Silicon dioxide (SiO₂) tạo nên cấu trúc xương sống của thủy tinh, mang lại độ bền cơ học cao và độ ổn định hóa học tuyệt vời. Vì lý do này, cát thạch anh là nguyên liệu khoáng công nghiệp quan trọng nhất trong ngành công nghiệp thủy tinh. Nó là thành phần chính trong mọi thứ, từ kính phẳng và kính đựng đến kính siêu trong, kính quang điện và thậm chí cả kính thạch anh.
Đối với các nhà sản xuất thủy tinh, chất lượng cát thạch anh quyết định trực tiếp chất lượng sản phẩm cuối cùng. Ngành công nghiệp này đánh giá cát thạch anh chủ yếu thông qua ba tiêu chí quan trọng:
– Thành phần hóa học – Độ tinh khiết và mức độ tạp chất, đặc biệt là sắt và alumina.
– Tính nhất quán và ổn định – Chất lượng đồng đều giữa các lô hàng.
– Phân bố kích thước hạt – Kích thước và hình dạng hạt phù hợp để đảm bảo quá trình nóng chảy hiệu quả và đồng nhất.
Tuy nhiên, không phải tất cả các loại thủy tinh đều giống nhau, và mỗi loại sản phẩm thủy tinh lại yêu cầu loại cát thạch anh có chất lượng khác nhau. Hãy cùng tìm hiểu xem những yêu cầu này được phân loại như thế nào đối với các loại thủy tinh chính.
1. Phân loại cát thạch anh cho ngành công nghiệp thủy tinh
Tiêu chuẩn công nghiệp Trung Quốc quy định hệ thống phân loại và phương pháp kiểm tra cát thạch anh đã qua xử lý được sử dụng trong tất cả các loại sản xuất thủy tinh. Tiêu chuẩn này tiếp tục đóng vai trò là tài liệu tham khảo cơ bản cho các nhà cung cấp và nhà sản xuất thủy tinh, giúp họ lựa chọn đúng loại cát phù hợp với ứng dụng dự định.
| Cấp | Tên | SiO₂ ≥ (%) | Fe₂O₃ (ppm) | Cr (ppm) | Al (ppm) | Ti (ppm) | Li (ppm) | Na (ppm) | K (ppm) | Mất khối lượng khi đánh lửa ≤ (%) |
| 1 | Cát thạch anh siêu tinh khiết | 99.98 | 2 | 0.5 | 30 | 2 | 3 | 3 | 3 | 0.1 |
| 2 | Cát thạch anh tinh khiết cao | 99.98 | 4 | 0.5 | 70 | 3 | – | – | – | – |
| 3 | Cát thạch anh nổi | 99.95 | 20 | 1.0 | – | 5 | – | – | – | – |
| 4 | Cát thạch anh được rửa bằng axit | 99.6 | 50 | 2.0 | – | 300 | – | – | – | – |
| 5 | Cát thạch anh thủy tinh tinh thể | 99.0 | 200 | 2.0 | – | – | – | – | – | – |
| 6 | Cát thạch anh thủy tinh phòng thí nghiệm | 99.0 | 300 | 2.0 | – | – | – | – | – | – |
| 7 | Cát thạch anh thông thường | 98.5 | 400 | 6.0 | – | – | – | – | – | – |
| 8 | Cát thạch anh thông thường | 98.5 | 600 | 6.0 | – | – | – | – | – | – |
| 9 | Cát thạch anh chịu nhiệt | 97.0 | 2000 | – | – | – | – | – | – | – |
2. Kính phẳng
Kính phẳng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng hạ nguồn, và các thông số kỹ thuật của cát thạch anh cũng có thể thay đổi tương ứng. Nhìn chung, ngành công nghiệp kính phẳng phân loại cát thạch anh thành hai loại dựa trên thành phần hóa học và kích thước hạt:
