本发明专利技术涉及一种生产高纯石英砂的方法及装置，所述生产高纯石英砂的方法为，石英砂在１０００～１２００℃下与混合气体发生气化反应３０～１２０ｍｉｎ，同时去除石英砂中的流体杂质和元素杂质，所述混合气体由ＨＣｌ与Ｃｌ２气体组成。所述生产高纯石英砂的装置包括立式气化反应釜、加料斗和负压装置，所述立式反应釜上部为反应室，下部为成品室，反应室和成品室之间设有带孔分隔片，反应室上部设有进料口，中部侧壁上安装有反应釜加热器，下部设有进气管，加料斗通过进料口与反应室连接，反应室上部与负压装置连接，成品室设有出料口。所述带孔分隔片优选为球面带孔石英玻璃片。本发明专利技术可以同时去除石英中的元素杂质和流体杂质，提高高纯石英砂的生产速度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种生产高纯石英砂的方法与装置。
技术介绍
高纯石英砂是目前生产高品质石英玻璃的唯一原料，石英玻璃以其独特的高温热 稳定性(如120(TC直接水冷玻璃不爆裂)、优异的光学性能及超强的机械和化学性能，而广 泛应用于电光源、光纤通讯、电子工业、半导体、太阳能、激光及航空航天等高新
随着石英玻璃特别是高科技领域用石英玻璃需求的不断增加，对其原料——石英砂的产量 和品质提出了越来越高的要求。 天然产出的石英矿石，除少量达到水晶级的矿石外，其它石英矿石都含大量杂质， 包括矿物杂质、石英中气液包裹体中流体杂质和晶格元素杂质，矿物杂质经常规的选矿工 艺就能去除，但只去除矿物杂质的产品很少能达到电子工业、半导体和太阳能等高新技术 领域用石英玻璃的原料要求，这些领域要求原料石英砂必须达到高纯品级。石英中包裹 的流体杂质以及晶格中的元素杂质，不但影响石英玻璃的表观特征(可产生大量气泡、气 线)，而且还严重影响石英玻璃的光学性能、机械强度和高温稳定性。石英砂中元素杂质和 流体杂质含量越低，石英砂品质越好。以往的生产工艺流程中较多地考虑了金属元素杂质 (包含矿物杂质和晶格中元素杂质)的去除，而对石英中流体杂质的去除研究不足，目前高 纯石英砂的品级是以美国尤尼明(UNIMIN)公司生产的高纯石英砂为标准，其IOTA-CG等级 为最低端产品，金属元素杂质总量22ppm士 ，但没有石英砂中流体杂质的含量标准。 从理论上分析，去除石英晶体中的气液包裹体甚至晶格中的元素杂质都是可行 的，但在实际生产过程中，碰到的最大问题就是设备问题，要保证石英砂的高纯品级，使用 的所有设备都必须是石英玻璃制品，由于使用的石英玻璃品质、石英玻璃加工技术以及石 英玻璃设备的设计和高纯石英砂生产方法上的影响，导致很多能生产高纯石英砂的石英矿 石在实际生产时生产不出高纯品级产品。用于去除石英中气液包裹体的方法一般为高温 爆裂法，加热温度和时间直接影响流体杂质的去除程度；用于去除石英中元素杂质的方法 一般为高温下使石英与高活性气体发生气化反应，加热温度、活性气体的种类和配比、气流 量、反应时间等因素都影响元素杂质的去除程度。另外，在设计高纯石英砂的生产设备和生 产工艺时，必须考虑石英矿物的物理性能。 目前用于去除石英砂中流体杂质和晶格元素杂质的设备和方法不但产量小，而且 这2类杂质是分开考虑、去除的，既费时又浪费能源。赫罗伊斯石英玻璃有限公司(德国， 共同申请人信越石英株式会社)申请的CN1146429A连续精制石英粉的方法，是在高温条件 下，使石英粉在卧式转筒石英玻璃管的反应腔中与含氯气体接触而精制，该方法最大进行 速度为20kg/h，建议速度为10kg/h。
技术实现思路
本专利技术提供一种生产高纯石英砂的方法，可以同时去除石英中的元素杂质和流体杂质，提高高纯石英砂的生产速度。 本专利技术还提供生产高纯石英砂的装置，可用于上述生产方法。 所述生产高纯石英砂的方法为，石英砂在1000 120(TC下与混合气体发生气化 反应30 120min，同时去除石英砂中的流体杂质和元素杂质，所述混合气体由HC1与Cl2 气体组成。 所述混合气体为100 3000ml/min流量、压力为0. 05 0. 5MPa的混合气体流， HC1与Cl2的混合体积比为19 : 1 3 : 2。 作为优选方案，气化反应之前，石英砂先被预热至900 95(TC，预热时间30 60min。 作为另一种优选方案，所述气化反应为连续反应，石英砂的输送方向与混合气体 流的流向相反。