一種低成本、連續(xù)生產高純熔融石英物料的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種低成本、連續(xù)生產高純熔融石英物料的方法及裝置，該方法包括先選取SiO2含量≥99.5%，水分＜0.5%，粒徑為20～200目的石英砂，經預熱、高溫氯化后，得到SiO2含量≥99.95%的高純石英砂；然后將該高純石英砂趁熱放入石英玻璃連熔爐中熔制熔融石英，當高純石英砂全部熔化為液態(tài)并澄清后，打開爐底的出料閥門，同時開啟出料口處的剪料裝置剪切液態(tài)熔融石英，剪切后的球坯落入溜槽，經分球器形成光滑圓整的熔融石英球料，進入成品料倉中，流化冷卻，即為成品熔融石英球料；本發(fā)明設計科學合理、節(jié)能環(huán)保，產品一級品率達90%以上，并能大規(guī)模用于工業(yè)生產，促進了我國高純熔融石英產業(yè)的發(fā)展，對企業(yè)和國家都具有極大的經濟效益和社會效益。
【專利說明】一種低成本、連續(xù)生產高純熔融石英物料的方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于非金屬礦深加工制造領域，尤其涉及一種低成本、連續(xù)生產高純熔融石英物料的方法及裝置。
【背景技術】
[0002]熔融石英其實質是一種石英的玻璃態(tài)物質或者說是石英玻璃體。其主要化學成分是SiO2，它具有高使用溫度、高穩(wěn)定性和低熱膨脹系數等特性，在工業(yè)上有著廣泛的應用。我國現(xiàn)在的熔融石英塊料的生產工藝是:把高純度(SiO2含量> 99.5%)的脈石英礦石經過精選、洗滌、破碎至直徑為3~8_的顆粒，再經酸洗提純、水洗、干燥后，裝入電熔石英爐中(用石墨棒或碳棒作為發(fā)熱體)接通電源，在1800~2300°C下使石英顆粒熔化，在熔化過程中其所含的氣、液包裹體和結晶水排出，形成透明或大部分透明的熔融石英玻璃液態(tài)物料，再把它從爐中倒出來自然冷卻至室溫，最后由人工用小鐵錘敲碎成長度為20~50mm大小的塊狀，按透明度和所含雜質的多少進行分選、分級，即是不同級別的熔融石英成品塊料。熔融石英成品塊料的純度等級如下:特一級品中SiO2含量不少于99.99%，一級品中SiO2含量不少于99.96%，二級品中SiO2含量不少于99.95%，三級品中SiO2含量不少于99.7%，四級品中SiO2含量不少于99.6%。
[0003]目前，我國生產熔融石英的方法還是沿用以前的老工藝，用石墨棒或者碳棒作為發(fā)熱體，生產過程全均間歇生產。該工藝存在如下缺點:
(1)熔制周期長、生產成本高
由于所用石英礦原料顆粒大，其裝填后的孔隙率也大，導致熔制過程傳熱慢，熔化慢，且不能連續(xù)生產，每熔制一批熔融石英物料，其周期需要10-16小時左右，經綜合生產核算，電費占生產成本的50-60% ；
(2)工人勞動強度大
發(fā)熱體碳棒或石墨棒在安裝時必須十分注意，否則會在熔制石英過程中發(fā)生折斷事故，折斷后需要重新把物料倒出來，重新裝棒，重新加料，增加了生產成本和工人勞動強度；
(3)產品純度不高且合格率低
由于我國還沒有熔融石英礦石原料標準，其礦石中的雜質元素沒有定量的控制指標，幾乎所有的熔融石英生產企業(yè)都是憑經驗選擇礦石，故其成品的化學元素指標難以保證穩(wěn)定；且傳統(tǒng)方法是將礦石破碎至3~8mm后用酸洗的方法除去雜質元素，由于礦石粒徑較大，其內部的雜質元素很難除去，也造成熔融石英成品物料中雜質含量較高；
(4)容易在生產過程中發(fā)生雜質污染
所用的發(fā)熱體石墨棒或碳棒在高溫熔制石英過程中容易和石英顆粒發(fā)生化學反應生成黑色碳化硅物質而污染產品，致使熔融石英成品的一級品率只有50%左右，嚴重地影響了企業(yè)的經濟效益和石英礦石原料的利用率；
