一種剔除高純石英砂中氣液包裹體的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及高純石英砂的提純技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種剔除高純石英砂中氣液包裹體的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]石英玻璃是單一組分S12的特種高檔玻璃，具有極好的化學(xué)穩(wěn)定性、紅外光譜透過(guò)率高、抗沖擊性強(qiáng)、耐高溫(攝氏1800度以上)不變形、耐X—射線(xiàn)輻射、電絕緣特優(yōu)等物理、化學(xué)性能。廣泛為多晶硅生產(chǎn)、光電源、電子工業(yè)、光通訊、醫(yī)學(xué)儀器、3102薄膜材料、大規(guī)模集成電路、激光、航空航天、軍事行業(yè)等提供尖端材料，是高科技中不可或缺的。
[0003]上世紀(jì)中期，人們用天然水晶為原料生產(chǎn)石英玻璃，可隨著其大量應(yīng)用，水晶礦已接近枯竭，早已滿(mǎn)足不了現(xiàn)代高科技工業(yè)的迅猛發(fā)展。幾十年來(lái)，人們不得不探索替代水晶的石英玻璃生產(chǎn)新配料。
[0004]相對(duì)于水晶，石英礦石含有更多的雜質(zhì)。其雜質(zhì)可分為結(jié)構(gòu)組成性雜質(zhì)和非結(jié)構(gòu)性雜質(zhì)。非結(jié)構(gòu)性雜質(zhì)是石英礦晶體之外的雜質(zhì)，如表面粘附物、伴生礦物。目前雜質(zhì)清除技術(shù)，如:水淬、浮選、酸洗、磁選、高溫真空處理、氯化、超導(dǎo)選、電選、超聲波處理、摻雜提純等系列手段基本能滿(mǎn)足石英玻璃要求。結(jié)構(gòu)性雜質(zhì)是指在石英礦晶體生長(zhǎng)時(shí)形成的雜質(zhì)，也稱(chēng)為微觀(guān)缺陷，如氣液包裹體，氣液包裹體在室溫下主要由液相和一個(gè)小氣泡組成的二相包裹體，這是伴隨著礦物生長(zhǎng)時(shí)將H2、02、N2, CO、CH4, CO2、H2O等包裹在石英晶體中形成的結(jié)構(gòu)性雜質(zhì)，現(xiàn)有工藝技術(shù)難以根本消除此類(lèi)缺陷，其也是影響石英玻璃純度和性能的重要因素。
[0005]石英礦中普遍含有流體包裹體，目前現(xiàn)有的工藝難以去除。
[0006]世界各國(guó)在20世紀(jì)80年代，中國(guó)、美國(guó)、日本、俄羅斯、法國(guó)、德國(guó)等都實(shí)現(xiàn)了用普通石英硅礦通過(guò)用氫氟酸浸泡后清選、高溫煅燒、水淬、電選、浮選、磁選、“王水”長(zhǎng)時(shí)間浸泡甚至高溫浮煮、高溫真空處理、氯化、超導(dǎo)選、超聲波、摻雜提純等手段精選加工提純，使其除氣液包裹體外的雜技已剔除可完全代替水晶。但是針對(duì)高純石英砂中的微小晶體內(nèi)的氣液包裹體的最大限度的剔除仍無(wú)能為力。即使當(dāng)前以“世界標(biāo)準(zhǔn)純度”自稱(chēng)的美國(guó)尤尼明(Unimin)公司的產(chǎn)品，也還有微量50PPM左右存在。據(jù)侯清麟等研究，我國(guó)用進(jìn)口安哥拉、馬達(dá)加斯加等地的石英礦自提純的所謂高純石英砂中的氣液包裹體仍在120PPM以上。盡管通過(guò)打坨還可去除大部分氣液包裹體，但仍有結(jié)構(gòu)性的氣液包裹體散落于石英玻璃坨中，使得用石英砂生產(chǎn)石英玻璃的用途受到極大局限。
[0007]現(xiàn)有的石英砂中氣液包裹體的去除方法主要有:酸堿差異腐蝕法、冷/熱爆裂法、氯化脫氣法、微波輻射-酸浸法等等，其去除氣液包裹體的效果或不甚理想，或過(guò)于復(fù)雜，操作過(guò)成存在安全隱患，生產(chǎn)工藝不環(huán)保。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有高純石英砂中氣液包裹體的去除技術(shù)的不足，提供一種剔除高純石英砂中氣液包裹體的裝置。
[0009]本實(shí)用新型目的通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的:
[0010]提供一種剔除高純石英砂中氣液包裹體的裝置，所述裝置包括機(jī)架、滾筒、微波輻射裝置、輸送管道和儲(chǔ)存裝置；所述滾筒架設(shè)于機(jī)架上；將所述高純石英砂加入滾筒中，微波輻射裝置對(duì)滾筒中的高純石英砂進(jìn)行微波輻射，所述輸送管道連接滾筒和儲(chǔ)存裝置，將經(jīng)過(guò)微波輻射處理的高純石英砂輸送至儲(chǔ)存裝置。
