[发明专利]一种调控高纯石英砂原料晶型的工艺及设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种调控石英晶型的生产工艺，特别涉及一种调控高纯石英砂原料晶型的工艺及设备。

背景技术

高纯石英砂主要应用在高新技术产业如航空航天、生物工程、电子封装、光纤通信和军工等领域。自然界中只有优质水晶可以满足高纯石英砂的制备。然而水晶储量有限，为此世界各国在用石英矿提纯制备高纯石英砂替代水晶方面做了大量工作。

高纯石英砂制备的一个重要的工艺是煅烧。煅烧的目的是转变石英的晶型，石英因晶型的转变发生较大的体积膨胀，由于杂质和石英膨胀系数不同就会产生大裂纹，从而可以除去石英原料中的固体杂质和气液包裹体，改变石英的加工性能等。目前国内生产厂家大多使用的煅烧炉为箱式电阻炉、隧道窑炉等。这些煅烧炉为卧式结构，加热元件位于炉膛两边，其加热区间温度梯度较大，导致石英原料的煅烧不均匀，杂质成分去除不完全，并且箱式炉的炉膛材料为氧化铝质耐火材料，大部分石英原料是盛放在金属容器中，高温下会引入金属杂质。还有此煅烧工艺中的取料步骤多为人工在高温下作业，增加了危险性。

目前国内生产厂家采用的煅烧工艺大多是直接将炉内温度升高到900℃左右，然后保温数小时。这种工艺没有考虑石英晶型的转化，杂质和气液包裹体不能完全暴露，导致石英除杂不充分，给后续除杂工艺增加难度。间断加料不仅增加了能源消耗，而且降低了生产效率。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种设计合理、节约能源、提高生产效率的调控高纯石英砂原料晶型的工艺及设备。

本发明采取的技术方案为。

一种调控高纯石英砂原料晶型的工艺，其特点是高纯石英砂原料从煅烧炉顶部沿炉膛内衬斜面加入，加入时炉内温度控制在600℃-800℃，加热到900℃，升温速率为4-6℃/分，保温1-2小时，保温结束后继续加热到1200℃-1300℃，升温速率8-10℃/分，保温2-4小时，保温结束后气缸控制单元自动将出料口炉门打开，煅烧好的高纯石英砂原料从出料口快速落下，进入下一个工艺。

一种调控高纯石英砂原料晶型的设备，包括炉体、保温层、耐火层、硅钼棒加热体、炉膛内衬、控制面板、出料口炉门、出料口、气缸导杆、气缸。炉膛内衬四个面均为斜面且与垂直平面的夹角相同，斜面与垂直平面的夹角为10°-40°，内衬采用碳化硅浇筑材料，硅钼棒加热体在炉膛内衬外部四周均匀分布，纵向排列。在出料口安装炉门，炉门上安装气缸导杆和气缸，实现炉门开与闭。炉门由两个完全相同形状和相同材质的结构组成，形状为带有斜面的块体，材质为硅质材料。炉门的斜面与水平面夹角范围为20°-60°。控制面板包括电源控制、温度控制和气缸控制。

本发明的工艺原理。

石英在高温下会产生晶型的变化。当温度升高到570℃、870℃时，石英晶型发生变化，产生较大的体积膨胀，由于杂质和石英的膨胀系数不同就会产生裂纹，从而使杂质和包裹体能够充分暴露，使得石英颗粒变得松散，有利于杂质的去除和破碎。尤其在870℃时石英会转变成α-鳞石英，产生的体积变化最大，达到16%，然而在1100℃以上，石英转变成α-鳞石英才能完全，产生更多的裂纹，更有利于杂质的暴露和破碎，而且石英转变成高温相，在使用过程中可以直接转变成熔融相。本发明调控高纯石英砂原料晶型的工艺首先加热到高于石英晶型转化温度的900℃保温一段时间，有利于石英原料的受热均匀。由于在此温度下石英晶型转化速率较慢，转化不完全。所以需要继续升高温度保温足够时间，保证石英晶型转化完全，使得石英原料中的杂质能够充分暴露出来。在600℃-800℃加料，减少了能量的散失，保证了石英原料短时间内能进入转化温度，减少了煅烧时间，提高了生产效率。

本发明具有以下优点。

（1）采用两段加温和保温的方式煅烧高纯石英砂原料，保证石英晶型转化完全，使得石英原料中的杂质能够充分暴露出来，减少了能量的散失，保证了石英原料短时间内能进入转化温度，减少了煅烧时间，提高了生产效率。

（2）炉膛内衬采用碳化硅浇筑材料，高温下，碳化硅炉膛表面氧化会形成一层致密的氧化硅薄膜，减少了石英原料在煅烧过程中的再次污染。

（3）将加热体安装在内衬外围，一方面加料时块状石英原料不会损坏加热体；另一方面碳化硅的导热系数很高，石英原料煅烧加热到一定温度的时间短，节约能源，提高了煅烧效率。