Como importante materia prima mineral industrial, cuarzo El cuarzo se utiliza ampliamente tanto en sectores industriales tradicionales (como el vidrio, la cerámica y los materiales refractarios) como en industrias de alta tecnología (como la militar, la electrónica y las telecomunicaciones). La pureza del cuarzo —es decir, su contenido de SiO₂— afecta directamente al rendimiento y las aplicaciones de los productos finales. Las industrias tradicionales, como la del vidrio común y los materiales de construcción, tienen requisitos relativamente bajos en cuanto a la pureza de la materia prima. Sin embargo, los productos de precisión y alto rendimiento —como los materiales de telecomunicaciones y los crisoles de cuarzo— requieren materias primas de cuarzo de alta pureza o incluso de ultra alta pureza. Además, estas aplicaciones requieren niveles controlados de ciertos oligoelementos en las materias primas de cuarzo.
| Nombre del producto | Especificación (Malla) | Fracción de masa w(SiO2)% | Fracción de masa w(Fe2O3)×10−6 | Aplicaciones principales |
| Arena de cuarzo de ultra alta pureza | 40~70 70~140 | 99.99 | <2 | Vidrio de cuarzo de alta calidad |
| Arena de cuarzo de alta pureza | 40~70 70~140 | 99.98 | 2 | 1. Materiales aislantes para componentes electrónicos 2. Encapsulado para circuitos integrados a gran escala (polvo de sílice) |
| Arena de cuarzo de alta pureza | 40~70 70~140 | 99.96 | <5 | 3. Vidrio de cuarzo opaco, etc. 4. Vidrio óptico de alta calidad |
| Arena de cuarzo de alta pureza | 40~70 70~140 | 99.90 | <10 | 5. Materiales químicos como silicato de potasio, silicato de sodio, etc. |
| Arena de cuarzo refinada | Completo / Todos los tamaños | 99.6 | <200 | Vidrio óptico, vidrio para instrumentos, etc. |
| Arena de cuarzo común | Completo / Todos los tamaños | >96 | <500 | Vidrio común, materiales de fundición y refractarios |
Productos y especificaciones de arena de cuarzo
Industria del vidrio
La industria del vidrio es una importante usuaria de materias primas de cuarzo. El cuarzo confiere al vidrio de silicato y sus productos excelentes propiedades, como transparencia, resistencia mecánica y estabilidad química. El contenido de SiO2 en la materia prima influye significativamente en el rendimiento de los productos de vidrio de silicato. En la composición del vidrio de silicato común, el SiO2 suele representar entre 651 TP3T y 751 TP3T. El vidrio flotado moderno generalmente requiere que la materia prima de cuarzo contenga más de 961 TP3T de SiO2, menos de 21 TP3T de Al2O3, entre 0,011 TP3T y 0,11 TP3T de Fe2O3 y un tamaño de partícula de aproximadamente 0,4 mm. Las partículas mayores de 0,5 mm y menores de 0,1 mm no deben superar los 51 TP3T.
El vidrio de alta gama, como el vidrio especial, el vidrio plano de alta calidad y el vidrio óptico de precisión, tiene requisitos más estrictos en cuanto a la composición química de las materias primas de cuarzo. El contenido de SiO2 debe ser superior a 99%, el contenido de Fe2O3 debe ser inferior a 0,05%–0,1%, y los contenidos de Al2O3 y TiO2 deben ser inferiores a 0,5%–2,0% e inferiores a 0,05%, respectivamente.
Los requisitos de pureza para las materias primas de cuarzo utilizadas en los diferentes productos de vidrio varían de un país a otro, e incluso entre diferentes empresas dentro del mismo país.
Requisitos de pureza de las materias primas de cuarzo para la fabricación de vidrio en los principales países del mundo:
| País | Tipo de vidrio | SiO2 | Fe2O3 | Cr2O3 | TiO2 | Al2O3 |
| EE.UU | Óptico | 99.8 | 0.02 | <0,1 | ||
| Departamento | >98,5 | <0,35 | <0,2 | <0,5 | ||
| Japón | Óptica de grado 1 | 99.8 | 0.02 | 0.1 | ||
| Departamento | >97 | <0,06 | >0,1 | |||
| Reino Unido | Óptica Premium | 99.5 | 0.008 | 0.0001 | 0.03 | |
| Departamento | >98,5 | <0,03 | <0,0005 | <0,5 | <0,5 | |
| Porcelana | Vidrio especial | >99,5 | >0,05 | <0,001 | <0,05 | <0,5 |
| Departamento | >98,5 | <0,1 |
El vidrio de cuarzo utilizado en la industria de semiconductores es de alta pureza y transparente. La materia prima es dióxido de silicio de extrema pureza. El tipo principal son las campanas de vidrio de cuarzo de gran formato, que se utilizan principalmente para fabricar la carcasa exterior de los hornos de silicio policristalino.
