[发明专利]管外法沉积工艺中固废石英粉末的回收及再利用方法

说明书

本申请涉及一种管外法沉积工艺中固废石英粉末的回收及再利用方法，该方法所回收的石英粉末能够满足用于制备含功能性包层光纤预制棒对光学性能的要求，降低生产成本，同时还解决了环境污染问题，此外，本发明还提供了将回收的石英粉末用于制备光纤预制棒的方法，所述方法能够降低简化预制棒芯棒的制造难度，简化了部分特殊结构预制棒的制造难度。

技术领域

本发明属于光纤技术领域，具体涉及一种管外法沉积工艺中固废石英粉末的回收及再利用方法。

背景技术

制造光纤时，必须先将经过提纯的原料制成一根满足一定要求的玻璃棒，称之为“光纤预制棒”，光纤预制棒是拉制光纤的原始棒体材料，其内层为高折射率(n1)的芯层，外层为低折射率(n2)的包层，应具有符合要求的折射率分布与几何尺寸。典型的光纤预制棒直径约为10～25nm，长度约为60～120nm。

在通信光纤制备过程中，重要内容之一是光纤预制棒的制备，光纤预制棒的制造分为芯棒制造与外包层制造，即先制造芯棒(包括芯层和光学包层)，再在芯棒外面沉积包层而制得光纤预制棒。目前，用于制备光纤预制棒的技术主要有以等离子体化学气相沉积法(PCVD)和改进的化学气相沉积法(MCVD)为代表的管内法和以轴向气相沉积法(VAD)和外气相沉积法((OVD)为代表的管外法。外包层制造以直接OVD合成和石英套管组装为主。

在利用管外法沉积制备光纤预制棒时，由于需要抽取沉积腔中的反应废气，需要利用尾气处理设备向沉积腔体提供一定负压。在该抽取过程中，尾气处理设备不但会抽走反应废气，同时也会抽取出一定的反应生成物，即纳米二氧化硅粉末。在使用布袋除尘型的干式尾气处理设备时，能够得到相对含水量、含盐量都较低的纳米二氧化硅粉饼，这些颗粒直接排放到空气中会造成粉尘污染。目前废料主要处理方式是填埋，但填埋方式，仍然会对环境特别是土壤造成一定的危害，且浪费资源。

目前光纤预制棒沉积过程中尾气的处理主要分为湿式和干式两种。收集的沉积尾气目前通常用于制备白炭黑。

使用套管法制备光纤预制棒，可以使光纤预制棒的制造工艺实现从一步法到二步法的转变，以提高生产效率。套管预制棒由预先制备好的芯棒和套管组成，通过从套管尾柄末端进行真空抽取，并于拉丝炉或延伸炉中进行融缩操作，最终成为光纤或光纤预制棒。套管预制棒的结构示意图如图1所示。

套管预制棒的芯棒包含芯层和内包层，其中内包层为进行一定掺杂调整折射率后的石英玻璃，而套管则作为光纤预制棒的外包层，该外包层一般为纯石英玻璃。整根光纤预制棒的导光结构主要依靠芯棒的设计来实现，所以对于芯棒的制备要求很高。但是，对于一些沉积工艺来说，制备低衰减、超强抗弯曲的芯棒是存在困难的，很难直接通过套管棒工艺实现。

收集管外法沉积制备光纤预制棒尾气中的SiO₂，将其作为原料制备光纤预制棒，变废为宝，既能降低成本，又能解决环境污染问题。但是由于管外法沉积制备光纤预制棒工艺尾气中SiO₂纯度低，不适合直接作为原料制备光纤预制棒，因此如何回收这些SiO₂使其能够满足再利用的要求，是本领域急需要解决的问题。

中国专利CN109553294A提供了一种基于VAD或OVD工艺固废为原料的光纤预制棒的制造方法，具体包括从上至下同轴设置靶棒、芯棒和石英板且固定连接，并放入石英管中；将VAD或OVD工艺尾气中收集的SiO₂颗导入1PVA溶液中搅拌均匀，通过烘干放入石英坩埚中研磨成粉，将上述颗粒倒入石英管中，盖上石英压板，并施加压力，干压成型制得胚体，将胚体放入设置在烧结炉中的石英反应管内，通过氧化、脱水和烧结的工艺制成满足光纤预制棒标准要求。但是该专利所述的方法无法对制备的石英制品进行掺杂，以形成有一定光学功能的区域，并且由于使用PVA，可能会存在一定量碳残留，影响预制棒制作成光纤后的拉伸强度。

目前尚未有文献报道如何将沉积尾气搜集到的石英粉末用于制备光纤预制棒的功能性包层。

发明内容