उच्च-शुद्धता क्वार्ट्ज रेत के लिए 4 सामान्य उपचार विधियाँ

2025-03-27

उच्च-पवित्र क्वार्ट्ज रेत उच्च तकनीकी उद्योगों के विकास के लिए सामग्री का आधार है, और इसके अनुप्रयोग क्षेत्र ऑप्टिकल फाइबर, सैन्य और वायुमंडलीय उद्योगों से संबंधित हैं। इन क्षेत्रों में क्वार्ट्ज रेत की शुद्धता के लिए अत्यधिक सख्त आवश्यकताएँ होती हैं, खासकर Fe, Al और अन्य अशुद्धियों के लिए।

क्वार्ट्ज रेत में खनिज अशुद्धियाँ आमतौर पर फेल्डस्पार, मिका, ग्रेनेट, ज़िरकोन, इल्मेनाइट और कई अन्य जैसे गैर-क्वार्ट्ज खनिजों के रूप में मौजूद होती हैं। ये अशुद्धियाँ मुख्यतः निम्नलिखित तरीकों से मौजूद होती हैं:

(1) ढीले संबंध वाले खनिजों के रूप में, वे क्वार्ट्ज क्रिस्टलों के साथ रासायनिक रूप से संयोजित नहीं होते;

(2) खनिज के टुकड़ों के रूप में, रासायनिक और भौतिक रूप से क्वार्ट्ज क्रिस्टलों की सतह पर संयोजित होते हैं, ये अशुद्धियाँ मुख्यतः लोहे और एल्यूमीनियम से युक्त खनिज होती हैं;

(3) क्वार्ट्ज कणों द्वारा लिपटे हुए खनिज या एक-दूसरे के साथ संयोजित क्वार्ट्ज क्रिस्टलों के चारों ओर;

(4) इंटर्स्टिशियल आयनों के रूप में सिलिकॉन के स्थान पर, ये अशुद्धियाँ मुख्य रूप से शामिल करती हैं: Al3+, Fe2+, Fe3+, B3+, Ti4+, Ge4+, P5+, आदि। ये आयन Si4+ का स्थान लेते हैं और सहसंयोजक बंधन बनाते हैं। जब ऐसा होता है, तो आमतौर पर Li1+, K1+, Na1+, और H1+ जैसे तत्वों के डोपिंग के साथ होता है ताकि SiO2 जाली की विद्युत तटस्थता को बनाए रखा जा सके। Al तत्व क्वार्ट्ज अयस्क में मुख्य अशुद्धता तत्वों में से एक है, और Al3+ और Si4+ की त्रिज्या समान होती है, जो Si4+ का आसानी से स्थान ले सकती है, और इसकी मात्रा आमतौर पर हजारों ppm तक होती है। इसलिए, Al की मात्रा क्वार्ट्ज अयस्क की गुणवत्ता का एक महत्वपूर्ण संकेतक है।

वर्तमान में, उच्च-पवित्र क्वार्ट्ज रेत के शुद्धिकरण की प्रक्रिया मुख्य रूप से यांत्रिक पिसाई, चुंबकीय पृथक्करण, फ्लोटेशन, एसिड लीचिंग, आदि शामिल करती है, जो क्वार्ट्ज जाली में धातु आयन अशुद्धियों को प्रभावी ढंग से हटा सकती है।

1. यांत्रिक पिसाई

यांत्रिक पिसाई एक विधि है जो खनिजों के कण आकार को कम करने के लिए यांत्रिक बल का उपयोग करती है। उच्च-पवित्र क्वार्ट्ज की शुद्धिकरण प्रक्रिया में, यह प्रक्रिया मुख्यतः क्वार्ट्ज खनिजों में गैर-संरचनात्मक अशुद्धियों को क्वार्ट्ज से अलग करने के लिए होती है। गैर-संरचनात्मक अशुद्धियाँ खनिज समावेशन (खनिज अशुद्धियाँ) और गैस-तरल समावेशन (तरल समावेशन) को संदर्भित करती हैं। अशुद्धियाँ क्वार्ट्ज कणों की सीमाओं में विद्यमान होती हैं। जब मूल क्वार्ट्ज खनिजों को कुचल दिया जाता है, तो कण आकार कम होता है और विशिष्ट सतह क्षेत्र बढ़ता है, ताकि कण सीमाओं के बीच की अशुद्धियाँ क्वार्ट्ज कणों की बाहरी सतह पर उजागर हो जाएं, इस प्रकार अगले प्रक्रिया की शुद्धिकरण दक्षता में सुधार होता है।