Industria de la fundición mecánica
En la industria de la fundición mecánica, el cuarzo se utiliza ampliamente como arena de moldeo, machos de fundición y moldes. Esto se debe a que, además de su alto punto de fusión, la arena de cuarzo también desempeña un papel importante en el calentamiento, la desulfuración y la desoxidación durante el proceso de fundición. La cantidad de arena de cuarzo utilizada en la industria de la fundición es relativamente grande. Generalmente, la producción de una tonelada de fundición requiere una tonelada de arena de moldeo y arcilla. Con la creciente precisión de las piezas fundidas, se exigen mayores requisitos en cuanto a la pureza de las materias primas de cuarzo. Por ejemplo, el proceso más avanzado de arena de resina en la fundición requiere arena de cuarzo con un contenido de SiO2 superior a 971 TP3T y un tamaño de partícula entre 40 y 320 mallas. La industria de la fundición mecánica utiliza aproximadamente 331 TP3T de la producción mundial total de arena de cuarzo.
Requisitos de calidad para la arena de cuarzo en la industria de la fundición:
| Solicitud | Categoría / Grado | Contenido mineral | ||
| SiO₂ (%) | Fe₂O₃ (%) | Al₂O₃ (%) | ||
| Industria de la fundición | Grado I | >97 | <0,75 | |
| Grado II | >97,5 | <1.0 | ||
| Grado III | >94 | <1,5 | ||
| Grado IV | >90 |
Industria cerámica
Como materia prima feldespática, el cuarzo puede ajustar la plasticidad y la cohesión de las piezas cerámicas. Durante la cocción, contrarresta la contracción y reacciona con la alúmina para formar la estructura del material cerámico. Mejora la resistencia mecánica de los productos cerámicos, a la vez que aumenta su translucidez y blancura.
| Contenido mineral | |||
| Tipo | SiO2 (%) | Fe2O3 (<%) | Al2O3 (%) |
| Cerámica para la construcción y sanitarios | 98.5 | <0,02 | <0,5 |
| Cerámica de radio | 98.5 | <0,05 | <2.0 |
Requisitos de calidad para la arena de cuarzo en productos cerámicos:
El cuarzo es el componente principal responsable de la naturaleza vítrea de los esmaltes cerámicos. Aporta una serie de excelentes propiedades físicas y químicas a la superficie del esmalte (como resistencia, brillo, resistencia al desgaste, dureza y resistencia a la corrosión química). Además, aumentar el contenido de SiO₂ en el esmalte puede elevar su temperatura de fusión y su viscosidad.
Las cerámicas de cuarzo fundido son cuerpos sinterizados producidos a partir de cuarzo fundido o vidrio de cuarzo como materias primas. El proceso implica triturar las materias primas, seguido de la clasificación, molienda de bolas Se forma una pasta y se moldea mediante colada en barbotina o colada en pasta, culminando en un proceso de sinterización. La cerámica de cuarzo fundido posee numerosas propiedades excepcionales, entre las que se incluyen un bajo coeficiente de dilatación térmica, una excelente resistencia al choque térmico, un buen aislamiento eléctrico y resistencia a la corrosión por ácidos y álcalis. Desde su invención, se ha promovido y aplicado rápidamente en todo el mundo.
Inicialmente, la cerámica de cuarzo fundido se utilizaba únicamente como material refractario de baja calidad en industrias tradicionales como la metalurgia y la fabricación de vidrio. Gracias al incansable trabajo de los científicos, el rendimiento de la cerámica de cuarzo fundido ha mejorado rápidamente y ahora se utiliza ampliamente en campos de alta tecnología como la energía nuclear, la industria aeroespacial y la defensa.
En la industria solar, los crisoles de cerámica de cuarzo fundido son contenedores clave indispensables y de alto consumo utilizados en la fundición de lingotes de silicio policristalino. Debido a que deben usarse durante períodos prolongados a temperaturas que superan los 1500 °C en una sola operación, están sujetos a requisitos extremadamente estrictos en cuanto a pureza, resistencia y precisión dimensional. Por lo tanto, parámetros clave como la pureza, tamaño de partículay el contenido de impurezas de la materia prima de cuarzo debe controlarse estrictamente.