(5)影響下游產品質量由于上述4個方面的原因，熔融石英產品的純度難以保證，其下游產品的質量也從根本上無法得到保證，因而其使用量和應用范圍受到一定的限制。
[0004]為了解決上述難題，提高我國熔融石英類塊料的需求，盡快開發(fā)出一種低成本生產高純熔融石英物料的制備方法和裝置是我國熔融石英生產企業(yè)的期盼。為此，科技部在2008年把高純熔融石英材料制備技術及應用研究列為十一五國家科技支撐計劃“高性能非金屬礦物材料的制備技術研究”重點項目課題之一；國家發(fā)改委把高純低成本熔融石英原料的規(guī)模化制備技術及裝置列為十二五新材料產業(yè)的重點產品目錄。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的就是要解決目前生產熔融石英工藝落后、熔制周期長、生產成本高、工人勞動強度大、生產中容易發(fā)生雜質污染而無法生產高質量的熔融石英等問題，提供一種低成本、連續(xù)生產高純熔融石英物料的方法及裝置。
[0006]本發(fā)明的一種低成本、連續(xù)生產高純熔融石英物料的方法，包括以下步驟:
(1)將SiO2含量≥99.5%，水分< 0.5%，粒徑為20~200目的石英砂加入原料倉中；
(2)將該石英砂從原料倉放入預熱罐中預熱，先用氮氣趕盡罐內的空氣，在微負壓狀態(tài)下，啟動預熱罐外層加熱電極板進行加熱，使罐內溫度達到600~800°C ；
(3)將預熱罐中預熱好的石英砂放入已用高純氮氣趕盡空氣的氯化罐中，啟動氯化罐外層加熱電極板進行加熱，當罐內溫度達到1000°C時，開啟真空系統(tǒng)，并開始通入氯氣:氯化氫=1: I的混合氣體，在1000~1200°C下氯化0.5~2小時，即得到SiO2含量≥99.95%的高純石英砂；氯化過程中生成的氯鹽氣體被真空抽至氣體除塵冷卻器中；
(4)將高溫氯化后得到的高純石英砂放入保溫儲罐，使高純石英砂的溫度保持在1000 ~1200。。；
(5)將保溫儲罐中的高純石英砂加入石英玻璃連熔爐的坩堝中熔制熔融石英，首次加料量為坩堝體積的80%，打開爐外層冷卻水開關，啟動石英玻璃連熔爐外層加熱電極進行加熱，當爐內溫度升至1800°C后，高純石英砂開始熔化，當爐內溫度達到2100~2300°C度時，高純石英砂全部熔化為液態(tài)且其中所含的氣、液包裹體和結晶水通過爐口處的出氣孔排出，熔融石英也慢慢變澄清；
(6)保持石英玻璃連熔爐內溫度為2100~2300°C，打開爐底的出料閥門，使液態(tài)石英的出料流速為10-20kg/h，同時打開保溫儲罐與石英玻璃連熔爐之間的閘閥，控制石英砂的出料流速為10-20 kg/h，并同時開啟剪料裝置控制剪料裝置的剪切頻率60~200次/分鐘，剪切后的熔融石英玻璃球坯落入溜槽，經分球器形成光滑圓整的熔融石英球料；
(7)熔融石英球料進入成品料倉中，用鼓風機送入經空氣過濾器過濾的新鮮空氣對其流化冷卻，成品料倉排出的熱氣體經熱空氣管道送至預熱罐，預熱石英砂后再排放。
[0007]上述步驟(1)中所述石英砂為火成巖質脈石英礦石制成的，因為火成巖質脈石英礦石制成的石英砂中氣液包裹體、雜質較少，最適合制備熔融石英。
[0008]上述步驟(3)氯化過程中生成的氯鹽氣體被真空抽到冷卻器中冷卻成粉狀的鹽類，經除塵冷卻除鹽后的氣體回收套用，或用自來水或去離子水或高純水吸收制成鹽酸，將所得的鹽酸用陰陽離子交換樹脂處理或經離子膜純化裝置處理后即可得到含量為30~33%的鹽酸銷售。[0009]本發(fā)明方法還可直接用于生產石英玻璃棒、石英玻璃管、石英玻璃塊等產品，只需將熔融石英后續(xù)的步驟改為相應的制備石英玻璃棒、石英玻璃管、石英玻璃塊的工藝即可。