यांत्रिक पिसाई की प्रक्रिया में, क्वार्ट्ज खनिजों के अपेक्षाकृत कठिन स्वभाव के कारण, उपकरणों के साथ आवर्ती संपर्क और घर्षण अशुद्धियों को अवश्य ही पेश करेंगे और प्रदूषण पैदा करेंगे।

क्वार्ट्ज खनिजों को गीला सिरेमिक बॉल मिलिंग प्रक्रिया द्वारा अल्ट्रा-फाइन पीसा गया, और प्रसारित क्वार्ट्ज कणों के कण आकार की जांच की गई। चारों ओर की सतह निष्क्रिय होती है, और गोलाकारता स्पष्ट रूप से बढ़ जाती है; और क्वार्ट्ज को पानी से धोकर और एसिड से रिसाव करके शुद्ध किया जाता है, और प्राप्त क्वार्ट्ज की शुद्धता स्पष्ट रूप से सुधरी है, जो क्वार्ट्ज के विकास और अनुप्रयोग पर शोध के लिए निश्चित संदर्भ मूल्य रखता है।

2.चुंबकीय अलगाव

उच्च-शुद्धता वाले क्वार्ट्ज की शुद्धिकरण प्रक्रिया में, चुंबकीय अलगाव का उद्देश्य कुछ चुंबकीय खनिजों को निकालना है, जैसे चुंबकीय इल्मेनाइट, पायराइट, लिमोनाइट और ग्रेनाइट, जो चुंबकीय क्वार्ट्ज अयस्क के समावेशों में मौजूद होते हैं, और यह कच्चे क्वार्ट्ज अयस्क में लोहे और टाइटेनियम जैसे चुंबकीय अशुद्धियों के निष्कासन और अलगाव पर अच्छा प्रभाव डालता है।

चुंबकीय पृथक यंत्र की चुंबकीय क्षेत्र शक्ति को समायोजित किया जा सकता है, जिसे ग्रेडिएंट चुंबकीय अलगाव भी कहा जाता है; कमजोर चुंबकत्व का उपयोग मैग्नेटाइट को निकालने के लिए किया जाता है, और मजबूत चुंबकत्व का उपयोग इल्मेनाइट, लिमोनाइट, हेमेटाइट, और ग्रेनाइट जैसे चुंबकीय खनिजों को निकालने के लिए किया जाता है। भारी खनिज अशुद्धियों (2.86 से अधिक विशेष गुरुत्व वाले स्थलीय क्लास्टिक खनिज, जैसे ज़िरकोन, एपिडोट, ग्रेनाइट, आदि) के लिए जो मूल क्वार्ट्ज अयस्क में मौजूद हैं, सामान्यतः गुरुत्वाकर्षण पृथक्करण और उच्च-तीव्रता वाले चुंबकीय पृथक्करण जैसे विधियों का उपयोग किया जाता है। आमतौर पर, चुंबकीय अलगाव के बाद, क्वार्ट्ज खनिजों को स्क्रब किया जाता है, जिससे क्वार्ट्ज रेत की शुद्धता और उजाले में सुधार होता है।

