Para transformar minério de quartzo em quartzo de alta pureza, seguimos várias etapas. Primeiro, processamos os minerais. Em seguida, utilizamos a purificação química. Essas etapas ajudam a remover as impurezas. Nosso objetivo é atingir um teor de sílica (SiO₂) superior a 99,951TP₂T. Esse processo é fundamental para a criação de quartzo que atenda às necessidades avançadas da indústria. Ele é usado em semicondutores, fibras ópticas, painéis solares e eletrônicos.
Etapas principais no processo de transformação
1. Mineração e Preparação Inicial
- O minério de quartzo provém de depósitos que diferem em sua origem geológica e níveis de impurezas. A qualidade do minério de quartzo bruto, como pegmatitos graníticos ou fontes metamórficas, afeta sua purificação. Isso se deve às diferentes características minerais e impurezas presentes.
2. Britagem e Moagem
- O minério de quartzo bruto é britado usando britadores de mandíbula ou britadores giratórios para reduzir o tamanho a partículas gerenciáveis.
- Moinhos de bolas ou de barras moem ainda mais o quartzo. Isso cria um pó fino e aumenta a área de superfície para tratamentos químicos posteriores.
3. Classificação e Deslamagem
- O quartzo moído é classificado pelo tamanho das partículas para garantir uniformidade.
- A deslamagem ultrassônica pode ser usada para remover partículas finas de argila e silte.
4. Separação Magnética e Eletrostática
- A separação magnética remove impurezas contendo ferro e minerais ferromagnéticos.
- A separação eletrostática tem como alvo impurezas não magnéticas, como potássio, albita, alumínio e micas.
5. Purificação Química (Lixiviação Ácida e Decapagem)
- A lixiviação ácida utiliza ácido clorídrico (HCl), ácido sulfúrico (H2SO4), ácido fluorídrico (HF) ou suas misturas. Ela dissolve metais e impurezas como ferro, alumínio, sódio, cálcio, magnésio e chumbo.
- Esta etapa é frequentemente conduzida em temperaturas controladas (60–80°C) com agitação para melhorar a dissolução de impurezas.
6. Tratamentos de alta temperatura
- A calcinação, que aquece os materiais a cerca de 850–1200 °C, altera as estruturas dos minerais. Ela remove impurezas voláteis e aumenta a pureza do quartzo.
- A têmpera em água após a calcinação solta as estruturas minerais, facilitando a moagem e a remoção de impurezas.
7. Torra por cloração a quente
- Em alguns processos, ocorre uma etapa de cloração a quente a cerca de 1200 °C. Essa etapa utiliza cloro e cloreto de hidrogênio gasoso para remover impurezas residuais. Essa etapa requer instalações especializadas devido aos gases perigosos envolvidos.
8. Lavagem, Neutralização e Secagem
- Após os tratamentos ácidos, lave o quartzo com água deionizada. Esta etapa remove os ácidos restantes e as impurezas dissolvidas.
- As etapas de neutralização garantem que não haja resíduos de ácido que possam contaminar o produto final.
- O quartzo purificado é seco. Também pode ser calcinado novamente para obter as propriedades físicas e químicas corretas.
Resumo do fluxo do processo
A transformação do minério de quartzo em quartzo de alta pureza envolve uma série de etapas de processamento mineral e purificação química, projetadas para remover impurezas e atingir um teor muito alto de sílica (SiO₂), tipicamente acima de 99,951TP₂T. Esse processo é fundamental para a produção de quartzo adequado para aplicações industriais avançadas, como semicondutores, fibras ópticas, painéis solares e eletrônicos.
Etapas principais no processo de transformação
1. Mineração e Preparação Inicial
- O minério de quartzo é extraído de depósitos que variam em gênese geológica e teor de impurezas. A qualidade do minério de quartzo bruto (por exemplo, de pegmatito granítico ou fontes metamórficas) afeta o potencial de purificação devido às diferenças nas características mineralógicas e às inclusões de impurezas.4.
2. Britagem e Moagem
- O minério de quartzo bruto é britado usando britadores de mandíbula ou britadores giratórios para reduzir o tamanho a partículas gerenciáveis.
- A moagem posterior é feita em moinhos de bolas ou moinhos de barras para produzir pó de quartzo fino, aumentando a área de superfície para tratamentos químicos subsequentes.23.
