一种高温去除高纯石英砂中杂质的装置及方法与流程

1.本发明涉及一种高温去除高纯石英砂中杂质的装置及方法，属于高纯石英砂加工、提纯领域。


背景技术：

2.高纯石英砂指sio2纯度大于99.99％的石英砂，是生产高档石英制品的原料，因其产品具有耐高温、耐腐蚀、低热膨胀性、高度绝缘性和透光性等优异的物理化学性质，广泛应用于光纤通讯、太阳能光伏、航空航天、电子及半导体等高新技术产业，战略地位十分重要。
3.高纯石英砂最初是由一、二级天然水晶加工得到，由于近二十年来市场需求不断增长，天然水晶资源已逐渐枯竭，必须寻找可替代的原料。自上世纪70年代，发达国家开始探索用普通石英代替天然水晶制备高纯石英砂。美国ppcc公司采用英国西北海岸foxdale地区花岗岩加工高纯石英，其产品sio2纯度达到99.99％，到20世纪90年代，日本采用细粒伟晶岩为原料，在传统工艺基础上，采用电选、高温氯化等工艺提纯得到高档石英玻璃用的石英砂，德国、俄罗斯则在脉石英、变质石英岩中寻求高纯石英，而美国尤尼明公司在北卡罗来纳州sprucepine地区勘查到经历alleghanian绿片岩运动的石英矿床，并对这种独特的矿体进行开采，开发出iota
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std/4/6/8标准的一系列高纯石英砂产品，目前，其产品sio2纯度由99.9992％向99.9994％发展，杂质含量以十亿分之一为单位计。目前，美国尤尼明公司哈里斯矿产出的iota系列超－高纯石英砂产品在国际出口市场上占垄断地位。
4.目前，我国还未完全掌握从天然岩石矿物中提纯生产高纯石英砂的核心技术，江苏东海是我国高纯石英砂的主要产地，但因该地水晶储量有限，且质量不稳定，虽有相关科研院校与部分企业合作，但实际生产的高纯石英砂只达到中低等级，一直未能完全满足国内下游产业的生产和发展需求。
5.目前我们现有的高纯石英砂提纯方法按以下原则：1)矿源：纯度较高，二氧化硅含量达到99％以上；2)粗加工：破碎，擦洗，重选，磁选，浮选，煅烧+水淬；3)深加工：酸浸，焙烧，高温氯化等。但对于特定的石英矿源，以上常规的加工方法无法去除一些特定杂质，此类杂质一方面会造成纯度达不到最高级别，另一方面，虽然在石英砂中无法肉眼识别，但在熔制成型的石英制品中出现熔融后的杂质点，尤其是在电弧法石英坩埚中，更易呈现此种情况。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种高温去除高纯石英砂中杂质的装置，以解决上述问题。
7.本发明的实施例是这样实现的：
8.本发明实施例的一方面，提供一种高温去除高纯石英砂中杂质的装置，包括：
9.容器，具有进料口和排料口；
10.火焰发生装置，设于所述容器内，并位于所述进料口和所述排料口之间，所述火焰发生装置用于发射火焰来燃烧自所述进料口进入的高纯石英砂，以去除所述高纯石英砂中的低熔点杂质。
11.可选地，所述容器由耐高温材质制成。
12.可选地，所述容器由高纯石英玻璃制成。
13.可选地，所述进料口和所述排料口分别位于所述容器的顶部和底部。
14.可选地，所述火焰发生装置包括氢氧焰燃烧器。
15.可选地，所述氢氧焰燃烧器的火焰压力可调。
16.可选地，所述进料口可控制所述高纯石英砂的进料速率。
17.可选地，所述低熔点杂质包含有机物、含铁矿物、云母和长石等铝硅酸盐矿物。
18.本发明还提供一种高温去除高纯石英砂中杂质的方法，包含：
19.提供上述的高温去除高纯石英砂中杂质的装置；
20.开启所述火焰发生装置以产生火焰；
21.自所述进料口导入的高纯石英砂。
22.可选地，调节所述火焰的压力，和/或控制所述进料口的所述高纯石英砂的进料速率。
23.在本实施例中，高温去除高纯石英砂中杂质的装置中采用火焰发生装置(如氢氧焰燃烧器)，在氢氧焰燃烧器形成一个高温和高速区，由于氢氧焰火焰比较集中的的特点，高温区较窄，不包含外壁部分，高纯石英砂从上向下降过程中受加热和气流吹动，在外壁处集中。调节氢氧焰燃烧器的氢氧焰的压力以及上部石英砂的进料量，进而控制石英砂受热温度和时间，达到高温去除低熔点杂质的目的。本申请提出的高温煅烧提纯高纯石英砂的方法和装置，该方法采用流化床方法，采用纯度较高的氢氧焰高温区域比较集中从而冷壁温度不高等特点，同时使高纯石英砂受火焰加热从而在空气中自然冷却后落入承载器内。高纯石英砂的纯度得到明显提升，铁、铝和钠的杂质含量降低50％以上。由此高纯石英砂加工得到的石英坩埚内的宏观杂质点数量和大小大幅度降低，降低到之前的10％以下。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
25.图1为本发明一实施例高温去除高纯石英砂中杂质的装置结构示意图。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
27.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护
的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
29.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
30.此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
31.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
32.请参照图1，本实施例提供一种高温去除高纯石英砂中杂质的装置，包括：容器1和火焰发生装置。
33.容器1具有进料口11和排料口12；其中，进料口11和排料口12分别位于容器1的顶部和底部。
34.火焰发生装置设于容器1内，并位于进料口11和排料口12之间，火焰发生装置用于发射火焰来燃烧自进料口11进入的高纯石英砂，以去除高纯石英砂中的低熔点杂质。其中，低熔点杂质包含有机物、含铁矿物、云母和长石等铝硅酸盐矿物。
35.其中，容器1由耐高温材质制成。例如，容器1由高纯石英玻璃制成。
36.在本实施例中，火焰发生装置包括氢氧焰燃烧器2。其中，氢氧焰燃烧器2的火焰压力可调。
37.在本实施例中，进料口11可控制高纯石英砂的进料速率。
38.采用上述高温去除高纯石英砂中杂质的装置来去除高纯石英砂中杂质的方法包括如下步骤：
39.开启火焰发生装置以产生火焰；
40.自进料口11导入的高纯石英砂。调节火焰的压力，和/或控制进料口11的高纯石英砂的进料速率。
41.以下为上述方案更为详细的描述：
42.在一个由高纯石英玻璃制成的容器1的中下部，有一组氢氧焰燃烧器2，氢氧焰燃烧器2呈圆环状分布，火焰向上，氢氧焰燃烧器2可以由4
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8个圆环状排列而成。上部有高纯石英砂下料口，下部有排料口。氢氧焰燃烧器2组成的火焰在该氢氧焰燃烧器2上部、玻璃圆
筒中间形成一定的高温区，高纯石英砂从下料口均匀向下流出，经过氢氧焰燃烧器2形成的高温和强气流加热和吹动，一方面加热到1300度以上的高温，一方面向外壁方向移动，在离开高温区后温度迅速降低，不会对外壁产生高温的影响，向下流流动到排料口，进行收集。
43.在本实施例中，采用氢氧焰燃烧器2形成一个高温和高速区，由于氢氧焰火焰比较集中的的特点，高温区较窄，不包含外壁部分，高纯石英砂从上向下降过程中受加热和气流吹动，在外壁处集中。调节氢氧焰燃烧器2的氢氧焰的压力以及上部石英砂的进料量，进而控制石英砂受热温度和时间，达到高温去除低熔点杂质的目的。
44.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。