كوارتز يُعدّ من أكثر المعادن وفرةً وتنوعًا على وجه الأرض، ويلعب دورًا محوريًا في العديد من الصناعات، من البناء إلى الإلكترونيات عالية التقنية. ولتحويل المعادن الخام إلى مسحوق ناعم، تُستخدم معدات متطورة مثل الكوارتز. مطحنة طحن يصبح فهم خصائص الكوارتز واحتياجاته من المعالجة أمرًا بالغ الأهمية لإطلاق العنان لإمكاناته الكاملة.
1 الخصائص المعدنية والخصائص الرئيسية
الكوارتز (SiO₂) أكسيد سيليكون ذو بنية هيكلية. يُشير عادةً إلى كوارتز ألفا (كوارتز منخفض الحرارة، نظام ثلاثي الزوايا) وكوارتز بيتا (كوارتز عالي الحرارة، نظام سداسي الزوايا)، بدرجة حرارة تحويل تبلغ 573 درجة مئوية. أما الكوارتز غير المحدد، فيُشير عادةً إلى كوارتز ألفا.
في التصنيف المعدني، ينتمي الكوارتز إلى فئة الأكسيد ومجموعة الكوارتز. أحيانًا، نظرًا لموقعه في الطرف الطرفي للسيليكات، يُصنف أيضًا على أنه سيليكات. تشمل مجموعة الكوارتز أشكالًا متعددة من ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂) مثل الكوارتز، والكريستوباليت، والتريديميت، والكويسيت، والستيشوفيت، علمًا بأن الأخيرين هما طوران عاليا الضغط.
التركيب الكيميائي النظري للكوارتز هو 100% SiO₂، أو 46.74% Si و53.26% O. الكوارتز الطبيعي نقي نسبيًا، ولكنه قد يحتوي على عناصر شوائب ضئيلة مثل Al وK وNa وLi وCa وFe وMg وMn وTi وCu وZn وCr وNi وB وP، وذلك بسبب الاستبدال المتماثل.
ينتج عن البنية البلورية المفتوحة لسيليكون الكوارتز SiO₂ كثافة منخفضة نسبيًا تبلغ 2.65. ومع ذلك، فإن روابط Si-O في رباعي السطوح [SiO₄] قوية، مما يمنح الكوارتز صلابة 7 على مقياس موس. يتميز الكوارتز بمقاومته للأحماض (باستثناء حمض الهيدروفلوريك)، وذوبانه الطفيف في محلول هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH)، ودرجة انصهاره العالية (1710-1756 درجة مئوية)، حيث يبرد إلى سيليكا منصهرة (زجاج الكوارتز) عند التصلب.
الكوارتز معدن سيليكات صلب، مقاوم للتآكل، ذو خصائص كيميائية مستقرة. عادةً ما يكون عديم اللون أو أبيض حليبي، ولكنه قد يُظهر ألوانًا مختلفة بسبب الشوائب. يتميز بشفافيته وصلابته 7، وكسره المحاري الهش، وبريقه الزجاجي، وكثافته النوعية 2.65. يتميز بنشاط بصري، وكهرباء ضغطية، وموصلية حرارية ضعيفة، وعدم موصلية، وتباين كبير في خصائصه الكهربائية والحرارية وبعض الميكانيكية.
2 الماضي: سبعة أنواع رئيسية من الموارد المعدنية من الكوارتز
الكوارتز منتشر على نطاق واسع في الطبيعة بأصول متنوعة. يوجد حاليًا سبعة أنواع رئيسية من الرواسب الصناعية لموارد الكوارتز المعدنية: البلورات الطبيعية، حجر الكوارتز الرملي، الكوارتزيت، الكوارتز العروقي، الكوارتز المسحوق، رمل السيليكا الطبيعي، والكوارتز الجرانيتي.
