Являясь важным промышленным минеральным сырьем, кварц Кварц широко используется как в традиционных промышленных секторах (таких как стекло, керамика и огнеупорные материалы), так и в высокотехнологичных отраслях (таких как военная промышленность, электроника и телекоммуникации). Чистота кварца, то есть содержание в нем SiO₂, напрямую влияет на характеристики и области применения конечной продукции. В традиционных отраслях, таких как производство обычного стекла и строительных материалов, требования к чистоте сырья относительно низкие. Однако для высокоточных и высокоэффективных изделий, таких как телекоммуникационные материалы и кварцевые тигли, требуется кварцевое сырье высокой или даже сверхвысокой чистоты. Кроме того, для этих применений необходим контролируемый уровень содержания определенных микроэлементов в кварцевом сырье.
| Название продукта | Спецификация (сетка) | Массовая доля w(SiO2)% | Массовая доля w(Fe2O3)×10−6 | Основные области применения |
| Кварцевый песок сверхвысокой чистоты | 40~70 70~140 | 99.99 | <2 | Высококачественное кварцевое стекло |
| Высокочистый кварцевый песок | 40~70 70~140 | 99.98 | 2 | 1. Изоляционные материалы для электронных компонентов 2. Инкапсуляция для крупномасштабных интегральных схем (порошок диоксида кремния) |
| Высокочистый кварцевый песок | 40~70 70~140 | 99.96 | <5 | 3. Непрозрачное кварцевое стекло и т. д. 4. Высококачественное оптическое стекло |
| Высокочистый кварцевый песок | 40~70 70~140 | 99.90 | <10 | 5. Химические вещества, такие как силикат калия, силикат натрия и т. д. |
| Очищенный кварцевый песок | Полный комплект / Все размеры | 99.6 | <200 | Оптическое стекло, приборное стекло и т. д. |
| Обычный кварцевый песок | Полный комплект / Все размеры | >96 | <500 | Обычное стекло, литейное производство, огнеупорные материалы |
Характеристики и характеристики кварцевого песка
Стекольная промышленность
Стекольная промышленность является крупным потребителем кварцевого сырья. Кварц придает силикатному стеклу и изделиям из него множество превосходных свойств, таких как прозрачность, механическая прочность и химическая стабильность. Содержание SiO2 в сырье оказывает существенное влияние на характеристики изделий из силикатного стекла. В составе обычного силикатного стекла содержание SiO2 обычно составляет от 651 до 751 ТП3Т. Современное флоат-стекло, как правило, требует, чтобы кварцевое сырье содержало более 961 ТП3Т SiO2, менее 21 ТП3Т Al2O3, от 0,011 ТП3Т до 0,11 ТП3Т Fe2O3 и размер частиц около 0,4 мм. Частицы размером более 0,5 мм и менее 0,1 мм не должны превышать 51 ТП3Т.
Для высококачественного стекла, такого как специальное стекло, высококачественное плоское стекло и прецизионное оптическое стекло, предъявляются более строгие требования к химическому составу кварцевого сырья. Содержание SiO2 должно быть выше 99%, содержание Fe2O3 — ниже 0,05%–0,1%, а содержание Al2O3 и TiO2 — ниже 0,5%–2,0% и ниже 0,05% соответственно.
Требования к чистоте кварцевого сырья, используемого в различных изделиях из стекла, различаются от страны к стране и даже между разными компаниями в пределах одной страны.
Требования к чистоте кварцевого сырья для производства стекла в ведущих странах мира:
| Страна | Тип стекла | SiO2 | Fe2O3 | Cr2O3 | TiO2 | Al2O3 |
| США | Оптический | 99.8 | 0.02 | <0.1 | ||
| Плоский | >98.5 | <0,35 | <0.2 | <0,5 | ||
| Япония | Оптика 1-го класса | 99.8 | 0.02 | 0.1 | ||
| Плоский | >97 | <0,06 | >0.1 | |||
| Великобритания | Оптика премиум-класса | 99.5 | 0.008 | 0.0001 | 0.03 | |
| Плоский | >98.5 | <0,03 | <0.0005 | <0,5 | <0,5 | |
| Китай | Специальное стекло | >99.5 | >0.05 | <0.001 | <0,05 | <0,5 |
| Плоский | >98.5 | <0.1 |
Кварцевое стекло, используемое в полупроводниковой промышленности, отличается высокой чистотой и прозрачностью. В качестве сырья используется чрезвычайно чистый диоксид кремния. Основной тип — это крупноформатные кварцевые стеклянные колпаки, которые в основном используются для изготовления внешних корпусов печей для поликристаллического кремния.