[0011]將高純石英砂放入滾筒中，微波輻射裝置對(duì)滾筒中的高純石英砂進(jìn)行微波輻射，通過(guò)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)微波的功率為1000?4000w，輻射處理時(shí)間為I?10h，高純石英砂一次處理量為100?600g。對(duì)于一些氣液包裹體，達(dá)到均一溫度前就可爆裂，石英中5?10微米大小的包裹體在(0.1?300)Mpa范圍內(nèi)發(fā)生爆裂，而對(duì)于更小的氣液包裹體所需要的爆裂應(yīng)力可達(dá)500 Mpa0經(jīng)科學(xué)研究結(jié)合長(zhǎng)期大量實(shí)驗(yàn)總結(jié)得到，利用石英礦中S12分子的介電常數(shù)為了 3?5，而氣液包裹體中的主要成分H2O的介電常數(shù)最高可達(dá)88，這樣當(dāng)適宜功率的微波的合理處理可使水分子吸收產(chǎn)生振動(dòng)，分子之間自相摩擦溫度持續(xù)驟升，由于其“運(yùn)動(dòng)空間”受到限制，則導(dǎo)致“內(nèi)部”壓力增加，當(dāng)達(dá)到一定“極限”則沖裂晶體“噴薄”而出，從而實(shí)現(xiàn)剔除石英砂中的微量氣液包裹體。經(jīng)過(guò)微波輻射處理的高純石英砂通過(guò)輸送管道流入儲(chǔ)存裝置。
[0012]進(jìn)一步地，還包括料斗，料斗與所述滾筒相通。
[0013]進(jìn)一步地，所述滾筒下設(shè)置有旋轉(zhuǎn)裝置帶動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)。滾筒選擇可使?jié)L筒內(nèi)的高純石英砂混合均勻，便于微波輻射均勻。
[0014]進(jìn)一步地，還包括冷卻裝置，冷卻裝置設(shè)置于所述輸送管道外側(cè)。經(jīng)過(guò)微波輻射的高純石英砂溫度升高，高溫高純石英砂經(jīng)過(guò)輸送管道通過(guò)熱傳遞將熱量傳遞給輸送管道，使輸送管道的溫度升高，影響輸送管道的使用壽命，因此設(shè)置冷卻裝置，對(duì)輸送管道進(jìn)行冷卻處理。
[0015]更進(jìn)一步地，所述微波輻射裝置包括控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)自動(dòng)控制微博輻射時(shí)間、功率等工藝條件。
[0016]更進(jìn)一步地，所述控制系統(tǒng)為可編程邏輯控制器。
[0017]本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0018]現(xiàn)有技術(shù)是將高純石英砂先通過(guò)微波處理產(chǎn)生微裂紋，然后再通過(guò)酸蝕處理使得產(chǎn)生微裂紋的包裹體中雜質(zhì)釋放。而利用本實(shí)用新型裝置，通過(guò)調(diào)節(jié)微波處理的精確的工藝條件得到的高純石英砂，其氣液包裹體含量已非常低，量也很少，成功擯棄酸蝕處理步驟，避免環(huán)境污染和操作條件的惡劣。
[0019]本實(shí)用新型裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，環(huán)保安全，剔除效果好，不僅使普通石英礦代替已經(jīng)資源枯竭的天然水晶成為可能，而且還能生產(chǎn)比天然水晶中氣液包裹體含量降低一個(gè)數(shù)量級(jí)以上的高純石英砂，為石英玻璃的原料換代升級(jí)做出重大貢獻(xiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1所述剔除高純石英砂中氣液包裹體的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本實(shí)用新型可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。本實(shí)用新型實(shí)施例附圖僅用于示例性說(shuō)明，不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說(shuō)明可能省略是可以理解的。
[0022]實(shí)施例1
[0023]本實(shí)施例提供了一種剔除高純石英砂中氣液包裹體的裝置，所述裝置包括機(jī)架1、料斗2、滾筒3、微波輻射裝置(圖中未標(biāo)出)、輸送管道4、冷卻裝置5和儲(chǔ)存裝置6 ;所述滾筒3架設(shè)于機(jī)架I上；將所述高純石英砂加入滾筒3中，微波輻射裝置對(duì)滾筒3中的高純石英砂進(jìn)行微波輻射，經(jīng)過(guò)微波輻射處理的高純石英砂進(jìn)入輸送管道4，流入儲(chǔ)存裝置6。
[0024]料斗2與所述滾筒3相通。
[0025]所述滾筒3下設(shè)置有旋轉(zhuǎn)裝置7帶動(dòng)滾筒3旋轉(zhuǎn)。
[0026]所述微波輻射裝置包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)為可編程邏輯控制器8。
