CN109847645B - 一种球形石英砂的生产装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石英砂球化装置，包括石英砂料仓、旋转高温炉、搓球式球化装置和成品仓；所述石英砂料仓通过导料管I连接到旋转高温炉；旋转高温炉通过导料管II连接到搓球式球化装置，搓球式球化装置再接入到成品仓。旋转高温炉对石英砂进行初步球化，搓球式球化装置利用两个圆盘形平面旋转对石英砂进行二次球化，通过两次球化使得所制备的石英砂颗粒成球性和成球度好，球化率高可达95‑99％。球化速度快，产品的球化效率高。所制备的产品纯度高、粒径区间小、粒度均匀。整个生产工艺流程短、工艺设备简单、易于操作、便于工业化生产且生产成本低。
Description
技术领域
本发明属于非金属矿深加工技术领域，具体涉及一种球形石英砂的生产方法及装置。
背景技术
石英砂作为一种重要的无机非金属材料，在工业生产行业中的各个领域有着广泛的用途。但是，由于常规的石英砂颗粒都是采用机械法制备的，所制备的石英砂为不规则的、带有多菱角形的颗粒体，其流动性没有球形颗粒体的好，使其的应用领域受到了极大的限制。为此国内各个厂家都想方设法的生产球形石英砂，以满足市场对球形石英砂的需求，由于种种原因都没有研制成功。
球形石英砂的外观为球形，其最大的特点是二氧化硅含量高、流动性好、硬度高、熔点高、耐磨性好等。球形石英砂可以根据行业的对粒度的要求加工后应用于不同的产品，如真石漆用砂、彩色石英砂、环氧地坪、精密铸造、精密过滤及各种高档填料。
目前，我们市场上的所谓球形石英砂，由于其砂颗粒的外形接近球形而非较规整的球形，因而存在以下弊端：石英硬度高，机械法球化过程加工时间长，动力消耗大，产量较低难以大规模工业化生产，且产品的球化率不高，流动性也不太好，产品性能一般，使用的效果达不到真正的球形石英砂那样的理想要求。故，国内各行各业使用球形石英砂的用户急需研发出一种真正的球形石英砂的生产方法及装置来用于工业化生产，以满足市场对球形石英砂的需求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种球形石英砂的生产方法及装置。该方法采用先熔融然后旋转进行初步球化，初步球化以后使用球化装置进行二次球化，二次球化是将颗粒在软化或熔融状态下通过旋转和滚动的方式进行球化。其中二次球化所使用的装置是利用软化或熔融的石英砂颗粒在装置产生的旋转或滚动作用力下进行球化。
本发明利用石英在1450℃开始软化，在1730℃开始熔化的物理特性，再借助高温旋转炉在旋转过程中使软化后的石英砂颗粒相互摩擦、自行球化近似球形后，最后通过球化装置二次球化、冷却后即可得到球形石英砂。利用两次球化，使得石英砂的球化更彻底，形成的颗粒更加接近球形。
本发明提供的装置主要是利用高温软化的石英砂在一次成球后再进行二次在成球，使其成球率高。球化主要是通过机械搓球的方式实现的。当初步球化后的颗粒准备进入搓球式球化装置时，由于搓球式球化装置的上下面与砂颗粒直径相差不大，球化砂难以进入搓球面内。为了解决这一问题，本装置采用在上部圆盘厚度方向上采用导流通道的设计，使得初步球化砂能够顺利地进入搓球面内，进而使得进料、搓球、出料同时进行。这样不仅完美的可以解决初次球化砂难以进入到搓球面内的问题，而且还大大的提高了其球化效率。整个装置具有球化时间短、球化效率高、球化产量大、球化过程生产成本低等优点。因此设计导流槽是一次球化砂进入搓球面的关键环节。
本发明提供的技术方案如下：
一种石英砂球化装置，包括石英砂料仓(1)、旋转高温炉(3)、搓球式球化装置和成品仓(6)。
所述搓球式球化装置包括料槽(501)，由顶板(514)、外壳(509)和底板(510)组成的框架主体和上下部圆盘；
