クリスタルクォーツ

2025-03-27

クリスタルは、かつて高純度クォーツ生産の主要原料でした。天然クリスタル資源の枯渇と高純度クォーツ砂の需要の増加に伴い、クリスタルの代わりにクォーツ鉱石を使用して高純度クォーツ砂を生産する技術の重要性が増しています。

異なる鉱化と物理化学的特性に基づき、クォーツ鉱物は、火成岩型、変成型、熱水型、堆積型に分類されます。その中で、花崗岩ペグマタイトや脈状クォーツのクォーツ粒は粗粒サイズであり、単体から分解しやすいです。特に花崗岩ペグマタイトは、高純度クォーツ中価格帯および高価格帯製品の加工において、天然クリスタルの代替として理想的な原料です。クォーツ含有量は約30％ですが、クォーツ粒は非常に粗く（d>5mm）、粉砕後に鉱石から完全に分解され、単一のクォーツ不純物の含有量は少ないです。

中国で確認されているクォーツ鉱物には、23.1億トンのクォーツ岩、15.5億トンのクォーツ石英砂、50万トンのクォーツが含まれています。工業的価値のある大規模な花崗岩ペグマタイト鉱床は発見されていません。中国のクォーツ資源の特異な特性により、脈状クォーツやクォーツ岩などの品質が低いクォーツ原料から高純度クォーツを製造することが今後の研究の主要方向であるとされています。

クォーツ不純物分析

自然の石英不純物は、サイズ、分布、伴随不純物の存在に基づいて、鉱石鉱物不純物、包含不純物、結晶構造不純物の三つのカテゴリに分けることができます。一般的に関連する鉱物不純物は、長石、雲母、ルチル、方解石、フルオライト、ヘマタイト、黄鉄鉱および粘土鉱物です。主要な不純物元素はAl、Fe、Ca、Mg、Li、Na、K、Ti、B、Hです。

この中で、AlとFeは石英において最も有害な不純物であり、これは伴随不純物鉱物の形で存在するだけでなく、石英格子内のSi4+を容易に置換して、新しい酸化アルミニウム四面体およびフェライト四面体を形成することがあります。K+、Na+、Li+、H+といった電荷を補償する不純物は、格子内の電荷欠陥によって導入されます。AlおよびFeの不純物は比較的容易に検出できます。

関連する鉱石鉱物は、従来の物理的および化学的選鉱法によって効果的に除去でき、包含の構造は高温焼成によって破壊されることがあります。酸浸出とアルカリ浸出の繰り返し強化後に、不純物の含有量は大幅に減少する可能性があります。しかし、石英格子内の不純物は除去が難しく、格子内の不純物は高純度石英砂の加工における最終的なボトルネックとなることがあります。

処理手順

高純度石英の処理手順は、原石英鉱石における関連する鉱石鉱物、包含不純物、および結晶構造不純物を除去するプロセスを指し、通常は焼成、水冷、粉砕、ふるい、脱シリカ、水洗浄、電気選別、磁選別、浮遊選鉱、酸浸出、アルカリ浸出、高温（雰囲気中）焼成などのプロセスを含みます。

高純度石英砂は、不純物含有量が0.0008%~0.005%、SiO2含有量が99.995%~99.999%の石英砂です。これは、まだほんの少数の先進国でしか生産されていません。中国では、太平洋石英公司、海達石英公司など、あまり多くの企業はなく、クリスタルを原材料として生産されています。技術的なブロックがあるため、高純度石英製造業者、特に関連する外国企業の技術およびプロセスの詳細に関する報告は非常にまれです。原則として、高純度石英は、脈石英およびペグマタイト花崗岩を焼成、水冷、粉砕分類、洗浄、重力選別、磁選別、浮遊選鉱、塩素焼成、化学酸浸出などの複合処理によって生産されます。現在、国内企業が生産できる高純度石英砂は、主に不純物含有量が0.03%~0.005%、SiO2含有量が99.97%~99.995%の中低品位の高純度石英砂です。

一般的な産業用途のための精製石英砂の場合、可能な限り比較的単純なプロセスフローを選択することで、選鉱や精製のコストを減少させることができます。洗浄、脱シリカ、磁選別プロセスの使用を推奨いたします。これにより、細砂の品質要件を満たすことができます。高純度および超高純度の石英砂は、ハイテク砂として使用されるため、浮遊選鉱、酸浸出、高温（雰囲気中）焼成などのプロセスによって、さらに精製する必要があります。高純度および超高純度の石英砂の品質要件は、一般的にSiO2の含有量が99.99%を超え、Fe2O3の含有量が0.001%未満であることです。精製プロセスでは、選別条件を厳密に制御するだけでなく、二次汚染を防ぐために対応する精製設備に対してもより厳しい要件が必要です。