Como importante matéria-prima mineral industrial, quartzo O quartzo é amplamente utilizado tanto em setores industriais tradicionais (como vidro, cerâmica e materiais refratários) quanto em indústrias de alta tecnologia (como militar, eletrônica e telecomunicações). A pureza do quartzo — ou seja, seu teor de SiO₂ — afeta diretamente o desempenho e as aplicações dos produtos finais. Indústrias tradicionais, como a de vidro comum e materiais de construção, têm requisitos relativamente baixos quanto à pureza da matéria-prima. No entanto, produtos de precisão e alto desempenho — como materiais para telecomunicações e cadinhos de quartzo — exigem matérias-primas de quartzo de alta pureza ou mesmo de ultra-alta pureza. Além disso, essas aplicações requerem níveis controlados de certos elementos traço nas matérias-primas de quartzo.
| Nome do produto | Especificação (Malha) | Fração de massa w(SiO2)% | Fração de massa w(Fe2O3)×10−6 | Principais aplicações |
| Areia de quartzo de ultra-alta pureza | 40~70 70~140 | 99.99 | <2 | Vidro de quartzo de alta qualidade |
| Areia de quartzo de alta pureza | 40~70 70~140 | 99.98 | 2 | 1. Materiais isolantes para componentes eletrônicos 2. Encapsulamento para circuitos integrados de grande escala (pó de sílica) |
| Areia de quartzo de alta pureza | 40~70 70~140 | 99.96 | <5 | 3. Vidro de quartzo opaco, etc. 4. Vidro óptico de alta qualidade |
| Areia de quartzo de alta pureza | 40~70 70~140 | 99.90 | <10 | 5. Materiais químicos como silicato de potássio, silicato de sódio, etc. |
| Areia de quartzo refinada | Completo / Todos os tamanhos | 99.6 | <200 | Vidro óptico, vidro para instrumentos, etc. |
| Areia de quartzo comum | Completo / Todos os tamanhos | >96 | <500 | Vidro comum, fundição, materiais refratários |
Produtos e especificações de areia de quartzo
Indústria do Vidro
A indústria vidreira é uma grande consumidora de quartzo como matéria-prima. O quartzo confere muitas propriedades excelentes ao vidro de silicato e seus produtos, como transparência, resistência mecânica e estabilidade química. O teor de SiO₂ na matéria-prima tem um impacto significativo no desempenho dos produtos de vidro de silicato. Na composição do vidro de silicato comum, o SiO₂ representa tipicamente entre 65% e 75% de SiO₂. O vidro float moderno geralmente exige que a matéria-prima de quartzo contenha mais de 96% de SiO₂, menos de 2% de Al₂O₃, entre 0,01% e 0,1% de Fe₂O₃ e um tamanho de partícula de cerca de 0,4 mm. Partículas maiores que 0,5 mm e menores que 0,1 mm não devem exceder 5% de SiO₂.
Vidros de alta qualidade, como vidros especiais, vidros planos de alta qualidade e vidros ópticos de precisão, possuem requisitos mais rigorosos quanto à composição química das matérias-primas de quartzo. O teor de SiO2 deve ser superior a 99%, o teor de Fe2O3 deve ser inferior a 0,05%–0,1%, e os teores de Al2O3 e TiO2 devem ser inferiores a 0,5%–2,0% e inferiores a 0,05%, respectivamente.
Os requisitos de pureza para matérias-primas de quartzo utilizadas em diferentes produtos de vidro variam de país para país, e até mesmo entre diferentes empresas dentro do mesmo país.
Requisitos de pureza das matérias-primas de quartzo para fabricação de vidro nos principais países do mundo:
| País | Tipo de vidro | SiO2 | Fe2O3 | Cr2O3 | TiO2 | Al2O3 |
| EUA | Óptico | 99.8 | 0.02 | <0,1 | ||
| Plano | >98,5 | <0,35 | <0,2 | <0,5 | ||
| Japão | Óptica de Grau 1 | 99.8 | 0.02 | 0.1 | ||
| Plano | >97 | <0,06 | >0,1 | |||
| Reino Unido | Ótica Premium | 99.5 | 0.008 | 0.0001 | 0.03 | |
| Plano | >98,5 | <0,03 | <0,0005 | <0,5 | <0,5 | |
| China | Vidro especial | >99,5 | >0,05 | <0,001 | <0,05 | <0,5 |
| Plano | >98,5 | <0,1 |
O vidro de quartzo utilizado na indústria de semicondutores é de alta pureza e transparente. A matéria-prima é o dióxido de silício de extrema pureza. O principal tipo são os sinos de vidro de quartzo de grande formato, utilizados principalmente na fabricação do revestimento externo de fornos de silício policristalino.