3.फ्लोटेशन

फ्लोटेशन हाइड्रोफोबिक और हाइड्रोफिलिक पदार्थों का चयनात्मक अलगाव है जिसे खनिज सतह की वेटेबिलिटी के बीच के भिन्नता के आधार पर किया जाता है, चाहे वह स्वाभाविक रूप से हो या संशोधन के बाद। उच्च-शुद्धता वाले क्वार्ट्ज की शुद्धिकरण प्रक्रिया में, फ्लोटेशन मुख्यतः उन मिका और फेल्डस्पार खनिजों को निकालने के लिए उपयोग की जाती है जो क्वार्ट्ज के साथ सह-अस्तित्व में होते हैं, और यह फॉस्फोरस और लोहे वाले खनिजों को भी फ्लोट कर सकती है।

विभिन्न अभिकर्ताओं के अनुसार, क्वार्ट्ज रेत फ्लोटेशन को फ्लोरीन क्वार्ट्ज रेत फ्लोटेशन और फ्लोरीन-रहित क्वार्ट्ज रेत फ्लोटेशन में विभाजित किया जा सकता है। फ्लोरीन क्वार्ट्ज रेत फ्लोटेशन फ्लोरीन-वाले अभिकर्ताओं का उपयोग करती है, जैसे फेल्डस्पार सक्रियक के रूप में हाइड्रोक्लोरिक एसिड (HF) और संशोधक के रूप में सल्फ्यूरिक एसिड, जिससे pH=2-3 के मजबूत एसिड स्थितियों में, कलेक्टर के रूप में प्रयुक्त डोडेसीलमाइन को पहले से सक्रिय फेल्डस्पार में अवशोषित किया जाता है और फिर अलग किया जाता है। इसी तरह, फ्लोरीन-रहित क्वार्ट्ज फ्लोटेशन में सल्फ्यूरिक एसिड या हाइड्रोक्लोरिक एसिड का उपयोग क्वार्ट्ज के अशुद्ध खनिजों के सक्रियक के रूप में किया जाता है, बिना फ्लोरीन वाले अभिकर्ताओं का उपयोग किए, और फिर संबंधित कलेक्टर का उपयोग करके क्वार्ट्ज और अशुद्ध खनिजों को फ्लोट और अलग किया जाता है। इसके अलावा, कुछ अध्ययनों ने दिखाया है कि मिश्रित कलेक्टर्स का फ्लोटेशन प्रभाव एकल कलेक्टर्स की तुलना में बेहतर है और लागत-कुशल है।

कुछ शोधकर्ताओं ने उच्च-शुद्धता वाले क्वार्ट्ज रेत को तैयार करने के लिए वेन क्वार्ट्ज रेत स्लरी का रिवर्स फ्लोटेशन किया और सूक्ष्म-कोर्स संयुक्त क्वार्ट्ज रेत को शुद्ध करने के लिए मिश्रित कलेक्टर्स का उपयोग किया ताकि 4N-ग्रेड क्वार्ट्ज उत्पाद प्राप्त किए जा सकें। फोमिंग एजेंट 2# तेल की मात्रा 75g/t है, क्वार्ट्ज रेत को कच्ची चयन के दौरान सल्फ्यूरिक एसिड से अम्लीकृत किया जाता है, और कलेक्टर के रूप में प्रोपिलीन डाइमाइन का उपयोग किया जाता है; मात्रा 1:4 है। प्रयोगात्मक परिणामों में, अशुद्धियों की समाप्ति 50% से अधिक रही, अशुद्धियों की कुल मात्रा 99.01 μg/g थी, और समान रूप से तत्वीय Al और Fe की समाप्ति दर क्रमशः 37.50% और 84.15% थी।