- Loại I: Hàm lượng Al₂O₃ thấp
- Loại II: Hàm lượng Al₂O₃ cao hơn
Tiêu chuẩn chuyên ngành JC/T 529-2000 “Nguyên liệu silic cho kính phẳng” quy định chi tiết các yêu cầu về thành phần hóa học và phân bố kích thước hạt. Các thông số chính như sau:
Thành phần hóa học và yêu cầu về độ ẩm đối với cát thạch anh thủy tinh phẳng
| Cát thạch anh loại | w(SiO₂) / % | w(Al₂O₃) / % | w(Fe₂O₃) / % | w(H₂O) / % |
| Lớp I | ≤5,00 | |||
| Phần thưởng | ≥98,50 | ≤0,50 | ≤0,05 | |
| ≥98,00 | ≤1,20 | |||
| Lớp Một | ≥98,50 | ≤0,70 | ≤0,10 | |
| ≥97,50 | ≤1,20 | |||
| Lớp Hai | ≥98,00 | ≤0,70 | ≤0,15 | |
| ≥96,50 | ≤1,50 | |||
| Lớp ba | ≥98,00 | ≤0,70 | ≤0,20 | |
| ≥96,50 | ≤1,50 | |||
| Lớp II | ||||
| Lớp Một | ≥92,00 | ≤4,00 | ≤0,20 | |
| Lớp Hai | ≥90,50 | ≤4,50 | ≤0,30 |
Sai lệch cho phép về thành phần hóa học đối với cát thạch anh thủy tinh phẳng
| Cát thạch anh loại | Biến thiên SiO₂ / % | Biến thể Al₂O₃ / % | Biến thể Fe₂O₃ / % |
| Lớp I | |||
| Phần thưởng | ±0,20 | ±0,10 | ±0,01 |
| Lớp Một | ±0,30 | ±0,15 | – |
| Lớp Hai | ±0,30 | ±0,20 | – |
| Lớp ba | ±0,30 | ±0,20 | – |
| Lớp II | |||
| Lớp Một | ±0,30 | ±0,20 | – |
| Lớp Hai | ±0,30 | ±0,20 | – |
Yêu cầu về phân bố kích thước hạt đối với cát thạch anh thủy tinh phẳng
| Cát thạch anh loại | +1 mm | +710 μm | +500 μm | –100 μm (–125 μm) |
| Lớp I | ||||
| Phần thưởng | ≤0 (0) | ≤0,5 (0,5) | ≤5,0 (5,0) | ≤5,0 (5,0) |
| Lớp Một | ≤0 (0) | ≤0,5 (0,5) | ≤5,0 (5,0) | ≤10,0 (5,0) |
| Lớp Hai | ≤20,0 (8,0) | |||
| Lớp ba | ||||
| Lớp II | ||||
| Lớp Một | ≤0 (0) | ≤0,5 (0,5) | ≤5,0 (5,0) | ≤5.0 |
| Lớp Hai | ≤0 (0) | ≤0,5 (0,5) | ≤5,0 (5,0) | ≤5.0 |
Ghi chú: Các giá trị trong ngoặc đơn biểu thị các yêu cầu đối với sản phẩm cát silica tự nhiên.
3. Thủy tinh đựng và thủy tinh gia dụng
Các sản phẩm thủy tinh gia dụng và thủy tinh đựng bao gồm chai lọ, đồ dùng ăn uống, dụng cụ thủy tinh phòng thí nghiệm và thủy tinh dược phẩm. Chúng phục vụ cho ngành công nghiệp thực phẩm, đồ uống, rượu và y tế. Cát thạch anh chiếm tỷ lệ lớn trong hỗn hợp nguyên liệu của phân khúc này.
Vì nhiệt độ nóng chảy của cát thạch anh vào khoảng 1730°C, kích thước hạt cát có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình tạo thủy tinh và hiệu suất nóng chảy. Trong sản xuất thực tế, người ta thường ưu tiên các hạt thạch anh có hình dạng góc cạnh vì diện tích bề mặt lớn hơn giúp ngăn ngừa sự phân tách mẻ sản phẩm. Phạm vi kích thước hạt tối ưu cho ứng dụng này thường là từ 60 đến 140 mesh.
Đối với đồ dùng ăn uống cao cấp và dụng cụ thủy tinh, tiêu chuẩn thăm dò địa chất DZ/T 0207-2002 đưa ra các yêu cầu chất lượng đối với nguyên liệu thô chứa silic.
Yêu cầu chất lượng đối với cát thạch anh được sử dụng trong dụng cụ thủy tinh phòng thí nghiệm
| Mục / Tham số | Lớp Một | Lớp Hai | Lớp ba |
| Thành phần hóa học | |||
| w(SiO₂) / % | >99 | >96 | >90 |
| w(Al₂O₃) / % | <1.0 | <2.0 | <4.0 |
| w(Fe₂O₃) / % | <0,05 | <0,10 | <0,35 |
| w(Cr₂O₃) / % | <0,001 | – | – |
| Ghi chú | Đồ thủy tinh (không bao gồm thủy tinh pha lê) | Thủy tinh phòng thí nghiệm thông dụng, thủy tinh không màu | Dùng cho chai thủy tinh thông thường |
4. Kính siêu trong suốt
Kính siêu trong là một vật liệu cao cấp nổi tiếng với khả năng truyền ánh sáng cực cao (≥91,5%), hàm lượng sắt rất thấp (thường là 100–150 ppm) và độ trong suốt như pha lê. Nó còn được gọi là kính ít sắt hoặc kính có độ trong suốt cao.
Sản xuất thủy tinh siêu trong đòi hỏi sự kết hợp nghiêm ngặt các nguyên liệu thô, bao gồm cát thạch anh, fenspat, dolomit, đá vôi, soda ash, nhôm hydroxit, muối bánh, natri pyroantimonat và antimon trioxit. Trong số này, SiO₂ chiếm khoảng 71,0–73,01 TP3T của mẻ sản xuất, và các tạp chất có hại – đặc biệt là sắt – hầu như hoàn toàn được đưa vào thông qua cát thạch anh. Do đó, quá trình tinh chế cát thạch anh tập trung chủ yếu vào việc loại bỏ tạp chất sắt.
Khi hàm lượng sắt vượt quá một ngưỡng nhất định, không chỉ độ truyền ánh sáng giảm đáng kể mà oxit sắt còn hấp thụ bức xạ nhiệt trong quá trình nóng chảy. Điều này tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ lớn giữa lớp trên và lớp dưới của thủy tinh nóng chảy, khiến quá trình đối lưu trở nên khó khăn và làm phức tạp thêm quá trình nóng chảy và tinh chế. Vì lý do này, hàm lượng sắt trong nguyên liệu silica là thông số thiết kế quan trọng nhất. Yêu cầu về sắt điển hình đối với cát thạch anh được sử dụng trong thủy tinh siêu trong là:
– Fe₂O₃ ≤ 150 ppm
– Fe ≤ 80 ppm
Các vật liệu thạch anh tự nhiên được sử dụng bao gồm cát thạch anh tự nhiên, đá sa thạch thạch anh, thạch anh tinh thể và thạch anh mạch.
Giá trị kiểm soát đối với oxit hoạt tính và tạp chất có hại trong nguyên liệu thô dùng cho thủy tinh siêu trắng (Đơn vị: wt%)
| Nguyên liệu thô | SiO₂ | Al₂O₃ | Fe₂O₃ | CaO | MgO | Na₂CO₃ | TiO₂ | NaCl |
| Cát thạch anh | ≥98,5 ±0,3 | ≤1,0 ±0,q | ≤0,01 ±0,001 | ≤0,1 ±0,01 | ||||
| Feldspar | <70 ±0,6 | ≥15 ±0,25 | <0,15 ±0,05 | |||||
| Đá Dolomit | ≥30 ±0,3 | ≥20 ±0,3 | ||||||
| Đá vôi | ≤0,018 | ≥52 | ||||||
| Thanh giằng nặng | ≤0,001 | >99,0 ±0,1 | <0,3 | |||||
| Nhôm oxit | ≥63,5 ±0,1 | ≤0,001 | ||||||
| Muối Glauber (Na₂SO₄) | Fe₂O₃ ≤0,001 | Na₂SO₄ ≥99 ±0,1 | ||||||
| Natri antimonat (Na₃SbO₄) | Fe₂O₃ ≤0,055% | Sb₂O₅ ≥64% | ||||||
| Antimon trioxit (Sb₂O₃) | ||||||||
Ghi chú: Tiêu chuẩn được sử dụng là tiêu chuẩn quốc gia Sb₂O₃ cấp 0. Thành phần chính trong nguyên liệu thô là ≥99,5%. Kích thước hạt trung bình là 1,3–1,5 μm, đường kính trung bình là 0,3–0,35 μm, và kích thước hạt tối đa được kiểm soát trong phạm vi 5 μm.