更优选的方案是，所述气化反应在立式气化反应釜中进行，所述立式反应釜 上部为反应室，下部为成品室，反应室和成品室之间设有带孔分隔片，反应室上部与负压装 置连接，使反应室处于负压，石英砂从立式反应室的上部进入后落下，混合气体流从反应室 的下部进入，在负压作用下向上流动并被负压装置抽走，石英砂在反应室中与混合气体进 行气化反应后经带孔分隔片进入成品室，出料。所述带孔分隔片优选为球面带孔石英玻璃 片。 所述生产高纯石英砂的装置包括立式气化反应釜、加料斗和负压装置，所述立式 反应釜上部为反应室，下部为成品室，反应室和成品室之间设有带孔分隔片，反应室上部设 有进料口 ，中部侧壁上安装有反应釜加热器，下部设有进气管，加料斗通过进料口与反应室 连接，反应室上部与负压装置连接，成品室设有出料口 。所述带孔分隔片优选为球面带孔石 英玻璃片。 作为优选方案，负压装置包括互相连接的石英玻璃引风罩和风机，石英玻璃引风 罩与反应室上部连接，通过以下两种方式中的一种与反应室连通a通过加料斗与进料口 之间的缝隙与反应室连通；b进料口的下部伸入反应室上部，进料口的下部侧壁设有排气 孔，通过加料斗与进料口之间的缝隙及进料口侧壁上设置的排气孔与反应室连通。 作为优选方案，所述生产高纯石英砂的装置还包括带加热器的预热设备，所述预 热设备的出口与加料斗的入口位置对应。所述预热设备为旋转石英玻璃管，相对于水平面 倾斜10 2(T ，旋转速度10 60r/min，所述加热器位于旋转石英玻璃管的侧壁。可根据 生产产率调节石英玻璃管的旋转速度和倾斜角度。 作为优选方案，所述进气管沿着立式反应釜的侧壁从下向上穿过带孔分隔片进入 反应室后，弯折为圆形出气部分，置于带孔分隔片上，所述圆形出气部分的底部设有3 5 排出气孔。 申请人:利用高温热台对包裹体的研究表明，石英中细小的气液包裹体最佳爆裂温 度在1000 120(TC，经30min大约95 %的气液包裹体发生爆裂；而石英的高温气化反应 实验研究表明，石英在1000 1200°C，与混合气体(Cl2和HC1的混合气体)反应30 120min，碱金属元素的去除效果能达到60% 80% ;因此，选择石英砂在1000 120(TC与 Cl2和HC1的混合气体反应30 120min，就可达到同时去除流体杂质和元素杂质这2类杂 质的目的。 石英矿物在从室温加热到气化反应温度过程中，会发生二次晶型变化，第一次发4生在573t:，从低温的a-石英转变为高温的P-石英；第二次发生在87(TC，从P _石英转变为鳞石英；经过二次晶型转变的石英，比重从2. 65g/cm3降低到2. 22g/cm3，比重的降低是由于体积膨胀引起的。在反应釜中，堆积的石英砂在从低温加热到高温过程中会产生较大的体积膨胀，如果不处理，将导致反应釜爆裂，本专利技术利用预热设备解决了反应釜中堆积石英砂高温膨胀问题，即先将石英砂在卧式预热设备中加热到900 95(TC，加热30 120min，在此过程中石英砂会发生较大的体积膨胀，由于旋转的卧式石英玻璃管内石英颗粒间有充足的空隙，石英砂体积膨胀所产生的压力对预热设备不构成破坏作用，预热后的石英砂直接进入反应釜，继续升温就不会再发生体积膨胀，确保反应釜安全生产。 经预热后的石英砂直接进入反应釜，在反应釜加热器作用下，迅速达到最佳气化反应温度和气液包裹体爆裂温度，石英砂在与混合气体发生气化反应的同时，包裹体也发生了爆裂；混合气体采用气体流的方式源源不断地与石英砂反应，可以将反应釜内因包裹体爆裂产生的流体杂质排出的同时，也使石英砂周围反应过的混合气体被抽走、被更新鲜的混合气体所取代，这样的过程在石本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种生产高纯石英砂的方法，其特征在于，石英砂在１０００～１２００℃下与混合气体发生气化反应３０～１２０ｍｉｎ，同时去除石英砂中的流体杂质和元素杂质，所述混合气体由ＨＣｌ与Ｃｌ↓［２］气体组成。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈小明，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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