I. Обзор отрасли производства высокочистого кварцевого песка
Высокочистый кварцевый песок (ВЧК) — это мелкодисперсный кварцевый порошок с чрезвычайно высоким содержанием SiO₂ и исключительно низким содержанием примесей. Он производится в основном путем очистки высококачественных природных кварцевых минералов с использованием сочетания физических и химических технологий. Как важный неметаллический минеральный ресурс, ВЧК обладает превосходными свойствами, такими как высокая чистота, твердость, огнеупорность и низкий коэффициент теплового расширения, что делает его незаменимым в различных высокотехнологичных областях. Продукты различной степени чистоты предназначены для разных областей применения и имеют значительно различающиеся цены. Получение высокочистого кварцевого песка — это сложный процесс очистки, включающий множество этапов: дробление, измельчение, классификация, химическая обработка и термическая обработка. Шаровые мельницы, струйные мельницы, классификаторы относятся к этапу физической обработки и классификации, который является важнейшей частью всего технологического процесса.
Высокочистый кварцевый песок классифицируется в зависимости от сферы применения на три основных сорта: 4N (99.99% SiO₂), преимущественно используется в современных системах освещения и электронной упаковке; 4N8 (99.998% SiO₂)в основном применяется в фотоэлектрической и телекоммуникационной отраслях; и 5N (99.999% SiO₂)что имеет решающее значение для производства полупроводников и микросхем.
II. Производственная цепочка высокочистого кварцевого песка
1. Структура отраслевой цепочки
Вверх по течению: Включает в себя минеральные ресурсы кварца и производственное оборудование. Ресурсы кварца включают жильный кварц, кварцит, кварцевый песчаник, месторождения кварцевого песка, месторождения глинистого кварцевого песка, месторождения полевошпатового кварцевого песка и другие кремнистые сырьевые материалы. Китай обладает обильными запасами кварца и широким ассортиментом продукции, но общее качество относительно низкое. Большинство месторождений представляют собой обычную кремнеземную руду, пригодную для производства обычного стекла, каменных материалов, строительного песка и аналогичных целей.
Переработка (промежуточная инфраструктура): Производство HPQS включает в себя три основных метода: обработку природного горного хрусталя, очистку минералов и химический синтез.
Дальнейшие этапы (приложения): В основном компания обслуживает высокотехнологичные производственные сектора, такие как фотоэлектрические системы (PV), полупроводники, оптическое волокно/оптика и электроника.
2. Размер рынка полупроводниковой промышленности Китая.
Полупроводниковая промышленность, являясь одной из важнейших отраслей, имеющих решающее значение для национального благосостояния, жизни населения и оборонной безопасности, оказывает значительное влияние на экономическое развитие и национальную безопасность. В этой области высокотемпературный кварцевый сплав (HPQS) является критически важным сырьем для производства кремниевых пластин, используемых в крупномасштабных интегральных схемах (ИС). Содержание примесей в кварце напрямую влияет на производительность чипов и показатели выхода годной продукции. Например, 14-нанометровая технологическая технология требует, чтобы содержание металлических примесей в сырье для кремниевых пластин было ниже 10 частей на миллиард (ppb), что предъявляет чрезвычайно высокие требования к чистоте материала. Статистика показывает, что объем рынка полупроводниковой промышленности Китая в 2023 году достиг примерно 4 687,6 млрд юаней, что представляет собой рост на 1,31 млрд юаней по сравнению с предыдущим годом.
III. Состояние развития отрасли производства высокочистого кварцевого песка
Для очистки и производства высококаченого кварцевого рудного материала (HPQS) требуется исключительно высококачественная исходная руда, что приводит к глобальному дефициту месторождений кварца, отвечающих необходимым стандартам. В последние годы рост электронной промышленности способствовал расширению мирового рынка HPQS. Согласно статистике, мировое производство HPQS в 2024 году достигло приблизительно 3,611 млн тонн, а спрос составил около 3,606 млн тонн.
Из-за сложных процессов очистки и высоких технических барьеров в настоящее время лишь немногие компании в мире обладают технологией и возможностями для крупномасштабного производства HPQS, а именно: Unimin (США), The Quartz Corp (TQC, Норвегия) и Jiangsu Pacific Quartz Co., Ltd. (Китай)Что касается масштабов рынка, то глобальный рынок HPQS демонстрирует устойчивый рост, увеличившись с 1,093 млрд долларов США в 2018 году до примерно 3,034 млрд долларов США в 2024 году, достигнув среднегодового темпа роста (CAGR) приблизительно в 18,51 тыс. тонн.