Indústria de fundição mecânica
Na indústria de fundição mecânica, o quartzo é amplamente utilizado como areia de moldagem, machos e moldes de fundição. Isso se deve ao fato de que, além de seu alto ponto de fusão, a areia de quartzo também desempenha um papel importante no aquecimento, dessulfurização e desoxidação durante o processo de fundição. A quantidade de areia de quartzo utilizada na indústria de fundição é relativamente grande. Geralmente, a produção de uma tonelada de peça fundida requer uma tonelada de areia de moldagem e argila. Com o aumento da precisão das peças fundidas, exigências maiores são impostas à pureza da matéria-prima de quartzo. Por exemplo, o processo mais avançado de areia resinada na fundição requer areia de quartzo com teor de SiO₂ superior a 971 TP3T e granulometria entre 40 e 320 mesh. A indústria de fundição mecânica utiliza aproximadamente 331 TP3T da produção mundial total de areia de quartzo.
Requisitos de qualidade para areia de quartzo na indústria de fundição:
| Aplicativo | Categoria/Classificação | Teor de minerais | ||
| SiO₂ (%) | Fe₂O₃ (%) | Al₂O₃ (%) | ||
| Indústria de fundição | Grau I | >97 | <0,75 | |
| Grau II | >97,5 | <1,0 | ||
| Grau III | >94 | <1,5 | ||
| Grau IV | >90 |
Indústria Cerâmica
Como matéria-prima feldspática, o quartzo pode ajustar a plasticidade e a coesão de massas cerâmicas. Durante a queima, ele neutraliza a contração da massa e reage com a alumina para formar a estrutura de suporte do material cerâmico. Isso aumenta a resistência mecânica dos produtos cerâmicos, além de conferir-lhes translucidez e brancura.
| Teor de minerais | |||
| Tipo | SiO2 (%) | Fe2O3 (<%) | Al2O3 (%) |
| Cerâmica para construção e instalações sanitárias | 98.5 | <0,02 | <0,5 |
| Cerâmica de rádio | 98.5 | <0,05 | <2,0 |
Requisitos de qualidade para areia de quartzo em produtos cerâmicos:
O quartzo é o principal componente responsável pela natureza vítrea dos esmaltes cerâmicos. Ele confere uma série de excelentes propriedades físicas e químicas à superfície do esmalte (como resistência, brilho, resistência ao desgaste, dureza e resistência à corrosão química). Além disso, o aumento do teor de SiO₂ no esmalte pode elevar sua temperatura de fusão e viscosidade.
A cerâmica de quartzo fundido é um corpo sinterizado produzido a partir de quartzo fundido ou vidro de quartzo como matéria-prima. O processo envolve a trituração da matéria-prima, seguida de classificação, moagem de bolas Para formar uma pasta, o material é moldado por meio de vazamento ou moldagem por suspensão, culminando em um processo de sinterização. As cerâmicas de quartzo fundido possuem inúmeras propriedades notáveis, incluindo baixo coeficiente de expansão térmica, excelente resistência ao choque térmico, bom isolamento elétrico e resistência à corrosão por ácidos e álcalis. Desde a sua invenção, sua utilização tem sido rapidamente difundida e aplicada em todo o mundo.
Inicialmente, a cerâmica de quartzo fundido era utilizada apenas como material refratário de baixa qualidade em indústrias tradicionais como a metalúrgica e a de fabricação de vidro. Graças aos esforços incansáveis dos cientistas, o desempenho da cerâmica de quartzo fundido melhorou rapidamente e ela agora é amplamente utilizada em áreas de alta tecnologia como energia nuclear, aeroespacial e defesa.
Na indústria solar, os cadinhos de cerâmica de quartzo fundido são recipientes indispensáveis e de alto consumo, utilizados na fundição de lingotes de silício policristalino. Como precisam ser usados por longos períodos a temperaturas superiores a 1.500 °C em uma única operação, estão sujeitos a requisitos extremamente rigorosos quanto à pureza, resistência e precisão dimensional. Portanto, parâmetros-chave como a pureza, tamanho da partículaAlém disso, o teor de impurezas da matéria-prima de quartzo deve ser rigorosamente controlado.
