Kwarts is een van de meest voorkomende en veelzijdige mineralen op aarde en speelt een cruciale rol in tal van industrieën, van de bouw tot hightech elektronica. Voor een proces van ruwe mineralen tot fijn verwerkt poeder is geavanceerde apparatuur zoals kwarts nodig. maalmolen wordt essentieel. Inzicht in de eigenschappen en verwerkingsvereisten van kwarts is essentieel om het volledige potentieel ervan te benutten.
1 Mineralogische kenmerken en belangrijkste eigenschappen
Kwarts (SiO₂) is een oxide van silicium met een roosterstructuur. Het verwijst doorgaans naar α-kwarts (lagetemperatuurkwarts, trigonaal systeem) en β-kwarts (hogetemperatuurkwarts, hexagonaal systeem), met een transformatietemperatuur van 573 °C. Ongespecificeerd kwarts betekent doorgaans α-kwarts.
In de mineralogische classificatie behoort kwarts tot de oxideklasse en de kwartsgroep. Soms wordt het, vanwege zijn positie aan het eindelement van silicaten, ook als silicaat geclassificeerd. De kwartsgroep omvat verschillende polymorfen van SiO₂, zoals kwarts, cristobaliet, tridymiet, coesiet en stishoviet, waarbij de laatste twee hogedrukfasen zijn.
De theoretische chemische samenstelling van kwarts is 100% SiO₂, oftewel Si 46,74% en O 53,26%. Natuurlijk kwarts is relatief zuiver, maar kan sporen van onzuiverheden bevatten zoals Al, K, Na, Li, Ca, Fe, Mg, Mn, Ti, Cu, Zn, Cr, Ni, B en P als gevolg van isomorfe substitutie.
De open kristalstructuur van kwarts-SiO₂ resulteert in een relatief lage dichtheid van 2,65. De Si-O-bindingen in de [SiO₄]-tetraëders zijn echter sterk, waardoor kwarts een hardheid van 7 op de schaal van Mohs heeft. Het is bestand tegen zuren (behalve HF), matig oplosbaar in KOH-oplossing en heeft een hoog smeltpunt (1710–1756 °C). Bij stolling koelt het af tot gesmolten silica (kwartsglas).
Kwarts is een hard, slijtvast silicaatmineraal met stabiele chemische eigenschappen. Het is doorgaans kleurloos of melkachtig wit, maar kan door onzuiverheden verschillende kleuren aannemen. Het is doorschijnend, heeft een hardheid van 7, een brosse conchoïdale breuk, een glasachtige glans en een soortelijk gewicht van 2,65. Het vertoont optische activiteit, piëzo-elektriciteit, slechte thermische geleidbaarheid, niet-geleidbaarheid en aanzienlijke anisotropie in de elektrische, thermische en sommige mechanische eigenschappen.
2 Het verleden: zeven belangrijke soorten kwartsmineralen
Kwarts komt in de natuur wijdverspreid voor en kent diverse oorsprongen. Momenteel zijn er zeven belangrijke industriële afzettingen voor kwartsmineralen: natuurlijk kristal, kwartszandsteen, kwartsiet, aderkwarts, kwartspoeder, natuurlijk silicazand en granietkwarts.
Natuurlijk kristal
Een groot, kleurloos, transparant kwartskristalmineraal, voornamelijk samengesteld uit silicadioxide. Het vormt zich in holtes, gesteentebreuken, voegen of breuken onder strikte voorwaarden die voldoende ruimte, silicarijke hydrothermale vloeistoffen, een specifieke temperatuur/druk en voldoende tijd vereisen.
Kwartszandsteen
Een geconsolideerd zandig sedimentair gesteente met een kwarts- en siliciumklasgehalte, doorgaans >95%. Accessoire mineralen zijn vaak veldspaat, mica en kleimineralen, met weinig zware mineralen. Het cement is doorgaans siliciumhoudend.
Kwartsiet
Een metamorf gesteente gevormd uit kwartszandsteen of andere siliciumhoudende gesteenten door middel van regionale of thermische contactmetamorfose. Geassocieerde mineralen kunnen veldspaat, mica, kleimineralen en sporen toermalijn, hematiet en zirkoon zijn. Vergeleken met kwartszandsteen is het dichter, harder en compacter.