所述上部圆盘(504)通过固定螺栓(503)固定于顶板(514)下方；顶板(514)中间开孔；料槽(501)下端连接下料管(502)，下料管(502)下端穿过顶板(514)的开孔连接到上部圆盘(504)；上部圆盘(504)中间开孔以形成导料通道(515)；
下部圆盘(505)设置于上部圆盘(504)的下方，通过传动杆(506)连接到皮带轮(511)；皮带轮(511)通过皮带连接到电机(512)；电机(512)固定于外壳(509)内壁；框架主体中部设置有固定板(508)，用于支撑和稳定传动杆(506)。
固定板(508)上方设置有导料板(507)；外壳(509)与导料板(507)下端的连接处开口并连接有出料导管(513)。
所述石英砂料仓(1)通过导料管I(2)连接到旋转高温炉(3)；旋转高温炉(3)通过导料管II(4)连接到料槽(501)。
出料导管(513)接入到成品仓(6)。
具体的，料槽(501)为漏斗式结构。
具体的，上部圆盘(504)的导料通道(515)沿厚度方向设置，从中间向两端延伸。
具体的，料槽(501)内部设置有叶轮(516)。
具体的，固定板(508)为圆盘结构，与传动杆(506)之间通过轴承连接。
具体的，导料板(507)倾斜设置，为圆盘结构，中间开孔并设置有套筒(517)。
具体的，顶板(514)、底板(510)均为圆盘结构；所述外壳(509)为筒体结构。
本发明的另一目的在于提供利用上述石英砂球化装置生产球形石英砂的方法，包括以下步骤：
(1)将石英砂颗粒进行筛分分级，得到不同粒度区间的石英砂颗粒；
(2)将不同粒度区间的石英砂分批次加入到旋转的高温炉内，通过高温熔融软化和旋转进行初步球化；
(3)采用搓球式球化装置进行二次球化即得球形石英砂。
上述步骤(1)中粒度区间为2目-100目砂。
上述步骤(2)的球化温度为1450-1730℃。
本发明的有益效果：
(1)球化速度快，产品的球化效率高，成球率在95-99％；
(2)球化后的石英砂颗粒成球性和球形度好；
(3)产品纯度高、粒径区间小、粒度均匀；
(4)整个生产工艺流程短、工艺设备简单、易于操作、便于工业化生产且生产成本低；
(5)产品的机械强度高，可以做各种细微颗粒的研磨材料；
(6)产品外观光泽度与流动性均很好，可做各种环氧树脂高级漆填充料；
(7)还可以作为高档陶瓷的添加填料。
附图说明
图1为本发明装置结构图；
图2为A-A视图；
图3为1450℃制备的晶质球形石英砂；
图4为1730℃制备的非晶质球形石英砂；
附图标记：1-石英砂料仓，2-导料管I，3-旋转高温炉，4-导料管II，5-搓球式球化装置，501-料槽，502-下料管，503-固定螺栓，504-上部圆盘，505-下部圆盘，506-传动杆，507-导料板，508-固定板，509-外壳，510-底板，511-皮带轮，512-电机，513-出料导管，514-顶板，515-导料通道，516-叶轮，517-套筒，6-成品仓。
具体实施方式
下面以具体实施例来说明本发明的过程，并不是对本发明中的石英砂颗粒目数的限制。
实施例1
图1示出本发明装置的结构图。一种石英砂球化装置，包括石英砂料仓1、旋转高温炉3、搓球式球化装置和成品仓6。
所述搓球式球化装置包括料槽501，由顶板514、外壳509和底板510组成的框架主体和上下部圆盘。顶板514、底板510均为圆盘结构；所述外壳509为筒体结构。
所述上部圆盘504通过固定螺栓503固定于顶板514下方；固定螺栓503一方面用于固定上部圆盘504，另一方面用于调节上下盘之间的间距；顶板514中间开孔；料槽501为漏斗式结构，其下端连接下料管502，下料管502下端穿过顶板514的开孔连接到上部圆盘504。料槽501内中部设置有叶轮516，用于加快石英砂颗粒的导流。上部圆盘504中间开孔以形成导料通道。优选的，导料通道515沿厚度方向设置，从中间向两端延伸，图1中上部圆盘504的带阴影的区域。图2示出了A-A视图。