الكريستال الطبيعي
معدن بلوري كبير، عديم اللون، شفاف، من الكوارتز، يتكون أساسًا من ثاني أكسيد السيليكا. يتشكل في التجاويف، أو كسور الصخور، أو الفواصل، أو الصدوع، في ظروف قاسية تتطلب مساحة واسعة، وسوائل حرارية مائية غنية بالسيليكا، ودرجة حرارة/ضغط محددين، ووقتًا كافيًا.
حجر الكوارتز الرملي
صخرة رسوبي رملية متماسكة، تحتوي على نسبة من الكوارتز والحصى السيليسي، عادةً ما تزيد عن 95%. المعادن الملحقة غالبًا ما تكون الفلسبار والميكا والطين، مع القليل من المعادن الثقيلة. الأسمنت عادةً ما يكون سيليسيًا.
الكوارتزيت
صخر متحول يتكون من حجر الكوارتز الرملي أو صخور سيليسية أخرى عبر التحول الإقليمي أو الحراري. تشمل المعادن المصاحبة له الفلسبار والميكا ومعادن الطين، وكميات ضئيلة من التورمالين والهيماتيت والزركون. بالمقارنة مع حجر الكوارتز الرملي، يتميز هذا الحجر بكثافة وصلابة وتماسك أكبر.
الكوارتز الوريدي
تتكون أساسًا من النشاط الحراري المائي الصخري المرتبط بالجرانيت. تتميز ببنية ضخمة، وتركيبة معدنية بسيطة (مكونة بالكامل تقريبًا من الكوارتز)، ومحتوى ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂) عادةً ما يزيد عن 99%. عادةً ما تكون رواسب الكوارتز العروقية صغيرة الحجم، ذات انحدار حاد، ويتراوح سمكها بين بضعة أمتار وعشرات الأمتار، وأطوالها بين عشرات ومئات الأمتار.
الكوارتز المسحوق (الأموسيت)
خام كوارتز طبيعي مسحوق ذو جزيئات دقيقة للغاية ومحتوى عالٍ من ثاني أكسيد السيليكون. يتكون أساسًا من صخر سيليسي أصلي مُجوّى، مُكوّنًا رواسب تجوية رسوبية. تُسبب الظروف الجيولوجية الخاصة، والمناخ القديم الدافئ الرطب، وتضاريس الأرض القديمة المعتدلة تفكك الصخور السيليسية، حيث يحمل الماء الشوائب ليشكل الرواسب.
رمل السيليكا الطبيعي
مورد معدني من الكوارتز الرملي، يتكون نتيجة تجوية طبيعية طويلة الأمد للصخور الأم، مثل الجرانيت والكوارتزيت والحجر الرملي الكوارتزي وعروق الكوارتز. تشمل المعادن المصاحبة الفلسبار، وبقايا الصخور، والميكا، ومعادن الطين، والمعادن الثقيلة مثل الزركون والتورمالين والإلمنيت والأمفيبول. يتكون هذا المورد بشكل رئيسي من رواسب رملية رسوبية بحرية وبحيرية.
الكوارتز الجرانيتي
السبب الرئيسي وراء احتكار شركات مثل سلسلة IOTA التابعة لشركة Sibelco لسوق الكوارتز عالي النقاء عالميًا هو مادتها الخام الفريدة - الكوارتز الجرانيتي من سبروس باين، كارولاينا الشمالية، الولايات المتحدة الأمريكية. لهذا الرواسب تحديدًا من الكوارتز قصة اكتشاف أسطورية.
كان الكوارتز يُستخرج في البداية من الفلسبار والمسكوفيت، وكان يُنتج نفايات ثانوية. في سبعينيات القرن الماضي، ومع تضاؤل موارد الكريستال اللازمة لإنتاج زجاج الكوارتز، أصبح إيجاد بدائل أمرًا ملحًا. وبفضل تقنية التعويم المُحسّنة، استُبدل الكوارتز من البيغماتيت الجرانيتي بالبلور لإنتاج رمل كوارتز عالي النقاء، وهو سوق لا تزال الولايات المتحدة تُهيمن عليه حتى اليوم.