Indústria de Materiais Refratários
A principal utilização do quartzo como matéria-prima na indústria de refratários é na produção de tijolos refratários siliciosos, incluindo tijolos de sílica, tijolos de sílica leves e produtos de quartzo fundido. Os tijolos de sílica são utilizados principalmente na construção de equipamentos térmicos, como fornos de vidro, e sua principal composição mineral consiste em fosfoquartzo e ortoquartzo. Os produtos de quartzo fundido são produzidos principalmente utilizando quartzo fundido como matéria-prima, e sua principal composição mineral é o vidro de quartzo. Devido às características do vidro de quartzo, como um baixo coeficiente de expansão térmica, os produtos de quartzo fundido apresentam excelente resistência ao choque térmico.
Requisitos de qualidade da areia de quartzo para diferentes materiais refratários:
| Aplicativo | Categoria/Classificação | Teor de minerais | ||
| SiO2(%) | Fe2O3 (%) | Al2O3(%) | ||
| Materiais refratários | Grau Especial | >98 | <0,5 | <0,5 |
| Grau I | >97,5 | <1,0 | <1,0 | |
| Grau II | >96 | <1,5 | <1,5 |
Para garantir que os materiais refratários siliciosos apresentem refratariedade superior a 1650–1700 °C, temperatura de amolecimento sob carga acima de 1650 °C e exibam boa estabilidade térmica, boa estabilidade química, baixo coeficiente de expansão térmica e elevadas propriedades mecânicas, o teor de SiO₂ na matéria-prima de quartzo e a distribuição granulométrica do quartzo devem ser rigorosamente controlados. A negligência nesse controle comprometerá seriamente o desempenho do material refratário. Geralmente, o teor de SiO₂ na matéria-prima de quartzo deve ser de 93% ou superior; para matérias-primas de quartzo com baixa cristalinidade, as partículas grossas devem ser limitadas a menos de 2 mm.
Além disso, a cristalinidade da matéria-prima de quartzo também tem um impacto significativo no desempenho dos materiais refratários (especialmente na sua refratariedade). Quanto maior a cristalinidade da matéria-prima de quartzo, maior a refratariedade do material refratário resultante.
Indústria de semicondutores
Os produtos de quartzo utilizados na indústria de semicondutores são empregados principalmente como materiais de encapsulamento. Quando combinados com agentes de cura, resinas epóxi e diversos aditivos, podem reduzir o custo dos materiais de encapsulamento. Os requisitos para as matérias-primas de quartzo também são muito elevados: a pureza do dióxido de silício deve atingir 99,9% ou superior, com teor de ferro (Fe) inferior a 5 ppm e teor total de impurezas não superior a 300 ppm. No passado, esses produtos eram principalmente importados. Nos últimos anos, porém, com pesquisas aprofundadas sobre materiais de quartzo, a tecnologia de produção melhorou significativamente. Atualmente, a produção nacional não só atende à demanda do mercado interno, como também resulta em exportações substanciais para mercados estrangeiros.
Indústria química
Em comparação com aplicações em vidros, cerâmicas e materiais refratários comuns, o uso de areia de quartzo na indústria química impõe requisitos de qualidade ligeiramente mais elevados. É comumente encontrada em produtos como silicato de sódio, sílica gel e silicato de sódio. Tomando o silicato de sódio como exemplo, ele pode ser dividido em formas sólida e líquida, dependendo de sua aplicação. O silicato de sódio líquido, usado em detergentes e como adesivo para caixas de papelão, requer um teor de SiO₂ superior a 98%, um teor de Fe₂O₃ inferior a 0,2% e um tamanho de partícula entre 0,2 e 2 mm. Em contrapartida, o silicato de sódio sólido, usado como catalisador no refino de petróleo, possui requisitos mais rigorosos: um teor de SiO₂ superior a 99% e um teor de Fe₂O₃ inferior a 0,03%.
Enchimento Industrial
A areia de quartzo é outra importante área de aplicação como carga industrial e tem recebido grande atenção. É utilizada principalmente em materiais poliméricos orgânicos, como plásticos e filmes plásticos, borracha, revestimentos, tintas e adesivos, para melhorar suas propriedades físicas e químicas ou aprimorar características específicas. Por exemplo, a adição de areia de quartzo pode aumentar a resistência à compressão e à tração de plásticos. Geralmente, os requisitos de qualidade para areia de quartzo são bastante elevados, com um teor de SiO₂ de 99% ou superior e um teor de Fe₂O₃ inferior a 0,05%. Em alguns casos, os requisitos de qualidade para areia de quartzo podem atender aos do quartzo de alta pureza.
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— Publicado por Emily Chen
