Là một nguyên liệu khoáng sản công nghiệp quan trọng, thạch anh Thạch anh được sử dụng rộng rãi trong cả các ngành công nghiệp truyền thống (như thủy tinh, gốm sứ và vật liệu chịu lửa) và các ngành công nghiệp công nghệ cao (như quân sự, điện tử và viễn thông). Độ tinh khiết của thạch anh—tức là hàm lượng SiO₂—ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và ứng dụng của sản phẩm cuối cùng. Các ngành công nghiệp truyền thống, chẳng hạn như sản xuất thủy tinh thông thường và vật liệu xây dựng, có yêu cầu tương đối thấp về độ tinh khiết của nguyên liệu thô. Tuy nhiên, các sản phẩm chính xác, hiệu suất cao—chẳng hạn như vật liệu viễn thông và nồi nấu thạch anh—yêu cầu nguyên liệu thạch anh có độ tinh khiết cao hoặc thậm chí siêu cao. Hơn nữa, các ứng dụng này yêu cầu kiểm soát nồng độ của một số nguyên tố vi lượng nhất định trong nguyên liệu thạch anh.
| Tên sản phẩm | Thông số kỹ thuật (Lưới) | Phần trăm khối lượng w(SiO2)% | Phần trăm khối lượng w(Fe2O3)×10−6 | Ứng dụng chính |
| Cát thạch anh siêu tinh khiết | 40~70 70~140 | 99.99 | <2 | Kính thạch anh cao cấp |
| Cát thạch anh có độ tinh khiết cao | 40~70 70~140 | 99.98 | 2 | 1. Vật liệu cách điện cho linh kiện điện tử 2. Vật liệu đóng gói cho mạch tích hợp quy mô lớn (bột silica) |
| Cát thạch anh có độ tinh khiết cao | 40~70 70~140 | 99.96 | <5 | 3. Thủy tinh thạch anh mờ đục, v.v. 4. Kính quang học chất lượng cao |
| Cát thạch anh có độ tinh khiết cao | 40~70 70~140 | 99.90 | <10 | 5. Các vật liệu hóa học như kali silicat, natri silicat, v.v. |
| Cát thạch anh tinh chế | Đầy đủ / Mọi kích cỡ | 99.6 | <200 | Kính quang học, kính dụng cụ, v.v. |
| Cát thạch anh thông thường | Đầy đủ / Mọi kích cỡ | >96 | <500 | Thủy tinh thông thường, vật liệu đúc, vật liệu chịu nhiệt |
Các sản phẩm và thông số kỹ thuật của cát thạch anh
Ngành công nghiệp thủy tinh
Ngành công nghiệp thủy tinh là một trong những ngành sử dụng chính nguyên liệu thạch anh. Thạch anh mang lại nhiều đặc tính tuyệt vời cho thủy tinh silicat và các sản phẩm của nó, chẳng hạn như độ trong suốt, độ bền cơ học và độ ổn định hóa học. Hàm lượng SiO2 trong nguyên liệu thô có tác động đáng kể đến hiệu suất của các sản phẩm thủy tinh silicat. Trong thành phần của thủy tinh silicat thông thường, SiO2 thường chiếm khoảng 65% đến 75%. Thủy tinh nổi hiện đại thường yêu cầu nguyên liệu thạch anh phải chứa hơn 96% SiO2, ít hơn 2% Al2O3, từ 0,01% đến 0,1% Fe2O3 và kích thước hạt khoảng 0,4 mm. Các hạt lớn hơn 0,5 mm và nhỏ hơn 0,1 mm không được vượt quá 5%.
Các loại kính cao cấp, chẳng hạn như kính chuyên dụng, kính phẳng chất lượng cao và kính quang học chính xác, có yêu cầu khắt khe hơn về thành phần hóa học của nguyên liệu thạch anh. Hàm lượng SiO2 phải trên 99%, hàm lượng Fe2O3 phải dưới 0,05%–0,1%, và hàm lượng Al2O3 và TiO2 phải lần lượt dưới 0,5%–2,0% và dưới 0,05%.
Yêu cầu về độ tinh khiết đối với nguyên liệu thạch anh dùng trong các sản phẩm thủy tinh khác nhau thay đổi tùy thuộc vào từng quốc gia, thậm chí giữa các công ty khác nhau trong cùng một quốc gia.
