一種制備石英玻璃原料-高純石英砂的煅燒水淬裝置的制作方法

專利名稱：一種制備石英玻璃原料-高純石英砂的煅燒水淬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及高純石英砂的生產(chǎn)裝置，具體涉及一種制備石英 玻璃原料-高純石英砂的煅燒水淬裝置。
背景技術(shù)：
石英玻璃是純石英成分的工業(yè)玻璃，以高純石英砂為唯一原料進(jìn) 行高溫軟化和成型。石英玻璃是尖端科技和新興工業(yè)的基礎(chǔ)性材料， 廣泛應(yīng)用于高級(jí)電光源、電子、半導(dǎo)體、通信、熱工儀表、實(shí)驗(yàn)室儀 器、光學(xué)、化工、國(guó)防軍事、冶金、電氣等行業(yè)和領(lǐng)域，直接影響到 國(guó)防科技和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，各大國(guó)均將高純石英砂列為重要 的戰(zhàn)略物資。
石英玻璃工業(yè)對(duì)其原料高純石英砂的質(zhì)量要求主要包括所生產(chǎn) 制品的氣泡氣線、純度和雜質(zhì)點(diǎn)三個(gè)方面，其中制品的氣泡氣線則是 所有石英玻璃產(chǎn)品的大忌，也是高純石英砂生產(chǎn)中最難以控制的關(guān)鍵 質(zhì)量指標(biāo)。目前，我國(guó)用作石英玻璃原料的高純石英砂的生產(chǎn)，全部 是選用高純度、低羥基、低氣液包裹體的脈石英為原料進(jìn)行加工，其 工藝技術(shù)比較簡(jiǎn)單，對(duì)原料礦石質(zhì)量的依賴性極大，可利用的礦石僅
占脈石英資源總量的大約5%。大部分脈石英資源(其中絕大多數(shù)純 度達(dá)到要求)因?yàn)楹休^多的羥基和氣液包裹體，生產(chǎn)出來(lái)的石英玻 璃制品氣泡氣線超標(biāo)，因而在現(xiàn)有的工藝條件下不能用來(lái)制備石英玻 璃的原料。隨著石英玻璃市場(chǎng)需求的高速增長(zhǎng)，能夠符合質(zhì)量要求的 資源迅速減少，供不應(yīng)求加劇，價(jià)格不斷上漲。同時(shí)，目前在找礦、 加工過(guò)程中，對(duì)于礦石在制品的氣泡氣線方面能否作為石英玻璃原料的判定非常困難，需要制成高純石英砂后再生產(chǎn)出石英玻璃制品才能
初步判別。做一次連熔石英管的生產(chǎn)試驗(yàn)需要投料高純石英砂300公 斤以上進(jìn)行連續(xù)十幾個(gè)小時(shí)的生產(chǎn)， 一次試驗(yàn)的成本最少幾千元，而 一次失敗的試驗(yàn)對(duì)連熔石英管等連續(xù)生產(chǎn)企業(yè)造成的損失可達(dá)上萬(wàn) 元，由于天然礦產(chǎn)資源質(zhì)量的不穩(wěn)定性和原料礦石中羥基、氣液包裹 體含量檢測(cè)的復(fù)雜性，礦石質(zhì)量波動(dòng)而造成企業(yè)重大損失甚至破產(chǎn)的 情況時(shí)有發(fā)生。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提出一種制備石英玻璃原料-高純石英 砂的煅燒水淬裝置，通過(guò)該裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)石英玻璃制品關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)一 氣泡氣線的有效控制，打破現(xiàn)有工藝對(duì)礦石質(zhì)量的高度依賴性，將脈