[0010]本發(fā)明的一種低成本、連續(xù)生產高純熔融石英物料的方法的裝置，包括原料倉、預熱罐、氯化罐，所述原料倉、預熱罐、氯化罐之間由出料管自上而下首尾相連，出料管上裝有閘閥，在氯化罐下方還自上而下的布置有以下裝置:
與氯化罐底部通過出料管相連的保溫儲罐，用來接收經氯化罐氯化后的石英砂；
與保溫儲罐底部通過出料管相連的石英玻璃連熔爐，用來接收保溫儲罐中的石英砂并將石英砂熔制成液態(tài)熔融石英；所述石英玻璃連熔爐包括爐體和設在爐體內的坩堝，坩堝與爐體的爐殼之間裝有保溫層，坩堝與保溫層之間裝有加熱電極板，保溫層和爐體的爐殼之間設有冷卻水套，爐體上裝有上蓋，上蓋上設有加料管，爐體的爐口處設有氣、液包裹體和結晶水出氣口，爐體底部設有出料口，出料口處裝有閘閥，出料口外壁被加熱電極板包裹；所述坩堝為鎢材質或鎢合金材質坩堝；所述出料口口徑為1-1Ocm ;和位于石英玻璃連熔爐底部出料口處的剪料裝置，用來剪切石英玻璃連熔爐中流出的液態(tài)石英；
位于剪料裝置和成品料倉之間的輸送裝置，用來將剪切好的液態(tài)熔融石英傳送至成品料倉，并在傳送過程中使液態(tài)熔融石英凝固并形成球料；該輸送裝置包括一個溜槽和與溜槽對接的分球器；由于所述溜槽和分球器均為生產石英玻璃球料的常用設備，市場上均有銷售，在本發(fā)明中不再詳細介紹其結構特點；
位于輸送裝置下方的成品料倉，用來接收輸送裝置傳送來的熔融石英球料并存放成品熔融石英球料；
位于成品料倉一側的鼓風機和與鼓風機相連的空氣過濾器，用來向成品料倉中吹入經空氣過濾器凈化的空氣，冷卻熔融石英物料；及位于成品料倉另一側的熱空氣管道，用來將經成品料倉中換熱后排出的熱空氣輸送至預熱罐下部的封閉空間與N2輸送管相連通，對石英砂進行預熱；
所述預熱罐、氯化罐、保溫儲罐上裝有真空管，并分別與各自的真空系統(tǒng)相連；預熱罐、氯化罐、保溫儲罐外壁均設有保溫層；氯化罐及預熱罐保溫層與罐體內壁之間設置有加熱電極板；所述氯化罐上還連接有氣體除塵裝置；在預熱罐、氯化罐及保溫儲罐內下部均設置有微孔板，該微孔板與罐底之間形成一封閉空間，空間內設有若干支撐柱；同時，氯化罐下部的封閉空間與C12、HC1氣體及N2輸送管相連通；預熱罐下部的封閉空間與N2輸送管相連通。
[0011]所述氯化罐外還連接有一氣體除塵冷卻器，冷卻器外接真空裝置，氯化過程中生成的氯鹽氣體被真空抽到冷卻器中冷卻成粉狀的鹽類。
[0012]所述的預熱罐、氯化罐、保溫儲罐及所有聯(lián)接管、閥門管件均用高純石英玻璃或鉬金或鉬銠合金材料做內襯。
[0013]所述的加熱電極板材料為石墨、石墨纖維、碳纖維或硅鑰或硅碳或電阻絲；所述的保溫材料內層為石英玻璃纖維、石英陶瓷纖維、陶瓷纖維；外層為耐火材料磚。
[0014]本發(fā)明裝置亦可將石英玻璃連熔爐后續(xù)裝置改為生產石英玻璃棒、石英玻璃管、石英玻璃塊的裝置，用來生產相應產品。
[0015]本發(fā)明裝置中的原料倉、預熱罐、氯化罐、保溫儲罐、石英玻璃連熔爐、剪料裝置、輸送裝置等均可根據實際生產需要，并聯(lián)布置若干臺，以適應大規(guī)模生產時的生產需求。本發(fā)明中所使用的預熱罐、氯化罐、氯化罐外接的真空氣體除塵裝置與中國發(fā)明專利專利號為ZL201110248028.3和ZL201210181396.5中所用裝置結構相同。
[0016]本發(fā)明中所采用的原料為SiO2含量≥99.5%，水分< 0.5%，粒徑為20-200目的火成巖質的石英砂，為市售原料，但是還有更好更節(jié)能的一種方法，即采用SiO2含量≥99.5%的火成巖質脈石英礦石，用中國發(fā)明專利專利號為ZL201110248028.3或ZL201210181396.5中的步驟，先將石英礦石制成SiO2含量≥99.95%的高純石英砂，然后將其高溫氯化后的步驟改為本發(fā)明方法(4)- (7)的步驟，將高溫氯化后的裝置改為本發(fā)明中的后續(xù)裝置，即可得到本發(fā)明方法所生產的熔融石英物料。