3. Classificação e Deslamagem
- O quartzo moído é classificado pelo tamanho das partículas para garantir uniformidade.
- A deslamagem ultrassônica pode ser usada para remover partículas finas de argila e silte1.
4. Separação Magnética e Eletrostática
- A separação magnética remove impurezas contendo ferro e minerais ferromagnéticos.
- A separação eletrostática tem como alvo impurezas não magnéticas, como potássio, albita, alumínio e micas35.
5. Purificação Química (Lixiviação Ácida e Decapagem)
- A lixiviação ácida com ácido clorídrico (HCl), ácido sulfúrico (H2SO4), ácido fluorídrico (HF) ou misturas destes dissolve impurezas metálicas e outras, como ferro, alumínio, sódio, cálcio, magnésio e chumbo.
- Esta etapa é frequentemente conduzida em temperaturas controladas (60–80 °C) com agitação para aumentar a dissolução das impurezas256.
6. Tratamentos de alta temperatura
- A calcinação (aquecimento em torno de 850–1200 °C) é usada para alterar estruturas minerais, remover impurezas voláteis e melhorar a pureza do quartzo.
- A têmpera em água após a calcinação ajuda a soltar as estruturas minerais para facilitar a moagem e a remoção de impurezas15.
7. Torra por cloração a quente
- Em alguns processos, uma etapa de cloração a quente a cerca de 1200 °C em uma atmosfera gasosa de cloro e cloreto de hidrogênio é aplicada para remover quimicamente as impurezas residuais. Esta etapa requer instalações especializadas devido aos gases perigosos envolvidos.3.
8. Lavagem, Neutralização e Secagem
- Após os tratamentos ácidos, o quartzo é completamente lavado com água deionizada para remover ácidos residuais e impurezas dissolvidas.
- As etapas de neutralização garantem que não haja resíduos de ácido que possam contaminar o produto final.
- O quartzo purificado é então seco e às vezes calcinado novamente para atingir as propriedades físicas e químicas desejadas.256.
Resumo do fluxo do processo
| Estágio | Propósito | Métodos/Condições Típicas |
|---|---|---|
| Mineração e Extração | Obter minério de quartzo bruto | Mineração a céu aberto ou subterrânea |
| Britagem e Moagem | Redução de tamanho e aumento da área de superfície | Britador de mandíbula, moinho de bolas, moinho de barras |
| Classificação e Deslamagem | Remover finos e classificar o tamanho das partículas | Deslamagem ultrassônica, classificadores |
| Separação Magnética e Eletrostática | Remove impurezas magnéticas e não magnéticas | Separadores magnéticos, separadores eletrostáticos |
| Lixiviação ácida / decapagem | Dissolver impurezas metálicas e outras | Ácidos HCl, HF, H2SO4 a 60–80°C |
| Calcinação e têmpera em água | Alteração estrutural e remoção de impurezas | Aquecimento a 850–1200°C, resfriamento rápido |
| Torrefação por cloração quente | Remoção de impurezas químicas | Atmosfera de gás cloro-HCl a ~1200°C |
| Lavagem, Neutralização, Secagem | Remoção final de impurezas e secagem | Lavagem com água deionizada, secagem a ~175–185°C |
Pureza Alcançada e Desafios
- O produto final de quartzo de alta pureza geralmente apresenta teor de SiO₂ de 99,951TP₂T ou mais. Às vezes, pode atingir 99,971TP₂T ou mais. Isso depende da qualidade do minério e da eficiência do processo.
- As principais impurezas a serem removidas são:
- Alumínio
- Ferro
- Sódio
- Potássio
- Lítio
- Titânio
- Zircônio
- Cálcio
- Magnésio
- O processo requer equipamentos especiais e operadores qualificados, o que é fundamental para a moagem de quartzo resistente e o manuseio de produtos químicos perigosos na cloração.
- A origem geológica e a mineralização do minério de quartzo afetam a facilidade e o custo de sua purificação.
Resumindo, transformar minério de quartzo em quartzo de alta pureza é um processo complexo. Inclui várias etapas:
- Redução mecânica do tamanho
- Separação física
- Lixiviação química
- Tratamentos termais
- Lavagem cuidadosa
Essas etapas eliminam impurezas e também atingem a alta pureza de sílica necessária para as indústrias de tecnologia avançada.
