thạch anh là một trong những khoáng chất phong phú và đa năng nhất trên Trái Đất, đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, từ xây dựng đến điện tử công nghệ cao. Để xử lý từ khoáng chất thô thành bột mịn, cần có thiết bị tiên tiến như máy nghiền thạch anh. máy nghiền trở nên thiết yếu. Hiểu được tính chất và nhu cầu chế biến của thạch anh là chìa khóa để khai thác hết tiềm năng của nó.
1 Đặc điểm khoáng vật học và tính chất chính
Thạch anh (SiO₂) là một oxit của silic có cấu trúc khung. Nó thường dùng để chỉ thạch anh α (thạch anh nhiệt độ thấp, hệ ba phương) và thạch anh β (thạch anh nhiệt độ cao, hệ lục phương), với nhiệt độ biến đổi là 573°C. Thạch anh không xác định thường dùng để chỉ thạch anh α.
Trong phân loại khoáng vật học, thạch anh thuộc lớp oxit và nhóm thạch anh. Đôi khi, do vị trí ở đầu mút của silicat, nó cũng được phân loại là silicat. Nhóm thạch anh bao gồm nhiều dạng đa hình khác nhau của SiO₂ như thạch anh, cristobalit, tridymit, coesit và stishovit, trong đó hai dạng sau là pha áp suất cao.
Thành phần hóa học lý thuyết của thạch anh là 100% SiO₂, hoặc Si 46,74% và O 53,26%. Thạch anh tự nhiên tương đối tinh khiết nhưng có thể chứa các nguyên tố tạp chất vết như Al, K, Na, Li, Ca, Fe, Mg, Mn, Ti, Cu, Zn, Cr, Ni, B, P do sự thay thế đồng hình.
Cấu trúc tinh thể khung mở của thạch anh SiO₂ tạo ra mật độ tương đối thấp là 2,65. Tuy nhiên, liên kết Si-O trong tứ diện [SiO₄] rất bền, mang lại cho thạch anh độ cứng 7 trên thang Mohs. Thạch anh có khả năng chịu axit (trừ HF), ít tan trong dung dịch KOH và có điểm nóng chảy cao (1710–1756°C), nguội dần thành silica nóng chảy (thủy tinh thạch anh) khi đông đặc.
Thạch anh là một khoáng vật silicat cứng, chịu mài mòn, có tính chất hóa học ổn định. Thạch anh thường không màu hoặc trắng sữa, nhưng có thể có nhiều màu sắc khác nhau do tạp chất. Thạch anh trong mờ, độ cứng 7, vết nứt vỏ sò giòn, ánh thủy tinh và trọng lượng riêng 2,65. Thạch anh thể hiện hoạt động quang học, tính áp điện, độ dẫn nhiệt kém, không dẫn điện và tính dị hướng đáng kể về các tính chất điện, nhiệt và một số tính chất cơ học.
2 Quá khứ: Bảy loại tài nguyên khoáng sản chính của thạch anh
Thạch anh phân bố rộng rãi trong tự nhiên với nguồn gốc đa dạng. Hiện nay, có bảy loại mỏ công nghiệp chính khai thác tài nguyên khoáng sản thạch anh: Tinh thể tự nhiên, Đá sa thạch thạch anh, Thạch anh, Thạch anh mạch, Thạch anh bột, Cát silica tự nhiên và Thạch anh granit.
Pha lê tự nhiên
Một khoáng chất tinh thể thạch anh lớn, không màu, trong suốt, chủ yếu bao gồm silica dioxide. Nó hình thành trong các hốc, khe nứt, khớp nối hoặc đứt gãy đá trong điều kiện khắc nghiệt đòi hỏi không gian rộng rãi, chất lỏng thủy nhiệt giàu silica, nhiệt độ/áp suất cụ thể và thời gian đủ dài.
Đá sa thạch thạch anh
Đá trầm tích cát kết dính có hàm lượng thạch anh và silic thường >95%. Khoáng vật phụ thường là fenspat, mica và khoáng sét, với một số ít khoáng vật nặng. Xi măng thường là silic.
Đá thạch anh
Đá biến chất hình thành từ sa thạch thạch anh hoặc các loại đá silic khác thông qua quá trình biến chất tiếp xúc khu vực hoặc tiếp xúc nhiệt. Các khoáng vật liên kết có thể bao gồm fenspat, mica, khoáng sét và một lượng nhỏ tourmaline, hematit và zircon. So với sa thạch thạch anh, sa thạch thạch anh đặc hơn, cứng hơn và đặc hơn.
Thạch anh vân
Chủ yếu được hình thành bởi hoạt động thủy nhiệt magma liên quan đến đá granit. Nó có cấu trúc khối, thành phần khoáng vật đơn giản (gần như hoàn toàn là thạch anh), với hàm lượng SiO₂ thường trên 99%. Các mỏ thạch anh mạch thường có quy mô nhỏ, phân bố dốc, độ dày từ vài mét đến vài chục mét và chiều dài từ vài chục đến vài trăm mét.