石英資源在石英玻璃工業(yè)中的可利用率從5%左右提高到80%以上，用 普通的脈石英礦石生產(chǎn)出的高純石英砂Si02含量可以達(dá)到99.99%以 上，十三種金屬元素雜質(zhì)總量可達(dá)25-30ppm以下，能夠用來(lái)生產(chǎn)中 高檔石英玻璃制品。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是該煅燒水淬裝置包括電爐和水 槽，電爐內(nèi)部?jī)蓚?cè)和底部安裝發(fā)熱件，在電爐的出口下方安裝水槽， 至少一根石英玻璃管從爐體中心靠近發(fā)熱件的位置縱向穿過(guò)爐體，石 英玻璃管的兩端露出在爐體外部，露出爐體外部的石英玻璃管的兩端 上分別安裝空心輪轂固定，空心輪轂安裝在帶有軸承座的支撐托輪 上，其中一端連接傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
本實(shí)用新型的一種制備石英玻璃原料-高純石英砂的煅燒水淬裝 置中，石英玻璃管的兩端設(shè)高度差，高的一端為進(jìn)料口，低的一端為 出料口。
本實(shí)用新型的一種制備石英玻璃原料-高純石英砂的煅燒水淬裝 置中，石英玻璃管直徑80毫米以上，長(zhǎng)2米以上， 一般直徑80-150 毫米、長(zhǎng)2-5米。本實(shí)用新型的一種制備石英玻璃原料-高純石英砂的煅燒水淬裝 置中，石英玻璃管在爐體內(nèi)多根并排或多層排列。
本實(shí)用新型的一種制備石英玻璃原料-高純石英砂的煅燒水淬裝
置中，電爐煅燒溫度以石英砂的軟化溫度為上限，為900-1300'C， 一 般為1000-1100°C，煅燒時(shí)間大于20分鐘， 一般為20-60分鐘。
本實(shí)用新型的一種制備石英玻璃原料-高純石英砂的煅燒水淬裝 置中，水槽內(nèi)水為經(jīng)凈化處理的不含顆料懸浮物的純凈水，使用流動(dòng) 水或循環(huán)水，水槽的水溫80'C以下， 一般水溫為5(TC以下。
使用時(shí)，石英砂從石英玻璃管的進(jìn)口端進(jìn)入，經(jīng)過(guò)高溫煅燒的石 英砂由出料口落入水槽進(jìn)行水淬，石英砂中所含有的羥基在煅燒過(guò)程 中溢出，氣液包裹體在水淬過(guò)程中爆裂逃逸，實(shí)現(xiàn)對(duì)石英玻璃制品關(guān) 鍵質(zhì)量指標(biāo)-氣泡氣線的有效控制。
本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)l.在應(yīng)用本實(shí)用新型的基礎(chǔ)上，通過(guò) 簡(jiǎn)單的巖礦鑒定和化學(xué)分析就能判別資源能否作為石英玻璃原料，大 大降低了傳統(tǒng)的生產(chǎn)性試驗(yàn)成本，化解了高純石英砂生產(chǎn)企業(yè)的原料 開(kāi)采和采購(gòu)風(fēng)險(xiǎn)。
2. 以大口徑石英玻璃管為石英砂煅燒時(shí)流經(jīng)的載體，物料加工 處理的流量和速度由石英玻璃管的直徑大小、兩端的高度差和電機(jī)的 驅(qū)動(dòng)速度控制。
3. 生產(chǎn)使用時(shí)的煅燒溫度以石英砂的軟化溫度為上限，溫度越 高效果越好， 一般根據(jù)石英管所能承受的極限設(shè)定為IOO(TC至1100 。C，如使用特殊加工的耐高溫石英管，煅燒溫度可以適當(dāng)上調(diào)，但超 過(guò)石英砂的軟化溫度后會(huì)導(dǎo)致砂粒粘附在石英管上，石英砂開(kāi)始軟化 的溫度根據(jù)純度不同而有所差異，純度越高軟化溫度也越高。
4. 石英砂在電爐中的煅燒時(shí)間，以使石英砂中所含有的羥基充 分溢出，煅燒時(shí)間越長(zhǎng)效果越好，因此，為了達(dá)到較高的生產(chǎn)效率和比較好的節(jié)能效果，石英玻璃管的直徑以80-150毫米、長(zhǎng)3-5米為 宜，直徑太小則產(chǎn)能過(guò)低，直徑過(guò)大則石英玻璃管上部的"煙囪"效 應(yīng)導(dǎo)致熱能的大量損失；為提高設(shè)備的生產(chǎn)效能，石英玻璃管可以多 根并排或者多層排列，數(shù)量越多，生產(chǎn)效率越高，節(jié)能效果也越好， 但多層排列會(huì)造成水淬效果下降，石英玻璃管數(shù)量過(guò)多也會(huì)影響設(shè)備 的穩(wěn)定性， 一般以單層2至4根石英玻璃管并排安裝比較適宜。
