Quarz einige Anwendungen

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1 Quarz einige Anwendungen Anwendung SiO 2 min.% Verunreinigungen max.% Glaserzeugung, Filtermedium, div. Füller, Keramik, Frac sand Verunreinigungen max. ppm Markt in m tpa Preis in USD/t > 99 1 >100 >20 Glaserzeugung (transparent) > >70 30 Halbleiterfüller, LCD und optisches Glas Low grade hochreiner Quarz Medium grade hochreiner Quarz High grade hochreiner Quarz <

2 Proppants und Frac-Sande 72% der in USA abgebauten Sande (75 m to) gehen in Ölindustrie; 13% in Glasindustrie (10 m to), 6% in Gießereiindustrie (4,5 m to), 9% in andere Anwendungen. Frac-Sande werden in Erdöl- und Erdgasbohrungen injiziert, um Förderwege offenzuhalten, Quarzsande geeignet für Tiefen <3000 m. Verbrauch durch hydraulic fracturing (fracking) allein in USA auf 34,4 m t (2016). Nach starkem Rückgang der Bohrungen im Vorjahr (-44%) rechnet man heuer in USA mit einer gleich bleibenden Anzahl der Bohrungen. Durch höheren Sandbedarf und re-fracking bestehender Bohrungen kein so starker Rückgang im frac-sand-verbrauch Anforderungen laut American Petroleum Institute (API): Rundung (KRUMBEIN & SLOSS) >0.6, vorzugsweise monokristallin (Typ St Peter s Sandstein, Ottawa, IL), mit definierter Korngröße, engem Kornband (90% innerhalb der angegebenen Größe) und einer gewissen Druckfestigkeit (2 Minuten in einaxialem Zylinder unter psi) Häufigste Sorten (in US Mesh) 20/40 ( mm) 30/50 ( mm) 40/70 ( mm)

3 Proppants und Frac-Sande Tendenz zu gröberen Frac-Sanden; polykristalline braune Sand (Typ Hickory Sandstein, Brady, TX) haben niedrigere Druckfestigkeit. Coating mit Harz vermindert Drucklösung und erhöht Klebewirkung zwischen den Sandkörnern (niedrigeres Risiko des flow-back) Als Massenware sollen Frac-Sande vorzugsweise nahe den Verbrauchern auftreten bzw. abgebaut werden. Typische Kostenstruktur: 24% Abbau, 40% handling (Absieben und Abfüllen/Aufladen), 36% Transport. Aufbereitung der Sande : Auswaschen der Feinanteile, Klassifizierung mittels Hydrozyklonen, hydraulischen Klassifizierern (Wirbelbett), Naßsiebung und anschließender Trockensiebung. Aufbereitete Sande kosten 2016 in USA im Durchschnitt USD 64/to. Transport erfolgt großteils per Bahn, wobei Hersteller z.t. eigene Züge betreiben, um innerhalb kürzester Zeit liefern zu können. Teilweise heftiger Widerstand von Umweltschützern, sowohl gegen Sandabbau als auch gegen fracking (Verbot 2015 in New York) In Tiefen >3000 m müssen Proppants eingesetzt werden: Sinterbauxit, Keramik. Bedarf 2016 in USA 28.5 m to (im Durchschnitt USD 214/to; Gesamtmarkt USD 6,1 Mrd)

4 High-grade hochreiner Quarz (max. 30 ppm Verunreinigungen) Rohstoff stammt aus Spruce Pine, NC, USA (Alaskit; Karbon, hydrothermal überprägt). Der Abbau erfolgt durch zwei Unternehmen: Unimin Corp. (Sibelco, Belgien) und The Quartz Corp. (JV Imerys/Norwegian Crystallites). Weitere geeignete Vorkommen: Neroika (Russian Quartz, nördlicher Ural), Kvinnherad (Nordic Mining), Mauretanien Standard ist Unimins Iota (99.998% SiO 2 ), Anwendung vor allem für Quarzgläser von Halogen- und Quecksilberlampen. Durch aufwändige Aufbereitung werden Verunreinigungen auf <10 ppm (Iota 4) bzw. auf ppb-bereich reduziert (Iota 6 und Iota 8). Anwendung in Quarzglastiegeln für Herstellung von metallischem Silizium der Halbleiterindustrie und Fotovoltaikzellen. Hohe Eintrittsbarriere für neue Hersteller: nicht nur die chemische Reinheit zählt, sondern auch das Verhalten beim Aufschmelzen (Flüssigkeitseinschlüsse) und bei Reinigungsprozessen. Kontaminationsfreie Zerkleinerung (elektrodynamisch, mittels Hochspannung) entlang der Korngrenzen, Cl- oder HCl-Atmosphäre bei T<1200 C treibt Alkalien, Erdalkalien und Übergangsmetalle aus Kristallgitter

5 High-grade hochreiner Quarz (max. 30 ppm Verunreinigungen) Technische Daten der IOTA Quarz-Sorten

6 High-grade hochreiner Quarz (max. 30 ppm Verunreinigungen) Verunreinigungen: Alkalien führen zur Entglasung in den Glastiegeln und erniedrigen Schmelzpunkt des Quarzglases Übergangsmetalle (Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Zn) diffundieren aus dem Tiegel ins Silizium und erzeugen dort Fehlstellen Bor stört die Ausbildung monokristalliner Si-Kristalle in Fotovoltaikzellen. Kann nur verringert werden, wenn B nicht im Quarzgitter gelöst ist, sondern an Nebenphasen gebunden vorliegt Hersteller von hochreinem Quarz: Dorfner Anzaplan (Bayern)