Để biến quặng thạch anh thành thạch anh có độ tinh khiết cao, chúng tôi thực hiện theo một số bước. Đầu tiên, chúng tôi xử lý khoáng chất. Sau đó, chúng tôi sử dụng phương pháp tinh chế hóa học. Các bước này giúp loại bỏ tạp chất. Mục tiêu của chúng tôi là đạt được hàm lượng silica (SiO2) trên 99,95%. Quy trình này là chìa khóa để tạo ra thạch anh đáp ứng nhu cầu tiên tiến của ngành công nghiệp. Nó được sử dụng trong chất bán dẫn, sợi quang, tấm pin mặt trời và thiết bị điện tử.
Các bước chính trong quá trình chuyển đổi
1. Khai thác và chuẩn bị ban đầu
- Quặng thạch anh có nguồn gốc từ các mỏ khác nhau về nguồn gốc địa chất và mức độ tạp chất. Chất lượng của quặng thạch anh thô, chẳng hạn như pegmatit granit hoặc nguồn biến chất, ảnh hưởng đến quá trình tinh chế của nó. Điều này là do các đặc điểm khoáng chất và tạp chất khác nhau hiện diện.
2. Nghiền và xay
- Quặng thạch anh thô được nghiền bằng máy nghiền hàm hoặc máy nghiền quay để giảm kích thước thành các hạt có thể quản lý được.
- Máy nghiền bi hoặc máy nghiền thanh nghiền thạch anh sâu hơn. Điều này tạo ra bột mịn và tăng diện tích bề mặt cho các xử lý hóa học sau này.
3. Phân loại và tách bùn
- Thạch anh nghiền được phân loại theo kích thước hạt để đảm bảo tính đồng nhất.
- Có thể sử dụng phương pháp siêu âm để loại bỏ các hạt đất sét và bùn mịn.
4. Tách từ và tách tĩnh điện
- Phân tách từ tính loại bỏ tạp chất chứa sắt và khoáng chất sắt từ.
- Phương pháp tách tĩnh điện nhắm vào các tạp chất không từ tính như kali, anbit, nhôm và mica.
5. Làm sạch bằng hóa chất (Rửa axit và ngâm chua)
- Quá trình ngâm axit sử dụng axit clohydric (HCl), axit sunfuric (H2SO4), axit flohydric (HF) hoặc hỗn hợp của chúng. Nó hòa tan kim loại và tạp chất như sắt, nhôm, natri, canxi, magiê và chì.
- Bước này thường được thực hiện ở nhiệt độ được kiểm soát (60–80°C) với thao tác khuấy để tăng cường hòa tan tạp chất.
6. Xử lý nhiệt độ cao
- Quá trình nung, nung nóng vật liệu đến khoảng 850–1200°C, làm thay đổi cấu trúc khoáng chất. Nó loại bỏ tạp chất dễ bay hơi và tăng độ tinh khiết của thạch anh.
- Làm nguội bằng nước sau khi nung sẽ làm lỏng cấu trúc khoáng chất. Điều này giúp nghiền và loại bỏ tạp chất dễ dàng hơn.
7. Rang bằng Clo nóng
- Trong một số quy trình, bước clo hóa nóng diễn ra ở khoảng 1200°C. Bước này sử dụng khí clo và hydro clorua để loại bỏ tạp chất còn sót lại. Bước này đòi hỏi các cơ sở chuyên dụng do liên quan đến khí độc hại.
8. Rửa, trung hòa và sấy khô
- Sau khi xử lý bằng axit, rửa thạch anh bằng nước khử ion. Bước này loại bỏ axit còn sót lại và tạp chất hòa tan.
- Các bước trung hòa đảm bảo không còn axit nào có thể làm nhiễm bẩn sản phẩm cuối cùng.
- Thạch anh tinh khiết được sấy khô. Nó cũng có thể được nung lại để có được các tính chất vật lý và hóa học phù hợp.
Tóm tắt về quy trình luồng
Quá trình chuyển đổi từ quặng thạch anh thành thạch anh có độ tinh khiết cao bao gồm một loạt các bước xử lý khoáng sản và tinh chế hóa học được thiết kế để loại bỏ tạp chất và đạt được hàm lượng silica (SiO2) rất cao, thường là trên 99,95%. Quá trình này rất quan trọng để sản xuất thạch anh phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp tiên tiến như chất bán dẫn, sợi quang, tấm pin mặt trời và thiết bị điện tử.
Các bước chính trong quá trình chuyển đổi
1. Khai thác và chuẩn bị ban đầu
- Quặng thạch anh được khai thác từ các mỏ có nguồn gốc địa chất và hàm lượng tạp chất khác nhau. Chất lượng của quặng thạch anh thô (ví dụ, từ đá granit pegmatit hoặc nguồn biến chất) ảnh hưởng đến tiềm năng tinh chế do sự khác biệt về đặc điểm khoáng vật học và tạp chất4.
2. Nghiền và xay
- Quặng thạch anh thô được nghiền bằng máy nghiền hàm hoặc máy nghiền quay để giảm kích thước thành các hạt có thể quản lý được.
- Nghiền thêm được thực hiện trong máy nghiền bi hoặc máy nghiền thanh để tạo ra bột thạch anh mịn, tăng diện tích bề mặt cho các xử lý hóa học tiếp theo23.