5. 經(jīng)過(guò)高溫煅燒后的石英砂落入水槽中進(jìn)行水淬，石英砂中所 含有的氣液包裹體爆裂溢出，水淬用水為經(jīng)過(guò)凈化處理的不含顆粒懸 浮物的純凈水，使用流動(dòng)水或循環(huán)水，水淬后的物料及時(shí)清出，水槽 中的水溫在80。C以下，水溫越低效果越好。
6. 普通熱液成因的脈石英礦石，在傳統(tǒng)的高純石英砂生產(chǎn)工藝 的基礎(chǔ)上，再經(jīng)過(guò)本裝置的高溫煅燒水淬后，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)天然石英中 羥基和氣液包裹體的高效清除，達(dá)到對(duì)石英玻璃制品中關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo) 氣泡氣線的有效控制；同時(shí)，經(jīng)過(guò)這種高溫煅燒水淬，使得石英砂內(nèi) 部的微量雜質(zhì)暴露在砂?；蛭⒓?xì)裂隙表面，大大增強(qiáng)了雜質(zhì)元素的活 性，通過(guò)再次磁選、浮選、酸浸、清洗和烘干，則可以進(jìn)一步顯著提 高石英砂的純度，可以使產(chǎn)品的Si02含量達(dá)到99.99。/。以上，Al、 Li、 Na、 K、 Fe、 Ti、 Ca、 Mg、 Mn、 Cu、 B、 Co、 Ni等十三種金屬元素雜 質(zhì)總量可達(dá)25-30ppm以下，能夠滿足中高檔石英玻璃制品對(duì)原料的 要求。
7. 如果礦石中羥基和氣液包裹體的含量特別高，或者某些石英 玻璃制品對(duì)氣泡氣線指標(biāo)的要求非常高，則可以通過(guò)二次或多次高溫 煅燒水淬來(lái)解決。如果對(duì)石英砂的純度要求特別高，也可以通過(guò)二次 或多次高溫煅燒水淬及水淬后的再次磁選、浮選、酸浸和清洗來(lái)達(dá)到 進(jìn)一步深度提純的目的。
8. 以石英玻璃管為物料的載體，以經(jīng)過(guò)凈化處理的不含顆粒懸浮物的純凈水為水淬用水，對(duì)高純石英砂的生產(chǎn)基體不形成污染。
9. 煅燒溫度的最大化、煅燒時(shí)間的合理控制以及對(duì)水淬時(shí)水溫 的控制，都最大限度地有利于石英砂中所含羥基的充分逃溢和氣液包 裹體的爆裂溢出，從而達(dá)到最佳的煅燒水淬效果。
10. 多根較長(zhǎng)的大口徑石英玻璃管，既能確保實(shí)現(xiàn)所要求的工藝 技術(shù)參數(shù)，又具有顯著的高效、節(jié)能的特點(diǎn)。
11. 本實(shí)用新型是實(shí)現(xiàn)對(duì)石英玻璃制品關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)氣泡氣線有 效控制的設(shè)備，它的應(yīng)用解決了長(zhǎng)期困擾我國(guó)石英玻璃行業(yè)的關(guān)鍵技 術(shù)難題，極大地拓展了石英玻璃工業(yè)的原料來(lái)源，大大提升了普通脈 石英資源的利用價(jià)值，進(jìn)一步顯著提高了高純石英砂的加工技術(shù)水平 和產(chǎn)品檔次，緩解了石英玻璃工業(yè)原料日趨緊缺的矛盾，首次實(shí)現(xiàn)了 用普通脈石英原料生產(chǎn)中高檔石英玻璃用高純石英砂，是我國(guó)石英玻 璃工業(yè)的重大技術(shù)突破，具有重要的歷史意義和廣泛的實(shí)用性。

圖l為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1電爐，2水槽，3發(fā)熱件，4石英玻璃管，5進(jìn)料口， 6 出料口， 7空心輪轂，8軸承座，9支撐托輪，IO傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
