Cómo calcular la pureza de sílice (SiO₂) de los materiales de cuarzo

Para empezar, necesitará un informe GDMS (espectrometría de masas por descarga luminosa). Con él se puede hacer una estimación preliminar de la pureza teórica de la sílice (SiO₂). Sin embargo, hay que tener en cuenta las siguientes limitaciones clave y métodos de cálculo:

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Informe SGD

1. Método de ejemplo para estimar la pureza del SiO₂.

(1) Método de cálculo directo (método de deducción del componente principal)

Suposición:
El componente principal del tubo de cuarzo es el SiO₂, y todos los demás elementos se consideran impurezas.

Fórmula:
SiO₂ pureza ≈ 100% - Σ (contenido de todos los elementos de impureza)

Pasos del cálculo:

1. Extraiga del informe el contenido de todos los elementos de impureza distintos del oxígeno y el silicio (en ppm en peso).
2. Sume los contenidos de impurezas para obtener el contenido total de impurezas.
3. Reste el porcentaje total de impurezas (ppm ÷ 10.000) de 100%.

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(2) Cálculo real (basado en los datos del informe)

Determinar la cantidad total de impurezas detectadas (unidad: ppm):

Li (0,16) + B (1,1) + Na (0,29) + Mg (0,05) + Al (11) + Ti (3,4) + K (0,58) + otros límites superiores (p. ej., Fe <0,5, Cr <0,5...)

≈ 0,16 + 1,1 + 0,29 + 0,05 + 11 + 3,4 + 0,58 + 0,5 (Fe) + 0,5 (Cr) + 0,05 (Ni) + 0,1 (Cu) + 1 (Ca)

≈ 18,73 ppm (estimación conservadora, calculada utilizando límites superiores)

SiO₂ Pureza:
100% - (18,73 ÷ 10.000) = 99.8127%

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(3) Factores de corrección

• Elementos no detectados: Los elementos marcados como "-" en el informe (como Au, Hg, etc.) pueden estar por debajo del límite de detección del instrumento, pero no se contabilizan en el total de impurezas.
• Contenido de oxígeno no cuantificado: El informe sólo marca el oxígeno como "componente principal", pero en el SiO₂ real, el oxígeno representa el 53,2% de su composición (es necesario corregir la relación estequiométrica).

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2. Evaluación de la pureza Conclusión

• Pureza conservadora: ≥ 99,81% (calculado utilizando los límites superiores de las impurezas detectadas por GDMS)
• La pureza real puede ser mayor: Si algunos elementos están muy por debajo de sus límites máximos (por ejemplo, el Fe sólo alcanza 0,1 ppm), la pureza podría llegar a 99.9%.

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3. Limitaciones y consideraciones clave

(1) Limitaciones del método GDMS

• Datos semicuantitativos: Por ejemplo, Fe <0,5 ppm podría ser en realidad 0,1 ppm o 0,01 ppm, lo que puede afectar significativamente al cálculo de la pureza.
• Faltan elementos luminosos: El GDMS tiene una capacidad de detección débil para elementos ligeros como el C y el H, lo que puede llevar a subestimar el total de impurezas (por ejemplo, no se detecta el hidroxilo OH-).

(2) Comparación con las normas del sector

Calidad del material	Requisito típico de pureza de SiO₂	Pureza estimada a partir de GDMS	Cumple la norma
Cuarzo industrial	≥99.5%	99.81%	✅ Sí
Cuarzo fotovoltaico	≥99.9%	Cerca, pero incierto	⚠ Se necesita verificación ICP-MS.
Cuarzo semiconductor	≥99.99%	No alcanzado	❌ No

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4. Recomendaciones de aplicación del material

• Uso industrial/general: La pureza de 99,8% es suficiente y puede utilizarse directamente.
• Uso fotovoltaico/semiconductor:
  • Utilice ICP-MS para confirmar si las impurezas metálicas críticas (Fe, Na, etc.) están realmente por debajo de 0,1 ppm.
  • Complementar con pruebas FTIR para determinar el contenido de hidroxilo (OH- < 5 ppm).

Resumen:
Este material pertenece al cuarzo de grado industrial de gran pureza, pero no cumple los requisitos de grado semiconductor (4N5 o 5N).

Base de la decisión:
Si el proceso del cliente es sensible a la contaminación Fe/Na (por ejemplo, células solares PERC), debe darse prioridad a la verificación de los niveles reales de impurezas.