[0027]通過(guò)料斗2將高純石英砂放入滾筒3中，旋轉(zhuǎn)裝置7帶動(dòng)滾筒3轉(zhuǎn)動(dòng)，使?jié)L筒3內(nèi)的高純石英砂混合均勻，微波輻射裝置對(duì)滾筒3中的高純石英砂進(jìn)行微波輻射，調(diào)節(jié)微波的功率為1000?4000w，調(diào)節(jié)輻射處理時(shí)間為I?10h，高純石英砂一次處理量為100?600go對(duì)于一些氣液包裹體，達(dá)到均一溫度前就可爆裂，石英中5?10微米大小的包裹體在(0.1?300)Mpa范圍內(nèi)發(fā)生爆裂，而對(duì)于更小的氣液包裹體所需要的爆裂應(yīng)力可達(dá)500Mpa0經(jīng)科學(xué)研究結(jié)合長(zhǎng)期大量實(shí)驗(yàn)總結(jié)得到，利用石英礦中S12分子的介電常數(shù)為了 3?5，而氣液包裹體中的主要成分H2O的介電常數(shù)最高可達(dá)88，這樣當(dāng)適宜功率的微波的合理處理可使水分子吸收產(chǎn)生振動(dòng)，分子之間自相摩擦溫度持續(xù)驟升，由于其“運(yùn)動(dòng)空間”受到限制，則導(dǎo)致“內(nèi)部”壓力增加，當(dāng)達(dá)到一定“極限”則沖裂晶體“噴薄”而出，從而實(shí)現(xiàn)剔除石英砂中的微量氣液包裹體。經(jīng)過(guò)微波輻射處理的高純石英砂通過(guò)輸送管道4流入儲(chǔ)存裝置6，經(jīng)過(guò)微波輻射的高純石英砂溫度升高，高溫高純石英砂經(jīng)過(guò)輸送管道4通過(guò)熱傳遞將熱量傳遞給輸送管道4，使輸送管道4的溫度升高，影響輸送管道的使用壽命，因此設(shè)置冷卻裝置5，對(duì)輸送管道4進(jìn)行冷卻處理。
[0028]以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的包含范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種剔除高純石英砂中氣液包裹體的裝置，其特征在于，所述裝置包括機(jī)架、滾筒、微波輻射裝置、輸送管道和儲(chǔ)存裝置；所述滾筒架設(shè)于機(jī)架上；將所述高純石英砂加入滾筒中，微波輻射裝置對(duì)滾筒中的高純石英砂進(jìn)行微波輻射；所述輸送管道連接滾筒和儲(chǔ)存裝置，將經(jīng)過(guò)微波輻射處理的高純石英砂輸送至儲(chǔ)存裝置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述剔除高純石英砂中氣液包裹體的裝置，其特征在于，還包括料斗，料斗與所述滾筒相通。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述剔除高純石英砂中氣液包裹體的裝置，其特征在于，所述滾筒下設(shè)置有旋轉(zhuǎn)裝置帶動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述剔除高純石英砂中氣液包裹體的裝置，其特征在于，還包括冷卻裝置，冷卻裝置設(shè)置于所述輸送管道外側(cè)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述剔除高純石英砂中氣液包裹體的裝置，其特征在于，所述微波輻射裝置包括控制系統(tǒng)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述剔除高純石英砂中氣液包裹體的裝置，其特征在于，所述控制系統(tǒng)為可編程邏輯控制器。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供了一種剔除高純石英砂中氣液包裹體的裝置，所述裝置包括機(jī)架、滾筒、微波輻射裝置、輸送管道和儲(chǔ)存裝置；所述滾筒架設(shè)于機(jī)架上；將所述高純石英砂加入滾筒中，微波輻射裝置對(duì)滾筒中的高純石英砂進(jìn)行微波輻射，經(jīng)過(guò)微波輻射處理的高純石英砂進(jìn)入輸送管道，流入儲(chǔ)存裝置?，F(xiàn)有技術(shù)是將高純石英砂先通過(guò)微波處理產(chǎn)生微裂紋，然后再通過(guò)酸蝕處理使得產(chǎn)生微裂紋的包裹體中雜質(zhì)釋放。而利用本實(shí)用新型裝置，通過(guò)調(diào)節(jié)微波處理的精確的工藝條件得到的高純石英砂，其氣液包裹體含量已非常低，量也很少，成功擯棄酸蝕處理步驟，避免環(huán)境污染和操作條件的惡劣。
【IPC分類(lèi)】C01B33/12
【公開(kāi)號(hào)】CN204917995
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520647957
【發(fā)明人】侯清麟, 侯熠徽
【申請(qǐng)人】湖南工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2015年8月26日