具體實(shí)施方式

如圖1所示，該煅燒水淬裝置包括電爐1和水槽2,電爐1內(nèi)部 兩側(cè)和底部安裝發(fā)熱件3，在電爐1的出口下方安裝水槽2，至少一 根石英玻璃管4從爐體中心靠近發(fā)熱件的位置縱向穿過(guò)爐體，石英玻 璃管4的兩端露出在爐體外部，露出爐體外部的石英玻璃管4的兩端 上分別安裝空心輪轂7固定，空心輪轂7安裝在帶有軸承座8的支撐 托輪9上，其中一端連接傳動(dòng)機(jī)構(gòu)10。
本實(shí)用新型的一種制備石英玻璃原料-高純石英砂的煅燒水淬裝 置中，石英玻璃管4的兩端設(shè)高度差，高的一端為進(jìn)料口5，低的一端為出料口 6。
本實(shí)用新型的一種制備石英玻璃原料-高純石英砂的煅燒水淬裝 置中，石英玻璃管4的直徑80毫米以上，長(zhǎng)2米以上， 一般直徑80-150 毫米、長(zhǎng)2-5米。
本實(shí)用新型的一種制備石英玻璃原料-高純石英砂的煅燒水淬裝 置中，石英玻璃管4在爐體內(nèi)多根并排或多層排列。
本實(shí)用新型的一種制備石英玻璃原料-高純石英砂的煅燒水淬裝 置中，電爐1的煅燒溫度以石英砂的軟化溫度為上限，為900-1300 °C， 一般為1000-110(TC，煅燒時(shí)間大于20分鐘， 一般為20-60分鐘。
本實(shí)用新型的一種制備石英玻璃原料-高純石英砂的煅燒水淬裝 置中，水槽2內(nèi)水為經(jīng)凈化處理的不含顆料懸浮物的純凈水，使用流 動(dòng)水或循環(huán)水，水槽2的水溫8(TC以下， 一般水溫為5(TC以下。
使用時(shí)，石英砂從石英玻璃管4的進(jìn)料口 5進(jìn)入，經(jīng)過(guò)高溫煅燒 的石英砂由出料口 6落入水槽2進(jìn)行水淬，石英砂中所含有的羥基在 煅燒過(guò)程中溢出，氣液包裹體在水淬過(guò)程中爆裂逃逸，實(shí)現(xiàn)對(duì)石英玻 璃制品關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)-氣泡氣線的有效控制。
實(shí)施例1:
在長(zhǎng)條形工業(yè)電爐1的基礎(chǔ)上，以兩根在同一高度上并排安裝的 直徑150毫米、長(zhǎng)度3米的石英玻璃管4為石英砂煅燒時(shí)流經(jīng)的載體， 發(fā)熱件3在爐體內(nèi)部的兩側(cè)和底部，石英玻璃管從爐體中心靠近發(fā)熱 件的位置縱向穿過(guò)爐體，石英玻璃管兩端出露在爐體外部，在石英玻 璃管兩端出露于爐體外部的適當(dāng)位置分別用空心輪轂7固定，空心輪 轂安裝在帶有軸承座8的支撐托輪9上，其中的一端連接傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 10，在電爐的出料口 6的下方安裝儲(chǔ)水量0.5-1.0m3的水槽2。
實(shí)施例2:
在長(zhǎng)條形工業(yè)電爐的基礎(chǔ)上，以6根分兩層排列安裝的直徑120毫米、長(zhǎng)度5米的石英玻璃管為石英砂煅燒時(shí)流經(jīng)的載體，發(fā)熱件在 爐體內(nèi)部的兩側(cè)和底部，石英玻璃管從爐體中心靠近發(fā)熱件的位置縱 向穿過(guò)爐體，石英玻璃管兩端出露在爐體外部，在石英玻璃管兩端出 露于爐體外部的適當(dāng)位置分別安裝空心輪轂固定，空心輪轂安裝在帶 有軸承座的支撐托輪上，其中的一端連接傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，石英玻璃管的兩 端設(shè)計(jì)高度差，高的一端為進(jìn)料口，低的一端為出料口，在出料口的 下方安裝1.0-3.0r^的水槽。
