Com o papel cada vez mais proeminente da areia de quartzo de alta pureza em indústrias estratégicas emergentes, como novas energias e tecnologia da informação de última geração, seu sistema de tecnologia de purificação profunda impulsionou um desenvolvimento exponencial.
Esmagamento e Moagem
Os equipamentos comuns de britagem para quartzo incluem britadores de mandíbulas, britadores cônicos e moinhos de bolasBritadores de mandíbulas são britadores de granulometria grossa com alta capacidade de processamento, tipicamente de 10 a 100 t/h. Utilizando britadores de mandíbulas, o minério de quartzo é britado de partículas maiores para 10 a 100 mm. Britadores cônicos são usados principalmente para britagem média, britando ainda mais os materiais para 5 a 20 mm. Moinhos de bolas são usados para britagem fina. moer areia de quartzo até um tamanho de partícula de 0,1–1 mm.
Durante o processo de britagem, ajustando parâmetros como o tamanho das partículas de alimentação e o tempo de moagem, é possível obter areia de quartzo com granulometria adequada. Por exemplo, a relação entre as bolas e a alimentação em um moinho de bolas é geralmente controlada entre 2 e 5:1, e o tempo de moagem precisa ser determinado com base nos requisitos de granulometria do produto, geralmente entre 2 e 8 horas.
Nos últimos anos, as tecnologias de britagem seletiva que aumentam a exposição de impurezas e reduzem a britagem excessiva têm recebido considerável atenção. Entre elas, a britagem elétrica pulsada de alta tensão (HVP/EPF) tem demonstrado significativo potencial de aplicação. Essa tecnologia baseia-se no impacto da descarga e nos efeitos de ruptura dielétrica, que fazem com que as fissuras se propaguem preferencialmente ao longo dos contornos de grão, das interfaces de fase e das inclusões, melhorando significativamente a eficiência de dissociação de monômeros da areia de quartzo e das impurezas.
Esfregar
A lavagem pode reduzir o teor de ferro na areia de quartzo de 0,1%–0,3% para 0,05%–0,15%. Este último método permite remover de forma mais rápida e eficaz a fina camada de impurezas aderida à superfície da areia de quartzo. O tempo de lavagem é geralmente controlado entre 30 e 60 minutos. Isso pode reduzir ainda mais o teor de impurezas e melhorar a pureza da areia de quartzo.
Triagem e classificação
Os métodos de classificação mais frequentemente utilizados para o quartzo são a peneiração, a classificação hidráulica e a classificação por ar. Os equipamentos de classificação mais comuns incluem peneiras vibratórias, hidrociclones e classificadores a ar. As peneiras vibratórias atingem uma eficiência de peneiração de 80% a 90%, enquanto os hidrociclones oferecem excelente precisão de classificação, separando partículas de 0,01 a 0,1 mm. Os classificadores a ar podem alcançar uma classificação ainda mais precisa, atendendo aos requisitos de uniformidade de partículas da areia de quartzo de alta pureza. Na produção real, o tamanho das partículas do material de alimentação é geralmente rigorosamente controlado dentro da faixa ideal de 0,074 a 4,75 mm.
Classificação por cor (Classificação fotoelétrica)
A tecnologia de seleção por cor é geralmente aplicada na seção seca, após a britagem e peneiramento. Ela é utilizada para a pré-seleção de matérias-primas ou para o acabamento do produto final, visando melhorar a brancura e a consistência da aparência, além de reduzir as flutuações entre lotes. A seleção por cor é eficaz na remoção de partículas de alta impureza dispersas. No entanto, seu efeito sobre impurezas de ferro presentes na forma de películas finas ou inclusões é limitado. Normalmente, é necessário combiná-la com processos como lavagem, deslamagem e separação magnética para alcançar uma remoção completa das impurezas.