Thạch anh dạng bột (Ammosite)
Quặng thạch anh dạng bột tự nhiên với các hạt rất mịn và hàm lượng SiO₂ cao. Nó chủ yếu hình thành từ đá mẹ silic bị phong hóa, tạo ra các trầm tích phong hóa. Điều kiện địa chất đặc thù, khí hậu cổ ẩm ấm áp và địa hình cổ ôn hòa khiến đá silic bị phân hủy, cùng với nước cuốn trôi tạp chất để hình thành nên trầm tích.
Cát Silica tự nhiên
Một nguồn khoáng thạch anh cát được hình thành do quá trình phong hóa tự nhiên lâu dài của các loại đá mẹ như granit, thạch anh, sa thạch thạch anh và thạch anh mạch. Các khoáng vật liên quan bao gồm fenspat, mảnh vụn đá, mica, khoáng sét và các khoáng vật nặng như zircon, tourmaline, ilmenit và amphibole. Chủ yếu là các mỏ cát trầm tích biển và hồ.
Thạch anh granit
Lý do cơ bản khiến các công ty như dòng IOTA của Sibelco đạt được vị thế độc quyền quốc tế trong lĩnh vực thạch anh tinh khiết cao chính là nguồn nguyên liệu thô độc đáo của họ - thạch anh granit từ Spruce Pine, Bắc Carolina, Hoa Kỳ. Mỏ thạch anh đặc biệt này có một câu chuyện khám phá huyền thoại.
Ban đầu được khai thác để lấy fenspat và muscovite, thạch anh là một sản phẩm phụ thải. Vào những năm 1970, khi nguồn tài nguyên tinh thể cho thủy tinh thạch anh cạn kiệt, việc tìm kiếm các nguồn thay thế trở nên cấp thiết. Nhờ công nghệ tuyển nổi cải tiến, thạch anh từ pegmatit granit đã thay thế tinh thể để sản xuất cát thạch anh có độ tinh khiết cao, một thị trường mà Hoa Kỳ vẫn thống trị cho đến ngày nay.
3 Hiện tại: Ứng dụng điển hình của thạch anh
Thạch anh có nhiều ứng dụng rộng rãi. Sau nhiều giai đoạn xử lý, nó được sử dụng trong thủy tinh, đúc, gốm sứ, vật liệu chịu lửa, hóa chất, khai thác dầu mỏ, lọc nước, xây dựng, quang điện năng lượng mới, chất bán dẫn điện tử, sợi quang, quang học, nguồn sáng, vật liệu sợi cao cấp, chất độn công nghiệp, v.v.
Ứng dụng khối lượng lớn nhất
Ngành công nghiệp thủy tinh là ngành tiêu thụ thạch anh lớn nhất, được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực xây dựng, ô tô, năng lượng mới và y tế. Các sản phẩm chính bao gồm kính phẳng, kính hộp, kính cường lực, kính quang điện, kính điện tử và kính dược phẩm.
Năm 2021, sản lượng kính của Trung Quốc đạt 10,17 triệu hộp kính, tiêu thụ khoảng 34,06 triệu tấn cát thạch anh. Dữ liệu quốc gia cho thấy năm 2023, Trung Quốc sản xuất 9,69 triệu hộp kính phẳng (tiêu thụ khoảng 32,47 triệu tấn cát thạch anh) và 24,78 triệu tấn kính cán PV (tiêu thụ khoảng 17,6 triệu tấn cát thạch anh hàm lượng sắt thấp với giá khoảng 0,71 tấn/tấn kính). Như vậy, riêng kính phẳng và kính PV đã tiêu thụ hơn 50 triệu tấn cát thạch anh vào năm 2023.
Nhu cầu hạ nguồn đến từ bất động sản, ô tô, thiết bị gia dụng, quang điện (PV), container hàng ngày và thiết bị điện tử. Trước đây, khoảng 75% liên quan đến bất động sản; nhu cầu kính thông thường trong tương lai sẽ tăng chậm do sự suy thoái của ngành bất động sản. Được thúc đẩy bởi mục tiêu "Kép Carbon", việc lắp đặt quang điện toàn cầu sẽ tiếp tục tăng trưởng, duy trì sự gia tăng nhu cầu kính quang điện.
Để đạt được độ mịn chính xác cần thiết cho các giai đoạn sản xuất thủy tinh khác nhau, việc giảm kích thước hiệu quả là chìa khóa. Đây chính là lúc máy nghiền thạch anh chuyên dụng phát huy tác dụng, đảm bảo phân bổ kích thước hạt đồng đều, mang lại hiệu quả nấu chảy và chất lượng sản phẩm tối ưu.
