CC BY
34Научная статья / Original article
УДК 621
https://doi.org/10.34130/2306-6229-2022-1-88
Обогащение каракумского кварцевого песка
Атаев Эсгер Керимгулыевич1, Матьякубов Амирхан Аллабергенович1, Батманов Бекназар Худайназарович2
1 Государственный энергетический институт Туркменистана, Мары, Туркменистан, [email protected] 2 Частный предприниматель, инженер, Мары, Туркменистан
Аннотация. С развитием высокотехнологичных производств и полупроводниковой системы возрастает потребность в более чистом кварцевом песке. В настоящее время разработка экологически чистой технологии производства сливок из каракумских песков является одной из важных задач, стоящих перед туркменскими учёными. В Туркменистане имеются огромные месторождения кварцевого песка, и они в будущем могут послужить сырьём для полупроводниковой промышленности. Наличие примесей в кристаллической структуре местного кварцевого песка (Na, K, Al, Mg, Ca, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu и др.) требует научной разработки для её очистки. Отсутствие экологически чистых технологий не позволяет использовать этот кварцевый песок. В Туркменистане кварцевый песок, являющийся ядром перспективного кремния, находится сейчас на территории Мане, Анау, Бахерден, Гызылгая. Кварцевые пески в этих регионах отличаются от других песков своей чистотой. Песчаные барханы, раскинувшиеся в пустыне Кара-Кум, также представляют собой кварцевые пески, но чистота этих песков несколько ниже, чем у упомянутого выше песка. В данной работе приводятся результаты исследований, проводимых в НПЦ «Возобновляемые источники энергии» Государственного энергетического института Туркменистана, по очистке кварцевого песка для дальнейшего его использования в полупроводниковой промышленности.
Ключевые слова: кварцевый песок, кристаллическая структура кварца, двуокись кремния SiO2
Для цитирования: Атаев Э. К., Матьякубов А. А., Батманов Б. Х. Обогащение каракумского кварцевого песка // Вестник Сыктывкарского университета. Серия 2. Биология, геология, химия, экология. 2022. № 1 (21). С. 88—92. https://doi.org/10.34130/2306-6229-2022-1-88
Enrichment of Karakum quartz sand Esger K. Atayev1, Amirhan A. Matyakubov1, Beknazar H.Batmanov2
1 State Energy institute of Turkmenistan, Mary, Turkmenistan, [email protected].
2 Private entrepreneur, engineer, Mary, Turkmenistan
Abstract: With the development of high-tech industries and the semiconductor system, the demand for purer quartz sand is increasing. At present, the development of an environmentally friendly technology for the production of cream from the Karakum sands is one of the important tasks facing Turkmen scientists. There are huge deposits of quartz sand in Turkmenistan, and in the future, they can serve as raw materials for the semiconductor industry. The presence of impurities in the crystal structure of local quartz sand (Na, K, Al, Mg, Ca, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, etc.) requires scientific development for its purification. The lack of environmentally friendly technologies does not allow them to use quartz
sand for their development. In Turkmenistan, quartz sand, which is the core of promising silicon, is now located on the territory of Mane, Anau, Baherden, Gyzylgay. The quartz sands in these regions differ from other sands in their purity. The sand dunes spread over the Karakum desert are also quartz sands, but the purity of these sands is somewhat lower than that of the sand mentioned above. This scientific work presents the results of research conducted at the SPC "Renewable Energy Sources" of the State Energy Institute of Turkmenistan on the purification of quartz sand, for the possibility of further use in the semiconductor industry.