5. Kính quang điện (năng lượng mặt trời)
Kính quang điện được lắp đặt làm lớp ngoài cùng của các mô-đun năng lượng mặt trời. Nhiệm vụ của nó là bảo vệ các tế bào quang điện và điện cực bằng cách ngăn chặn hơi ẩm và khí ăn mòn, đồng thời cho phép ánh sáng mặt trời xuyên qua tối đa. So với kính thông thường, kính quang điện phải có hàm lượng sắt thấp hơn, độ truyền ánh sáng cao hơn, khả năng chống va đập, chống ăn mòn và ổn định nhiệt tốt hơn.
Có hai loại kính đáp ứng được những yêu cầu này: kính nổi siêu trong và kính cán (kính hoa văn) siêu trong. Kính cán là lựa chọn phổ biến cho các tế bào quang điện silicon tinh thể, trong khi kính nổi được sử dụng phổ biến hơn cho các mô-đun năng lượng mặt trời màng mỏng.
Các ion sắt trong cát thạch anh dễ gây ra hiện tượng đổi màu, làm giảm khả năng truyền dẫn ánh sáng mặt trời. Do đó, kính quang điện cần cát thạch anh có độ tinh khiết silica cao và hàm lượng tạp chất rất thấp – cụ thể là cát thạch anh có hàm lượng sắt thấp. Tiêu chuẩn công nghiệp JC/T 2314-2015 “Nguyên liệu thô chứa silica cho kính quang điện” quy định các thông số kỹ thuật chất lượng liên quan.
Yêu cầu chất lượng đối với vật liệu alumina-silica
| Mục / Tham số | Lớp Một | Lớp Hai |
| SiO₂ / % ≥ | 99.5 | 99.0 |
| Al₂O₃ / % ≤ | 0.20 | 0.50 |
| TiO₂ / mg/kg ≤ | 10 | 20 |
| Fe₂O₃ / mg/kg ≤ | 60 | 80 |
| Cr₂O₃ / mg/kg ≤ | 2 | 5 |
| Cặn còn lại trên rây 1,0 mm / % | 0 | 0 |
| Lượng cặn trên sàng 0,6 mm / % ≤ | 1.5 | 1.5 |
| Lượng cặn trên sàng 0,1 mm / % ≤ | 5.0 | 5.0 |
| Độ hấp thụ nước / % ≤ | 5.0 | 5.0 |
6. Thủy tinh thạch anh
Thủy tinh thạch anh là viên ngọc quý trong các loại vật liệu thủy tinh. Đây là loại thủy tinh SiO₂ đơn thành phần, sở hữu các đặc tính cơ học, nhiệt học, quang học và điện học vượt trội. Nó đóng vai trò không thể thiếu trong chất bán dẫn, thiết bị quang học, truyền thông quang học và các ứng dụng năng lượng mặt trời.
Ngày nay, cát thạch anh tinh khiết cao đã thay thế tinh thể tự nhiên làm nguyên liệu thô chính để nấu chảy thủy tinh thạch anh. Cho dù sử dụng phương pháp nung chảy bằng điện hay nung chảy bằng ngọn lửa, cát thạch anh tinh khiết cao vẫn là nguyên liệu ban đầu không thể thiếu để sản xuất ống, thanh và thỏi thủy tinh thạch anh.
