К проблеме использования кварцевого песка для получения особо чистого кварца

К проблеме использования кварцевого песка для получения особо чистого кварца

В. Г. Гадиятов, Д. А. Киях, С. А. Жидкова, Воронежский государственный университет

К особо чистому кварцу относится кварцевое сырье, которое по физико-химическим и физическим свойствам пригодно для получения различными методами обогащения высококачественных кварцевых концентратов, соответствующих требованиям отечественной промышленности и отвечающих мировому уровню [1].

Качество особо чистых кварцевых концентратов регламентируется ТУ 5726-002-11496665-97 «Кварцевые концентраты из природного кварцевого сырья для наплава кварцевых стекол».

Развитие нанотехнологий и их возрастающая роль в промышленности и научных исследованиях выводит проблему получения высокочистых кварцевых концентратов на передовые позиции. Кварцевые концентраты высокой химической чистоты при их стабильных технологичных свойствах (особо чистый кварц) применяют для производства систем солнечной энергетики, вычислительной, радио- и видеотехники, светотехнического и волоконно-оптического производства, а также для оптики, стекла специального назначения, специального инструмента и других целей.

Большую часть кварцевых концентратов в настоящее время получают из природного кварца после его переработки. Основными типами природного кварцевого сырья являются горный хрусталь, жильный кварц, кварцит, пески из россыпей.

До конца 1970-х – начала 1980-х гг. для производства плавленого кварца использовался горный хрусталь преимущественно из безрудных кварцевых жил и камерных пегматитов. Но в связи со значительным ростом потребления химически чистого кварцевого стекла для высокотехнологичных производств и невыдержанности по химической чистоте горного хрусталя основные страны, добывающие кварцевое сырье, стали применять обогащенный жильный кварц из других источников.

В России основным заменителем горного хрусталя стал жильный гранулированный кварц из месторождений Южного Урала и прозрачный кварц Приполярного Урала. В США вместо горного хрусталя используется кварцевый материал из аляскитовых гранитов и пегматитов, в Бразилии – кварцевые пески.

Мировым монополистом по производству глубоко обогащенных кварцевых концентратов является американская компания «Юнимин» (UNIMIN), созданная на базе вышеназванных разрабатываемых месторождений аляскитовых гранитов и пегматитов. Компания «Юнимин» поставляет на мировой рынок 95 % особо чистого кварца, выпускаемого под маркой IOTA.

Особо чистый кварц IOTA характеризуется низкими содержаниями Al, Fe, щелочей и других микроэлементов, являющихся примесями (табл. 1). Самые распространенные кварцевые концентраты сорта IOTA 4 и IOTA 6 используются преимущественно для изготовления полупроводников, причем доля сорта IOTA 6 составляет более 45 % [2].

Минерально-сырьевая база кварцевого сырья Российской Федерации занимает ведущее место в мире. Для получения особо чистых концентратов имеется сырье кварца четырех геолого-генетических типов месторождений: селективный, слюдисто-пегматитовый и кварцево-жильный метаморфизованные, а также кварцево-жильный первично-кристаллизованный. Количество минеральных примесей в кварцевом сырье названных типов месторождений не превышает 2–3 % (в слюдисто-пегматитовом – 1, 4 %); отмечается повышенное (по сравнению с требованиями к особо чистому кварцу) содержание Al, Ti, щелочей, незначительное содержание газово-жидких включений [3].

Несмотря на существенную минерально-сырьевую базу кварцевого сырья России, в 1990-х гг. большинство предприятий было закрыто, снизились объемы геолого-разведочных работ на кварц. В связи с этим кварцевое сырье производят сейчас только ОАО «Полярный кварц» и ОАО «Кыштымский ГОК». Сырьевой базой названных компаний являются месторождения прозрачного кварца восточного склона Приполярного Урала и гранулированного кварца Южного Урала (Кыштымское).

По содержанию основных микроэлементов кварцевые концентраты ОАО «Полярный кварц» и ОАО «Кыштымский ГОК» соответствуют отдельным сортам особо чистого кварца компании «Юнимин». Параметры кварцевых концентратов промежуточной чистоты (предварительно обогащенные), приведенные в табл. 2, значительно отличаются содержаниями примесей (особенно КПО-4 и КПО-5) от кварца высокой чистоты, поэтому на них можно ориентироваться для оценки кварца при геолого-разведочных работах.

Кроме прозрачного кварца Приполярного Урала и гранулированного кварца Кыштыма в качестве кварцевого концентрата для получения особо чистого кварца можно использовать кварцевые пески с содержанием кварца более 95 % [4]. Такие пески в России для этих целей не применяются, но используются в Бразилии.

Месторождения природных песков широко распространены в Центрально-Черноземном районе. На территории Воронежской области известно 16 разведанных месторождений с содержанием SiO2 более 95 % [5]. В их минеральном составе незначительное количество приходится на минералы тяжелой (ильменит, рутил, циркон, гранат, дистен, ставролит, амфиболы и др.) и легкой (полевые шпаты, халцедон, опал, карбонаты, глауконит и др.) фракций.

Наличие посторонних минеральных примесей в составе песков – не главный критерий, определяющий их пригодность для использования в качестве кварцевого сырья. Очищать пески можно, применяя различные технологии. Более серьезной проблемой является химическая чистота самих кварцевых зерен песков. Несмотря на то, что кварцевое сырье по химическому