ควอตซ์คริสตัล

2025-03-27

ควอตซ์คริสตัลเคยเป็นวัตถุดิบหลักสำหรับการผลิตควอตซ์บริสุทธิ์สูง ด้วยการหมดไปของทรัพยากรคริสตัลธรรมชาติและความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับทรายควอตซ์บริสุทธิ์สูง เทคโนโลยีการผลิตทรายควอตซ์บริสุทธิ์สูงจากแร่ควอตซ์แทนที่จะใช้คริสตัลจึงมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อย ๆ

ตามคุณสมบัติทางธรณีวิทยาและฟิสิกส์เคมีที่แตกต่างกัน แร่ควอตซ์สามารถแบ่งออกเป็นประเภทหินแมกมาติค, ประเภทการเปลี่ยนแปลง, ประเภทไฮโดรเทอร์มอล และประเภทตะกอน ในจำนวนนี้ เม็ดควอตซ์ในหินแกรนิตเพกมาไทต์และควอตซ์ในรอยแตกมีขนาดเม็ดหยาบและง่ายต่อการแยกออกจากโมโนเมอร์ พวกมันเป็นวัตถุดิบที่เหมาะสมในการแทนที่คริสตัลธรรมชาติเพื่อการผลิตควอตซ์บริสุทธิ์สูงในระดับกลางและระดับสูง โดยเฉพาะหินแกรนิตเพกมาไทต์ แม้ว่าจะมีเนื้อควอตซ์เพียงประมาณ 30% แต่เม็ดควอตซ์มีขนาดหยาบมาก (d>5mm) แยกออกจากแร่ที่ไม่ใช่โลหะหลังจากการบด และปริมาณของสิ่งเจือปนควอตซ์เดี่ยวมีน้อย

แร่ควอตซ์ที่ได้รับการพิสูจน์ในประเทศจีนรวมถึง 2.31 พันล้านตันของควอตซ์ไรท์, 1.55 พันล้านตันของควอตซ์แซนสโตน และ 0.50 ล้านตันของควอตซ์ ยังไม่พบแหล่งหินแกรนิตเพกมาไทต์ขนาดใหญ่ที่มีมูลค่าเชิงอุตสาหกรรม เนื่องจากลักษณะเฉพาะของทรัพยากรควอตซ์ในประเทศจีน จึงกำหนดว่าการเตรียมควอตซ์บริสุทธิ์สูงจากวัตถุดิบควอตซ์ที่มีคุณภาพต่ำ เช่น ควอตซ์ในรอยแตกและควอตซ์ไรท์ เป็นทิศทางหลักของการวิจัยในอนาคต

การวิเคราะห์สิ่งเจือปนในควอตซ์

สิ่งเจือปนในควอตซ์ธรรมชาติสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภทตามขนาด การกระจาย และการมีอยู่ของสิ่งเจือปนที่ติดมากับมัน: สิ่งเจือปนจากแร่ที่ไม่ใช่โลหะ, สิ่งเจือปนที่รวมอยู่, และสิ่งเจือปนจากโครงสร้างผลึก สิ่งเจือปนจากแร่ที่เกี่ยวข้องทั่วไป ได้แก่ เฟลด์สปาร์, ไมกา, รูไทล์, แคลไซต์, ฟลูออไรต์, เหล็กออกไซด์, ไพไรต์ และแร่ดิน สิ่งเจือปนหลัก ได้แก่ Al, Fe, Ca, Mg, Li, Na, K, Ti, B, H.

ในจำนวนนี้ อลูมิเนียม (Al) และเหล็ก (Fe) เป็นสิ่งเจือปนที่เป็นอันตรายที่สุดในควอตซ์ ซึ่งไม่เพียงแต่สามารถมีอยู่ในรูปแบบของแร่เจือปนที่มาพร้อมกัน แต่ยังสามารถแทนที่ Si4+ ในตาข่ายควอตซ์ได้ง่ายเพื่อสร้างเตตระเฮดรอนออกไซด์อลูมิเนียมใหม่และเตตระเฮดรอนเฟอไรต์ สิ่งเจือปนที่ชดเชยประจุ เช่น K+, Na+, Li+ และ H+ ถูกนำเข้ามาเนื่องจากข้อบกพร่องของประจุในตาข่าย สิ่งเจือปน Al และ Fe ค่อนข้างง่ายต่อการตรวจจับ

