Para convertir el mineral de cuarzo en cuarzo de alta pureza, seguimos varios pasos. Primero, procesamos los minerales. Luego, realizamos una purificación química. Estos pasos ayudan a eliminar las impurezas. Nuestro objetivo es alcanzar un contenido de sílice (SiO₂) superior al 99,951 TP₃T. Este proceso es clave para crear cuarzo que satisfaga las necesidades de la industria avanzada. Se utiliza en semiconductores, fibra óptica, paneles solares y electrónica.
Pasos clave en el proceso de transformación
1. Minería y preparación inicial
- El mineral de cuarzo proviene de yacimientos que difieren en su origen geológico y niveles de impurezas. La calidad del mineral de cuarzo en bruto, como las pegmatitas graníticas o las fuentes metamórficas, influye en su purificación. Esto se debe a las diferentes características minerales y a las impurezas presentes.
2. Trituración y molienda
- El mineral de cuarzo crudo se tritura utilizando trituradoras de mandíbulas o trituradoras giratorias para reducir el tamaño a partículas manejables.
- Los molinos de bolas o de barras muelen aún más el cuarzo. Esto crea un polvo fino y aumenta la superficie para tratamientos químicos posteriores.
3. Clasificación y deslamado
- El cuarzo molido se clasifica por tamaño de partícula para garantizar la uniformidad.
- El deslamado ultrasónico se puede utilizar para eliminar partículas finas de arcilla y limo.
4. Separación magnética y electrostática
- La separación magnética elimina las impurezas que contienen hierro y los minerales ferromagnéticos.
- La separación electrostática se dirige a impurezas no magnéticas como potasio, albita, aluminio y micas.
5. Purificación química (lixiviación ácida y decapado)
- La lixiviación ácida utiliza ácido clorhídrico (HCl), ácido sulfúrico (H₂SO₄), ácido fluorhídrico (HF) o sus mezclas. Disuelve metales e impurezas como hierro, aluminio, sodio, calcio, magnesio y plomo.
- Este paso a menudo se lleva a cabo a temperaturas controladas (60–80 °C) con agitación para mejorar la disolución de las impurezas.
6. Tratamientos de alta temperatura
- La calcinación, que calienta los materiales a entre 850 y 1200 °C, modifica las estructuras minerales. Elimina las impurezas volátiles y aumenta la pureza del cuarzo.
- El enfriamiento con agua tras la calcinación libera las estructuras minerales, lo que facilita la molienda y la eliminación de impurezas.
7. Tostado por cloración en caliente
- En algunos procesos, se realiza una etapa de cloración en caliente a aproximadamente 1200 °C. En esta etapa se utilizan cloro y cloruro de hidrógeno gaseoso para eliminar las impurezas restantes. Este paso requiere instalaciones especializadas debido a los gases peligrosos involucrados.
8. Lavado, Neutralización y Secado
- Tras los tratamientos con ácido, lave el cuarzo con agua desionizada. Este paso elimina los ácidos residuales y las impurezas disueltas.
- Los pasos de neutralización garantizan que no queden restos de ácido que puedan contaminar el producto final.
- El cuarzo purificado se seca. También puede calcinarse de nuevo para obtener las propiedades físicas y químicas adecuadas.
Resumen del flujo del proceso
La transformación del mineral de cuarzo en cuarzo de alta pureza implica una serie de etapas de procesamiento mineral y purificación química diseñadas para eliminar impurezas y alcanzar un contenido muy alto de sílice (SiO₂), típicamente superior a 99,951 TP₃T. Este proceso es fundamental para producir cuarzo apto para aplicaciones industriales avanzadas como semiconductores, fibra óptica, paneles solares y electrónica.
Pasos clave en el proceso de transformación
1. Minería y preparación inicial
- El mineral de cuarzo se extrae de yacimientos que varían en su génesis geológica y contenido de impurezas. La calidad del mineral de cuarzo en bruto (p. ej., de pegmatita granítica o de fuentes metamórficas) afecta el potencial de purificación debido a las diferencias en las características mineralógicas y las inclusiones de impurezas.4.
2. Trituración y molienda
- El mineral de cuarzo crudo se tritura utilizando trituradoras de mandíbulas o trituradoras giratorias para reducir el tamaño a partículas manejables.
- Se realiza una molienda adicional en molinos de bolas o de barras para producir polvo fino de cuarzo, aumentando el área superficial para tratamientos químicos posteriores.23.