Keywords: Quartz sand, quartz crystal structure, silicon dioxide SiO2
For citation: Esger K. Atayev, Amirhan A. Matyakubov, Beknazar H. Batmanov. Enrichment of Karakum quartz sand. Vestnik Syktyvkarskogo universiteta. Seriya 2. Biologiya, geologiya, himiya, ekologiya = Syktyvkar University Bulletin. Series 2. Biology, geology, chemistry, ecology, 2022. 1(21): 88—92 (In Russ.). https://doi.org/10.34130/2306-6229-2022-1-88
Введение. Песок — это распространенный материал, массово применяющийся для строительства или любого другого производства, в том числе производства стройматериалов. На сегодняшний день существует множество его разновидно-стей:от крупного серого отсева (перемешанный песок с мелкозернистой щебёнкой) и красных глинистых песков до речного жёлтого песка и белейшего кварцевого. По цвету, фракции, составу можно выделить больше 20 основных его видов. Одним из самых ценных видов песка является кварцевый.
Кварцевый песок — материал, выгодно отличающийся мономинеральностью, однородностью, высокой межзерновой пористостью, а следовательно, и грязеёмко-стью. Его сорбционная способность позволяет удалять из воды окислённые железо и марганец. Он обладает высокой стойкостью к механическим, химическим, атмосферным и водным воздействиям. Кварц, в отличие от других наполнителей, всегда считался лучшим и химически стойким природным материалом. Устойчивость к кислотным и щелочным органическим соединениям позволяет применять его на самых ответственных участках масштабного производства, используя совершенно разнообразные технологии, при этом не задумываясь о сочетании кварца с другими материалами [1].
Кварцевый песок — это универсальный материал, природные свойства которого находят ему широкий спектр применения в различных отраслях экономики. Кварцевый песок по способу добычи и по своим качественно-техническим характеристикам делится на следующие основные категории: строительный, стекольный и формовочный пески [2].
В данной работе приводятся результаты исследований, проводимых в НПЦ «Возобновляемые источники энергии» Государственного энергетического института Туркменистана, по очистке кварцевого песка для дальнейшего его использования в полупроводниковой промышленности.
Методы исследования, теоретическая база. Научно-исследовательские работы в этой области ведутся в Научно-производственном центре «Возобновляемые источники энергии» Государственного энергетического института Туркменистана.
В настоящее время в научно-производственном центре разработан метод, с помощью которого получен образец кварцевого песка чистотой 99.95 %. Разработана
экологически чистая и безопасная технология очистки кварцевого песка, которая заключается в следующем:
1. Песок карьера очищается от различных природных отходов и измельчённого грунта, а затем высушивается.
2. Природный кварцевый песок с карбонатом металлов доводят до температуры 1000—1100°С с получением тридимитной формы искусственного минерального силиката натрия.
3. Растворение гидрированного силиката натрия под действием воды проводят при температуре 150—175°С и получают коллоидный раствор кремниевой кислоты.
4. Кластер на основе кремниевой кислоты получают промывкой коллоидного раствора 3—4 раза и обработкой кластера для снижения его плотности до 1.15 г/см2 и получения мелкозернистой массы [3—4].
5. Промытый кислородный кластер кремнезёма ШБЮз сушат. Получается масса, состоящая из кристаллов SiO2.
Исследования проводились в аккредитованном центре физико-химического анализа и сертификации. Их результат приведен в таблице. По итогам работы получен аттестат аккредитации № ТМ 795.1.00. от 24.01.2019.
Результаты исследования и их обсуждение. Данная технология позволяет производить очистку любого природного песка. Однако следует уделить особое внимание экономической эффективности получения продукта из очищаемого природного песка с использованием экологически чистых альтернативных источников энергии.
Таблица
Результаты очистки кварцевого песка
№ Наименование показателей качества Реальные показатели
1 2 3
Образец 1
1 8102 массовая доля, % 97.55
2 Р2О3 массовая доля 1.116
3 А12О3 массовая доля % 0.741
4 СаО массовая доля, % 0.160
5 Рв203 массовая доля, % 0.005
6 С1 массовая доля, % 0.003
Образец 1
1 8102 массовая доля, % 97.931
2 Р2О3 массовая доля 1.185
3 А12О3 массовая доля % 0.686
4 СаО массовая доля, % 0.159
5 Рв2О3 массовая доля, % 0.013
81
1 81О2 массовая доля, % 78.747
2 81 массовая доля, % 67.562
3 Рв2О3 массовая доля, % 8.549
4 Т1О2 массовая доля, % 5.975
Окончание табл.