Ứng dụng cao cấp nhất:
Chất bán dẫn
Cốt lõi của sản xuất IC bán dẫn là sản xuất chip, bao gồm phát triển tinh thể đơn, sản xuất wafer, sản xuất chip IC và đóng gói. Các bước quan trọng và đòi hỏi khắt khe nhất là sản xuất wafer silicon và chế tạo wafer. Thạch anh chủ yếu được sử dụng cho nồi nấu thạch anh cấp bán dẫn và vật liệu phụ trợ trong sản xuất wafer.
Các sản phẩm thạch anh được sử dụng trong suốt quá trình chế tạo wafer silicon và wafer ở các bước chính như khuếch tán, oxy hóa, lắng đọng và khắc. Cát thạch anh có độ tinh khiết cao 5N2 có thể chế tạo nồi nấu thạch anh bán dẫn, trong khi cát có độ tinh khiết 4N và 4N8 dành cho vật liệu thạch anh được sử dụng trong quá trình oxy hóa và khuếch tán wafer.
Sợi quang
Nhờ việc xây dựng mạng lưới thông tin quy mô lớn, truyền thông cáp quang toàn cầu đã phát triển nhanh chóng. Trung Quốc hiện là nhà sản xuất và tiêu thụ lớn nhất. Phôi sợi là cốt lõi của chuỗi công nghiệp. Thủy tinh thạch anh là vật liệu cơ bản cho sợi. Chất nền thạch anh và ống vỏ là ống thạch anh cao cấp, đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuẩn bị phôi.
Các nhà nghiên cứu từ Công ty TNHH Công nghệ Jiuzhi Guangdianzicail và Phòng thí nghiệm Trọng điểm Nhà nước về Công nghệ Sản xuất Cáp và Sợi quang đã sử dụng bột thạch anh tự nhiên và công nghệ lắng đọng pha rắn Plasma (PSOD) để sản xuất ống vỏ thạch anh cỡ lớn cho phôi sợi đơn mode. Sản phẩm có đặc điểm định hình một bước, hàm lượng hydroxyl thấp, ít tạp chất, thông số kỹ thuật lớn và khả năng thủy tinh hóa tốt, đáp ứng nhu cầu phôi sợi đơn mode. Điều này mở ra những vật liệu và quy trình mới cho sợi suy hao thấp với triển vọng rộng mở trong lĩnh vực sợi truyền thông siêu suy hao thế hệ tiếp theo.
Ứng dụng nóng nhất
Trong những năm gần đây, “Bộ ba mới” – xe năng lượng mới, pin lithium và pin quang điện mặt trời – đã mang lại sức hút cho ngành sản xuất của Trung Quốc, đặc biệt là trong xuất khẩu, tạo động lực mới cho sự phát triển kinh tế chất lượng cao.
Trong chuỗi công nghiệp quang điện (PV), sản phẩm thạch anh đóng vai trò then chốt. Bên cạnh kính PV làm từ cát thạch anh siêu trong, hàm lượng sắt thấp, nồi nấu thạch anh làm từ cát thạch anh có độ tinh khiết cao là sản phẩm nổi bật nhất trong các ứng dụng hạ nguồn thạch anh gần đây.
Chén nung thạch anh, một sản phẩm thủy tinh thạch anh chuyên dụng, có độ sạch, độ đồng nhất và khả năng chịu nhiệt độ cao. Chúng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất silicon tinh thể bán dẫn và năng lượng mặt trời, đồng thời là vật tư tiêu hao. So với cát thạch anh thông thường, cát thạch anh tinh khiết cao được tuyển chọn qua quá trình tuyển chọn có khả năng chịu nhiệt độ cao và độ ổn định nhiệt tốt hơn. Là vật liệu cốt lõi, độ tinh khiết của cát thạch anh là chỉ số quan trọng đảm bảo hiệu suất nồi nung vượt trội.
Máy nghiền bột thạch anh Epic
Việc xử lý thạch anh cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe như cát thạch anh có độ tinh khiết cao hoặc chất độn đòi hỏi phải nghiền và phân loại chính xác. Bột Epic chuyên cung cấp máy nghiền thạch anh tiên tiến. Với thiết bị máy nghiền từ Máy phân loại không khí và máy nghiền bi đến máy nghiền phản lựcChúng tôi có thể đáp ứng các yêu cầu sản xuất đa dạng cho thạch anh và các khoáng chất khác, đảm bảo độ mịn, độ tinh khiết và hiệu suất tối ưu cho các ứng dụng cụ thể của bạn. Hợp tác với Epic Powder đảm bảo bạn có công nghệ và chuyên môn để xử lý nhiều loại vật liệu thạch anh khác nhau và đạt được kết quả sản xuất mong muốn. Liên hệ với chúng tôi ngay hôm nay để có được máy nghiền thạch anh được thiết kế riêng cho bạn.
