинення та вилуговування зразків високочистого кварцу для виявлення основні фактори включають вагу зразка, комбінацію реагентів, дозування реагентів, чистоту реагентів тощо.

Ця технологія включає підготовку зразка та детектування інструментів, які є двома основними частинами. Ключовою технологією є розчинення проби та підготовка до вилуговування.

Експерименти показали, що в процесі підготовки зразка маса зразка, комбінація реагентів, дозування реагенту та чистота реагенту, що використовуються, матимуть важливий вплив на результати виявлення ICP.

Кількість використаного кварцу високої чистоти ≥2000 мг; чистота реагенту — клас високої чистоти (MOS або BV-III), комбінація реагентів — HF+HNO3; концентрована HNO3 використовується тричі, загальною кількістю ≥5 мл; Дозування HF становить 25 мл.

Згідно з характеристиками технології обробки та вимогами до чистоти кварцового піску високої чистоти, сталеві сита не можна використовувати протягом усього процесу підготовки зразка, щоб уникнути забруднення залізом.

Крім того, проведення розчинення зразків кварцу високої чистоти та підготовки вилуговування в ультрачистих лабораторних умовах допоможе уникнути забруднення повітря домішками та зменшить помилки виявлення.

GlobalQT спеціалізується на кварцових трубках і кварцових трубчастих нагрівачах, надаючи індивідуальні рішення для кварцової промисловості високої чистоти по всьому світу. Ми прагнемо до якості, конкурентоспроможних цін і задоволення конкретних потреб наших клієнтів. Для отримання надійного сервісу та досвіду, співпрацюйте з GlobalQT. Зв'яжіться з нами за адресою contact@globalquartztube.com.