3. Phân loại và tách bùn
- Thạch anh nghiền được phân loại theo kích thước hạt để đảm bảo tính đồng nhất.
- Có thể sử dụng phương pháp siêu âm để loại bỏ các hạt đất sét và bùn mịn1.
4. Tách từ và tách tĩnh điện
- Phân tách từ tính loại bỏ tạp chất chứa sắt và khoáng chất sắt từ.
- Phân tách tĩnh điện nhắm vào các tạp chất không từ tính như kali, albite, nhôm và mica35.
5. Làm sạch bằng hóa chất (Rửa axit và ngâm chua)
- Ngâm axit bằng axit clohydric (HCl), axit sunfuric (H2SO4), axit flohydric (HF) hoặc hỗn hợp của chúng sẽ hòa tan kim loại và các tạp chất khác như sắt, nhôm, natri, canxi, magiê và chì.
- Bước này thường được thực hiện ở nhiệt độ được kiểm soát (60–80°C) với việc khuấy để tăng cường hòa tan tạp chất.256.
6. Xử lý nhiệt độ cao
- Nung (nung ở nhiệt độ khoảng 850–1200°C) được sử dụng để thay đổi cấu trúc khoáng chất, loại bỏ tạp chất dễ bay hơi và cải thiện độ tinh khiết của thạch anh.
- Làm nguội bằng nước sau khi nung giúp nới lỏng cấu trúc khoáng chất để nghiền dễ dàng hơn và loại bỏ tạp chất15.
7. Rang bằng Clo nóng
- Trong một số quy trình, một bước clo hóa nóng ở khoảng 1200°C trong bầu khí quyển khí clo và hydro clorua được áp dụng để loại bỏ tạp chất còn sót lại về mặt hóa học. Bước này đòi hỏi các cơ sở chuyên dụng do có liên quan đến các loại khí nguy hiểm3.
8. Rửa, trung hòa và sấy khô
- Sau khi xử lý bằng axit, thạch anh được rửa kỹ bằng nước khử ion để loại bỏ axit còn sót lại và tạp chất hòa tan.
- Các bước trung hòa đảm bảo không còn axit nào có thể làm nhiễm bẩn sản phẩm cuối cùng.
- Thạch anh tinh khiết sau đó được sấy khô và đôi khi được nung lại để đạt được các tính chất vật lý và hóa học mong muốn256.
Tóm tắt về quy trình luồng
| Sân khấu | Mục đích | Phương pháp/Điều kiện điển hình |
|---|---|---|
| Khai thác và chiết xuất | Khai thác quặng thạch anh thô | Khai thác lộ thiên hoặc khai thác ngầm |
| Nghiền và nghiền | Giảm kích thước và tăng diện tích bề mặt | Máy nghiền hàm, máy nghiền bi, máy nghiền thanh |
| Phân loại & Tách bùn | Loại bỏ các hạt mịn và phân loại kích thước hạt | Máy tách bùn siêu âm, máy phân loại |
| Tách từ tính và tĩnh điện | Loại bỏ tạp chất từ tính và phi từ tính | Máy tách từ, máy tách tĩnh điện |
| Ngâm axit/ Ngâm chua | Hòa tan kim loại và các tạp chất khác | Axit HCl, HF, H2SO4 ở 60–80°C |
| Nung và làm nguội bằng nước | Thay đổi cấu trúc và loại bỏ tạp chất | Làm nóng ở 850–1200°C, làm nguội nhanh |
| Rang bằng Clo nóng | Loại bỏ tạp chất hóa học | Bầu khí quyển khí Clo-HCl ở ~1200°C |
| Rửa, trung hòa, sấy khô | Loại bỏ tạp chất cuối cùng và sấy khô | Rửa bằng nước khử ion, sấy khô ở nhiệt độ ~175–185°C |
Độ tinh khiết đạt được và những thách thức
- Sản phẩm thạch anh tinh khiết cao cuối cùng thường có hàm lượng SiO2 là 99,95% trở lên. Đôi khi, nó có thể đạt tới 99,97% trở lên. Điều này phụ thuộc vào chất lượng quặng và hiệu quả của quy trình.
- Các tạp chất chính cần loại bỏ là:
- Nhôm
- Sắt
- Natri
- Kali
- Liti
- Titan
- Zirconi
- canxi
- Magiê
- Quá trình này cần thiết bị đặc biệt và người vận hành có tay nghề cao. Điều này quan trọng đối với việc nghiền thạch anh cứng và xử lý hóa chất nguy hiểm trong quá trình clo hóa.
- Nguồn gốc địa chất và khoáng hóa của quặng thạch anh ảnh hưởng đến mức độ dễ dàng và chi phí để tinh chế nó.
Tóm lại, việc biến quặng thạch anh thành thạch anh có độ tinh khiết cao là một quá trình phức tạp. Nó bao gồm một số bước:
- Giảm kích thước cơ học
- Tách biệt vật lý
- Sự thẩm thấu hóa học
- Xử lý nhiệt
- Rửa cẩn thận
Các bước này loại bỏ tạp chất. Chúng cũng đạt được độ tinh khiết silica cao mà các ngành công nghiệp công nghệ tiên tiến cần.
