一种去除石英砂粉中羟基的方法技术

本发明专利技术涉及一种去除石英砂粉中羟基的方法，先将高纯石英物料送入高温真空炉中，升温至1000～1050℃，通入H

A method of removing hydroxyl in quartz sand powder

【技术实现步骤摘要】
一种去除石英砂粉中羟基的方法
本专利技术涉及一种去除石英砂粉中羟基的方法，属于非金属矿深加工行业。
技术介绍
透明石英玻璃及其制品是以高纯石英砂粉为原料，在高温电熔炉中以氢气或惰性气体或氢气+氮气或氢气+氮气+惰性气体为保护性气体进行熔制成玻璃液，因为氢气渗透力强，可把大量的硅蒸汽带走，对清除石英玻璃着色、提高保护效果、提高产品质量都起到良好作用，熔制的玻璃液再机械成型、切割、经冷却、清洗、干燥、脱羟得到透明石英玻璃制品。《半导体用透明石英玻璃管》JC/T597-2011规定：羟基含量应小于等于220×10-6；《半导体用透明石英玻璃棒》JC/T2064-2011中规定：羟基含量应小于等于220×10-6；《电光源用透明石英玻璃管》JC/T598-2007规定：a)高压汞灯管：羟基含量小于等于10×10-6；b)金属卤化灯管羟基含量小于等于3×10-6；c)卤钨灯管、其他灯用石英玻璃管：由供需双方商定。石英玻璃制品的羟基来源主要包括两个部分：一个是石英砂本身含有的羟基，还有一部分是在高温熔制过程中保护气体H2与石英玻璃SiO2发生化学反应而产生的羟基，以前者占比更高。石英砂自身的羟基主要来自石英晶体结构中的结构水，是以(OH)-、H+、(H3O)+离子形式存在于石英晶体晶格的“水”，以(OH)-形式最为常见，由于在晶体中与其他质点有较强的键力联系，其去除相当困难。在熔制石英玻璃过程中原料石英砂粉中残存的气、液包裹体和结构水、羟基在高温玻璃液中慢慢形成微小的气泡并逐渐增大，最后从玻璃液中逸出。由于熔制过程中伴随SiO2的挥发，故熔制时间和熔制温度需要控制在一定程度以减少原料损失。此外，在高温下玻璃液仍具有一定的粘度，一些细微的单个气泡难以克服玻璃液的粘度阻力变成大气泡逸出，它会在均化后期残留或溶解在透明的玻璃液中，最后以微气泡或羟基的形式存在于石英玻璃制品中。这些羟基通常采用高温高真空的办法脱除，但高温真空处理的脱羟效果有限，这严重地限制了高品质石英玻璃及制品的质量。为了解决石英玻璃原料石英砂的羟基问题，提高石英玻璃及其制品的合格率，我们应从控制石英玻璃原料砂中的羟基入手，在保证原料纯度的同时，把原料砂中的羟基尽最大限度的去除。为此，我们研发出一种除去石英砂粉中羟基的方法，该方法制备出的石英砂粉中羟基含量为1-3ppm。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种去除石英玻璃原料石英砂中羟基的方法，使去除羟基后的石英砂作为石英玻璃的优质原料。本专利技术解决上述技术问题所采用的方案是：一种去除石英砂粉中羟基的方法，包括如下步骤：(1)将高纯石英物料送入高温真空炉中，升温至1000～1050℃，通入H2或H2与氮气、氦气中的一种或两种的混合气体作为还原气体，进行高温还原处理，高温还原处理时间不少于2小时；(2)开启真空系统，将温度升至1470～1500℃，真空度6.0×10-6～7.0×10-6pa，进行真空脱气处理，时间3～4小时，即得高纯度低羟基石英砂粉物料。优选地，步骤(2)所得高纯度低羟基石英砂粉物料中羟基含量为不超过3ppm。优选地，步骤(1)所述高纯石英物料以火成岩的脉石英制备得到，制备过程包括：选取SiO2％(m/m)≧99.90％火成岩脉石英，经选矿→破碎→酸洗→煅烧→水淬→制砂→-磁选→分级→浮选→酸洗→纯水洗涤→干燥得到高纯石英砂；再把所得高纯石英砂在1000-1100℃进行高温氯化1～1.5h得到所述高纯石英砂。优选地，步骤(1)所述高纯石英物料中的金属和非金属杂质≦20ppm。优选地，步骤(1)还原气体在微负压的条件下通入，所述微负压环境为真空度0.001～0.01Mpa。本专利技术的另一目的是提供一种熔制低羟基石英玻璃器件的方法，首先采用上述方法制得高纯度低羟基石英砂粉物料，然后以氮气为保护气体在1800-2100℃熔制出所需石英玻璃器件。α-石英(低温石英)在573℃时转变成β-石英(高温石英)，常压下β-石英在573-870℃稳定。