Литейная промышленность машиностроения
В машиностроительной литейной промышленности кварц широко используется в качестве формовочного песка, стержней и литейных форм. Это объясняется тем, что, помимо высокой температуры плавления, кварцевый песок также играет роль в нагреве, десульфуризации и раскислении в процессе плавки. Количество кварцевого песка, используемого в литейной промышленности, относительно велико. Как правило, для производства одной тонны отливки требуется одна тонна формовочного песка и глины. С повышением точности отливок предъявляются более высокие требования к чистоте кварцевого сырья. Например, для более совершенного процесса литья с использованием смоляного песка требуется кварцевый песок с содержанием SiO2 выше 971 тонны на тонну и размером частиц от 40 до 320 меш. Машиностроительная литейная промышленность использует приблизительно 331 тонну от общего мирового производства кварцевого песка.
Требования к качеству кварцевого песка в литейной промышленности:
| Приложение | Категория / Класс | Минеральный состав | ||
| SiO₂ (%) | Fe₂O₃ (%) | Al₂O₃ (%) | ||
| Литейная промышленность | Класс I | >97 | <0,75 | |
| II класс | >97.5 | <1.0 | ||
| III класс | >94 | <1.5 | ||
| IV степень | >90 |
Керамическая промышленность
Кварц, являясь полевошпатовым сырьем, способен регулировать пластичность и сцепление керамических изделий. В процессе обжига он компенсирует усадку и вступает в реакцию с оксидом алюминия, образуя структурный каркас керамического материала. Он повышает механическую прочность керамических изделий, а также увеличивает их прозрачность и белизну.
| Минеральный состав | |||
| Тип | SiO2 (%) | Fe2O3 (<%) | Al2O3 (%) |
| Строительная и сантехническая керамика | 98.5 | <0,02 | <0,5 |
| Радиокерамика | 98.5 | <0,05 | <2.0 |
Требования к качеству кварцевого песка в керамических изделиях:
Кварц является основным компонентом, определяющим стекловидную структуру керамических глазурей. Он придает поверхности керамической глазури целый ряд превосходных физических и химических свойств (таких как прочность, блеск, износостойкость, твердость и устойчивость к химической коррозии). Кроме того, увеличение содержания SiO₂ в глазури может повысить ее температуру плавления и вязкость.
Керамика из плавленого кварца — это спеченные изделия, изготовленные из плавленого кварца или кварцевого стекла в качестве сырья. Процесс включает в себя измельчение сырья с последующей сортировкой. шаровое измельчение Для получения суспензии и придания формы используется шликерное литье или литье из суспензии, завершающееся процессом спекания. Плавленая кварцевая керамика обладает многочисленными выдающимися свойствами, включая низкий коэффициент теплового расширения, отличную термостойкость, хорошую электроизоляцию и устойчивость к кислотной и щелочной коррозии. С момента своего изобретения она быстро получила распространение и применение во всем мире.
Первоначально керамика из плавленого кварца использовалась только в качестве низкосортного огнеупорного материала в традиционных отраслях промышленности, таких как металлургия и производство стекла. Благодаря неустанным усилиям ученых, характеристики керамики из плавленого кварца быстро улучшились, и теперь она широко используется в высокотехнологичных областях, таких как атомная энергетика, аэрокосмическая промышленность и оборона.
В солнечной энергетике тигли из плавленого кварца являются незаменимыми, высокопотребляемыми емкостями, используемыми при литье поликристаллических кремниевых слитков. Поскольку их необходимо использовать в течение длительного времени при температурах, превышающих 1500 °C, за один цикл, к ним предъявляются чрезвычайно строгие требования в отношении чистоты, прочности и точности размеров. Поэтому такие ключевые параметры, как чистота, размер частицКроме того, содержание примесей в кварцевом сырье должно строго контролироваться.