Yêu cầu về độ tinh khiết của nguyên liệu thạch anh dùng trong sản xuất thủy tinh tại các quốc gia lớn trên thế giới:
| Quốc gia | Loại kính | SiO2 | Fe2O3 | Cr2O3 | TiO2 | Al2O3 |
| Hoa Kỳ | Quang học | 99.8 | 0.02 | <0,1 | ||
| Phẳng | >98,5 | <0,35 | <0,2 | <0,5 | ||
| Nhật Bản | Quang học cấp 1 | 99.8 | 0.02 | 0.1 | ||
| Phẳng | >97 | <0,06 | >0,1 | |||
| Vương quốc Anh | Quang học cao cấp | 99.5 | 0.008 | 0.0001 | 0.03 | |
| Phẳng | >98,5 | <0,03 | <0,0005 | <0,5 | <0,5 | |
| Trung Quốc | Kính đặc biệt | >99,5 | >0,05 | <0,001 | <0,05 | <0,5 |
| Phẳng | >98,5 | <0,1 |
Thủy tinh thạch anh được sử dụng trong ngành công nghiệp bán dẫn có độ tinh khiết cao và trong suốt. Nguyên liệu thô là silic dioxide cực kỳ tinh khiết. Loại chính là các bình thủy tinh thạch anh hình chuông khổ lớn, chủ yếu được sử dụng để sản xuất vỏ ngoài của các lò nung silicon đa tinh thể.
Công nghiệp đúc cơ khí
Trong ngành công nghiệp đúc cơ khí, thạch anh được sử dụng rộng rãi làm cát tạo khuôn, lõi đúc và khuôn đúc. Điều này là do, ngoài điểm nóng chảy cao, cát thạch anh còn đóng vai trò trong việc gia nhiệt, khử lưu huỳnh và khử oxy trong quá trình nấu chảy. Lượng cát thạch anh được sử dụng trong ngành công nghiệp đúc tương đối lớn. Nói chung, sản xuất một tấn vật đúc cần một tấn cát tạo khuôn và đất sét. Với độ chính xác ngày càng tăng của vật đúc, yêu cầu về độ tinh khiết của nguyên liệu thạch anh cũng cao hơn. Ví dụ, quy trình đúc cát nhựa tiên tiến hơn yêu cầu cát thạch anh có hàm lượng SiO2 cao hơn 971 TP3T và kích thước hạt từ 40 đến 320 mesh. Ngành công nghiệp đúc cơ khí sử dụng khoảng 331 TP3T trong tổng sản lượng cát thạch anh toàn cầu.
Yêu cầu chất lượng đối với cát thạch anh trong ngành công nghiệp đúc:
| Ứng dụng | Hạng mục / Cấp độ | Hàm lượng khoáng chất | ||
| SiO₂ (%) | Fe₂O₃ (%) | Al₂O₃ (%) | ||
| Ngành công nghiệp đúc | Lớp 1 | >97 | <0,75 | |
| Lớp II | >97,5 | <1.0 | ||
| Lớp III | >94 | <1,5 | ||
| Cấp độ IV | >90 |
Ngành công nghiệp gốm sứ
Là một nguyên liệu thô chứa feldspar, thạch anh có thể điều chỉnh độ dẻo và độ kết dính của vật liệu gốm. Trong quá trình nung, nó chống lại sự co ngót của vật liệu và phản ứng với alumina để tạo thành khung cấu trúc của vật liệu gốm. Nó tăng cường độ bền cơ học của các sản phẩm gốm sứ đồng thời tăng độ trong suốt và độ trắng của chúng.
| Hàm lượng khoáng chất | |||
| Kiểu | SiO2 (%) | Fe2O3 (<%) | Al2O3 (%) |
| Gốm sứ xây dựng và vệ sinh | 98.5 | <0,02 | <0,5 |
| Gốm Radio | 98.5 | <0,05 | <2.0 |
Yêu cầu về chất lượng đối với cát thạch anh trong sản phẩm gốm sứ:
Thạch anh là thành phần chính tạo nên tính chất thủy tinh của men gốm. Nó mang lại một loạt các đặc tính vật lý và hóa học tuyệt vời cho bề mặt men gốm (như độ bền, độ bóng, khả năng chống mài mòn, độ cứng và khả năng chống ăn mòn hóa học). Ngoài ra, việc tăng hàm lượng SiO₂ trong men có thể làm tăng nhiệt độ nóng chảy và độ nhớt của men.