β-石英在温度高于870℃转变成鳞石英，鳞石英是SiO2在870-1470℃的稳定相；鳞石英在1470℃时转变成高温方石英，高温方石英是常压下1470-1728℃稳定的等轴晶系变体。β-石英转变成鳞石英是重建相变，石英物料在高温重建相变时：Si-O键先断裂再重建---石英晶体Si-O键断裂则晶体的晶格被打开，这就使原来晶格中的羟基能够充分显露出来，在重建Si-O键前晶体中的Si-O键处于一种重建前的过渡状态。通过选择合适的温度范围进行氢气还原，可以使氢气渗透入石英物料内部还原晶格显露出来的OH-，并生成水蒸气挥发掉，从而达到去除羟基的目的。对于未除尽的羟基和残存的还原氢，可在1470-1500℃高真空的环境下脱除。最后得到的是低羟基或无羟基的石英物料。具体实施方式为更好的理解本专利技术，下面的实施例是对本专利技术的进一步说明，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。本专利技术中羟基含量均采用GB/T12442-2019中的方法进行检验；SiO2纯度按GB/T3284-2015方法进行检验；杂质元素按GB/T32650-2016方法进行检验。实施例1以河南信阳某地的SiO2纯度为99.98％的脉石英为原料，经选矿→破碎→酸洗→煅烧→水淬→制砂→-磁选→分级→浮选→酸洗→纯水洗涤→干燥得到高纯石英砂；再把所得高纯石英砂在1000℃进行高温氯化1h，得到70-120目初始原料高纯石英砂粉。测得所述初始原料中羟基含量400ppm，SiO2纯度99.98％。按照下述步骤对上述初始原料进行处理：1、将上述高温氯化后初始原料放入温度为1050℃立式的金属钨材质高温真空炉中，在微负压(真空表显示为0.001Mpa)环境下煅烧2小时，然后在此温度下从炉子底部通入5％H2+95％He的混合气体(V/V)进行高温还原处理时间2小时，停止通气，做好真空脱气准备；2、开启真空系统，升温到1470℃，真空度6.0-7.0×10-6pa的条件下脱除混合气体，时间4小时，接着把所得物料送入熔制石英连熔炉的储料仓中备用；3，把步骤2所得的石英玻璃原料砂粉送入连续石英拉管炉中在1800-2000℃进行熔制石英玻璃液，用4N或以上高纯氮气为保护气体，按照常规工艺方法进行拉制电光源用透明石英玻璃管。拉出的透明石英玻璃管成品的羟基含量1ppm、SiO2纯度99.999％。实施例2以湖北黄冈某地SiO2纯度为99.96％的脉石英为原料，经选矿→破碎→酸洗→煅烧→水淬→制砂→-磁选→分级→浮选→酸洗→纯水洗涤→干燥得到高纯石英砂；再把所得高纯石英砂在1050℃进行高温氯化1.5h，得到40-70目初始原料高纯石英砂粉。测得所述初始原料中羟基含量600ppm，SiO2纯度99.96％。按照下述步骤对上述初始原料进行处理：1、上述高温氯化后的初始原料放入在1050℃立式的金属钨材质高温真空炉中，在微负压条(真空表显示为0.003Mpa本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种去除石英砂粉中羟基的方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)将高纯石英物料送入高温真空炉中，升温至1000～1050℃，通入H

【技术特征摘要】
1.一种去除石英砂粉中羟基的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将高纯石英物料送入高温真空炉中，升温至1000～1050℃，通入H2或H2与氮气和/或氦气的混合气体作为还原气体，进行高温还原处理，时间不少于2小时；
(2)开启真空系统，将温度升至1470～1500℃，真空度6.0×10-6～7.0×10-6pa，进行真空脱气处理，时间3～4小时，即得高纯度低羟基石英砂粉物料。


2.根据权利要求1所述的去除石英砂粉中羟基的方法，其特征在于，步骤(2)所得高纯度低羟基石英砂粉物料中羟基含量为不超过3ppm。


3.根据权利要求1所述的去除石英砂粉中羟基的方法，其特征在于，步骤(1)所述高纯石英物料以火成岩的脉石英制备得到，制备过程包括：选取SiO2％(m/m)≧99...

【专利技术属性】
技术研发人员：田辉明，田正芳，黄林勇，江军民，雷绍民，
申请(专利权)人：黄冈师范学院，田辉明，
类型：发明
国别省市：湖北;42