Огнеупорная промышленность
Основное применение кварцевого сырья в огнеупорной промышленности — производство кремнеземных огнеупорных кирпичей, включая кремнеземные кирпичи, легкие кремнеземные кирпичи и изделия из плавленого кварца. Кремнеземные кирпичи в основном используются при строительстве теплотехнического оборудования, такого как стеклопечи, и их основной минеральный состав состоит из фосфокварца и ортокварца. Изделия из плавленого кварца в основном производятся из плавленого кварца в качестве сырья, и их основной минеральный состав — кварцевое стекло. Благодаря таким характеристикам, как низкий коэффициент теплового расширения, изделия из плавленого кварца обладают превосходной термостойкостью.
Требования к качеству кварцевого песка для различных огнеупорных материалов:
| Приложение | Категория / Класс | Минеральный состав | ||
| SiO2(%) | Fe2O3 (%) | Al2O3(%) | ||
| Огнеупорные материалы | Особый сорт | >98 | <0,5 | <0,5 |
| Класс I | >97.5 | <1.0 | <1.0 | |
| II класс | >96 | <1.5 | <1.5 |
Для обеспечения того, чтобы кремнеземные огнеупорные материалы обладали огнеупорностью, превышающей 1650–1700°C, температурой размягчения при нагрузке выше 1650°C, а также хорошей термической и химической стабильностью, низким коэффициентом теплового расширения и высокими механическими свойствами, необходимо строго контролировать содержание SiO₂ в кварцевом сырье и гранулометрический состав кварца. Несоблюдение этого требования серьезно ухудшит характеристики огнеупорного материала. Как правило, содержание SiO₂ в кварцевом сырье должно составлять 93% или выше; для кварцевого сырья с низкой степенью кристалличности размер крупных частиц должен быть ограничен менее чем 2 мм.
Кроме того, степень кристалличности кварцевого сырья также оказывает существенное влияние на характеристики огнеупорных материалов (особенно на их огнеупорность). Чем выше степень кристалличности кварцевого сырья, тем выше огнеупорность получаемого огнеупорного материала.
Полупроводниковая промышленность
Кварцевые изделия, используемые в полупроводниковой промышленности, в основном применяются в качестве материалов для герметизации. В сочетании с отвердителями, эпоксидными смолами и различными добавками они позволяют снизить стоимость материалов для герметизации. Требования к кварцевому сырью также очень высоки: чистота диоксида кремния должна достигать 99,91 TP3T или выше, содержание железа (Fe) должно быть ниже 5 ppm, а общее содержание примесей не должно превышать 300 ppm. В прошлом эти изделия в основном импортировались из-за рубежа. Однако в последние годы, благодаря углубленным исследованиям кварцевых материалов, технология производства значительно улучшилась. В настоящее время отечественное производство не только удовлетворяет спрос на внутреннем рынке, но и обеспечивает существенный экспорт на зарубежные рынки.
Химическая промышленность
По сравнению с применением в обычном стекле, керамике и огнеупорных материалах, использование кварцевого песка в химической промышленности предъявляет несколько более высокие требования к качеству. Он широко используется в таких продуктах, как жидкое стекло, силикагель и силикат натрия. В качестве примера рассмотрим силикат натрия: его можно разделить на твердую и жидкую формы в зависимости от предполагаемого применения. Жидкий силикат натрия, используемый в моющих средствах и в качестве клея для картонных коробок, требует содержания SiO₂ более 981 TP3T, содержания Fe₂O₃ менее 0,21 TP3T и размера частиц от 0,2 до 2 мм. В отличие от этого, твердый силикат натрия, используемый в качестве катализатора в нефтепереработке, имеет более строгие требования: содержание SiO₂ более 991 TP3T и содержание Fe₂O₃ менее 0,031 TP3T.
Промышленные наполнители
Кварцевый песок — еще одна важная область применения в качестве промышленного наполнителя, получившая широкое распространение. Он используется в основном в органических полимерных материалах, таких как пластмассы и пластиковые пленки, резина, покрытия, краски и клеи, для улучшения их физических и химических свойств или повышения определенных характеристик. Например, добавление кварцевого песка может увеличить прочность пластмасс на сжатие и растяжение. В целом, требования к качеству кварцевого песка достаточно высоки: содержание SiO₂ должно составлять 99% или выше, а содержание Fe₂O₃ — менее 0,05%. В некоторых случаях требования к качеству кварцевого песка могут соответствовать требованиям к высокочистому кварцу.
Спасибо за прочтение. Надеюсь, моя статья вам поможет. Пожалуйста, оставьте комментарий ниже. Вы также можете связаться с представителем Zelda Online по любым вопросам.
— Опубликовано Эмили Чен