3. Clasificación y deslamado
- El cuarzo molido se clasifica por tamaño de partícula para garantizar la uniformidad.
- El deslamado ultrasónico se puede utilizar para eliminar partículas finas de arcilla y limo.1.
4. Separación magnética y electrostática
- La separación magnética elimina las impurezas que contienen hierro y los minerales ferromagnéticos.
- La separación electrostática se dirige a impurezas no magnéticas como potasio, albita, aluminio y micas.35.
5. Purificación química (lixiviación ácida y decapado)
- La lixiviación ácida con ácido clorhídrico (HCl), ácido sulfúrico (H2SO4), ácido fluorhídrico (HF) o mezclas de ellos disuelve impurezas metálicas y de otro tipo como hierro, aluminio, sodio, calcio, magnesio y plomo.
- Este paso a menudo se lleva a cabo a temperaturas controladas (60–80 °C) con agitación para mejorar la disolución de las impurezas.256.
6. Tratamientos de alta temperatura
- La calcinación (calentamiento a unos 850–1200 °C) se utiliza para alterar las estructuras minerales, eliminar impurezas volátiles y mejorar la pureza del cuarzo.
- El enfriamiento con agua después de la calcinación ayuda a aflojar las estructuras minerales para facilitar la molienda y la eliminación de impurezas.15.
7. Tostado por cloración en caliente
- En algunos procesos, se aplica una etapa de cloración en caliente a aproximadamente 1200 °C en una atmósfera de cloro y cloruro de hidrógeno para eliminar químicamente las impurezas residuales. Esta etapa requiere instalaciones especializadas debido a los gases peligrosos involucrados.3.
8. Lavado, Neutralización y Secado
- Después de los tratamientos ácidos, el cuarzo se lava completamente con agua desionizada para eliminar los ácidos residuales y las impurezas disueltas.
- Los pasos de neutralización garantizan que no queden restos de ácido que puedan contaminar el producto final.
- Luego, el cuarzo purificado se seca y, a veces, se vuelve a calcinar para lograr las propiedades físicas y químicas deseadas.256.
Resumen del flujo del proceso
| Escenario | Objetivo | Métodos/condiciones típicas |
|---|---|---|
| Minería y Extracción | Obtener mineral de cuarzo en bruto | Minería a cielo abierto o subterránea |
| Trituración y molienda | Reducción de tamaño y aumento de la superficie | Trituradora de mandíbulas, molino de bolas, molino de barras |
| Clasificación y deslamado | Eliminar finos y clasificar el tamaño de partículas | Deslamado ultrasónico, clasificadores |
| Separación magnética y electrostática | Eliminar impurezas magnéticas y no magnéticas | Separadores magnéticos, separadores electrostáticos |
| Lixiviación ácida / decapado | Disolver impurezas metálicas y de otro tipo. | Ácidos HCl, HF, H2SO4 a 60–80 °C |
| Calcinación y enfriamiento por agua | Alteración estructural y eliminación de impurezas | Calentamiento a 850–1200 °C, enfriamiento rápido |
| Tostación por cloración en caliente | Eliminación de impurezas químicas | Atmósfera de gas cloro-HCl a ~1200 °C |
| Lavado, Neutralización, Secado | Eliminación final de impurezas y secado | Lavado con agua desionizada, secado a ~175–185 °C |
Pureza alcanzada y desafíos
- El producto final de cuarzo de alta pureza suele tener un contenido de SiO₂ de 99,951 TP₃T o superior. En ocasiones, puede alcanzar 99,971 TP₃T o superior. Esto depende de la calidad del mineral y de la eficiencia del proceso.
- Las impurezas clave a eliminar son:
- Aluminio
- Hierro
- Sodio
- Potasio
- Litio
- Titanio
- Circonio
- Calcio
- Magnesio
- El proceso requiere equipo especial y operadores cualificados. Esto es importante para la molienda de cuarzo resistente y la manipulación de productos químicos peligrosos en la cloración.
- El origen geológico y la mineralización del mineral de cuarzo afectan lo fácil y costoso que es purificarlo.
En resumen, la transformación del mineral de cuarzo en cuarzo de alta pureza es un proceso complejo. Consta de varios pasos:
- Reducción de tamaño mecánica
- Separación física
- Lixiviación química
- Tratamientos termales
- Lavado cuidadoso
Estos pasos eliminan las impurezas y permiten alcanzar la alta pureza de sílice que requieren las industrias de tecnología avanzada.