Aderkwarts
Voornamelijk gevormd door magmatische hydrothermale activiteit gerelateerd aan graniet. Het heeft een massieve structuur, een eenvoudige minerale samenstelling (bijna volledig kwarts), met een SiO₂-gehalte van meestal meer dan 99%. Aderige kwartsafzettingen zijn doorgaans kleinschalig, met steile hellingen, diktes van enkele meters tot tientallen meters en lengtes van tientallen tot honderden meters.
Gepoederd kwarts (Ammosiet)
Een natuurlijk verpulverd kwartserts met zeer fijne deeltjes en een hoog SiO₂-gehalte. Het ontstaat voornamelijk uit verweerd siliciumhoudend moedergesteente, waardoor sedimentaire verwerende afzettingen ontstaan. Specifieke geologische omstandigheden, een warm-vochtig paleoklimaat en een milde paleotopografie zorgen ervoor dat het siliciumhoudende gesteente uiteenvalt, waarbij water onzuiverheden afvoert en de afzetting vormt.
Natuurlijk silicazand
Een zandige kwartsmineraalbron, gevormd door langdurige natuurlijke verwering van moedergesteenten zoals graniet, kwartsiet, kwartszandsteen en aderkwarts. Bijbehorende mineralen zijn onder andere veldspaat, gesteentepuin, mica, kleimineralen en zware mineralen zoals zirkoon, toermalijn, ilmeniet en amfibool. Het betreft voornamelijk mariene en lacustriene sedimentaire zandafzettingen.
Granietkwarts
De fundamentele reden waarom bedrijven zoals de IOTA-serie van Sibelco een internationaal monopolie hebben verworven in hoogzuiver kwarts, is hun unieke grondstof: granietkwarts uit Spruce Pine, North Carolina, VS. Deze specifieke kwartsafzetting kent een legendarisch ontdekkingsverhaal.
Kwarts werd aanvankelijk gewonnen voor veldspaat en muscoviet en was een afvalproduct. In de jaren 70, toen de kristalbronnen voor kwartsglas slonken, werd het dringend tijd om alternatieven te vinden. Dankzij verbeterde flotatietechnologie verving kwarts uit granietpegmatieten het kristal voor de productie van zeer zuiver kwartszand, een markt die de VS nog steeds domineert.
3 Het heden: typische toepassingen van kwarts
Kwarts kent uitgebreide toepassingen. Na diverse verwerkingsfasen wordt het gebruikt in glas, gieterijen, keramiek, vuurvaste materialen, chemicaliën, aardoliewinning, waterzuivering, bouw, nieuwe energiebronnen (PV), elektronische halfgeleiders, glasvezel, optica, lichtbronnen, hoogwaardige vezelmaterialen, industriële vulstoffen en meer.
Grootste volumetoepassing
De glasindustrie is de grootste afnemer van kwarts, dat veel wordt gebruikt in de bouw, de automobielindustrie, de nieuwe energiesector en de medische sector. De belangrijkste producten zijn vlak, container-, gehard, fotovoltaïsch, elektronisch en farmaceutisch glas.
In 2021 bedroeg de Chinese glasproductie 10,17 miljoen dozen, goed voor een verbruik van ~34,06 miljoen ton kwartszand. Nationale gegevens tonen aan dat China in 2023 9,69 miljoen dozen vlakglas produceerde (goed voor een verbruik van ~32,47 miljoen ton kwartszand) en 24,78 miljoen ton PV-gerold glas (goed voor een verbruik van ~17,6 miljoen ton ijzerarm kwartszand met een verbruik van ~0,71 ton per ton glas). Alleen al vlak- en PV-glas verbruikten in 2023 meer dan 50 miljoen ton kwartszand.
De downstream vraag komt uit de vastgoedsector, de automobielsector, huishoudelijke apparaten, PV, dagelijkse containers en elektronica. ~75% was voorheen vastgoedgerelateerd; de toekomstige vraag naar conventioneel glas groeit langzaam vanwege de recessie in de vastgoedsector. Gedreven door de "Dual Carbon"-doelstellingen zullen de wereldwijde PV-installaties blijven groeien, wat de vraag naar PV-glas in stand houdt.
Om de precieze fijnheid te bereiken die nodig is voor verschillende glasproductiefasen, is efficiënte verkleining essentieel. Hierbij is een gespecialiseerde kwartsmaalmolen van onschatbare waarde. Deze zorgt voor een consistente deeltjesgrootteverdeling voor optimale smelt- en productkwaliteit.
