Thạch anh tinh thể

2025-03-27

Thạch anh từng là nguyên liệu chính cho việc sản xuất thạch anh tinh khiết cao. Với việc cạn kiệt tài nguyên thạch anh tự nhiên và nhu cầu ngày càng tăng đối với cát thạch anh tinh khiết cao, công nghệ sản xuất cát thạch anh tinh khiết cao từ quặng thạch anh thay vì thạch anh tự nhiên đang trở nên ngày càng quan trọng.

Theo các tính chất địa chất và lý hóa khác nhau, khoáng thạch anh có thể được chia thành loại đá mácma, loại biến chất, loại thủy nhiệt và loại trầm tích. Trong đó, các hạt thạch anh trong pegmatit granit và thạch anh mạch có kích thước hạt thô, dễ dàng tách ra từ các monome. Chúng là nguyên liệu lý tưởng để thay thế cho thạch anh tự nhiên trong việc chế biến các sản phẩm thạch anh tinh khiết trung cấp và cao cấp, đặc biệt là pegmatit granit. Mặc dù hàm lượng thạch anh chỉ khoảng 30%, nhưng hạt thạch anh cực kỳ thô (d>5mm), hoàn toàn tách ra khỏi gangue sau khi nghiền, và hàm lượng tạp chất thạch anh đơn lẻ rất ít.

Các khoáng thạch anh đã được chứng minh ở Trung Quốc bao gồm 2.31 tỷ tấn thạch anh, 1.55 tỷ tấn cát thạch anh, và 0.50 triệu tấn thạch anh. Chưa phát hiện thấy các mỏ pegmatit granit lớn có giá trị công nghiệp. Do những đặc điểm nổi bật của tài nguyên thạch anh ở Trung Quốc, việc chế biến thạch anh tinh khiết từ nguyên liệu thạch anh chất lượng kém như thạch anh mạch và thạch anh là hướng nghiên cứu chính trong tương lai.

Phân tích Tạp chất Thạch Anh

Tạp chất thạch anh tự nhiên có thể được chia thành ba loại dựa trên kích thước, phân bố và sự tồn tại của các tạp chất kèm theo: tạp chất khoáng gangue, tạp chất bao gồm, và tạp chất cấu trúc tinh thể. Các tạp chất khoáng đi kèm thông thường là feldspar, mica, rutile, calcite, fluorite, hematite, pyrite và khoáng sét. Các nguyên tố tạp chất chính là Al, Fe, Ca, Mg, Li, Na, K, Ti, B, H.

Trong số đó, Al và Fe là các tạp chất gây hại nhất trong thạch anh, chúng không chỉ tồn tại dưới dạng khoáng tạp chất đi kèm, mà còn dễ dàng thay thế Si4+ trong mạng tinh thể thạch anh để tạo thành tứ diện nhôm oxit mới và tứ diện ferrite. Các tạp chất bù điện tích như K+, Na+, Li+ và H+ được đưa vào do các khuyết tật điện tích trong mạng tinh thể. Các tạp chất Al và Fe tương đối dễ phát hiện.

Các khoáng vật gangue liên quan có thể được loại bỏ hiệu quả bằng các phương pháp chế biến vật lý và hóa học thông thường, và cấu trúc của các tạp chất có thể bị phá hủy thông qua quá trình nung nóng ở nhiệt độ cao. Sau nhiều lần tăng cường quá trình ngâm axit và ngâm kiềm, hàm lượng tạp chất có thể được giảm đáng kể. Tuy nhiên, các tạp chất trong mạng tinh thể thạch anh rất khó để loại bỏ, và các tạp chất trong mạng thường trở thành nút thắt cuối cùng khó có thể vượt qua trong quy trình chế biến cát thạch anh siêu tinh khiết.

Quy trình chế biến

Quy trình chế biến thạch anh siêu tinh khiết đề cập đến quá trình loại bỏ các khoáng vật gangue liên quan, tạp chất tạp chất và tạp chất cấu trúc tinh thể trong quặng thạch anh nguyên thủy, thường bao gồm các bước nung, làm nguội bằng nước, nghiền, phân loại, rửa cát, đánh bóng, tách điện, lựa chọn từ tính, tuyển nổi, ngâm axit, ngâm kiềm, nướng ở nhiệt độ cao (trong không khí) và các quy trình khác.

Cát thạch anh siêu tinh khiết là cát thạch anh có hàm lượng tạp chất từ 0.0008% đến 0.005% và hàm lượng SiO2 từ 99.995% đến 99.999%. Nó hiện vẫn chỉ được sản xuất bởi một số ít quốc gia phát triển. Ở Trung Quốc, chỉ có Công ty Thạch anh Thái Bình Dương, Công ty Thạch anh Kaida, v.v. Số lượng doanh nghiệp không nhiều và họ được sản xuất từ tinh thể làm nguyên liệu. Do bị phong tỏa công nghệ, các báo cáo về công nghệ và chi tiết quy trình của các nhà sản xuất thạch anh siêu tinh khiết, đặc biệt là các công ty nước ngoài liên quan, rất hiếm. Về nguyên tắc, thạch anh siêu tinh khiết được sản xuất bằng cách xử lý thạch anh mạch và granite pegmatite thông qua quy trình kết hợp nung nóng-làm nguội bằng nước-nghiền phân loại-đánh bóng-tách trọng lực-tách từ tính-tuyển nổi-nướng chlor hóa-ngâm axit hóa học. Hiện tại, cát thạch anh siêu tinh khiết mà các doanh nghiệp trong nước có thể sản xuất chủ yếu là cát thạch anh siêu tinh khiết loại trung bình và thấp với hàm lượng tạp chất từ 0.03% đến 0.005% và hàm lượng SiO2 từ 99.97% đến 99.995%.

Đối với cát thạch anh tinh chế dành cho các mục đích công nghiệp chung, việc lựa chọn quy trình chế biến tương đối đơn giản nhất có thể có thể giúp giảm chi phí chế biến và tinh chế. Khuyến nghị sử dụng quy trình đánh bóng-rửa tạp chất-tách từ tính, quy trình này có thể đáp ứng các yêu cầu chất lượng của cát mịn. Đối với cát thạch anh siêu tinh khiết và thạch anh siêu cao cấp, được sử dụng làm cát công nghệ cao, cần phải tinh chế thêm cát thạch anh thông qua tuyển nổi, ngâm axit, nướng ở nhiệt độ cao (trong không khí) và các quy trình khác. Các yêu cầu chất lượng của cát thạch anh siêu tinh khiết và thạch anh siêu cao cấp thường là hàm lượng SiO2 lớn hơn 99.99% và hàm lượng Fe2O3 nhỏ hơn 0.001%. Quy trình tinh chế không chỉ cần kiểm soát nghiêm ngặt các điều kiện tuyển chọn mà còn phải có yêu cầu nghiêm ngặt hơn đối với các thiết bị tinh chế tương ứng để ngăn ngừa ô nhiễm thứ cấp.