Gốm thạch anh nung chảy là sản phẩm được tạo ra từ thạch anh nung chảy hoặc thủy tinh thạch anh làm nguyên liệu thô. Quá trình này bao gồm nghiền nguyên liệu thô, sau đó phân loại, nghiền bi Quy trình bao gồm tạo hỗn hợp sệt, tạo hình bằng phương pháp đúc khuôn hoặc đúc hỗn hợp sệt, và cuối cùng là quá trình thiêu kết. Gốm thạch anh nung chảy sở hữu nhiều đặc tính nổi bật, bao gồm hệ số giãn nở nhiệt thấp, khả năng chịu sốc nhiệt tuyệt vời, khả năng cách điện tốt và khả năng chống ăn mòn axit và kiềm. Kể từ khi được phát minh, nó đã được phổ biến và ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới.
Ban đầu, gốm thạch anh nung chảy chỉ được sử dụng như một vật liệu chịu lửa cấp thấp trong các ngành công nghiệp truyền thống như luyện kim và sản xuất thủy tinh. Nhờ những nỗ lực không ngừng nghỉ của các nhà khoa học, hiệu suất của gốm thạch anh nung chảy đã được cải thiện nhanh chóng, và hiện nay chúng được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghệ cao như năng lượng hạt nhân, hàng không vũ trụ và quốc phòng.
Trong ngành công nghiệp năng lượng mặt trời, nồi nấu gốm thạch anh nung chảy là những vật chứa quan trọng, không thể thiếu và có độ tiêu thụ cao, được sử dụng trong quá trình đúc phôi silicon đa tinh thể. Do phải sử dụng trong thời gian dài ở nhiệt độ trên 1.500°C trong một lần thao tác, chúng phải đáp ứng các yêu cầu cực kỳ khắt khe về độ tinh khiết, độ bền và độ chính xác về kích thước. Vì vậy, các thông số quan trọng như độ tinh khiết, kích thước hạtvà hàm lượng tạp chất trong nguyên liệu thạch anh phải được kiểm soát chặt chẽ.
Ngành công nghiệp vật liệu chịu lửa
Công dụng chính của nguyên liệu thạch anh trong ngành công nghiệp vật liệu chịu lửa là sản xuất gạch chịu lửa silic, bao gồm gạch silic, gạch silic nhẹ và các sản phẩm thạch anh nung chảy. Gạch silic chủ yếu được sử dụng trong xây dựng các thiết bị nhiệt như lò thủy tinh, và thành phần khoáng chất chính của chúng bao gồm phosphoquartz và orthoquartz. Các sản phẩm thạch anh nung chảy chủ yếu được sản xuất bằng cách sử dụng thạch anh nung chảy làm nguyên liệu, và thành phần khoáng chất chính của chúng là thủy tinh thạch anh. Do thủy tinh thạch anh có đặc tính như hệ số giãn nở nhiệt thấp, các sản phẩm thạch anh nung chảy thể hiện khả năng chịu sốc nhiệt tuyệt vời.
Yêu cầu về chất lượng của cát thạch anh đối với các vật liệu chịu lửa khác nhau:
| Ứng dụng | Hạng mục / Cấp độ | Hàm lượng khoáng chất | ||
| SiO2(%) | Fe2O3 (%) | Al2O3(%) | ||
| Vật liệu chịu nhiệt | Hạng đặc biệt | >98 | <0,5 | <0,5 |
| Lớp 1 | >97,5 | <1.0 | <1.0 | |
| Lớp II | >96 | <1,5 | <1,5 |
Để đảm bảo vật liệu chịu lửa gốc silic có độ chịu nhiệt vượt quá 1650–1700°C, nhiệt độ hóa mềm chịu tải trên 1650°C, đồng thời thể hiện độ ổn định nhiệt tốt, độ ổn định hóa học tốt, hệ số giãn nở nhiệt thấp và tính chất cơ học cao, hàm lượng SiO₂ trong nguyên liệu thạch anh và sự phân bố kích thước hạt của thạch anh phải được kiểm soát chặt chẽ. Nếu không làm được điều này sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất của vật liệu chịu lửa. Nói chung, hàm lượng SiO₂ trong nguyên liệu thạch anh cần phải đạt 93% trở lên; đối với nguyên liệu thạch anh có độ kết tinh kém, kích thước hạt thô nên được giới hạn ở mức dưới 2 mm.