權(quán)利要求1. 一種制備石英玻璃原料-高純石英砂的煅燒水淬裝置，其特征在于該煅燒水淬裝置包括電爐(1)和水槽(2)，電爐(1)內(nèi)部?jī)蓚?cè)和底部安裝發(fā)熱件(3)，在電爐(1)的出料口(6)下方安裝水槽(2)，至少一根石英玻璃管(4)從爐體中心靠近發(fā)熱件的位置縱向穿過(guò)爐體，石英玻璃管的兩端露出在爐體外部，露出爐體外部的石英玻璃管的兩端上分別安裝空心輪轂(7)固定，空心輪轂(7)安裝在帶有軸承座(8)的支撐托輪(9)上，其中一端連接傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(10)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備石英玻璃原料-高純石英砂的 煅燒水淬裝置，其特征在于石英玻璃管(4)的兩端設(shè)高度差，高 的一端為進(jìn)料口 (5)，低的一端為出料口 (6)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備石英玻璃原料-高純石英砂的 煅燒水淬裝置，其特征在于石英玻璃管直徑80毫米以上，長(zhǎng)2米 以上， 一般直徑80-150毫米、長(zhǎng)2-5米。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備石英玻璃原料-高純石英砂的 煅燒水淬裝置，其特征在于石英玻璃管在電爐內(nèi)多根并排或多層排 列。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備石英玻璃原料-高純石英砂的煅燒水淬裝置，其特征在于電爐煅燒溫度以石英砂的軟化溫度為上限為900-1300。C， 一般為誦曙1100。C，煅燒時(shí)間大于20分鐘， 一般 為20-60分鐘。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備石英玻璃原料-高純石英砂的 煅燒水淬裝置，其特征在于水槽內(nèi)水為經(jīng)凈化處理的不含顆料懸浮 物的純凈水，使用流動(dòng)水或循環(huán)水，水槽的水溫80'C以下， 一般水 溫5(TC以下。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種制備石英玻璃原料-高純石英砂的煅燒水淬裝置，電爐內(nèi)部?jī)蓚?cè)和底部安裝發(fā)熱件，在電爐的出口下方安裝水槽，石英玻璃管從爐體中心靠近發(fā)熱件的位置縱向穿過(guò)爐體，石英玻璃管的兩端露出在爐體外部，露出爐體外部的石英玻璃管的兩端上分別安裝空心輪轂固定，空心輪轂安裝在帶有軸承座的支撐托輪上，其中一端連接傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。通過(guò)該裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)石英玻璃制品關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)-氣泡氣線的有效控制，打破現(xiàn)有工藝對(duì)礦石質(zhì)量的高度依賴性，將脈石英資源在石英玻璃工業(yè)中的可利用率從5％左右提高到80％以上，用普通的脈石英礦石生產(chǎn)出的高純石英砂SiO₂含量可以達(dá)到99.99％以上，十三種金屬元素雜質(zhì)總量可達(dá)25-30ppm以下，能夠用來(lái)生產(chǎn)中高檔石英玻璃制品。
文檔編號(hào)C03B20/00GK201245546SQ20082004144
公開(kāi)日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2008年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月25日
發(fā)明者杜建中 申請(qǐng)人:杜建中