4.अम्ल निचोड़ना

अम्ल निचोड़ना क्वार्ट्ज, मिका और फेल्डस्पार की अम्लीय समाधानों में विभिन्न घुलनशीलता के अनुसार क्वार्ट्ज शुद्धिकरण का एक साधन है। अम्ल निचोड़ना सतह पर मौजूद ऑक्साइड फिल्म और लोहे के अयस्क को प्रभावी ढंग से हटा सकता है। मिका और फेल्डस्पार जैसे खनिज अशुद्धियों के लिए, सामान्यतः हाइड्रोक्लोरिक एसिड का उपयोग विरंजन के लिए किया जाता है। अम्ल निचोड़ने के लिए सामान्य रूप से प्रयुक्त अम्लीय माध्यमों में हाइड्रोक्लोरिक एसिड, सल्फ्यूरिक एसिड, नाइट्रिक एसिड, एसिटिक एसिड और हाइड्रोफ्लोरिक एसिड शामिल हैं। इनमें से, पतला अम्ल Al और Fe को निकालने में बेहतर प्रभाव डालता है, और अधिक अम्लीय केंद्रित सल्फ्यूरिक एसिड, आक्क्वा रेगिया और हाइड्रोफ्लोरिक एसिड Cr और Ti को निकालने के लिए उपयोग की जाती हैं।

अध्ययनों से पता चला है कि कमजोर एसिड और हाइड्रोफ्लोरिक एसिड की सह-अस्तित्वता लोहे (Fe), एल्यूमीनियम (Al), मैग्नीशियम (Mg) और अन्य धातु अशुद्धियों को प्रभावी ढंग से हटा सकती है, लेकिन हाइड्रोफ्लोरिक एसिड की मात्रा को नियंत्रित किया जाना चाहिए क्योंकि हाइड्रोफ्लोरिक एसिड अवनकणों को हानि पहुँचा सकता है। विभिन्न प्रकार के एसिड का उपयोग भी शुद्धिकरण और प्रसंस्करण की गुणवत्ता को प्रभावित करता है। इनमें से, HCl और HF मिश्रित एसिड का प्रसंस्करण प्रभाव सबसे अच्छा है।

प्रयोगशाला ने चुंबकीय पृथक्करण के बाद квар्ट्ज रेत को शुद्ध करने के लिए HCl और HF मिश्रित भू-स्राव एजेंट का उपयोग किया। रासायनिक भू-स्राव के माध्यम से, अशुद्ध तत्वों की कुल मात्रा 40.71μg/g है, और SiO2 की शुद्धता 99.993wt% तक है।

एसिड भू-स्राव का सार एसिड समाधान और अशुद्ध खनिजों के बीच का इंटरैक्शन है। इसलिए, एसिड भू-स्राव की प्रक्रिया में, तापमान प्रतिक्रियाशीलता की दर और अंतिम शुद्धिकरण प्रभाव पर बड़ा प्रभाव डालता है। प्रयोगशाला ने हाइड्रोक्लोरिक एसिड और ऑक्सालिक एसिड को मिश्रित भू-स्राव एजेंट के रूप में उपयोग किया ताकि квар्ट्ज की शुद्धिकरण प्रभाव पर एसिड भू-स्राव तापमान, समय और सांद्रता के प्रभाव का अध्ययन किया जा सके, और अंततः 60 °C का एसिड भू-स्राव तापमान, 8 घंटे का एसिड भू-स्राव समय, 10 g/L की ऑक्सालिक एसिड सांद्रता, 5% HCl की सांद्रता, 1:5 का तरल-सॉलिड अनुपात, और 500 rpm की गति को सर्वोत्तम शर्तें निर्धारित की गईं। परिणाम दिखाते हैं कि लोहे को हटाने की दर 50% है।

उच्च तापमान और उच्च दबाव का भू-स्राव

यह धातु अयस्क प्रसंस्करण में अपेक्षाकृत परिपक्व हाइड्रोमेटेलर्जिकल तकनीक है। यह तकनीक उच्च तापमान और उच्च दबाव द्वारा एसिड की खपत को प्रभावी ढंग से कम कर सकती है। उच्च दबाव स्टेनलेस स्टील जैकेट और टेफ्लॉन लाइनर से बने टैंक रिएक्टर के बंद वातावरण द्वारा प्रदान किया जाता है। यह सिम्बियन्ट और समावेशन को अधिक प्रभावी ढंग से हटा सकता है, जिसका जिद्दी अयस्कों का शुद्धिकरण प्रभाव चुंबकीय पृथक्करण और प्लवनशीलता से बेहतर है।