CN117446808A - 一种反复相变结构裂断羟基原理对石英砂脱羟基的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于非金属矿深加工技术领域，更具体地，涉及一种反复相变结构裂断羟基原理对石英砂脱羟基的方法。采用高纯石英砂熔制石英玻璃或回收的石英玻璃制品为初始原料，将初始原料制砂后在高温高真空的环境下，利用β‑石英和β‑鳞石英之间的反复相变结构裂断羟基原理进行脱羟处理，最后得到高纯度、低羟基的石英玻璃原料。β‑石英和β‑鳞石英之间的反复相变结构裂断羟基原理进行脱羟处理具有脱羟基温度点低、效率高，环保的特点，制备的石英玻璃原料砂粉具有高纯度、高透明度、低羟基、无气泡的特点，如果使用专用设备能够极大地提高石英玻璃制品的合格率降低企业的生产成本、提高企业的经济效益。
Description
技术领域
本发明属于非金属矿深加工技术领域，更具体地，涉及一种反复相变结构裂断羟基原理对石英砂脱羟基的方法。
背景技术
《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。总之，中高纯度的石英玻璃材料对羟基含量有严格的要求。
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，再经机械成型、切割、冷却、清洗、脱羟等工序而成。石英玻璃制品的羟基来源与两个部分：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。石英砂本身含有的羟基主要来自石英晶体结构中的结构水，是以(OH)-、H+、(H3O)+离子形式参加矿物晶格的“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，比较难以去除。
在石英玻璃熔制过程中，随着熔制温度的升高和熔制的时间的增长，玻璃液的粘度逐渐变低，高纯石英砂粉中残存的气、液包裹体和结构水、羟基在熔制过程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，一些细微的气泡难以克服玻璃液的粘度阻力，在均化后期会残留或溶解在透明的玻璃液中，最后以羟基的形式存在于石英玻璃制品中。通常会采用高温高真空的办法脱除羟基，但高温真空处理的脱羟效果有限，如果石英玻璃制品经脱羟处理后还是不标很难返工，一般会直接报废，这极大地限制了高品质石英玻璃及制品的生产。为了解决石英玻璃原料的羟基问题，提高石英玻璃及其制品的合格率，必须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，把原料砂中的羟基控制在石英玻璃产品要求的标准之内，乃至做到无羟基。
目前国内外对除羟基主要基于以下两个原理；其一是利用高温(1200℃以上)高真空物理脱羟基，其二利用氯气或氯气的化合物为脱羟基工艺气体化学方法。也有二者的结合，都存在脱羟基工艺不稳定，能耗高，环保等问题。
发明内容
为此，本发明特研发出一种反复相变结构裂断羟基原理对石英砂脱羟基的方法，该方法制备出的石英玻璃原料羟基小于1～50ppm；结合专用设备除了能更加稳定的指标外，大幅度提高产能，并大幅节约能耗，降低成本。
为实现上述目的，本发明提供了一种技术方案：
充分利用石英在550℃-600℃的β-石英缓慢升温到850℃-900℃，逐渐相变为β-鳞石英，在相变过程中，其比重也从2.53g/mm3减小为2.22g/mm3，羟基键断裂被释放，随气体混合物被带走；然后将温度从850℃-900℃降温到550℃-600℃，此过程石英砂相变从β-鳞石英变成β-石英，比重从2.22g/mm3增加为2.53g/mm3。然后，再开始下一个升温和降温过程，如此反复多次，而达到脱去羟基的技术方法。
一种反复相变结构裂断羟基原理对石英砂脱羟基的方法，包括以下步骤：
S1、将石英玻璃进行预处理，得到石英砂；
S2、石英砂置于真空脱羟炉内，真空脱羟炉内真空度为6×10-3Pa～8×10-5Pa，通入保护气体使得气压不大于-0.05MPa；
S3、以不小于100℃/h的速率升温至550℃-600℃，石英砂相变成β-石英，保温5-10小时；
S4、从550℃-600℃以不大于15℃/h的速率升温至850-900℃，保温5-12小时，β-石英相变成β-鳞石英；
S5、从850-900℃以不小于50℃/h的速率降温至550℃-600℃，保温1-2小时，β-鳞石英相变成β-石英；
S6、重复步骤S4和步骤S5至少3次以上，再自然降温到常温。
本技术方案进一步的优化，所述保护气体为惰性气体。
