Технология получения сферических наночастиц из концентратов кварца

1.

Казанский Национальный Исследовательский
Технологический Университет
Тема дипломной работы: Технология
получения сферических наночастиц из
концентратов кварца
Выполнил аспирант :
Белов А.Ю.
Научный руководитель:
Хацринов А.И.
Казань 2021 г

2.

Цель работы:
Изучение разновидностей, особенностей получения и
химического состава кварца до и после обработки
плазмохимическим методом
Объекты исследования:
Концентраты кварцевого песка, молочно-белого
и жильного кварца

3.

Задачи:
1. Оценить доступность наноразмерного диоксида кремния и способы его
получения.
2. Изучить способы получения плазменным методом сферических
наноразмерных структур из разновидностей оксида кварца (SiO2) методы их
анализа и обработки.
3. Исследовать влияние методов получения наночастиц диоксида кремния от
применения различных кремнийсодержащих элементов.
4. Провести химический анализ всех образцов используемого сырья, до и
после обработки плазменным методом.
5. Проанализировать зависимость свойств модифицированного композита от
степени наполнения наноразмерными частицами SiO2.

4.

Экспериментальная часть.
Объект исследования – кварцевый песок
Кварцевый песок (белый песок) — материал, получаемый
дроблением и рассевом молочно-белого кварца, зернистый материал с
размером частиц от 0,05 до 3 мм, образуется при разрушении
кварцсодержащих пород. Обычно кварцевые пески содержат в своем
составе различные примеси: оксиды железа, глинистые материалы,
полевые шпаты, карбонаты и другие. Примеси придают песку окраску
от желтого до красно-бурого цвета. Чистые кварцевые пески содержат
до 99% кремнезема.

5.

Экспериментальная часть.
Объект исследования – концентрат прозрачножильного кварца
Прозрачно-жильный кварц– природный кварц, содержащий
вредные примеси в геохимических формах и в количествах,
позволяющих, используя существующие в мировой практике методы
обогащения, получать кварцевый концентрат требуемой в
микроэлектронике чистоты. Он должен содержать элементы примеси в
ионно-атомарной форме, в неподдающейся обогащению части
микроскопических минеральных примесей, а также в трудноудалимой
из расплава части флюидных включений, в количествах, не
превышающих требований ТУ.

6.

Объект исследования – концентрат молочнобелого кварца
Молочно-белый кварц — минерал, разновидность кварца,
используемый в основном для производства химического и
множества технических сортов кварцевого стекла (для
производства высокопрозрачных оптических стекол). Источником
получения молочного кварца являются гидротермальные
кварцевые тела, силекситы и пегматиты.

7.

Химический состав проб до обработки
№
1 кварц
пробы молочный
2 кварц
кварцев
Жильный
молочный ый песок кварц
Химический состав, содержание в рpm
№
1 кварц
2 кварц
пробы молочный молочный
кварцев
Жильный
ый песок кварц
Химический состав, содержание в рpm
Li
1,20
1,16
1,22
0,13
К
1290
1151
804
0,60
В
0,94
0,64
8,06
0,37
Са
31,8
54,0
55,3
1,13
Na
67,5
83,9
69,5
7,04
Ti
25,5
17,0
84,4
3,05
Mg
28,9
35,9
40,0
<0,1
V
0,37
0,65
0,76
0,02
Аl
1353
1344
939
2,75
Сг
1,35
38,1
1,33
0,03
Р
1,38
1,04
5,32
<0,1
Мn
1,28
16,2
1,03
<0,01
As
0,02
0,05
0,08
<0,01
Fe
343
2034
160
0,31
Sr
2,69
2,49
3,17
0,01
Со
0,09
0,22
0,03
<0,01
Zr
0,18
0,29
24,6
0,04
Ni
0,31
2,73
0,09
<0,01
Cd
0,012
0,008
0,012
0,022
Сu
4,50
35,4
0,38
0,01
Sb
0,03
0,05
0,04
<0,01
Zn
1,94
10,9
0,55
1,42
Ba
22,6
20,1
23,4
0,01
Ge
0,52
0,47
0,72
0,50

8.

Диаграммы распределения частиц до обработки
Диаграмма распределения частиц молочно-белого кварца
Диаграмма распределения частиц кварцевого
песка
Диаграмма распределения частиц жильного кварца

9.

Процесс получения нанопорошка и сферических
частиц оксида кремния плазмохимическим методом
Рисунок 4.5–
Внешний вид
плазмохимического
реактора
Рисунок 4.3 – Структурная схема
плазмохимической установки
Рисунок 4.6 – сборочное устройство реактора
Рисунок 4.4 – Размещение дозатора в
различных зонах плазмоида.

10.

Результаты сбора полученных нанопорошков
Масса, г
Общая масса
загруженного порошка
Рукавные фильтры
второй и третьей камер
Сборочное устройство
реактора
Молочно-белый
Прозрачно-
кварц
жильный кварц
382,1
447,5
561,9
103,31
19,08
43,05
218,24
75,85
67,51
29,7
319,56
438,47
Кварцевый песок
Масса
неотработанного
порошка

11.

Диаграммы распределения частиц после
обработки
Диаграмма распределения частиц молочно-белого кварца
Диаграмма распределения частиц жильного
кварца
Диаграмма распределения частиц концентрата кварцевого песка

12.

Молочно – белый кварц (Кыштымское месторождение)
32-х кратное увеличение
Легкая
фракция
(рукавные
фильтры)
Тяжелая
фракция
(сборник)
Необработан
ный порошок
125-кратное увеличение

13.

Кварцевый песок
32-х кратное увеличение
Легкая
фракция
(рукавные
фильтры)
Тяжелая
фракция
(сборник)
Необработа
нный
порошок
125-кратное увеличение

14.

Прозрачно-жильный кварц (г. Хрустальная)
32-х кратное увеличение
Легкая
фракция
(рукавные
фильтры)
Тяжелая
фракция
(сборник)
Необработа
нный
порошок
125-кратное увеличение

15.

ВЫВОДЫ
В ходе выполнения данной научно-исследовательской работы получены следующие
результаты:
1.
На основании литературных данных российских и иностранных наработок и
исследований определены наиболее прогрессивные и востребованные методы
создания сферических наноразмерных частиц кремний-содержащих элементов.
2.
Исследована возможность и процесс синтеза сферических композиционных кварцсодержащих элементов методом газофазной конденсации из паров, образованных в
струе высокочастотной индукционной плазмы при атмосферном давлении.
3.
Методом эмиссионного спектрального анализа, анализа химического, дисперсного
гранулометрического состава и атомно-эмиссионной спектрометрии исследованы
свойства и состав полученных сферических наноразмерных структур.
4.
Осуществлен подбор оптимальных параметров для получения сферичеких
наноразмерных структур из кварцевого песка, молочно-белого и прозрачного
жильного кварца.
5.
На основании полученных данных определено изменение химического и
дисперсного состава получаемых структур после проведения плазменной
обработки.

16.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ !