Кварцит — метаморфическая горная порода, состоящая преимущественно из кварца. Он весьма необычен: он служит важнейшим минеральным ресурсом, поддерживающим развитие многих отраслей промышленности. Он образуется в результате региональной метаморфической перекристаллизации или контактного метаморфизма протолитов, таких как кварцевый песчаник, другие кремнистые породы или богатые кремнием породы вблизи магматических тел. Кварцитовая руда состоит из скрытокристаллического кварца и обладает ярко выраженной зернистой кристаллической структурой с кристаллическими агрегатами. Его основной компонент, кварц (SiO₂), составляет более 85% в его составе, что обеспечивает прочную основу для его промышленного применения.
Месторождения кварцита обладают значительными промышленными преимуществами. Они не только крупные по размерам, но и геологически стабильны, с благоприятными условиями добычи, что делает их весьма подходящими для крупномасштабного промышленного производства. Однако кварцит имеет и существенные ограничения: он, как правило, очень твёрдый, и его очистка от примесей представляет собой сложную задачу. В результате он, как правило, не используется для производства кварцевого песка средней и высокой чистоты. Кварцит в основном применяется в крупных масштабах в областях, где не требуется высокая чистота кварца, например, в качестве стекольного песка, песка для 3D-печати и сырья для получения металлического кремния.
Что касается распределения ресурсов, Китай богат кварцитовыми минералами, здесь насчитывается до 399 месторождений. Распределение месторождений кварцита варьируется в зависимости от их назначения. Среди них 242 месторождения кварцита для производства стекла, в основном сосредоточенные в провинциях Ляонин, Аньхой, Цзянси, Шаньдун и Фуцзянь. Несколько крупных месторождений кварцита также находятся в Цинхае, хотя их число относительно невелико. Имеется 155 месторождений кварцита для металлургических целей, в основном расположенных в Пекине, Нинся, Цинхае, Ганьсу, Шэньси, Внутренней Монголии и Ляонине.
Наличие примесей в кварцитовой руде
Примеси в кварцитовой руде можно разделить на три основных типа: сопутствующие жильные минералы, включения, а также дефекты кристаллов и примеси. Различные типы примесей по-разному влияют на промышленную ценность кварцита.
Сопутствующие жильные минералы
Ассоциированные жильные минералы в метаморфических кварцитовых рудах, как правило, зависят от условий метаморфизма. Такие минералы, как хлорит, мусковит, серицит или амфибол, чаще встречаются в низкосортных метаморфических породах, тогда как кианит, ставролит или гранат встречаются в высокосортных региональных метаморфических породах. Кварциты различного метаморфического происхождения также обычно содержат различные жильные минералы. При обогащении и очистке необходимо выбирать целевые процессы и методы, основанные на характеристиках руды.
Примеси включения
Включения можно разделить на минеральные включения, расплавные включения и флюидные включения. Минеральные включения обычно образуются вместе с кристаллами кварца, то есть жильные минералы заключены внутри кристаллов кварца. Тип и количество минеральных включений, как правило, оказывают значительное влияние на микроэлементный состав кварца. Разделение распространённых минеральных включений в кварце, таких как полевой шпат, гематит/лимонит, слюда, каолинит, кальцит, турмалин, рутил и циркон, представляет собой довольно сложную задачу.
Расплавные включения обычно состоят из расплавленных силикатных минералов из рудообразующих флюидов или гидротермальных растворов. Эти расплавленные силикатные минералы не отделяются от кремнеземистого флюида до кристаллизации кварца, попадая в богатые кремнием флюиды или гидротермальные растворы. Флюидные включения обычно подразделяются на газовые, жидкие и газо-жидкостные двухфазные. В промышленном кварцевом сырье флюидные включения часто влияют на химический состав и качество кварцевого сырья, влияя на его свойства плавления. Однако в кварцитах, образованных метаморфизмом, количество флюидных включений, как правило, невелико, и они, как правило, не представляют серьезной проблемы для кварцевого песка среднего и низкого качества.
Примеси дефектов кристаллов
Для некоторых промышленных применений требуется очень высокая чистота кварцевого сырья, поэтому наличие примесей в решётке кварцевой руды становится критическим фактором. Примеси в решётке кварца возникают из-за замещения атомов в процессе минерализации или локального дисбаланса соотношения кремния и кислорода, что приводит к дефектам кристаллической структуры при кристаллизации. Дефекты кристаллической структуры кварца обычно связаны с внедрением гетерогенных атомов (таких как Al, Ti, Ge, Fe, H, Ag, Cu, P) в решётку или междоузлия, а также с вакансиями Si или O.