Tính chất và đặc điểm
| KHÔNG. | Tài sản | Đặc điểm / Tính năng |
| ① | Độ trong suốt quang học tốt | Độ truyền dẫn cực cao trên toàn phổ tia cực tím, ánh sáng nhìn thấy và tia hồng ngoại: độ truyền dẫn tia cực tím >80%; độ truyền dẫn ánh sáng nhìn thấy >92% |
| ② | Khả năng chịu nhiệt độ cao | Điểm hóa mềm: 1730 °C Nhiệt độ sử dụng lâu dài: lên đến 1100 °C Nhiệt độ sử dụng ngắn hạn: lên đến 1450 °C |
| ③ | Khả năng chống ăn mòn | Chịu được axit flohydric và axit photphoric nóng; hầu như không phản ứng với các loại axit khác. |
| ④ | Khả năng chân không cao | Áp suất chân không có thể đạt tới 10⁻⁶ Pa |
| ⑤ | Khả năng cách điện tuyệt vời | Điện trở suất: 1,8×10¹⁹ Ω·cm ở 20 °C; 1,6×10¹⁶ Ω·cm ở 800 °C |
| ⑥ | Độ giãn nở nhiệt thấp | Có khả năng chịu được sự thay đổi nhiệt độ khắc nghiệt; bằng khoảng 1/20 so với kính thông thường. |
Chắc chắn rồi! Đây là hai bảng được định dạng gọn gàng bằng Markdown, sẵn sàng để bạn sao chép trực tiếp vào trang web của mình:
Bảng 5-1: Yêu cầu về nguyên tố tạp chất của cát thạch anh dùng cho thủy tinh thạch anh
| Ứng dụng công nghiệp | Nguồn gốc | Al (ppm) | Sắt (ppm) | Ti (ppm) | Ca (ppm) | B (ppm) | K (ppm) | Na (ppm) | Li (ppm) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Nguồn sáng điện | Trung Quốc | Tổng cộng 50–100 ppm | 50–100 | 50–100 | 50–100 | 50–100 | 50–100 | 50–100 | 50–100 |
| Công nghiệp hóa chất | tiếng Séc | 42 | 3.0 | 3.0 | 8.0 | / | 18.0 | 5.0 | / |
| Chất bán dẫn | Trung Quốc | 20 | 0.18 | 0.5 | 0.1 | 0.1 | 0.2 | 4.0 | 1.8 |
| Bán dẫn (Loại cao cấp) | Hoa Kỳ | 15 | 0.3 | / | 0.4 | 0.1 | 0.7 | 0.9 | 0.7 |
| Bán dẫn (Loại cao cấp) | Nga | 14 | 0.9 | 0.4 | 0.1 | / | 0.3 | 0.6 | / |
| Ống sợi quang | Brazil | 11 | 1.8 | 0.4 | 0.1 | / | 0.3 | 0.4 | / |
| Thấu kính quang học | Hoa Kỳ | 8 | 0.05 | / | 0.7 | 0.04 | 0.05 | 0.05 | 0.2 |
Ghi chú: Các ô trống biểu thị không có giới hạn cụ thể hoặc dữ liệu không có sẵn.
Bảng 5-2: Yêu cầu về kích thước hạt của cát thạch anh dùng cho thủy tinh thạch anh
| Quá trình | Lò điện trở | Lò nấu chảy liên tục trong nước | Lò nấu chảy liên tục nước ngoài | Phản ứng tổng hợp ngọn lửa oxyhydro | Huyết tương |
|---|---|---|---|---|---|
| Kích thước hạt (lưới) | 40–80 | 60–120 | 80–140 | 80–200 | 120–20 |
Lựa chọn loại cát thạch anh phù hợp cho ứng dụng thủy tinh của bạn
Từ kính phẳng tiêu chuẩn đến các yêu cầu khắt khe của kính siêu trong, kính quang điện và kính thạch anh, chất lượng cát thạch anh quyết định trực tiếp đến hiệu suất, hiệu quả và chi phí sản phẩm. Hiểu rõ các tiêu chuẩn chính xác – bao gồm độ tinh khiết hóa học, hàm lượng sắt và kích thước hạt – là bước đầu tiên để sản xuất kính chất lượng cao.
Bột Epic
Bột EpicVới hơn 20 năm kinh nghiệm trong ngành công nghiệp bột siêu mịn, chúng tôi tích cực thúc đẩy sự phát triển tương lai của bột siêu mịn, tập trung vào các quy trình nghiền, xay, phân loại và cải tiến bột siêu mịn. Liên hệ với chúng tôi để được tư vấn miễn phí và các giải pháp tùy chỉnh! Đội ngũ chuyên gia của chúng tôi cam kết cung cấp các sản phẩm và dịch vụ chất lượng cao nhằm tối đa hóa giá trị trong quá trình gia công bột của bạn.
Cảm ơn bạn đã đọc. Tôi hy vọng bài viết của tôi có ích. Vui lòng để lại bình luận bên dưới. Bạn cũng có thể liên hệ với đại diện khách hàng trực tuyến của EPIC Powder Zelda để biết thêm bất kỳ thông tin nào khác.”
— Jason Wang, Kỹ sư
Lỗi: Không tìm thấy biểu mẫu liên hệ.