แร่แก็งก์ที่เกี่ยวข้องสามารถกำจัดได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยวิธีการเพิ่มคุณภาพทางกายภาพและเคมีแบบเดิม และโครงสร้างของสิ่งที่รวมเข้าด้วยกันสามารถทำลายได้โดยการเผาที่อุณหภูมิสูง หลังจากเพิ่มความแข็งแรงด้วยการชะล้างด้วยกรดและด่างซ้ำๆ แล้ว ปริมาณสิ่งเจือปนก็ลดลงอย่างมาก อย่างไรก็ตาม สิ่งเจือปนในโครงตาข่ายควอตซ์นั้นกำจัดได้ยาก และสิ่งเจือปนในโครงตาข่ายมักจะกลายเป็นคอขวดขั้นสุดท้ายที่ยากต่อการเจาะทะลุในกระบวนการแปรรูปทรายควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูง

กระบวนการประมวลผล

กระบวนการประมวลผลของควอตซ์บริสุทธิ์สูงหมายถึงกระบวนการกำจัดแร่ที่เกี่ยวข้อง สิ่งเจือปนและสิ่งเจือปนในโครงสร้างผลึกในแร่ควอตซ์ดั้งเดิม โดยปกติจะรวมถึงการเผา การควบคุมอุณหภูมิด้วยน้ำ การบด การคัดเกรด การล้างน้ำ การขัด การแยกด้วยไฟฟ้า การเลือกด้วยแม่เหล็ก การลอยตัว การกัดกร่อนด้วยกรด การกัดกร่อนด้วยด่าง การคั่วที่อุณหภูมิสูง (ในบรรยากาศ) และกระบวนการอื่น ๆ

ทรายควอทซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงคือทรายควอทซ์ที่มีปริมาณสิ่งเจือปน 0.0008%~0.005% และปริมาณ SiO2 99.995%~99.999% ยังคงมีการผลิตโดยประเทศที่พัฒนาแล้วเพียงไม่กี่ประเทศ ในประเทศจีนมีเพียง Pacific Quartz Company, Kaida Quartz Company เป็นต้น ไม่มีวิสาหกิจจำนวนมาก และผลิตโดยใช้คริสตัลเป็นวัตถุดิบ เนื่องจากการปิดกั้นทางเทคนิค รายงานเกี่ยวกับเทคโนโลยีและรายละเอียดกระบวนการของผู้ผลิตควอทซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูง โดยเฉพาะบริษัทต่างประเทศที่เกี่ยวข้อง จึงมีน้อยมาก โดยหลักการแล้ว ควอทซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงจะผลิตขึ้นโดยการบำบัดควอทซ์สายแร่และแกรนิตเพกมาไทต์ผ่านกระบวนการผสมผสานของการเผา-การดับด้วยน้ำ-การบด-การจำแนกประเภท-การขัด-การแยกด้วยแรงโน้มถ่วง-การแยกด้วยแม่เหล็ก-การลอยตัว-การคั่วด้วยคลอรีน-การชะล้างด้วยกรดเคมี ในปัจจุบัน ทรายควอทซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงที่ผู้ประกอบการในประเทศสามารถผลิตได้ส่วนใหญ่เป็นทรายควอทซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงระดับกลางและต่ำที่มีปริมาณสิ่งเจือปน 0.03%~0.005% และปริมาณ SiO2 99.97%~99.995%

สำหรับทรายควอตซ์ที่ใช้ในอุตสาหกรรมทั่วไป การเลือกกระบวนการที่ค่อนข้างง่ายที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้สามารถลดต้นทุนการทำประโยชน์และการทำให้บริสุทธิ์ได้ แนะนำให้ใช้กระบวนการขัด การล้างสิ่งเจือปน และการแยกด้วยแม่เหล็ก ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการด้านคุณภาพของทรายละเอียด สำหรับทรายควอตซ์บริสุทธิ์สูงและบริสุทธิ์สูงมากซึ่งใช้เป็นทรายเทคโนโลยีสูง จำเป็นต้องทำให้ทรายควอตซ์บริสุทธิ์ยิ่งขึ้นโดยการลอยตัว การกัดกร่อนด้วยกรด การคั่วที่อุณหภูมิสูง (ในบรรยากาศ) และกระบวนการอื่น ๆ ความต้องการด้านคุณภาพของทรายควอตซ์บริสุทธิ์สูงและบริสุทธิ์สูงมากโดยทั่วไปคือปริมาณ SiO2 มากกว่า 99.99% และปริมาณ Fe2O3 น้อยกว่า 0.001% กระบวนการทำให้บริสุทธิ์ไม่เพียงแต่ต้องควบคุมเงื่อนไขการเลือกอย่างเข้มงวด แต่ยังต้องมีข้อกำหนดที่เข้มงวดกว่าสำหรับอุปกรณ์การทำให้บริสุทธิ์ที่เกี่ยวข้องเพื่อป้องกันมลพิษรอง