一种剔除高纯石英砂中气液包裹体的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及高纯石英砂的提纯技术领域，更具体地，涉及一种剔除高纯石英砂中气液包裹体的装置。
【背景技术】
[0002]石英玻璃是单一组分S12的特种高档玻璃，具有极好的化学稳定性、红外光谱透过率高、抗冲击性强、耐高温(摄氏1800度以上)不变形、耐X—射线辐射、电绝缘特优等物理、化学性能。广泛为多晶硅生产、光电源、电子工业、光通讯、医学仪器、3102薄膜材料、大规模集成电路、激光、航空航天、军事行业等提供尖端材料，是高科技中不可或缺的。
[0003]上世纪中期，人们用天然水晶为原料生产石英玻璃，可随着其大量应用，水晶矿已接近枯竭，早已满足不了现代高科技工业的迅猛发展。几十年来，人们不得不探索替代水晶的石英玻璃生产新配料。
[0004]相对于水晶，石英矿石含有更多的杂质。其杂质可分为结构组成性杂质和非结构性杂质。非结构性杂质是石英矿晶体之外的杂质，如表面粘附物、伴生矿物。目前杂质清除技术，如:水淬、浮选、酸洗、磁选、高温真空处理、氯化、超导选、电选、超声波处理、掺杂提纯等系列手段基本能满足石英玻璃要求。结构性杂质是指在石英矿晶体生长时形成的杂质，也称为微观缺陷，如气液包裹体，气液包裹体在室温下主要由液相和一个小气泡组成的二相包裹体，这是伴随着矿物生长时将H2、02、N2, CO、CH4, CO2、H2O等包裹在石英晶体中形成的结构性杂质，现有工艺技术难以根本消除此类缺陷，其也是影响石英玻璃纯度和性能的重要因素。
[0005]石英矿中普遍含有流体包裹体，目前现有的工艺难以去除。
[0006]世界各国在20世纪80年代，中国、美国、日本、俄罗斯、法国、德国等都实现了用普通石英硅矿通过用氢氟酸浸泡后清选、高温煅烧、水淬、电选、浮选、磁选、“王水”长时间浸泡甚至高温浮煮、高温真空处理、氯化、超导选、超声波、掺杂提纯等手段精选加工提纯，使其除气液包裹体外的杂技已剔除可完全代替水晶。但是针对高纯石英砂中的微小晶体内的气液包裹体的最大限度的剔除仍无能为力。即使当前以“世界标准纯度”自称的美国尤尼明(Unimin)公司的产品，也还有微量50PPM左右存在。据侯清麟等研究，我国用进口安哥拉、马达加斯加等地的石英矿自提纯的所谓高纯石英砂中的气液包裹体仍在120PPM以上。尽管通过打坨还可去除大部分气液包裹体，但仍有结构性的气液包裹体散落于石英玻璃坨中，使得用石英砂生产石英玻璃的用途受到极大局限。
[0007]现有的石英砂中气液包裹体的去除方法主要有:酸碱差异腐蚀法、冷/热爆裂法、氯化脱气法、微波辐射-酸浸法等等，其去除气液包裹体的效果或不甚理想，或过于复杂，操作过成存在安全隐患，生产工艺不环保。
【实用新型内容】
[0008]本实用新型要解决的技术问题是克服现有高纯石英砂中气液包裹体的去除技术的不足，提供一种剔除高纯石英砂中气液包裹体的装置。
[0009]本实用新型目的通过以下技术方案予以实现的:
[0010]提供一种剔除高纯石英砂中气液包裹体的装置，所述装置包括机架、滚筒、微波辐射装置、输送管道和储存装置；所述滚筒架设于机架上；将所述高纯石英砂加入滚筒中，微波辐射装置对滚筒中的高纯石英砂进行微波辐射，所述输送管道连接滚筒和储存装置，将经过微波辐射处理的高纯石英砂输送至储存装置。
[0011]将高纯石英砂放入滚筒中，微波辐射装置对滚筒中的高纯石英砂进行微波辐射，通过控制系统调节微波的功率为1000?4000w，辐射处理时间为I?10h，高纯石英砂一次处理量为100?600g。对于一些气液包裹体，达到均一温度前就可爆裂，石英中5?10微米大小的包裹体在(0.1?300)Mpa范围内发生爆裂，而对于更小的气液包裹体所需要的爆裂应力可达500 Mpa0经科学研究结合长期大量实验总结得到，利用石英矿中S12分子的介电常数为了 3?5，而气液包裹体中的主要成分H2O的介电常数最高可达88，这样当适宜功率的微波的合理处理可使水分子吸收产生振动，分子之间自相摩擦温度持续骤升，由于其“运动空间”受到限制，则导致“内部”压力增加，当达到一定“极限”则冲裂晶体“喷薄”而出，从而实现剔除石英砂中的微量气液包裹体。经过微波辐射处理的高纯石英砂通过输送管道流入储存装置。
[0012]进一步地，还包括料斗，料斗与所述滚筒相通。
[0013]进一步地，所述滚筒下设置有旋转装置带动滚筒旋转。滚筒选择可使滚筒内的高纯石英砂混合均匀，便于微波辐射均匀。
[0014]进一步地，还包括冷却装置，冷却装置设置于所述输送管道外侧。经过微波辐射的高纯石英砂温度升高，高温高纯石英砂经过输送管道通过热传递将热量传递给输送管道，使输送管道的温度升高，影响输送管道的使用寿命，因此设置冷却装置，对输送管道进行冷却处理。
[0015]更进一步地，所述微波辐射装置包括控制系统。控制系统自动控制微博辐射时间、功率等工艺条件。
[0016]更进一步地，所述控制系统为可编程逻辑控制器。
[0017]本实用新型具有以下有益效果:
[0018]现有技术是将高纯石英砂先通过微波处理产生微裂纹，然后再通过酸蚀处理使得产生微裂纹的包裹体中杂质释放。而利用本实用新型装置，通过调节微波处理的精确的工艺条件得到的高纯石英砂，其气液包裹体含量已非常低，量也很少，成功摈弃酸蚀处理步骤，避免环境污染和操作条件的恶劣。
[0019]本实用新型装置结构简单、使用方便，环保安全，剔除效果好，不仅使普通石英矿代替已经资源枯竭的天然水晶成为可能，而且还能生产比天然水晶中气液包裹体含量降低一个数量级以上的高纯石英砂，为石英玻璃的原料换代升级做出重大贡献。
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型实施例1所述剔除高纯石英砂中气液包裹体的装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。本实用新型实施例附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0022]实施例1
[0023]本实施例提供了一种剔除高纯石英砂中气液包裹体的装置，所述装置包括机架1、料斗2、滚筒3、微波辐射装置(图中未标出)、输送管道4、冷却装置5和储存装置6 ;所述滚筒3架设于机架I上；将所述高纯石英砂加入滚筒3中，微波辐射装置对滚筒3中的高纯石英砂进行微波辐射，经过微波辐射处理的高纯石英砂进入输送管道4，流入储存装置6。
[0024]料斗2与所述滚筒3相通。
[0025]所述滚筒3下设置有旋转装置7带动滚筒3旋转。
[0026]所述微波辐射装置包括控制系统，所述控制系统为可编程逻辑控制器8。
[0027]通过料斗2将高纯石英砂放入滚筒3中，旋转装置7带动滚筒3转动，使滚筒3内的高纯石英砂混合均匀，微波辐射装置对滚筒3中的高纯石英砂进行微波辐射，调节微波的功率为1000?4000w，调节辐射处理时间为I?10h，高纯石英砂一次处理量为100?600go对于一些气液包裹体，达到均一温度前就可爆裂，石英中5?10微米大小的包裹体在(0.1?300)Mpa范围内发生爆裂，而对于更小的气液包裹体所需要的爆裂应力可达500Mpa0经科学研究结合长期大量实验总结得到，利用石英矿中S12分子的介电常数为了 3?5，而气液包裹体中的主要成分H2O的介电常数最高可达88，这样当适宜功率的微波的合理处理可使水分子吸收产生振动，分子之间自相摩擦温度持续骤升，由于其“运动空间”受到限制，则导致“内部”压力增加，当达到一定“极限”则冲裂晶体“喷薄”而出，从而实现剔除石英砂中的微量气液包裹体。经过微波辐射处理的高纯石英砂通过输送管道4流入储存装置6，经过微波辐射的高纯石英砂温度升高，高温高纯石英砂经过输送管道4通过热传递将热量传递给输送管道4，使输送管道4的温度升高，影响输送管道的使用寿命，因此设置冷却装置5，对输送管道4进行冷却处理。
[0028]以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的包含范围之内。
【主权项】
1.一种剔除高纯石英砂中气液包裹体的装置，其特征在于，所述装置包括机架、滚筒、微波辐射装置、输送管道和储存装置；所述滚筒架设于机架上；将所述高纯石英砂加入滚筒中，微波辐射装置对滚筒中的高纯石英砂进行微波辐射；所述输送管道连接滚筒和储存装置，将经过微波辐射处理的高纯石英砂输送至储存装置。2.根据权利要求1所述剔除高纯石英砂中气液包裹体的装置，其特征在于，还包括料斗，料斗与所述滚筒相通。3.根据权利要求1所述剔除高纯石英砂中气液包裹体的装置，其特征在于，所述滚筒下设置有旋转装置带动滚筒旋转。4.根据权利要求1所述剔除高纯石英砂中气液包裹体的装置，其特征在于，还包括冷却装置，冷却装置设置于所述输送管道外侧。5.根据权利要求1所述剔除高纯石英砂中气液包裹体的装置，其特征在于，所述微波辐射装置包括控制系统。6.根据权利要求5所述剔除高纯石英砂中气液包裹体的装置，其特征在于，所述控制系统为可编程逻辑控制器。
【专利摘要】本实用新型提供了一种剔除高纯石英砂中气液包裹体的装置，所述装置包括机架、滚筒、微波辐射装置、输送管道和储存装置；所述滚筒架设于机架上；将所述高纯石英砂加入滚筒中，微波辐射装置对滚筒中的高纯石英砂进行微波辐射，经过微波辐射处理的高纯石英砂进入输送管道，流入储存装置。现有技术是将高纯石英砂先通过微波处理产生微裂纹，然后再通过酸蚀处理使得产生微裂纹的包裹体中杂质释放。而利用本实用新型装置，通过调节微波处理的精确的工艺条件得到的高纯石英砂，其气液包裹体含量已非常低，量也很少，成功摈弃酸蚀处理步骤，避免环境污染和操作条件的恶劣。
【IPC分类】C01B33/12
【公开号】CN204917995
【申请号】CN201520647957
【发明人】侯清麟, 侯熠徽
【申请人】湖南工业大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年8月26日