下部圆盘505设置于上部圆盘504的正下方，通过传动杆506连接到皮带轮511；皮带轮511通过皮带连接到电机512；电机512固定于外壳509内壁；框架主体中部设置有固定板508，固定板508为圆盘结构，与传动杆506之间通过轴承连接，用于支撑和稳定传动杆506。在电机512的带动下，下部圆盘505可以水平方线转动以配合上部圆盘504对石英砂颗粒进行类似于揉搓的动作从而实现球化。
固定板508上方设置有导料板507。导料板507倾斜设置，为圆盘结构，中间开孔并设置有套筒517，套筒517能够防止二次球化后的石英砂颗粒从传动杆506与套筒517之间的缝隙中漏下。外壳509与导料板507下端的连接处开口并连接有出料导管513。
所述石英砂料仓1通过导料管I 2连接到旋转高温炉3；旋转高温炉3通过导料管II4连接到料槽501。旋转高温炉3，优选使用NTG-DZL—G1型，最高使用温度2300℃，工作温度1450-1730℃。优选的，导料管I和II均使用钨合金材质。
出料导管513接入到成品仓6。
应用实施例1
以4-5目的石英砂颗粒为例
1：筛分备料
首先把干燥后的石英砂颗粒进行筛分或者先进行湿法分级后在干燥均可，筛分出粒度区间为4-5目的颗粒体作为备用物料。
2：加热及初步球化
先开启旋转高温炉，把其温度加到1450℃(石英玻璃的软化点为1450℃)，然后把石英砂颗粒按一小时1吨的量慢慢地送入加热炉中，当石英砂颗粒在高温炉中被加热到t＝1450℃时，石英颗粒的菱角先开始软化，石英砂颗粒内部的晶质并未发生根本性改变，此时转为保温加热模式；随着高温炉在高温下的不断地旋转，软化的石英砂菱角不断相互摩擦、挤压，其菱角慢慢地消失了，此时的石英砂颗粒外观愈来愈接近球形，随着旋转炉的不断地旋转，近似球形的石英砂颗粒慢慢的被送出加热炉，完成初步球化。
3：再次球化及冷却成球
其球化装置是采用上下两个圆形平面，平面之间的间距是可调的，把上下平面间距调整为5.0毫米，工作时上下两个平面既是球化成型面又是冷却面，工作方式是上部圆盘不动，下部圆盘旋转，运动的同时进行压搓使其球化，球化后的颗粒物料再送入冷却区进行冷却，冷却后的物料即是晶质球形石英砂。
应用实施例2
以8-10目石英砂为例
1：筛分备料
首先把干燥后的石英砂颗粒进行筛分或者先进行湿法分级后在干燥均可，筛分出粒度区间为8-10目的颗粒体作为备用物料。
2：加热及初步球化
先开启旋转高温炉，把其温度加到1450℃(石英玻璃软化点为1450℃，石英的熔点为1730℃)，然后把石英砂颗粒按一小时1吨的量慢慢地连续送入高温炉中，当石英砂颗粒在高温炉中温度被加热到1450℃时，石英颗粒的菱角先开始软化；当温度达到1730℃石英砂的菱角有熔化的趋势，此时转为保温加热模式；随着高温炉在高温下的不断地旋转，石英砂颗粒软化、熔化后的石英砂的晶质结构转变成非晶质的玻璃体结构，随着石英砂及其菱角的熔化和砂颗粒间的不断相互摩擦、挤压，其菱角慢慢地消失了，玻璃体的砂颗粒外观愈来愈接近球形，随着旋转炉的不断地旋转，近似球形的石英砂颗粒慢慢的被送出高温炉，完成初步球化。图3、图4示出了晶质和非晶质石英砂样品图。
3：再次球化及冷却成球
初步球化后的物料再送入专用球化装置内进行球化，其球化装置是采用上下两个圆形平面，平面之间的间距是可调的，把上下平面间距调整为2.5-3.0毫米，工作时上下两个平面既是球化成型面又是冷却面，工作方式是上部圆盘不动，下部圆盘旋转，运动的同时进行压搓使其球化，球化后的颗粒物料再送入冷却区进行冷却，冷却后的物料即是非晶质玻璃体球形石英砂。
应用实施例3
以20-30目石英砂为例
1：筛分备料