[0017]本發(fā)明中所采用的熔制石英砂的裝置為石英玻璃連熔爐，該裝置是用生產石英玻璃管或石英玻璃棒的裝置改裝而成，用該裝置熔制熔融石英不需要用碳棒或石墨棒進行加熱，而是用坩堝外層的發(fā)熱體電極加熱，且爐體內是使用鎢坩堝為容器，因此在熔制過程中不會產生雜質污染。并且本發(fā)明的石英砂在高溫氯化后，一方面除去了金屬和堿金屬雜質，同時也脫除了石英砂顆粒中的部分羥基，有效的提高了石英砂的純度；另一方面，使原來石英砂顆粒表面所吸附空氣得到有效的除去，有效的降低了石英砂在熔制過程中對鎢材質坩堝的氧化程度，延長了鎢材質坩堝的使用壽命。
[0018]本發(fā)明最大的改進在于所采用的原料為SiO2含量> 99.5%，水分< 0.5%，粒徑為20~200目的火成巖質石英砂，但對于所屬領域的技術人員而言，之所以不會想到采用高純石英砂來生產熔融石英，是因為目前熔融石英的市場價格由于受其質量的原因比較低，而高純石英砂價格遠高于高純石英礦石的價格，他們認為采用高純石英砂來生產熔融石英經濟上不劃算；正是因為他們想不到利用高純石英砂來生產熔融石英，也就不會想到利用石英玻璃連熔爐來生產高質量的熔融石英球料。因為石英玻璃連熔爐是用來生產玻璃管或玻璃棒的設備，價格上要高于傳統(tǒng)的電熔石英爐，并且要求原料必須是高純石英砂，在生產過程中還需要事先對高純石英砂進行預熱，這樣的話生產成本會很高，經濟上很不劃算；即使他們能夠想到利用石英玻璃連熔爐來生產高純熔融石英物料，相應純度的熔融石英也需要相應純度的高純石英砂來制備，而熔融石英一級品中SiO2含量不得少于99.96%，就是說他們需要用純度為99.96%以上的高純石英砂來生產高質量的熔融石英，這在經濟上顯然是不劃算的。
[0019]但是他們沒有想到的是，本發(fā)明中采用SiO2含量> 99.5%，水分< 0.5%，粒徑為20~200目的火成巖質石英砂作原料，先經高溫氯化使原料中SiO2含量≥99.95%，由于氯化后的高純石英砂本身已帶有1000-1200°C的溫度，省去利用石英玻璃連熔爐熔制熔融石英的預熱工序，而經石英玻璃連熔爐熔制后的熔融石英在爐底安裝剪料裝置，使熔融石英又免去人工碎料的工序，并且經石英玻璃連熔爐生產的熔融石英球料質量可控，只要氯化工序中生產的高純石英砂純度達到相應要求，生產出的熔融石英球料質量即全部為相應的特一級品或一級品或二級品，一級品率達90%以上，并且本發(fā)明方法可根據客戶需求，生產不同規(guī)格大小的熔融石英球料，這又省去了人工分揀的工序，而由于本發(fā)明生產的熔融石英物料產品級別高，品相好，在價格上又優(yōu)于傳統(tǒng)工藝生產的相同級別的熔融石英物料，這樣，利用本發(fā)明生產熔融石英球料的總體經濟效益就遠遠高于傳統(tǒng)工藝生產熔融石英物料。
[0020]本發(fā)明相比較傳統(tǒng)生產熔融石英的優(yōu)點在于:(O降低生產成本
本發(fā)明從原料入手，設計了原料純化裝置和熔融裝置，并且利用原料純化過程中需要加熱，用原料純化后的余熱作為熔制過程中的預熱過程，將原料純化和熔制過程完美結合，可節(jié)省電費30%以上。
[0021](2)可連續(xù)生產
由于采用了石英玻璃連熔爐，將生產工藝從間歇式生產變?yōu)檫B續(xù)式生產，大大提高了生產效率。
[0022](3)減輕了工人的勞動強度
本發(fā)明設計的裝置及方法自動化程度高，省去了人工加料、人工用小鐵錘敲碎熔融石英、分選分級的過程，從而大大減輕了工人的勞動強度。[0023](4)產品純度高，一級品合格率高