Separação Magnética
A separação magnética tornou-se uma das técnicas mais utilizadas na purificação de areia de quartzo. A separação magnética úmida de alta intensidade e a separação magnética de alto gradiente são particularmente vantajosas na remoção de impurezas fracamente magnéticas de granulometria fina. Portanto, são frequentemente utilizadas no processo de remoção profunda de ferro da areia de quartzo. Em aplicações práticas, a separação magnética de alto gradiente geralmente requer o controle da intensidade do campo magnético adequada ao tratar impurezas fracamente magnéticas. A intensidade de indução magnética ideal concentra-se principalmente na faixa de 1,0 a 2,0 T. Essa faixa é benéfica para melhorar a capacidade de coleta de minerais fracamente magnéticos e também pode, em certa medida, manter a taxa de recuperação dos produtos de areia de quartzo.
Além disso, o efeito da separação magnética está intimamente relacionado a fatores como o tamanho das partículas da alimentação, a concentração da lama e a vazão, e não é determinado apenas pela intensidade do campo magnético. O controle inadequado do tamanho das partículas ou um alto teor de lama fina podem exacerbar o arraste mecânico, afetando assim o efeito final da separação. Portanto, os parâmetros operacionais devem ser otimizados em conjunto com as propriedades das matérias-primas durante o processo de separação magnética para melhorar a eficiência da remoção de impurezas.
Flutuação
A flotação é amplamente utilizada para remover ganga fracamente magnética ou não magnética, como feldspato, mica e limonita. Baseando-se nas diferenças de molhabilidade da superfície mineral, ela permite a remoção eficiente de elementos como Al, K, Na e Fe. Atualmente, os processos de flotação de quartzo de alta pureza aplicados industrialmente incluem três tipos principais: “com flúor e ácido”, “sem flúor e com ácido” e “sem flúor e sem ácido”. A principal diferença reside na estratégia de controle do ambiente da polpa e nos diferentes mecanismos de ativação/inibição na superfície de impurezas como feldspato e mica.
Dentre eles, o processo verde e avançado, livre de flúor e de ácido, visa completar a separação em suspensões neutras ou alcalinas. Isso reduz ainda mais a proteção ambiental e os custos com equipamentos. Seu princípio fundamental reside na alta dependência do efeito sinérgico de coletores mistos aniônicos/catiônicos, inibidores e ativadores.
Processo de tratamento térmico
Em um ambiente de alta temperatura, diversas inclusões gasosas e líquidas dentro do quartzo se expandem e se rompem gradualmente. Altas temperaturas também podem causar uma transformação cristalina no quartzo, aumentando sua atividade química. Isso facilita as reações entre impurezas e reagentes de purificação. Além dos efeitos mencionados, a calcinação remove matéria orgânica e algumas impurezas voláteis da superfície do quartzo. Isso garante a pureza da areia de quartzo, estabelecendo as bases para a produção de areia de quartzo de alta qualidade e pureza.
Os equipamentos comuns de calcinação para purificação de quartzo incluem fornos mufla e fornos rotativos. Os primeiros são adequados para experimentos e produção em pequena escala, permitindo um controle preciso da temperatura e da atmosfera. Os últimos são mais adequados para produção industrial em larga escala, oferecendo maior continuidade e eficiência. Os parâmetros do processo de calcinação incluem principalmente temperatura, tempo e atmosfera. As temperaturas de calcinação geralmente variam entre 800 e 1200 °C.
No entanto, para o boro estrutural e impurezas residuais como K e Na, que estão fortemente ligadas à estrutura Si-O, é necessário um processo de calcinação por cloração em alta temperatura. Durante esse processo, o quartzo sofre uma transformação cristalina de α-quartzo para α-triciolita e, em seguida, para α-cristobalita. Isso permite que os íons metálicos na rede cristalina do quartzo migrem e se difundam direcionalmente até a superfície do quartzo. Eles então reagem com o agente clorante para formar cloretos com baixo ponto de fusão e ebulição, removendo assim as impurezas da rede cristalina. Simultaneamente, sob uma atmosfera de cloração altamente concentrada, existe um gradiente de potencial químico entre a superfície e o interior das partículas de quartzo, promovendo a difusão externa de inclusões fluidas. Isso remove ainda mais as inclusões gás-líquido e os grupos hidroxila do quartzo.