Hoogwaardige toepassingen:
Halfgeleiders
De kern van de productie van halfgeleider-IC's is de chipproductie, waarbij monokristalgroei, waferproductie, IC-chipproductie en verpakking betrokken zijn. De meest kritische en veeleisende stappen zijn de productie en fabricage van siliciumwafers. Kwarts wordt voornamelijk gebruikt voor kwartskroezen en hulpmaterialen van halfgeleiderkwaliteit bij de productie van wafers.
Kwartsproducten worden gebruikt in alle siliciumwafers en waferverwerkingsprocessen in belangrijke stappen zoals diffusie, oxidatie, depositie en etsen. Kwartszand met een hoge zuiverheidsgraad van 5N2 kan kwartskroezen voor halfgeleiders produceren, terwijl zand met een zuiverheid van 4N en 4N8 geschikt is voor kwartsmaterialen die worden gebruikt bij de oxidatie en diffusie van wafers.
Optische vezel
Dankzij de grootschalige aanleg van informatienetwerken heeft de wereldwijde glasvezelcommunicatie zich snel ontwikkeld. China is nu de grootste producent en consument. Vezelpreforms vormen de kern van de industriële keten. Kwartsglas voor vezels is een basismateriaal. Kwartssubstraat en mantelbuizen zijn hoogwaardige kwartsbuizen die cruciaal zijn bij de voorbereiding van preforms.
Onderzoekers van Jiuzhi Guangdianzicail Technology Co., Ltd. en het State Key Laboratory of Optical Fiber and Cable Manufacturing Technology gebruikten natuurlijk kwartspoeder en Plasma Solid Phase Outer Deposition (PSOD) om grote kwartsmantelbuizen te produceren voor single-mode vezelpreforms. De producten kenmerken zich door een eenstapsvorming, een laag hydroxylgehalte, weinig onzuiverheden, uitgebreide specificaties en een goede vitrificatie, en voldoen daarmee aan de behoeften van single-mode preforms. Dit biedt nieuwe materialen en processen voor vezels met lage demping, met brede perspectieven voor de volgende generatie ultra-low loss communicatievezels.
Populairste toepassingen
De afgelopen jaren hebben ‘de nieuwe drie’ – nieuwe energievoertuigen, lithium-ionbatterijen en zonnecellen – glans gegeven aan de Chinese productie, met name in de export, en een nieuwe impuls gegeven aan de hoogwaardige economische ontwikkeling.
Kwartsproducten spelen een cruciale rol in de PV-industriële keten. Naast PV-glas gemaakt van ultrahelder kwartszand met een laag ijzergehalte, zijn kwartskroezen geproduceerd uit zeer zuiver kwartszand de meest opvallende producten in downstream kwartstoepassingen.
Kwartskroezen, een gespecialiseerd kwartsglasproduct, bieden reinheid, homogeniteit en hoge temperatuurbestendigheid. Ze worden veel gebruikt in de productie van siliciumkristallen voor zonne-energie en halfgeleiders en zijn verbruiksartikelen. Vergeleken met gewoon kwartszand biedt kwartszand met een hoge zuiverheidsgraad, bereid via verrijking, een betere hoge temperatuurbestendigheid en thermische stabiliteit. Als kernmateriaal is de zuiverheid van kwartszand de belangrijkste indicator voor superieure kroesprestaties.
Epic Powder Quartz-maalmolen
De verwerking van kwarts voor veeleisende toepassingen, zoals kwartszand met een hoge zuiverheidsgraad of vulstoffen, vereist nauwkeurig slijpen en classificeren. Episch poeder is gespecialiseerd in het leveren van geavanceerde kwartsmaalmachines. Met maalmachines variërend van Luchtclassificatoren en kogelmolens tot straalmolensWe kunnen voldoen aan diverse productievereisten voor kwarts en andere mineralen, en garanderen optimale fijnheid, zuiverheid en efficiëntie voor uw specifieke toepassingen. Door samen te werken met Epic Powder beschikt u over de technologie en expertise om diverse kwartsmaterialen te verwerken en de gewenste productieresultaten te behalen. Neem vandaag nog contact met ons op voor uw op maat gemaakte kwartsmaalmolen.