本發(fā)明采用SiO2含量為99.5%以上的石英砂，經高溫氯化除雜后用石英玻璃連熔爐(鎢坩堝爐)熔制熔融石英，避免了熔制過程中發(fā)生的雜質污染，可生產出SiO2含量≥99.95%的熔融石英，其中一級品熔融石英(SiO2含量≥99.96%)占90%以上。
[0024]( 5 )保證了下游制品的質量
由于本發(fā)明生產的熔融石英產品純度高，從根本上保證了下游制品的產品質量。
[0025]本發(fā)明解決了目前我國不能低成本、連續(xù)生產高純熔融石英物料的技術難題，設計出一套科學、合理的熔融石英生產方法及裝置，并使之能大規(guī)?；糜诠I(yè)生產，促進了我國高純熔融石英產業(yè)的發(fā)展，對企業(yè)和國家都具有極大的經濟效益和社會效益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明裝置的示意圖；
圖中:1-原料倉，2-預熱罐，3-氯化罐，4-閘閥，5-出料管，6-保溫儲罐，7-石英玻璃連熔爐，8-爐體，9-坩禍，10-保溫層，11-加熱電極板，12-冷卻水套，13-上蓋，14-加料管，15-出氣口，16-出料口，17-剪料裝置，18-輸送裝置，19-成品料倉，20-鼓風機，21-空氣過濾器，22-熱空氣管道，23-真空管，24-氣體除塵冷卻器，25-微孔板，26-支撐柱，27_C12、HCl氣體及N2輸送管，28-N2輸送管，29-真空裝置，30-冷卻水入口，31-冷卻水出口。
【具體實施方式】
[0027]實施例1
參見圖1，本發(fā)明的一種低成本、連續(xù)生產高純熔融石英物料的方法，包括以下步驟:
(1)將SiO2含量≥99.5%，水分< 0.5%，粒徑為20~200目的火成巖質石英砂加入原料倉I中；
(2)將該石英砂從原料倉I放入預熱罐2中預熱，先用氮氣趕盡罐內的空氣，在微負壓狀態(tài)下，啟動預熱罐外層加熱電極板11進行加熱，使罐內溫度達到600~800°C ；
(3)將預熱罐中預熱好的石英砂放入已用高純氮氣趕盡空氣的氯化罐3中，啟動氯化罐外層加熱電極板11進行加熱，當罐內溫度達到1000°C時，開啟真空冷卻裝置29，并開始通入氯氣:氯化氫=1: I的混合氣體，在1000-1200°C下氯化0.5~2小時，即得到SiO2含量> 99.95%的高純石英砂；氯化過程中生成的氯鹽氣體被真空抽至氣體除塵冷卻器24中；
(4)將高溫氯化后得到的高純石英砂放入保溫儲罐6，使高純石英砂的溫度保持在1000 ~1200。。；
(5)將保溫儲罐6中的高純石英砂加入石英玻璃連熔爐7的坩堝9中熔制熔融石英，首次加料量為坩堝體積的80%，打開爐外層冷卻水套12的冷卻水入口 30開關和冷卻水出口31開關，啟動石英玻璃連熔爐外層加熱電極11進行加熱，當爐內溫度升至1800°C后，高純石英砂開始熔化，當爐內溫度達到2100~2300°C度時，高純石英砂全部熔化為液態(tài)且其中所含的氣、液包裹體和結晶水通過爐口處的出氣孔15排出，熔融石英也慢慢變澄清；
(6)保持石英玻璃連熔爐內溫度為2100~2300°C，打開爐底的出料口16閥門，使液態(tài)石英的出料流速為10_20kg/h，同時打開保溫儲罐與石英玻璃連熔爐之間出料管5的閘閥4，控制石英砂的出料流速為10-20 