3 الحاضر: التطبيقات النموذجية للكوارتز
للكوارتز تطبيقات واسعة. بعد مراحل معالجة مختلفة، يُستخدم في صناعات الزجاج، والمسابك، والسيراميك، والمواد الحرارية، والمواد الكيميائية، واستخراج النفط، وتنقية المياه، والبناء، والطاقة الشمسية الكهروضوئية الجديدة، وأشباه الموصلات الإلكترونية، والألياف الضوئية، ومصادر الضوء، ومواد الألياف عالية الجودة، والحشوات الصناعية، وغيرها.
أكبر حجم للتطبيق
تُعدّ صناعة الزجاج أكبر مستهلك للكوارتز، ويُستخدم على نطاق واسع في مجالات البناء والسيارات والطاقة الجديدة والطب. تشمل المنتجات الرئيسية الزجاج المسطح، والزجاج المُقسّى، والزجاج الكهروضوئي، والزجاج الإلكتروني، والزجاج الدوائي.
في عام ٢٠٢١، بلغ إنتاج الصين من الزجاج ١٠.١٧ مليون صندوق زجاجي، استهلك حوالي ٣٤.٠٦ مليون طن من رمل الكوارتز. وتشير البيانات الوطنية إلى أنه في عام ٢٠٢٣، أنتجت الصين ٩.٦٩ مليون صندوق زجاجي مسطح (استهلك حوالي ٣٢.٤٧ مليون طن من رمل الكوارتز) و٢٤.٧٨ مليون طن من الزجاج المدلفن الكهروضوئي (استهلك حوالي ١٧.٦ مليون طن من رمل الكوارتز منخفض الحديد بمعدل ٠.٧١ طن لكل طن من الزجاج). وبالتالي، استهلك الزجاج المسطح والزجاج الكهروضوئي وحدهما أكثر من ٥٠ مليون طن من رمل الكوارتز في عام ٢٠٢٣.
يأتي الطلب النهائي من العقارات، والسيارات، والأجهزة المنزلية، والطاقة الشمسية الكهروضوئية، والحاويات اليومية، والإلكترونيات. تاريخيًا، كان حوالي 75% مرتبطًا بالعقارات؛ وينمو الطلب المستقبلي على الزجاج التقليدي ببطء بسبب تباطؤ قطاع العقارات. مدفوعًا بأهداف "الكربون المزدوج"، ستواصل تركيبات الطاقة الشمسية الكهروضوئية العالمية نموها، مما يدعم زيادة الطلب على زجاج الطاقة الشمسية الكهروضوئية.
لتحقيق الدقة المطلوبة في مختلف مراحل إنتاج الزجاج، يُعدّ تقليل الحجم بكفاءة أمرًا بالغ الأهمية. وهنا تبرز أهمية مطحنة طحن الكوارتز المتخصصة، إذ تضمن توزيعًا ثابتًا لحجم الجسيمات لضمان ذوبان مثالي وجودة عالية للمنتج.
التطبيقات المتطورة:
أشباه الموصلات
يُشكل إنتاج الرقائق جوهر تصنيع الدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات، ويشمل ذلك نمو البلورات المفردة، وتصنيع الرقاقات، وإنتاج الرقاقات، والتغليف. وتُعدّ عملية تصنيع رقائق السيليكون وتصنيعها من أكثر الخطوات أهميةً وتطلبًا. ويُستخدم الكوارتز بشكل رئيسي في بوتقات الكوارتز عالية الجودة والمواد المساعدة في تصنيع الرقاقات.
تُستخدم منتجات الكوارتز في جميع مراحل معالجة رقائق السيليكون، بما في ذلك الانتشار والأكسدة والترسيب والنقش. يُستخدم رمل الكوارتز عالي النقاء (5N2) في صناعة بوتقات الكوارتز شبه الموصلة، بينما تُستخدم رمال نقاء 4N و4N8 في أكسدة وانتشار الرقائق.