IV. Какое оборудование используется для подготовки высокочистого кварцевого песка?
Получение высокочистого кварцевого песка — это сложный процесс очистки, включающий в себя несколько этапов: дробление, измельчение, классификация, химическая обработка и термическая обработкаШаровые мельницы, струйные мельницы и классификаторы относятся к этапу физической обработки и классификации, который является важнейшей частью всего технологического процесса. Их роль заключается в дроблении, измельчении и классификации сырой кварцевой руды до целевого размера частиц, подготавливая ее к последующим этапам глубокой очистки (в основном, для удаления примесей, таких как железо, алюминий и титан).
Типичная технологическая схема производства высокочистого кварцевого песка
1. Первичное измельчение и обогащение: Сырая руда → Щековая дробилка / Конусная дробилка (грубое дробление) → Промывка, очистка, магнитная сепарация (удаление глины, слабомагнитных минералов).
2. Тонкое измельчение и классификация: Измельчение предварительно очищенных кварцевых пород до подходящего размера (обычно 0,1-0,5 мм или мельче) и проведение точной классификации.
3. Глубокая химическая очистка: Кислотное выщелачивание (обычно с использованием смесей кислот, таких как HF, HCl, H₂SO₄), высокотемпературное хлорирование и т. д. используются для растворения или испарения примесей на поверхности и внутри кристаллической решетки.
4. Стирка и сушка: Повторное ополаскивание сверхчистой водой до достижения нейтрального состояния.
5. Термическая обработка и окончательная классификация: Высокотемпературный обжиг, охлаждение, а иногда и окончательное измельчение в струйном мельнице и прецизионная классификация для получения готового продукта.
В. Детальный анализ оборудования для этапа тонкого измельчения и классификации.
Основная задача здесь: эффективно измельчить кварц до требуемой тонкости помола и точно классифицировать его, минимизируя при этом попадание новых загрязнений (загрязнение железом имеет решающее значение).
1. Шлифовальное оборудование
Шаровая мельница:
Шаровые мельницы можно использовать ударное воздействие и абразивный износ стальных шариков (или керамических шариков, кварцевой гальки) внутри вращающегося цилиндра.
Применение в производстве высокочистого кварца:
Преимущества: высокая производительность, относительно низкие эксплуатационные расходы, отработанная технология. Обычно используется только для промежуточного измельчения кварцевого песка среднего качества, или же после измельчения необходимо провести интенсивное химическое кислотное выщелачивание для удаления железа.
Струйная мельница (струйная мельница с псевдоожиженным слоем) – Рекомендуется для продукции премиум-класса:
Принцип действия: Используется сверхзвуковой сжатый воздух для ускорения частиц, вызывая их столкновения и разрушение. Полная физическая изоляция, отсутствие измельчающих сред.
Основные преимущества получения высокочистого кварца:
Отсутствие загрязнений: Измельчительная камера может быть облицована керамикой (например, оксидом алюминия, карбидом кремния) или полимерами. Материал сталкивается только сам с собой, практически не внося новых металлических примесей.
Идеально подходит для сверхтонкого помола: легко измельчает кварц до размеров частиц от нескольких микрон до десятков микрон.
Узкое распределение частиц по размерам (PSD): при использовании в сочетании с классификатором позволяет получить однородный продукт.
Вывод: Предпочтительный выбор для производства высококачественного кварцевого порошка высокой чистоты (особенно для кварцевых тиглей, полупроводниковой упаковки и т. д.), обычно используемый на заключительном этапе измельчения после химической очистки.
2. Классификационное оборудование
Цель классификации — контролировать распределение частиц по размерам в конечном продукте, удаляя частицы слишком большого или слишком маленького размера.
Воздушный классификатор (используется совместно с струйными мельницами):
Принцип действия: Использует центробежную силу и аэродинамическое сопротивление для точного разделения частиц по размеру.
Применение: Как правило, интегрируется со струйной мельницей в единую систему (наиболее распространенная конфигурация — струйная мельница с псевдоожиженным слоем и динамический воздушный классификатор). Это создает замкнутый цикл измельчения и классификации. Отделяются только мелкие частицы, соответствующие заданному размеру; крупные частицы рециркулируют для дальнейшего измельчения. Это ключевой момент для получения стабильного, однородного продукта.