本技术方案更进一步的优化，所述惰性气体为氖气或氩气中的一种。
本技术方案进一步的优化，所述步骤S6中重复步骤S4和步骤S5共5次。
本技术方案进一步的优化，所述石英砂的纯度为99.99％-99.9999％。
区别于现有技术，上述技术方案采用高纯石英砂熔制石英玻璃或回收的石英玻璃制品为初始原料，将初始原料制砂后在高温高真空的环境下，利用β-石英和β-鳞石英之间的相变原理进行脱羟处理，最后得到高纯度、低羟基的石英玻璃原料。β-石英和β-鳞石英之间的相变原理进行脱羟处理具有脱羟基温度点低、效率高，环保的特点，制备的石英玻璃原料砂粉具有高纯度、高透明度、低羟基、无气泡的特点，如果使用本发明的专用设备能够极大地提高石英玻璃制品的合格率降低企业的生产成本、提高企业的经济效益。
附图说明
图1为反复相变结构裂断羟基原理对石英砂脱羟基的方法流程图。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
请参阅图1，为反复相变结构裂断羟基原理对石英砂脱羟基的方法流程图。
本发明提出的一种反复相变结构裂断羟基原理对石英砂脱羟基的方法，该方法包括以下步骤：
S1、将石英玻璃进行预处理，得到石英砂；
S2、石英砂置于真空脱羟炉内，真空脱羟炉内真空度为6×10-3Pa～8×10-5Pa，通入保护气体使得气压不大于-0.05MPa；
S3、以不小于100℃/h的速率升温至550℃-600℃，石英砂相变成β-石英，保温5-10小时；
S4、从550℃-600℃以不大于15℃/h的速率升温至850-900℃，保温5-12小时，β-石英相变成β-鳞石英；
S5、从850-900℃以不小于50℃/h的速率降温至550℃-600℃，保温1-2小时，β-鳞石英相变成β-石英；
S6、重复步骤S4和步骤S5多次，再自然降温到常温。
实施例1
一种反复相变结构裂断羟基原理对石英砂脱羟基的方法，该方法包括以下步骤：
S1、将石英玻璃进行预处理，得到石英砂纯度99.9％；
S2、石英砂置于真空脱羟炉内，真空脱羟炉内真空度为6×10-3Pa，通入保护气体氖气使得气压为-0.05MPa；
S3、以100℃/h的速率升温至550℃，石英砂变成β-石英，保温5小时；
S4、从550℃以15℃/h的速率升温至900℃，保温6小时，β-石英变成β-鳞石英；
S5、从900℃以50℃/h的速率降温至550℃，保温1小时，β-鳞石英变成β-石英；
S6、重复步骤S4和步骤S5升温降温5次，再自然降温到常温。
用ICP-MS测试所得石英砂中的纯度含量如下：
SiO2:99.98％,羟基：38ppm
实施例2
一种反复相变结构裂断羟基原理对石英砂脱羟基的方法，该方法包括以下步骤：
S1、将石英玻璃进行预处理，得到纯度为99.99％的石英砂；
S2、石英砂置于真空脱羟炉内，真空脱羟炉内真空度为6×10-3Pa，通入保护气体氖气使得气压为-0.05MPa；
S3、以110℃/h的速率升温至573℃，石英砂变成β-石英，保温6小时；
S4、从573℃以12℃/h的速率升温至870℃，保温8小时，β-石英变成β-鳞石英；
S5、从870℃以60℃/h的速率降温至573℃，保温1.5小时，β-鳞石英变成β-石英；
S6、重复步骤S4和步骤S5升温降温6次，再自然降温到常温。
用ICP-MS测试所得石英砂中的纯度含量如下：
SiO2:99.998％,羟基：30ppm
实施例3
一种反复相变结构裂断羟基原理对石英砂脱羟基的方法，该方法包括以下步骤：
S1、将石英玻璃进行预处理，得到纯度为99.999％石英砂；
S2、石英砂置于真空脱羟炉内，真空脱羟炉内真空度为6×10-3Pa，通入保护气体氖气使得气压为-0.05MPa；
S3、以150℃/h的速率升温至600℃，石英砂变成β-石英，保温10小时；
S4、从600℃以10℃/h的速率升温至900℃，保温10小时，β-石英变成β-鳞石英；
S5、从900℃以60℃/h的速率降温至600℃，保温1小时，β-鳞石英变成β-石英；
S6、重复步骤S4和步骤S5升温降温5次，再自然降温到常温。
用ICP-MS测试所得石英砂中的纯度含量如下：
SiO2:99.9995％,羟基：35ppm
| 实施 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 样品纯度 | 99.9％ | 99.99％ | 99.999％ |
| 成品纯度 | 99.95％ | 99.998％ | 99.9995％ |
| 羟基含量 | 38ppm | 30ppm | 36ppm |
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。
尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。
Claims (5)
1.一种反复相变结构裂断羟基原理对石英砂脱羟基的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将石英玻璃进行预处理，得到石英砂；
S2、石英砂置于真空脱羟炉内，真空脱羟炉内真空度为6×10-3Pa～8×10-5Pa，通入保护气体使得气压不大于-0.05MPa；
S3、以不小于100℃/h的速率升温至550℃-600℃，石英砂相变成β-石英，保温5-10小时；
S4、从550℃-600℃以不大于15℃/h的速率升温至850-900℃，保温5-12小时，β-石英相变成β-鳞石英；
S5、从850-900℃以不小于50℃/h的速率降温至550℃-600℃，保温1-2小时，β-鳞石英相变成β-石英；
S6、重复步骤S4和步骤S5至少3次以上，再自然降温到常温。
2.如权利要求1所述的反复相变结构裂断羟基原理对石英砂脱羟基的方法，其特征在于，所述保护气体为惰性气体。
3.如权利要求2所述的反复相变结构裂断羟基原理对石英砂脱羟基的方法，其特征在于，所述惰性气体为氖气或氩气中的一种。
4.如权利要求1所述的反复相变结构裂断羟基原理对石英砂脱羟基的方法，其特征在于，所述步骤S6中重复步骤S4和步骤S5共5次。
5.如权利要求1所述的反复相变结构裂断羟基原理对石英砂脱羟基的方法，其特征在于，所述石英砂的纯度为99.99％-99.999％。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4866015A (en) * | 1987-02-17 | 1989-09-12 | Dr. C. Otto Feuerfest Gmbh | Silica brick and process for producing same |
| KR20140087326A (ko) * | 2012-12-28 | 2014-07-09 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 고순도 석영유리 분말 제조장치 |
| CN111320177A (zh) * | 2020-04-13 | 2020-06-23 | 黄冈师范学院 | 一种去除石英砂粉中羟基的方法 |
| CN115367763A (zh) * | 2022-08-01 | 2022-11-22 | 浙江大学 | 一种高纯石英砂的高温循环处理和制备工艺 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4866015A (en) * | 1987-02-17 | 1989-09-12 | Dr. C. Otto Feuerfest Gmbh | Silica brick and process for producing same |
| KR20140087326A (ko) * | 2012-12-28 | 2014-07-09 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 고순도 석영유리 분말 제조장치 |
| CN111320177A (zh) * | 2020-04-13 | 2020-06-23 | 黄冈师范学院 | 一种去除石英砂粉中羟基的方法 |
| CN115367763A (zh) * | 2022-08-01 | 2022-11-22 | 浙江大学 | 一种高纯石英砂的高温循环处理和制备工艺 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 李明伟等: "高纯石英砂代替水晶生产透明石英玻璃", 《玻璃与搪瓷》, vol. 25, no. 02, 31 December 1997 (1997-12-31), pages 13 - 16 * |
| 温和瑞等: "鳞石英和方石英的制备", 《江苏化工》, vol. 21, no. 03, 31 December 1993 (1993-12-31), pages 17 - 18 * |
| 贺可音主编: "《硅酸盐-物理化学》", vol. 1, 30 June 2006, 武汉理工大学出版社, pages: 74 - 76 * |
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