Lixiviação alcalina
A lixiviação alcalina utiliza principalmente soluções alcalinas fortes, como NaOH e KOH, em altas temperaturas, para reagir com impurezas de óxidos ácidos e minerais de ganga de silicato presentes na areia de quartzo. Isso produz silicatos e aluminatos solúveis, que são então removidos por lavagem. A lixiviação alcalina apresenta excelente dissolução seletiva de impurezas de óxidos metálicos anfóteros, como Al₂O₃ e TiO₂. É especialmente eficaz para impurezas de alumínio e titânio presentes na superfície das partículas de quartzo e em microfissuras, como filmes de óxido ou inclusões finas.
Atualmente, a lixiviação alcalina em alta temperatura é um dos métodos mais utilizados para aprimorar a remoção de impurezas na purificação profunda de areia de quartzo. O efeito de purificação desse processo é influenciado principalmente por fatores como a concentração da solução alcalina e a temperatura da reação. Aumentar adequadamente a intensidade da lixiviação contribui para melhorar a remoção de impurezas. No entanto, se as condições forem muito severas, pode ocorrer maior dissolução da matriz de quartzo e aumentar o risco de resíduos de Na⁺. Portanto, após a lixiviação alcalina, geralmente é necessária uma lavagem abundante com água, e, se necessário, lavagem ácida e neutralização. Isso visa reduzir a contaminação secundária causada pela deposição de sais solúveis.
Lixiviação ácida
A lixiviação ácida é uma etapa crucial na purificação profunda da areia de quartzo, essencialmente uma reação química na interface sólido-líquido. Sob os efeitos dissolventes e complexantes de ácidos fortes, óxidos metálicos como Fe, Al e Ti, bem como algumas impurezas de silicato, são transferidos da fase sólida para a fase líquida e removidos. Para aumentar a eficácia da remoção de impurezas, um sistema de ácidos mistos é frequentemente utilizado industrialmente. O HF é usado principalmente para dissolver silicatos e inclusões cristalinas. Ácidos inorgânicos (HCl, HNO₃, H₂SO₄, etc.) são usados para dissolver óxidos metálicos. Ácidos orgânicos (como o ácido oxálico e o ácido cítrico) podem promover a complexação e a lixiviação de íons metálicos.
Estado atual da aplicação industrial da tecnologia de purificação de quartzo
Com a crescente demanda por pureza e qualidade do quartzo em indústrias como a de células fotovoltaicas e a de semicondutores, a aplicação industrial de diversas tecnologias de purificação tem apresentado uma clara estratificação. Cada processo de purificação difere significativamente em relação à remoção de impurezas, ao mecanismo de ação e às limitações técnicas. Isso também determina o seu atual status de aplicação industrial na prática.
Conclusão
A evolução da tecnologia e dos equipamentos de purificação de quartzo de alta pureza revela uma profunda influência de três forças motrizes: a demanda industrial, as políticas ambientais e a pesquisa básica.
Dentre esses fatores, a atualização iterativa das demandas industriais serve como o principal motor. Isso é evidenciado por:
- A demanda da indústria eletrônica por alta pureza;
- A nova necessidade da indústria de energia por processos de baixo custo e alta eficiência;
- O incentivo à produção sustentável e à reciclagem de recursos no âmbito da "neutralidade de carbono".
Olhando para o futuro, a tecnologia de purificação de quartzo de alta pureza está se desenvolvendo de forma coordenada em direção à inteligência (otimização de processos assistida por IA), sustentabilidade (sistemas de reagentes totalmente biodegradáveis) e precisão (controle de separação em nível atômico).
Obrigado pela leitura. Espero que meu artigo tenha ajudado. Deixe um comentário abaixo. Você também pode entrar em contato com o suporte online da Zelda para quaisquer outras dúvidas.
— Publicado por Emily Chen