الألياف البصرية
بفضل بناء شبكات المعلومات واسعة النطاق، شهد قطاع الاتصالات العالمية بالألياف الضوئية تطورًا سريعًا. وأصبحت الصين الآن أكبر منتج ومستهلك لها. تُعدّ قوالب الألياف الأولية جوهر السلسلة الصناعية. ويُعدّ زجاج الكوارتز مادة أساسية للألياف. وتُعدّ أنابيب الركيزة والغطاء المصنوعة من الكوارتز من أنابيب الكوارتز عالية الجودة، وهي ضرورية لتحضير القوالب الأولية.
استخدم باحثون من شركة جيوتشي غوانغديانزيكايل للتكنولوجيا المحدودة، والمختبر الوطني الرئيسي لتكنولوجيا تصنيع الألياف والكابلات الضوئية، مسحوق الكوارتز الطبيعي وترسيب الطور الصلب البلازمي الخارجي (PSOD) لإنتاج أنابيب غلاف كوارتز كبيرة الحجم لقوالب الألياف أحادية الوضع. تتميز هذه المنتجات بتشكيل أحادي الخطوة، ومحتوى منخفض من الهيدروكسيل، وشوائب قليلة، ومواصفات عالية، وتزجيج جيد، مما يلبي احتياجات قوالب الألياف أحادية الوضع. يوفر هذا مواد وعمليات جديدة للألياف منخفضة التوهين، مع آفاق واعدة في الجيل القادم من ألياف الاتصالات منخفضة الفقد للغاية.
التطبيقات الأكثر شعبية
في السنوات الأخيرة، أضافت "الثلاثة الجديدة" - المركبات التي تعمل بالطاقة الجديدة، والبطاريات الليثيوم، والخلايا الشمسية الكهروضوئية - بريقاً إلى التصنيع الصيني، وخاصة في الصادرات، مما وفر زخماً جديداً للتنمية الاقتصادية عالية الجودة.
في سلسلة صناعة الطاقة الكهروضوئية، تُعدّ منتجات الكوارتز محورية. فإلى جانب زجاج الطاقة الكهروضوئية المصنوع من رمل الكوارتز فائق النقاء وقليل الحديد، تُعدّ بوتقات الكوارتز المصنوعة من رمل الكوارتز عالي النقاء المنتج الأبرز في تطبيقات الكوارتز اللاحقة مؤخرًا.
تتميز بوتقات الكوارتز، وهي منتج زجاجي كوارتز متخصص، بالنظافة والتجانس ومقاومة درجات الحرارة العالية. تُستخدم على نطاق واسع في إنتاج السيليكون البلوري الشمسي وأشباه الموصلات، كما أنها مواد استهلاكية. بالمقارنة مع رمل الكوارتز العادي، يتميز رمل الكوارتز عالي النقاء، المُحضّر بتقنية التخصيب، بمقاومة أفضل لدرجات الحرارة العالية واستقرار حراري أفضل. وباعتباره المادة الأساسية، يُعد نقاء رمل الكوارتز المؤشر الرئيسي لضمان أداء بوتقة متفوق.
مطحنة طحن مسحوق الكوارتز الملحمية
تتطلب معالجة الكوارتز للتطبيقات الصعبة مثل رمل الكوارتز عالي النقاء أو الحشوات طحنًا وتصنيفًا دقيقًا. مسحوق ملحمي متخصصة في توفير مطاحن طحن الكوارتز المتطورة. مع معدات طحن تتراوح من مصنفات الهواء ومطاحن الكرات إلى مطاحن النفاثةيمكننا تلبية مختلف متطلبات إنتاج الكوارتز والمعادن الأخرى، مما يضمن أعلى درجات الدقة والنقاء والكفاءة لتطبيقاتكم الخاصة. شراكتنا مع Epic Powder تضمن لكم امتلاك التكنولوجيا والخبرة اللازمتين للتعامل مع مختلف مواد الكوارتز وتحقيق نتائج الإنتاج المرجوة. تواصلوا معنا اليوم للحصول على مطحنة طحن كوارتز مصممة خصيصًا لكم.