Industria de materiales refractarios
El uso principal de las materias primas de cuarzo en la industria refractaria es la producción de ladrillos refractarios silíceos, incluyendo ladrillos de sílice, ladrillos de sílice ligeros y productos de cuarzo fundido. Los ladrillos de sílice se utilizan principalmente en la construcción de equipos térmicos como hornos de vidrio, y su composición mineral principal consiste en fosfocuarzo y ortocuarzo. Los productos de cuarzo fundido se producen principalmente a partir de cuarzo fundido como materia prima, y su composición mineral principal es el vidrio de cuarzo. Debido a que el vidrio de cuarzo posee características como un bajo coeficiente de dilatación térmica, los productos de cuarzo fundido presentan una excelente resistencia al choque térmico.
Requisitos de calidad de la arena de cuarzo para diferentes materiales refractarios:
| Solicitud | Categoría / Grado | Contenido mineral | ||
| SiO2(%) | Fe2O3 (%) | Al2O3(%) | ||
| Materiales refractarios | Grado especial | >98 | <0,5 | <0,5 |
| Grado I | >97,5 | <1.0 | <1.0 | |
| Grado II | >96 | <1,5 | <1,5 |
Para garantizar que los materiales refractarios silíceos tengan una refractariedad superior a 1650–1700 °C, una temperatura de reblandecimiento de carga superior a 1650 °C y presenten buena estabilidad térmica, buena estabilidad química, un bajo coeficiente de expansión térmica y altas propiedades mecánicas, el contenido de SiO₂ en la materia prima de cuarzo y la distribución del tamaño de partícula del cuarzo deben controlarse estrictamente. De no hacerlo, el rendimiento del material refractario se verá gravemente comprometido. Generalmente, se requiere que el contenido de SiO₂ en las materias primas de cuarzo sea 93% o superior; para materias primas de cuarzo con baja cristalinidad, las partículas gruesas deben limitarse a menos de 2 mm.
Además, la cristalinidad de las materias primas de cuarzo también influye significativamente en el rendimiento de los materiales refractarios (especialmente en su refractariedad). Cuanto mayor sea la cristalinidad de la materia prima de cuarzo, mayor será la refractariedad del material refractario resultante.
Industria de semiconductores
Los productos de cuarzo utilizados en la industria de semiconductores se emplean principalmente como materiales de encapsulación. Al combinarse con agentes de curado, resinas epoxi y diversos aditivos, permiten reducir el costo de estos materiales. Los requisitos para las materias primas de cuarzo son muy exigentes: la pureza del dióxido de silicio debe alcanzar el 99,91% (TP3T) o superior, con un contenido de hierro (Fe) inferior a 5 ppm y un contenido total de impurezas que no supere las 300 ppm. Anteriormente, estos productos se importaban principalmente del extranjero. Sin embargo, en los últimos años, gracias a una investigación exhaustiva sobre los materiales de cuarzo, la tecnología de producción ha mejorado significativamente. Actualmente, la producción nacional no solo satisface la demanda del mercado interno, sino que también genera importantes exportaciones a mercados extranjeros.
Industria química
En comparación con las aplicaciones en vidrio común, cerámica y materiales refractarios, el uso de arena de cuarzo en la industria química impone requisitos de calidad ligeramente más altos. Se encuentra comúnmente en productos como vidrio soluble, gel de sílice y silicato de sodio. Tomando como ejemplo el silicato de sodio, se puede dividir en formas sólidas y líquidas según su uso previsto. El silicato de sodio líquido, utilizado en detergentes y como adhesivo para cajas de cartón, requiere un contenido de SiO₂ superior a 98%, un contenido de Fe₂O₃ inferior a 0,2% y un tamaño de partícula entre 0,2 y 2 mm. Por el contrario, el silicato de sodio sólido utilizado como catalizador en el refinado de petróleo tiene requisitos más estrictos: un contenido de SiO₂ superior a 99% y un contenido de Fe₂O₃ inferior a 0,03%.
Rellenos industriales
La arena de cuarzo es otra importante área de aplicación como relleno industrial y ha recibido gran atención. Se utiliza principalmente en materiales poliméricos orgánicos, como plásticos y películas plásticas, caucho, recubrimientos, pinturas y adhesivos, para mejorar sus propiedades físicas y químicas o potenciar características específicas. Por ejemplo, la adición de arena de cuarzo puede aumentar la resistencia a la compresión y a la tracción de los plásticos. Generalmente, los requisitos de calidad para la arena de cuarzo son bastante altos, con un contenido de SiO₂ de 99% o superior y un contenido de Fe₂O₃ inferior a 0,05%. En algunos casos, los requisitos de calidad para la arena de cuarzo pueden ser los mismos que los del cuarzo de alta pureza.
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— Publicado por Emily Chen