Hơn nữa, độ kết tinh của nguyên liệu thạch anh cũng có tác động đáng kể đến hiệu suất của vật liệu chịu lửa (đặc biệt là khả năng chịu nhiệt). Độ kết tinh của nguyên liệu thạch anh càng cao thì khả năng chịu nhiệt của vật liệu chịu lửa thành phẩm càng cao.
Ngành công nghiệp bán dẫn
Các sản phẩm thạch anh được sử dụng trong ngành công nghiệp bán dẫn chủ yếu được dùng làm vật liệu đóng gói. Khi kết hợp với chất đóng rắn, nhựa epoxy và các chất phụ gia khác nhau, chúng có thể làm giảm chi phí vật liệu đóng gói. Yêu cầu đối với nguyên liệu thạch anh cũng rất cao: độ tinh khiết của silicon dioxide phải đạt 99,9% trở lên, hàm lượng sắt (Fe) dưới 5 ppm và tổng hàm lượng tạp chất không vượt quá 300 ppm. Trước đây, các sản phẩm này chủ yếu được nhập khẩu từ nước ngoài. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, với nghiên cứu chuyên sâu về vật liệu thạch anh, công nghệ sản xuất đã được cải thiện đáng kể. Hiện nay, sản xuất trong nước không chỉ đáp ứng nhu cầu thị trường trong nước mà còn xuất khẩu đáng kể sang thị trường nước ngoài.
Công nghiệp hóa chất
So với các ứng dụng trong sản xuất thủy tinh, gốm sứ và vật liệu chịu lửa thông thường, việc sử dụng cát thạch anh trong ngành công nghiệp hóa chất đòi hỏi yêu cầu chất lượng cao hơn một chút. Nó thường được tìm thấy trong các sản phẩm như thủy tinh lỏng, silica gel và natri silicat. Lấy natri silicat làm ví dụ, nó có thể được chia thành dạng rắn và dạng lỏng tùy thuộc vào mục đích sử dụng. Natri silicat lỏng, được sử dụng trong chất tẩy rửa và làm chất kết dính cho hộp bìa cứng, yêu cầu hàm lượng SiO₂ trên 98%, hàm lượng Fe₂O₃ dưới 0,2% và kích thước hạt từ 0,2 đến 2 mm. Ngược lại, natri silicat rắn được sử dụng làm chất xúc tác trong lọc dầu có yêu cầu nghiêm ngặt hơn: hàm lượng SiO₂ vượt quá 99% và hàm lượng Fe₂O₃ dưới 0,03%.
Chất độn công nghiệp
Cát thạch anh là một lĩnh vực ứng dụng quan trọng khác với vai trò là chất độn công nghiệp và đã nhận được sự quan tâm rộng rãi. Nó chủ yếu được sử dụng trong các vật liệu polyme hữu cơ, chẳng hạn như nhựa và màng nhựa, cao su, chất phủ, sơn và chất kết dính, để cải thiện các tính chất vật lý và hóa học hoặc tăng cường các đặc tính cụ thể. Ví dụ, thêm cát thạch anh có thể làm tăng độ bền nén và độ bền kéo của nhựa. Nhìn chung, yêu cầu về chất lượng đối với cát thạch anh khá cao, với hàm lượng SiO₂ từ 99% trở lên và hàm lượng Fe₂O₃ nhỏ hơn 0,05%. Trong một số trường hợp, yêu cầu về chất lượng đối với cát thạch anh có thể đáp ứng được yêu cầu của thạch anh có độ tinh khiết cao.
Cảm ơn bạn đã đọc. Tôi hy vọng bài viết của tôi hữu ích. Vui lòng để lại bình luận bên dưới. Bạn cũng có thể liên hệ với bộ phận chăm sóc khách hàng trực tuyến của Zelda nếu có bất kỳ thắc mắc nào khác.
— Đăng bởi Emily Chen