kg/h，并同時開啟剪料裝置17，控制剪料裝置的剪切頻率60~200次/分鐘，剪切后的熔融石英玻璃球坯落入溜槽，經分球器形成光滑圓整的熔融石英球料；所述石英玻璃連熔爐爐底出料口的口徑可在I~IOcm之間調節(jié)，通過控制石英玻璃連熔爐加熱電極板的加熱溫度在2100~2300°C之間變化，可以調節(jié)液態(tài)熔融石英的黏度，從而達到調節(jié)不同出料口徑時的出料量一定，保證坩堝內體積恒定，同時調節(jié)剪料裝置的剪料頻率，從而保證生產熔融石英球料的過程為連續(xù)生產，提高生產效率，如:出料口口徑為Icm時，調節(jié)加熱溫度，使爐內溫度達到2300°C，剪切頻率為200次/分鐘，此時液態(tài)石英的黏度低，流動性好，生產出的熔融石英玻璃球料粒徑約為Icm ;出料口口徑為IOcm時，調節(jié)加熱溫度，使爐內溫度為2100°C，剪切頻率為60次/分鐘，此時液態(tài)石英的黏度高，流動稍微緩慢，生產出的熔 融石英玻璃球料粒徑約為IOcm ;實際生產時可根據需求調節(jié)參數變化從而得到不同規(guī)格的產品；當然本發(fā)明中石英玻璃連熔爐爐底的出料口口徑不限于1-lOcm，石英砂和熔融石英的出料流速也不限于10-20kg/h，隨著石英玻璃連熔爐的容量大小發(fā)生變化，以上出料流速都可以調整；
(7)熔融石英球料進入成品料倉中，用鼓風機送入經空氣過濾器過濾的新鮮空氣對其流化冷卻，成品料倉排出的熱氣體經熱空氣管道送至預熱罐，預熱石英砂后再排放。
[0028]上述氯化過程中生成的氯鹽氣體被真空抽到氣體除塵冷卻器24中冷卻成粉狀的鹽類；經除塵冷卻除鹽后的氣體回收套用，或用自來水或去離子水或高純水吸收制成鹽酸，將所得的鹽酸用陰陽離子交換樹脂處理或經離子膜純化裝置處理后即可得到含量為30~33%的鹽酸銷售。
[0029]本發(fā)明的一種低成本、連續(xù)生產高純熔融石英物料的方法的裝置，包括原料倉1、預熱罐2、氯化罐3，所述原料倉1、預熱罐2、氯化罐3之間由出料管5自上而下首尾相連，出料管5上裝有閘閥，在氯化罐3下方還自上而下的布置有以下裝置:
與氯化罐3底部通過出料管5相連的保溫儲罐6，用來接收經氯化罐氯化后的石英砂；
與保溫儲罐6底部通過出料管5相連的石英玻璃連熔爐7，用來接收保溫儲罐6中的石英砂并將石英砂熔制成液態(tài)熔融石英；所述石英玻璃連熔爐7包括爐體8和設在爐體內的坩堝9，坩堝與爐體8的爐殼之間裝有保溫層10，坩堝9與保溫層10之間裝有加熱電極板11，保溫層和爐體的爐殼之間設有冷卻水套12，爐體上裝有上蓋13，上蓋上設有加料管14，爐體的爐口處設有氣、液包裹體和結晶水出氣口 15，爐體底部設有出料口 16，出料口處裝有閘閥4，出料口外壁被加熱電極板11包裹；所述坩堝9為鎢材質或鎢合金材質坩堝；所述出料口的口徑為1-1Ocm ；
位于石英玻璃連熔爐7底部出料口 16處的剪料裝置17，用來剪切石英玻璃連熔爐中流出的液態(tài)石英；
位于剪料裝置17和成品料倉19之間的輸送裝置18，用來將剪切好的液態(tài)熔融石英傳送至成品料倉19，并在傳送過程中使液態(tài)熔融石英凝固并形成球料；該輸送裝置包括一個溜槽和與溜槽對接的分球器；由于所述溜槽和分球器均為生產石英玻璃球料的常用設備，因此在圖中沒有畫出詳細示意圖；
位于輸送裝置下方的成品料倉19，用來接收輸送裝置18傳送來的熔融石英球料并存放成品熔融石英球料；
位于成品料倉19 一側的鼓風機20和與鼓風機相連的空氣過濾器21,用來向成品料倉中吹入經空氣過濾器凈化的空氣，冷卻熔融石英物料；及
位于成品料倉19另一側的熱空氣管道22，用來將經成品料倉中換熱后排出的熱空氣輸送至預熱罐2下部的封閉空間與N2輸送管28相連通，對石英砂進行預熱；
所述預熱罐2、氯化罐3、保溫儲罐6上裝有真空管23，并分別與各自的真空系統(tǒng)相連；預熱罐、氯化罐、保溫儲罐外壁均設有保溫層10 ;氯化罐及預熱罐保溫層與罐體內壁之間設置有加熱電極板11 ;所述氯化罐上還連接有氣體除塵裝置24 ;在預熱罐、氯化罐及保溫儲罐內下部均設置有微孔板25，該微孔板與罐底之間形成一封閉空間，空間內設有若干支撐柱26 ;同時，氯化罐下部的封閉空間與Cl2、HCl氣體及N2輸送管27相連通；預熱罐下部的封閉空間與N2輸送管28相連通；