На основании этих характеристик их обычно подразделяют на собственные и примесные дефекты. В кварцевой руде алюминий (Al) является одной из наиболее распространённых решёточных примесей. В кварцевой руде низкого качества содержание Al может достигать более 1000 мкг/г. При производстве высокочистого кварцевого песка, требующего исключительно высокого качества, решёточные примеси нельзя игнорировать. Однако для обычного стекольного песка или кварцевого песка, используемого в фотоэлектрическом стекле, решёточные примеси, как правило, не представляют серьёзной проблемы.
Основные промышленные применения кварцита
Благодаря своим уникальным физическим и химическим свойствам кварцит играет незаменимую роль во многих отраслях промышленности, основными сферами его применения являются стекольная и металлургическая промышленность.
Кварцит для стекла
Стекольная промышленность является крупнейшим потребителем кварцевого сырья. Кварц широко используется в строительстве, автомобилестроении, новой энергетике и других областях. К основным видам стекольной продукции относятся листовое стекло, тарное стекло, закаленное стекло, фотоэлектрическое стекло и электронное стекло.
В Китае кварцевые ресурсы, используемые для производства традиционных стеклянных изделий, таких как листовое и закалённое стекло, предъявляют относительно низкие требования к качеству. Их можно получить из крупных, легко добываемых и перерабатываемых месторождений кварцита. В отличие от этого, кварцевый песок для производства сверхпрозрачного стекла с низким содержанием железа, например, фотоэлектрического, требует несколько более высокой чистоты и других показателей. Этого можно добиться путём глубокой переработки высококачественных месторождений кварцита.
Фотоэлектрическое сверхпрозрачное стекло обладает более высокой прозрачностью, чем обычное стекло, что делает содержание железа критически важным фактором. TiO₂ может усиливать поглощение ультрафиолета, снижать пропускание УФ-излучения и видимого света, а также взаимодействовать с примесями Fe³⁺, вызывая интенсивное окрашивание и влияя на характеристики фотоэлектрического сверхпрозрачного стекла. Поэтому при производстве фотоэлектрического сверхпрозрачного стекла особенно важно выбирать кварцитовое сырье с низким содержанием примесей TiO₂ и Fe₂O₃ и снижать степень восстановления оксида железа в кварците.
Кварцит для металлургии
В металлургии кварцит также незаменим. Он является основным источником кремния для промышленного производства кремния. Однако в условиях реального производства, из-за различий в происхождении и формировании кварцита, даже кварциты со схожим химическим составом могут различаться по физическим и химическим свойствам, таким как температура плавления, термическая стабильность и взрывостойкость. Структура и плотность кварцита также влияют на его плавильные и восстановительные свойства, что в конечном итоге влияет на условия плавления в печи и качество промышленного кремния.
При выплавке промышленного кремния процесс кристаллофазовых превращений кварца неоднороден, что приводит к различным структурным изменениям. Учитывая высокие температуры, возникающие при выплавке промышленного кремния, использование неподходящего кварцевого сырья может привести к снижению реакционной способности и проницаемости шихты. Это в конечном итоге снижает извлечение кремния, увеличивает себестоимость производства и ухудшает эксплуатационные показатели. Поэтому при выборе участков добычи кварцита необходимо проводить не только анализ химического состава рудного сырья, но и необходимые физико-химические испытания.
Кроме того, кварцит для металлургии является одним из основных видов сырья для выплавки ферросилиция. Содержание SiO₂ в нём должно быть более 97%. Чем ниже содержание SiO₂, тем выше необходимая температура плавки. Кроме того, кварцитовое сырье должно обладать хорошими термогравиметрическими и теплоёмкостными характеристиками, обеспечивающими эффективное образование карбида кремния с углеродсодержащими восстановителями при минимальных потерях массы. В противном случае увеличится расход восстановителей и электроэнергии, что снизит степень извлечения элементов.
Эпический порошок
The Воздушный сепаратор Epic Powder Epic Powder — идеальный выбор для обработки кварцевого порошка, требующего высокого качества, благодаря исключительной эффективности измельчения и точному контролю размера частиц. Будь то каолин, химические материалы или специальные порошки, Epic Powder предлагает эффективные, энергосберегающие и экологически безопасные решения.
Свяжитесь с нами сегодня, чтобы получить индивидуальное решение и испытать передовую в отрасли технологию обработки порошков.