1 2 3
5 AhOз массовая доля % 4.578
6 CaO массовая доля, % 0.0935
7 ^ массовая доля, % 0.348
8 Cr2Oз массовая доля % 0.217
Заключение. В результате проведённой работы 30 октября 2013 г. Государственная служба по интеллектуальной собственности Министерства экономики и развития Туркменистана выдала Патент с ограниченной ответственностью № 601.
Список источников
1. Бетехтин А. Г. Курс минералогии. М.: КДУ, 2008. 721 с.
2. Медведев С. А. Введение в технологию полупроводниковых материалов. М.: Высшая школа, 1970. 504 с.
3. Батти X., Принг А. Минералогия для студентов. М.: Мир, 2001. 209 с.
4. Непомнящих А. И., Красин Б. А., Васильева И. Е., Елисеева И. А., Еремин В. П., Попов С. И., Синицкий В. В., Федосеенко В. А., Спиридонов А. М., Воробьев Е. И., Гнилуша В. А. Кремний для солнечной энергетики // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2000. Т. 303. № 2(12). С. 176—190. URL: http://earchive.tpu.ru/ bitstream/11683/3071/1/bulletin_tpu-2000-303-2-12.pdf (дата обращения: 03.01.2022).
References
1. Betekhtin A. G. Kurs mineralogii. [Course of Mineralogy]. Moscow: Izd-vo «KDU», 2008. 721 р. (In Russ.).
2. Medvedev S. A. Vvedenie v tekhnologiyu poluprovodnikovyh materialov [Introduction to Semiconductor Materials Technology]. Moscow: Vysshaya shkola, 1970. 504 р. (In Russ.).
3. Batti X., Pring A. Mineralogiya dlya studentov [Mineralogy for students]. Moscow: Mir, 2001. 209 p. (In Russ.).
4. Nepomnyashchikh A. I., Krasin B. A., Vasilyeva I. E., Eliseeva I. A., Eremin V. P., Popov S. I., Sinitsky V. V., Fedoseenko V. A., Spiridonov A. M., Vorobyov E. I., Gnilusha V. A. Silicon for solar energy. Proceedings of the Tomsk Polytechnic University [Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering], 2000, vol. 303, no 2(12), pp. 176—190. Available at: http://earchive.tpu.ru/bitstream/11683/3071/1/bulletin_tpu-2000-303-2-12.pdf (accessed: 03.01.2022). (In Russ.).
Информация об авторе / Information about the author
Атаев Эсгер Керимгулыевич
старший научный сотрудник НПЦ «Возобновляемые источники энергии» Государственного энергетического института Туркменистана
Мары, Туркменистан, 745400, ул. Байрамхана, 62
Esger K. Atayev
Senior researcher on Scientific -productional center on "Renewable energy sources" State Energy institute of Turkmenistan
st. Bayramhan 62,
Mary 745400, Turkmenistan
Матьякубов Амирхан Аллабергенович Amirhan A. Matyakubov
научный сотрудник НПЦ «Возобновляемые источники энергии» Государственного энергетического института Туркменистана
Мары, Туркменистан, 745400, ул. Байрамхана, 62
Батманов Бекназар Худайназарович
частный предприниматель, инженер
Researcher on Scientific — productional center on "Renewable energy sources" State Energy institute of Turkmenistan
st. Bayramhan 62, Mary 745400, Turkmenistan
Beknazar H. Batmanov
Private entrepreneur, engineer
Статья поступила в редакцию / The article was submitted Одобрена после рецензирования / Approved after reviewing Принята к публикации / Accepted for publication
26.01.2022 31.01.2022 01.02.2022
