Le quartz, minéral industriel important, est largement utilisé dans des domaines tels que l'électronique et les technologies de l'information, le verre photovoltaïque, les semi-conducteurs, les creusets en quartz, les matériaux optiques, la céramique et les revêtements haut de gamme. Les exigences de pureté des industries en aval sont en constante augmentation, notamment dans le secteur du quartz de haute pureté. De ce fait, les impuretés de fer sont devenues un facteur clé affectant la qualité des produits. Lors de la transformation du quartz, le broyage fin est une étape cruciale pour le contrôle granulométrique et la séparation des particules individuelles. Cependant, l'usure des billes de broyage, des revêtements et des équipements des broyeurs fins peut introduire de nouvelles contaminations en fer. Ces contaminations augmentent la teneur en Fe₂O₃ dans les produits en quartz. Pour les produits en quartz haut de gamme exigeant une teneur en Fe₂O₃ inférieure à 100 ppm, voire de l'ordre de quelques dizaines de ppm, même une faible contamination en fer peut réduire la qualité du produit et impacter négativement sa valeur marchande.
D’où provient exactement la contamination par le fer lors du broyage fin du quartz ? Et comment peut-on la contrôler et l’éliminer efficacement ?
Principales sources de contamination par le fer dans le Broyage fin du quartz
Avant d'analyser les solutions, il est nécessaire de clarifier les sources de contamination par le fer.
1. Usure des médias de broyage
Les broyeurs à boulets et les broyeurs à agitateur utilisent généralement des billes d'acier, des billes forgées ou des barres d'acier comme éléments de broyage. Lors d'un fonctionnement prolongé, ces éléments en acier subissent une usure continue.
Les particules de limaille de fer et d'oxyde de fer générées par cette usure se mélangent directement à la poudre de quartz, constituant ainsi l'une des principales sources de contamination par le fer. Ce problème est particulièrement marqué lors de l'étape de rectification ultra-fine, car la fréquence de contact entre le média et le matériau par unité de temps augmente considérablement.
2. Usure des plaques de revêtement et des parois internes des équipements
Les broyeurs à boulets traditionnels utilisent généralement des plaques de revêtement en acier à haute teneur en manganèse ou en acier allié. Lorsqu'un minéral très dur comme le quartz heurte continuellement les parois internes de l'équipement, ces plaques s'usent progressivement. Ce phénomène libère des éléments ferreux dans le flux de produit. Avec une dureté Mohs de 7, le quartz est beaucoup plus abrasif que les minéraux ordinaires, ce qui accélère l'usure de l'équipement.
3. Contamination provenant du système de convoyage
Outre le moulin lui-même, les équipements auxiliaires tels que les élévateurs, les convoyeurs à vis, les tuyaux et les silos peuvent également contribuer à la contamination par le fer.
En particulier lors du transport de poudres à grande vitesse, les frottements fréquents entre les particules et les surfaces métalliques peuvent facilement entraîner une contamination secondaire.
4. Impuretés de fer dans le minerai brut
Parfois, lorsque la teneur en fer dépasse les normes, cela n'est pas uniquement dû à une contamination des équipements. Le minerai de quartz brut peut contenir de l'hématite, de la limonite, de la magnétite, de la pyrite, de la biotite et de la hornblende. Ces minéraux ferreux sont entièrement libérés après un broyage fin, ce qui facilite la détection du fer. Il est donc essentiel de distinguer le fer primaire de la contamination par le fer due au procédé de fabrication.
Réduction de la contamination par le fer grâce à la sélection des équipements
1. Sélection de la céramique broyeurs à boulets pour éliminer la contamination par le fer pendant le broyage
Comparativement aux broyeurs à billes en acier traditionnels, les broyeurs à billes en céramique éliminent totalement les sources de fer grâce à leur conception et à leurs billes de broyage. Ils sont le choix privilégié pour les procédés de broyage de quartz de haute pureté.
Configuration du noyau sans fer :
L'ensemble de l'unité est équipé de revêtements en céramique et utilise des billes de broyage non métalliques, telles que des billes d'alumine, de zircone et de silice. Le système de broyage n'entre pas en contact avec l'acier, ce qui élimine quasiment toute contamination par le fer. Ceci prévient fondamentalement toute contamination mécanique par le fer pendant le broyage.
Applications :
Cet équipement est largement utilisé dans la production et le traitement de produits en quartz de haute pureté.
Il convient au quartz de haute pureté, au quartz de qualité électronique, au sable de quartz photovoltaïque et aux matériaux de quartz pour semi-conducteurs. Il garantit la pureté du matériau de manière fiable.
2. Utiliser un broyeur à jet d'air système permettant d'obtenir une contamination en fer ultra-faible lors du broyage
Le broyeur à jet d'air est l'un des équipements de base les plus adaptés pour contrôler la contamination par le fer lors du broyage et du traitement de matériaux en quartz de haute pureté et d'ultra-haute pureté.
Principe de fonctionnement :
L'équipement utilise un flux d'air à grande vitesse pour provoquer la collision et le frottement des particules de quartz, assurant ainsi le broyage du matériau. L'ensemble du processus de broyage ne nécessite aucun média de broyage mécanique traditionnel. Aucun composant en acier, tel que des billes ou des revêtements en acier, n'intervient dans le processus. Ceci élimine totalement la contamination par le fer due au contact mécanique et réduit considérablement la teneur en fer du produit.