所述氯化罐3外還連接有一氣體除塵冷卻器24，冷卻器外接真空裝置29，氯化過程中生成的氯鹽氣體被真空抽到氣體除塵冷卻器中冷卻成粉狀的鹽類。
[0030]所述的預熱罐、氯化罐、保溫儲罐及所有聯(lián)接管、閥門管件均用高純石英玻璃或鉬金或鉬銠合金材料做內襯。
[0031]所述的加熱電極板材料為石墨、石墨纖維、碳纖維或硅鑰或硅碳或電阻絲；所述的保溫材料內層為石英玻璃纖維、石英陶瓷纖維、陶瓷纖維；外層為耐火材料磚。
[0032]本實施例中僅僅是示意性的介紹了本發(fā)明方法及裝置，本發(fā)明裝置中的原料倉、預熱罐、氯化罐、保溫儲罐、石英玻璃連熔爐、剪料裝置、輸送裝置等均可根據實際生產需要，并聯(lián)布置若干臺，以適應大規(guī)模生產時的生產需求。當然本發(fā)明還可以采用SiO2含量> 99.5%的火成巖質脈石英礦石，用中國發(fā)明專利專利號為ZL201110248028.3或ZL201210181396.5中的步驟，先將石英礦石制成SiO2含量≥99.95%的高純石英砂，然后將其高溫氯化后的步驟改為本發(fā)明方法(4)- (7)的步驟，將高溫氯化后的裝置改為本發(fā)明中的后續(xù)裝置，即可得到本發(fā)明方法所生產的熔融石英物料，用此方法生產更加降低企業(yè)的生產成本，提高企業(yè)的經濟效益。
[0033]本發(fā)明方法及裝置也可用來生產石英玻璃管、石英玻璃棒、石英玻璃塊等產品，只需將熔融后的工藝和裝置改為相應的工藝步驟和裝置即可。
【權利要求】
1.一種低成本、連續(xù)生產高純熔融石英物料的方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將SiO2含量≥99.5%，水分< 0.5%，粒徑為20~200目的石英砂加入原料倉中； (2)將該石英砂從原料倉放入預熱罐中預熱，先用氮氣趕盡罐內的空氣，在微負壓狀態(tài)下，啟動預熱罐外層加熱電極板進行加熱，使罐內溫度達到600~800°C ； (3)將預熱罐中預熱好的石英砂放入已用高純氮氣趕盡空氣的氯化罐中，啟動氯化罐外層加熱電極板進行加熱，當罐內溫度達到1000°C時，開啟真空系統(tǒng)，并開始通入氯氣:氯化氫=1: I的混合氣體，在1000~1200°C下氯化0.5~2小時，即得到SiO2含量≥99.95%的高純石英砂；氯化過程中生成的氯鹽氣體被真空抽至氣體除塵冷卻器中； (4)將高溫氯化后得到的高純石英砂放入保溫儲罐，使高純石英砂的溫度保持在1000 ~1200。。； (5)將保溫儲罐中的高純石英砂加入石英玻璃連熔爐的坩堝中熔制熔融石英，首次加料量為坩堝體積的80%，打開爐外層冷卻水開關，啟動石英玻璃連熔爐外層加熱電極進行加熱，當爐內溫度升至1800°C后，高純石英砂開始熔化，當爐內溫度達到2100~2300°C度時，高純石英砂全部熔化為液態(tài)且其中所含的氣、液包裹體和結晶水通過爐口處的出氣孔排出，熔融石英也慢慢變澄清； (6)保持石英玻璃連熔爐內溫度為2100~2300°C，打開爐底的出料閥門，使液態(tài)石英的出料流速為10-20kg/h，同時打開保溫儲罐與石英玻璃連熔爐之間的閘閥，控制石英砂的出料流速為10-20 kg/h，并同時開啟剪料裝置控制剪料裝置的剪切頻率60~200次/分鐘，剪切后的熔融石英玻璃球坯落入溜槽，經分球器形成光滑圓整的熔融石英球料； (7)熔融石英球料進入成品料倉中，用鼓風機送入經空氣過濾器過濾的新鮮空氣對其流化冷卻，成品料倉排出的熱氣體經熱空氣管道送至預熱罐，預熱石英砂后再排放。
