Quartz de haute pureté : types, origines, impuretés et besoins de traitement
- Types de minerai:Certains minerais produisent du quartz de haute pureté.
- Origines géologiques:Ils proviennent de contextes géologiques spécifiques.
- Profils d'impuretés:Chaque type a un profil d’impuretés différent.
- Exigences de traitement:Leurs besoins de traitement varient en fonction de la pureté.
Le quartz de haute pureté (HPQ) est de la silice (SiO₂) d'une pureté de 99,951 TP3T ou plus. Il est essentiel aux technologies de pointe comme les semi-conducteurs, les cellules photovoltaïques et la fibre optique. La production de HPQ dépend des sources de minerai de quartz, des niveaux d'impuretés et des méthodes permettant d'atteindre la pureté souhaitée. Ce rapport met en évidence les principaux types de minerais utilisés pour la production de HPQ. Il explore leur localisation dans le monde et examine les défis techniques que chaque type présente.
Classification géologique des minerais de quartz de haute pureté
1. Quartz de type pegmatite granitique
Les pegmatites granitiques sont des roches ignées grossières. Elles se forment lors des dernières étapes de la cristallisation du magma. Ces gisements contiennent du quartz comme minéral principal, souvent intercalé avec du feldspath et du mica. La teneur en quartz des pegmatites est faible, généralement autour de 25%. Leur structure contient de nombreuses inclusions fluides et des traces d'impuretés, telles que Al, Li et K, qui rendent la purification difficile. Certaines pegmatites, comme celles de la région d'Altay au Xinjiang, en Chine, ont donné naissance à des produits pilotes. Ces produits présentent des niveaux de pureté en SiO₂ atteignant 4N8 (99,998%). Ce résultat a été obtenu grâce à une lixiviation acide et des traitements thermiques avancés.
Caractéristiques principales :
Profil d'impuretés : Les niveaux élevés d'aluminium (Al³⁺) proviennent de sa présence dans le réseau de quartz. Les métaux alcalins, comme le sodium (Na⁺) et le potassium (K⁺), sont présents dans les feldspaths voisins.
Exigences de traitement :
- Le broyage en plusieurs étapes libère le quartz des minéraux de la gangue.
- Ensuite, utilisez la lixiviation à base de HF pour dissoudre les inclusions.
2. Quartz veineux
Le quartz filonien se développe suite à l'activité hydrothermale. Des fluides riches en silice s'infiltrent dans les fractures et les fissures, provoquant des précipitations. Ces gisements présentent un quartz massif, blanc laiteux, dont la teneur en SiO₂ dépasse souvent 99%. Les veines de quartz de la région de Supe, au Cameroun, présentent des zones de haute pureté. Par exemple, l'échantillon QTZ6 présente des teneurs en Al inférieures à 15 ppm et en Ti inférieures à 10 ppm. Ces teneurs sont observées même en présence d'inclusions de rutile et de tourmaline.
Caractéristiques principales :
Profil d'impuretés : Dominé par des inclusions minérales (par exemple, rutile, tourmaline) et des oligo-éléments piégés dans les fluides (par exemple, Ti, Fe).
Exigences de traitement :
- Tout d’abord, utilisez le tri optique pour éliminer les zones riches en inclusions.
- Ensuite, appliquez la séparation magnétique.
- Enfin, utilisez la chloration à chaud pour éliminer les impuretés contenant du Ti.
3. Quartzite
Le quartzite est une roche métamorphique issue de la recristallisation du grès quartzeux. Les quartzites de haute qualité, comme ceux de Sibelco en Norvège, présentent des teneurs en SiO₂ supérieures ou égales à 98%. Ils constituent des matières premières essentielles pour la HPQ conforme à la norme IOTA. La faible porosité et la structure homogène du minéral réduisent les inclusions fluides, simplifiant ainsi la purification.
Caractéristiques principales :
Profil d'impureté : Traces d'Al et de Ti provenant de minéraux détritiques dans le protolithe.
Exigences de traitement :
- Calcination à 1 200 °C pour briser les membranes d'inclusion.
- Utilisez la séparation électrostatique pour éliminer les minéraux lourds restants.
4. Cristal naturel
Les cristaux naturels, bien que rares, représentent la forme la plus pure du quartz, avec une teneur en SiO₂ dépassant souvent 99,99%. Ces cristaux se développent dans des géodes ou des veines hydrothermales. Ils se forment dans des conditions de refroidissement lent, ce qui contribue à réduire les défauts de réseau. Cependant, la petite taille de leurs gisements et les coûts d'extraction élevés limitent leur évolutivité industrielle.
Répartition mondiale des gisements de quartz de haute pureté
| Type de minerai | Régions clés | Dépôts notables | Pureté du SiO₂ (post-traitement) |
|---|---|---|---|
| Granite Pegmatite | Qinling oriental (Chine), Altay (Chine) | Champ de pegmatite du Henan | 99.995% (4N5) |
| Quartz veineux | Cameroun, Brésil, États-Unis (épicéa et pin) | Veines hydrothermales de Supe (Cameroun) | 99.97% (4N7) |
| Quartzite | Norvège, Russie, Australie | Quartzite norvégien de Sibelco | 99.998% (4N8) |
| Cristal naturel | Madagascar, Brésil, Arkansas (États-Unis) | Minas Gerais (Brésil) | 99,999% (5N) |
Défis liés à l'élimination des impuretés par type de minerai
Contamination par l'aluminium (Al)
Source principale : Al³⁺ de substitution dans le réseau de quartz, en particulier dans les pegmatites granitiques.
Méthode d'élimination : Chloration à haute température (1 200 °C) avec du gaz Cl₂ pour volatiliser l'Al sous forme d'AlCl₃.
Contamination au titane (Ti)
Source principale : Inclusions de rutile (TiO₂) dans des veines de quartz et de quartzite.
Méthode d'élimination : séparation triboélectrique ou flottation pour isoler les particules riches en Ti.
Métaux alcalins (Na, K, Li)
Source principale : Inclusions fluides dans le quartz pegmatitique.
Méthode d'élimination : Crépitement par choc thermique (trempe à l'eau) suivi d'une lixiviation HF.
Considérations économiques et technologiques
Accessibilité des ressources : Les gisements de quartz filonien et de quartzite sont plus viables économiquement que les cristaux naturels rares.
Intensité énergétique : Les étapes de calcination et de chloration représentent environ 40% de coûts de traitement, favorisant les régions à faibles tarifs énergétiques.
Réglementations environnementales : l’utilisation du HF dans la lixiviation nécessite des systèmes de gestion des déchets rigoureux, limitant la production dans les régions dotées de politiques environnementales strictes.
Vous pouvez produire du quartz de haute pureté à partir de quatre principaux types de minerais :
- Pegmatites granitiques
- Quartz filonien
- Quartzite
- Cristaux naturels
Chaque type de minerai présente des formations géologiques, des profils d'impuretés et des voies de traitement distincts. De nouvelles méthodes d'élimination des impuretés, notamment l'aluminium et le titane, nous permettent d'exploiter des gisements autrefois trop coûteux, comme les filons hydrothermaux du Cameroun. Des acteurs établis comme Sibelco démontrent l'importance des technologies de purification propriétaires pour rester à la pointe du marché. L'exploration future devra trouver des gisements de quartzite et de quartz filonien dans des zones moins étudiées. Nous devrions également investir dans des méthodes d'élimination des impuretés peu coûteuses. Cela contribuera à diversifier la chaîne d'approvisionnement mondiale en HPQ.