Преимущество: Аналогично используются керамические компоненты, отсутствует загрязнение, и обеспечивается высокая точность.
Гидроциклон / Классификатор отложений:
Принцип действия: Использует центробежное или гравитационное осаждение в воде для классификации частиц по размеру или плотности.
Применение: Часто используется для влажной сортировки и промывки до или после химической обработки. Требует больших объемов сверхчистой воды и образует сточные воды.
VI. Рекомендуемый алгоритм выбора оборудования
Для стадии тонкого измельчения и классификации при производстве высокочистого кварцевого песка обычно используются два варианта оборудования:
Путь один (Традиционный и экономичный – подходит для кварцевого песка средней и высокой фракции):
Сырая кварцевая руда → Щековая/конусная дробилка (крупное измельчение) → Валковая дробилка (среднее измельчение, низкое загрязнение) → Керамическая шаровая мельница / Галька (с использованием кварцита в качестве мелющей среды) для мокрого измельчения → Батарея гидроциклонов для классификации → Переход к процессам глубокой очистки, таким как магнитная сепарация, флотация, кислотное выщелачивание → Сушка.
Примечание: Данный метод предполагает последующую химическую очистку для удаления загрязнений, попавших в процессе измельчения.
Путь два (Высококачественный/сверхчистый метод – подходит для фотоэлектрических элементов, полупроводникового класса):
Первоначально обогащенные и обработанные кислотой, относительно чистые куски кварца → Сушка → Интегрированная система струйной мельницы и воздушной классификации (Основное оборудование, например, мельница с псевдоожиженным слоем и противоструйной мельницей + турбовоздушный классификатор, полная керамическая футеровка) → Получает высокочистый кварцевый порошок однородного размера → Может подвергаться вторичной кислотной промывке или высокотемпературному хлорированию → Промывка сверхчистой водой, сушка.
Примечание: Этот метод позволяет максимально свести к минимуму вторичное загрязнение в процессе обработки.
Краткое содержание
Суть производства высокочистого кварцевого песка заключается в очистке, а не просто в измельчении. Измельчение и классификация — это всего лишь физические этапы подготовки, создающие условия для эффективной очистки.
Основной принцип при выборе оборудования — предотвращение вторичного загрязнения. Поэтому... Струйная мельница + воздушный классификатор Комбинированная технология является бесспорным фаворитом для физической обработки в высокотехнологичных приложениях.
Полная производственная линия должна включать в себя надежные установки химической очистки (кислотное выщелачивание, высокотемпературное хлорирование) и очистки. Это технический ключ к достижению высокой чистоты.
Вспомогательное оборудование: высокоградиентные магнитные сепараторы (для удаления Fe, Ti), флотационные ячейки (для удаления полевого шпата, слюды), абразивные скрубберы (для удаления поверхностных железных отложений) и печи для электродуговой плавки (для получения кварца более высокой чистоты) — все это жизненно важные компоненты комплексной линии по производству кварца высокой чистоты.
Заключительная рекомендация: При планировании линейки оборудования необходимо сначала определить целевые характеристики продукции. Степень чистоты (содержание SiO₂) и область примененияЗатем, исходя из качества исходного кварца, разработать полный технологический процесс, включающий в себя: дробление, измельчение, классификация, магнитная сепарация, флотация, кислотное выщелачивание и термическая обработкавыбор оборудования с использованием соответствующих конструкционных материалов и технологий.
Эпический порошок
Эпический порошок Наша компания специализируется на технологиях обработки мелкодисперсных порошков для горнодобывающей, химической, пищевой, фармацевтической и других отраслей промышленности. Наша команда обладает более чем 20-летним опытом в обработке различных порошков и разработала множество новых технологий.
Мы являемся профессиональным поставщиком оборудования для обработки порошков, в частности, для измельчения, классификации, диспергирования, обработки поверхности порошков и переработки отходов. Мы предоставляем консультационные услуги, проводим испытания, разрабатываем проекты, поставляем оборудование, осуществляем ввод в эксплуатацию и обучение.
Спасибо за прочтение. Надеюсь, моя статья вам поможет. Пожалуйста, оставьте комментарий ниже. Вы также можете связаться с онлайн-представителем EPIC Powder. Зельда для любых дальнейших запросов».
— Опубликовано Эмили Чен, Старший инженер