2.根據權利要求1所述的一種低成本、連續(xù)生產高純熔融石英物料的方法，其特征在于:步驟(1)中所述石英砂為火成巖質脈石英礦石制成的。
3.根據權利要求1所述的一種低成本、連續(xù)生產高純熔融石英物料的方法，其特征在于:步驟(3)氯化過程中生成的氯鹽氣體被真空抽到冷卻器中冷卻成粉狀的鹽類，經除塵冷卻除鹽后的氣體回收套用，或用自來水或去離子水或高純水吸收制成鹽酸，將所得的鹽酸用陰陽離子交換樹脂處理或經離子膜純化裝置處理后即可得到含量為30~33%的鹽酸銷售。
4.如權利要求1所述的一種低成本、連續(xù)生產高純熔融石英物料的方法的裝置，包括原料倉、預熱罐、氯化罐，所述原料倉、預熱罐、氯化罐之間由出料管自上而下首尾相連，出料管上裝有閘閥，其特征在于氯化罐下方還自上而下的布置有以下裝置: 與氯化罐底部通過出料管相連的保溫儲罐，用來接收經氯化罐氯化后的石英砂； 與保溫儲罐底部通過出料管相連的石英玻璃連熔爐，用來接收保溫儲罐中的石英砂并將石英砂熔制成液態(tài)熔融石英；所述石英玻璃連熔爐包括爐體和設在爐體內的坩堝，坩堝與爐體的爐殼之間裝有保溫層，坩堝與保溫層之間裝有加熱電極板，保溫層和爐體的爐殼之間設有冷卻水套，爐體上裝有上蓋，上蓋上設有加料管，爐體的爐口處設有氣、液包裹體和結晶水出氣口，爐體底部設有出料口，出料口處裝有閘閥，出料口外壁被加熱電極板包裹；所述坩堝為鎢材質或鎢合金材質坩堝；所述出料口的口徑為I~IOcm ;和位于石英玻璃連熔爐底部出料口處的剪料裝置，用來剪切石英玻璃連熔爐中流出的液態(tài)石英；位于剪料裝置和成品料倉之間的輸送裝置，用來將剪切好的液態(tài)熔融石英傳送至成品料倉，并在傳送過程中使液態(tài)熔融石英凝固并形成球料；該輸送裝置包括一個溜槽和與溜槽對接的分球器； 位于輸送裝置下方的成品料倉，用來接收輸送裝置傳送來的熔融石英球料并存放成品熔融石英球料； 位于成品料倉一側的鼓風機和與鼓風機相連的空氣過濾器，用來向成品料倉中吹入經空氣過濾器凈化的空氣，冷卻熔融石英物料；及位于成品料倉另一側的熱空氣管道，用來將經成品料倉中換熱后排出的熱空氣輸送至預熱罐下部的封閉空間與N2輸送管相連通，對石英砂進行預熱； 所述預熱罐、氯化罐、保溫儲罐上裝有真空管，并分別與各自的真空系統(tǒng)相連；預熱罐、氯化罐、保溫儲罐外壁均設有保溫層；氯化罐及預熱罐保溫層與罐體內壁之間設置有加熱電極板；所述氯化罐上還連接有氣體除塵裝置；在預熱罐、氯化罐及保溫儲罐內下部均設置有微孔板，該微孔板與罐底之間形成一封閉空間，空間內設有若干支撐柱；同時，氯化罐下部的封閉空間與C12、HC1氣體及N2輸送管相連通；預熱罐下部的封閉空間與N2輸送管相連通。
5.根據權利要求4所述的一種低成本、連續(xù)生產高純熔融石英物料的方法的裝置，其特征在于:所述氯化罐外還連接有一氣體除塵冷卻器，氣體除塵冷卻器外接真空裝置，氯化過程中生成的氯鹽氣體被真空抽到冷卻器中冷卻成粉狀的鹽類。
6.根據權利要求4所述的一種低成本、連續(xù)生產高純熔融石英物料的方法的裝置，其特征在于:所述的預熱罐、氯化罐、保溫儲罐及所有聯(lián)接管、閥門管件均用高純石英玻璃或鉬金或鉬銠合金材料做內襯。
7.根據權利要求4所述的一種低成本、連續(xù)生產高純熔融石英物料的方法的裝置，其特征在于:所述的加熱電極板材料為石墨、石墨纖維、碳纖維或硅鑰或硅碳或電阻絲；所述的保溫材料內層為石英玻璃纖維、石英陶瓷纖維、陶瓷纖維；外層為耐火材料磚。
【文檔編號】C01B33/113GK103496705SQ201310440921
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月25日 優(yōu)先權日:2013年9月25日
【發(fā)明者】田輝明 申請人:田輝明