首先把干燥后的石英砂颗粒进行筛分或者先进行湿法分级后在干燥均可，筛分出粒度区间比较近的20-30目颗粒体作为备用物料。
2：加热及初步球化
先开启旋转高温炉，把其温度加到1450℃(石英玻璃软化点1450℃)，然后把石英砂颗粒按一定量的比例慢慢地送入高温炉中，当石英砂颗粒在高温炉中被加热到1450℃时，石英颗粒的菱角先开始软化；继续给旋转炉加热，当温度达到1730℃石英砂时加热方式转换为保温加热模式；随着高温炉在高温下的不断地旋转，石英砂颗粒软化、熔化后的石英砂的晶质结构转变成非晶质的玻璃体结构，随着石英砂及其菱角的熔化和砂颗粒间的不断相互摩擦、挤压，其菱角慢慢地消失了，此时的玻璃体石英砂颗粒外观愈来愈接近球形，随着旋转炉的不断地旋转，近似球形的石英砂颗粒慢慢的被送出高温炉，完成初步球化。
3：再次球化及冷却成球
初步球化后的物料再送入专用球化装置内进行球化，其球化装置是采用上下两个圆形平面，平面之间的间距是可调的，把上下平面间距调整为0.9-1.0毫米，工作时上下两个平面既是球化成型面又是冷却面，工作方式是下部圆盘旋转，运动的同时进行压搓使其球化，球化后的颗粒物料再送入冷却区进行冷却，冷却后的物料即是非晶质的球形石英砂。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明保护的范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种石英砂球化装置，其特征在于：
包括石英砂料仓（1）、旋转高温炉（3）、搓球式球化装置和成品仓（6）；
所述搓球式球化装置包括料槽（501），由顶板（514）、外壳（509）和底板（510）组成的框架主体和上下部圆盘；所述料槽（501）为漏斗式结构；所述料槽（501）内部设置有叶轮（516）；
所述上部圆盘（504）通过固定螺栓（503）固定于顶板（514）下方；顶板（514）中间开孔；料槽（501）下端连接下料管（502），下料管（502）下端穿过顶板（514）的开孔连接到上部圆盘（504）；上部圆盘（504）中间开孔以形成导料通道（515）；所述上部圆盘（504）的导料通道（515）沿厚度方向设置，从中间向两端延伸；
下部圆盘（505）设置于上部圆盘（504）的下方，通过传动杆（506）连接到皮带轮（511）；皮带轮（511）通过皮带连接到电机（512）；电机（512）固定于外壳（509）内壁；框架主体中部设置有固定板（508），用于支撑和稳定传动杆（506）；
固定板（508）上方设置有导料板（507）；外壳（509）与导料板（507）下端的连接处开口并连接有出料导管（513）；
所述石英砂料仓（1）通过导料管I（2）连接到旋转高温炉（3）；旋转高温炉（3）通过导料管II（4）连接到料槽（501）；
出料导管（513）接入到成品仓（6）；
利用所述石英砂球化装置生产球形石英砂的方法，包括以下步骤：
（1）将石英砂颗粒进行筛分分级，得到不同粒度区间的石英砂颗粒；
（2）将不同粒度区间的石英砂分批次加入到旋转高温炉内，通过高温熔融软化和旋转进行初步球化；球化温度为1450-1730℃；
（3）采用搓球式球化装置进行二次球化即得球形石英砂。
2.根据权利要求1所述的球化装置，其特征在于：所述固定板（508）为圆盘结构，与传动杆（506）之间通过轴承连接。
3.根据权利要求1所述的球化装置，其特征在于：所述导料板（507）倾斜设置，为圆盘结构，中间开孔并设置有套筒（517）。
4.根据权利要求1所述的球化装置，其特征在于：所述顶板（514）、底板（510）均为圆盘结构；所述外壳（509）为筒体结构。
5.根据权利要求1所述的球化装置，其特征在于：所述粒度区间为2目-100目砂。
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