Modèles recommandés pour les produits de haute pureté :
Pour répondre aux exigences de traitement des produits en quartz de très haute pureté et à granulométrie ultra-fine, on peut opter pour des broyeurs à jet d'air à lit fluidisé, à contre-courant ou à vapeur. Ces équipements offrent un compromis optimal entre performance de broyage ultra-fin et impératif de réduction extrême des contaminations.
3. Installation de revêtements protecteurs en céramique résistants à l'usure pour prévenir la contamination par le fer tout au long du processus
L'installation de revêtements céramiques non métalliques résistants à l'usure aux points critiques du processus, notamment le broyage ultrafin, le transport et la collecte des matériaux, est une mesure essentielle pour réduire la contamination par le fer. Les équipements modernes de traitement ultrafin pour la production de quartz de haute pureté utilisent couramment des matériaux céramiques haute performance pour la protection des revêtements internes.
Matériaux de protection courants :
Les céramiques d'alumine, les céramiques de zircone et les céramiques de carbure de silicium, qui présentent une résistance élevée à l'usure, une dureté élevée et aucune lixiviation du fer.
Principaux domaines de protection :
Le revêtement céramique est appliqué aux zones de contact essentielles avec les matériaux, telles que les chambres de broyage, les roues de classification, les conduites de transport et les collecteurs cycloniques. Il garantit l'absence de contact des matériaux avec le fer et l'acier tout au long du processus, réduisant ainsi l'introduction et la contamination par le fer dès la source de production.
Éliminer la contamination par le fer du point de vue du procédé
Même en utilisant des équipements à faible contamination, une élimination supplémentaire du fer est toujours nécessaire par des procédés ultérieurs.
Séparation magnétique pour l'élimination du fer
La séparation magnétique est la méthode la plus courante pour éliminer le fer dans l'industrie du quartz. Selon les différences de magnétisme des minéraux, les méthodes suivantes peuvent être utilisées :
Séparation magnétique faible : Élimine principalement : la magnétite et les limailles de fer fortement magnétiques.
Séparation magnétique forte : Élimine principalement : l'hématite, la limonite et l'ilménite.
Lixiviation acide pour l'élimination du fer
Lixiviation acide pour l'élimination du fer : En cas de contamination par le fer déjà adhéré à la surface du quartz, la séparation magnétique seule est souvent insuffisante pour une élimination complète. Dans ce cas, un traitement par lixiviation acide est nécessaire.
Les acides courants comprennent : L’acide chlorhydrique, l’acide sulfurique, l’acide oxalique et les systèmes d’acides mixtes. Parmi ceux-ci, l’acide oxalique présente un fort effet complexant sur les oxydes de fer.
Les gens demandent aussi
Question 1 : L’utilisation d’équipements en acier inoxydable peut-elle empêcher complètement la contamination par le fer ?
La réponse est non.
De nombreuses entreprises pensent que, puisque l'acier inoxydable ne rouille pas, il ne provoque pas de contamination par le fer. En réalité, l'acier inoxydable contient tout de même une proportion relativement élevée de fer.
En cas d'usure prolongée, des traces de particules de fer seront libérées. De plus, l'acier inoxydable peut contenir du chrome, du nickel et du manganèse, éléments susceptibles d'introduire des impuretés. Par conséquent, pour la production courante de poudre de quartz, un équipement en acier inoxydable est suffisant. Cependant, pour la production de quartz de haute pureté, un équipement en céramique reste la meilleure option.
Question 2 : Y a-t-il absolument aucune contamination par le fer dans les broyeurs à jet d'air ?
La réponse est que la contamination est quasi inexistante, mais pas absolument nulle.
Bien que les broyeurs à jet d'air ne présentent pas le problème de l'usure des billes d'acier, les sources potentielles de contamination suivantes existent toujours au sein de l'équipement :
- usure de la buse
- usure de la roue de classification
- Usure des pipelines
- usure des soupapes
Si ces composants sont fabriqués à partir de matériaux métalliques ordinaires, une contamination à l'état de traces de fer peut tout de même se produire après un fonctionnement prolongé.
Par conséquent, la production de quartz de haute pureté utilise généralement :
- Revêtement en oxyde d'aluminium
- Revêtement en zircone
- Roues classificatrices en céramique
Afin de réduire davantage le risque de contamination.
Pour les matériaux en quartz de qualité semi-conducteur, soumis à des exigences extrêmement strictes, il est également nécessaire de surveiller régulièrement l'usure des équipements et de suivre l'évolution de la teneur en fer du produit.
Conclusion
Les sources de contamination par le fer lors du broyage fin du quartz sont complexes. Elles comprennent à la fois les impuretés contenant du fer présentes dans le minerai brut et la contamination mécanique due à l'usure des équipements. La demande en quartz de haute pureté ne cesse de croître dans des secteurs tels que le photovoltaïque, les semi-conducteurs et l'électronique. Par conséquent, les méthodes de traitement traditionnelles utilisant des broyeurs à billes en acier sont de moins en moins adaptées aux exigences du marché.
Les fabricants peuvent réduire considérablement la teneur en fer des produits en quartz en adoptant des systèmes de broyage céramique, un broyage ultrafin par broyeurs à jet d'air, une séparation magnétique à gradient élevé, un traitement acide et une purification, ainsi que des mesures complètes de prévention des contaminations tout au long du processus de production. Ces approches contribuent à améliorer la pureté du produit et à accroître sa valeur ajoutée.
Pour les fabricants de quartz haut de gamme, la maîtrise de la contamination par le fer représente bien plus qu'un simple défi technique. C'est également un facteur crucial pour renforcer leur compétitivité sur le marché et maximiser la valeur de leurs produits.
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— Publié par Emily Chen
