CN112299829A - 一种高强高致密性熔融石英的生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种高强高致密性熔融石英的生产方法，包括如下步骤：（1）熔融石英原料的生产；（2）料浆的制备：采用球磨机对熔融石英原料、堇青石进行球磨，转速为250‑300r/min,球磨方式采用正反转球磨，球磨时间为6‑10h，粉末过500目筛；取球墨后的粉末，加入前驱体溶液中，使得加入分散剂，通过乳酸和氨水调节pH至3‑4，通过机械搅拌制备成固相含量为60‑65%的料浆；（3）凝胶固化；（4）干燥；（5）微波烧结。本发明所述的高强高致密性熔融石英的生产方法，生产方法简单高效，避免了杂质元素对所述的高强高致密性熔融石英化学稳定性、强度、致密性的影响，制得的熔融石英具有良好的抗折强度、高致密性，化学稳定性好，应用前景广泛。

Description

一种高强高致密性熔融石英的生产方法
技术领域
本发明属于熔融石英生产技术领域，具体涉及一种高强高致密性熔融石英的生产方法。
背景技术
石英是一种以二氧化硅为主要成分的非金属矿物，在自然界中分布广泛，作为一种重要的工业原料，石英主要应用于玻璃、陶瓷、耐火材料、机械铸造、冶金和化工等传统行业领域。随着科学技术的进步和国民经济的发展，在高新技术产业方面，如航天、航空、航海、军事、电工、电子、电讯以及汽车等高科技领域，石英原料也被广泛应用。
伴随着经济的发展与技术的不断提高与进步，对石英的物理化学性能和致密化程度提出了更高的要求，注凝成型作为一种新型成型工艺，是目前能进行熔融石英大尺寸化生产最适宜的工艺之一，由于其制备样品的低密度性，该工艺的发展也受到了阻碍，并没有在大范围使用。因此，如何制备出高强高致密性熔融石英，并可以大规模投入生产，成为了熔融石英发展的关键性一步。因此，需要研发出一种高强高致密性熔融石英的生产方法，能大幅提高熔融石英生产效率和降低新产品开发成本，同时提高熔融石英强度、高致密性。
中国专利申请号为 CN201911135362.0公开了一种用于精密铸造型壳的熔融石英耐火材料及其生产方法，由以下质量份的原料制成：熔融石英粉70-80份、氧化钙8-10份，氧化镁6-8份，氧化锰2-3份，氧化钛3-4份，五氧化二铌1-2份，五氧化二钽1-1.5份、粘合剂4-6份，没有解决熔融石英的强度和致密度。
发明内容
发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种高强高致密性熔融石英的生产方法，生产方法简单高效，避免了杂质元素对所述的高强高致密性熔融石英化学稳定性、强度、致密性的影响，制得的熔融石英具有良好的抗折强度、高致密性，化学稳定性好，应用前景广泛。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种高强高致密性熔融石英的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）熔融石英原料的生产：将脉石英原矿先经分级与水洗除去粘土，然后破碎至4～25mm粒度范围，破碎后的石英颗粒料进行酸处理得到高纯石英原料；对高纯石英原料进行熔融处理，得到熔融石英大块料；对熔融石英大块料进行人工破碎及拣选，去除明显可见的杂质，然后通过离心式破碎机破碎至要求1-10 mm粒度范围；破碎后的熔融石英粉料经过磁选处理，得到熔融石英原料；
（2）料浆的制备：采用球磨机对熔融石英原料、堇青石进行球磨，转速为 250-300r/min,球磨方式采用正反转球磨，球磨时间为 6-10h，粉末过 500 目筛；取球墨后的粉末，加入前驱体溶液中，使得加入分散剂，通过乳酸和氨水调节pH至3-4，通过机械搅拌制备成固相含量为60-65%的料浆；
（3）凝胶固化：在70 ℃温度下，对所述料浆进行超声振动10-20min，依次加入引发剂、催化剂使得料浆凝胶固化；
（4）干燥：将上述凝胶固化的料浆，放入干燥箱，干燥升温，至 80℃-100℃恒温干燥成型，得到熔融石英陶瓷生坯；
（5）微波烧结：设置微波前期升温速率为 10-12℃/min，输出功率为1500W，升至650℃，保温25-30min；后期升温速率为 30-35℃/min，输出功率为 2000W，升至1150-1200℃，保温2-3h，得到所述高强高致密性熔融石英。
本发明所述的高强高致密性熔融石英的生产方法，生产方法设计合理，首先，通过分级与水洗、破碎和酸处理后制备熔融石英原料，大大降低熔融石英原料的杂质元素含量，实现微量元素的可控，避免了杂质元素对所述的高强高致密性熔融石英化学稳定性、强度、致密性的影响。
传统固相烧结法的制备工艺简单，但是机械破碎容易引入较多杂质，难以保持熔融石英原料的高纯度，并且粉体成分不均匀、粒径大且分布宽、 粉体活性低，烧结后晶粒组织均一性差，导致强度、致密度下降。因此，本发明采用溶胶凝胶法，将熔融石英原料、堇青石进行球磨混合，堇青石与熔融石英晶相膨胀系数比较匹配，结合性更好，随着堇青石的加入，在烧结工艺中使得烧结收缩逐渐降低，减少了径向裂纹，减少了坯体内部的缺陷， 从而提高了抗折强度。此外，堇青石还可以促使催化剂均匀分散， 提高材料的使用效率，使得料浆凝胶固化，变的更加致密化。
通过加入前驱体溶液中，使得加入分散剂，调节pH至3-4，通过机械搅拌制备成固相含量为60-65%并且低粘度的料浆，然后在超声振动法以来减少生坯气孔率，加入引发剂、催化剂促进凝胶聚合过程，使得料浆凝胶固化，提高了致密性，得到熔融石英陶瓷生坯。
本发明采用微波烧结法烧结，温度调节更精准，提高了熔融石英的致密性，并在一定程度上抑制析晶，微波烧结烧结出来的制品的性能明显优于常规烧结。
进一步的，上述的高强高致密性熔融石英的生产方法，所述步骤（1）的酸处理，包括如下步骤：将破碎后的石英颗粒料置于混合酸溶液中进行酸浸处理，所述混合酸溶液中组分配比是盐酸：氢氟酸为95％：5％，所述盐酸的浓度为36％，所述氢氟酸的浓度为40%，所述混合酸溶液的用量为500kg/t，酸浸的温度为50-60℃，酸浸时间为20-24h。
针对石英颗粒料中夹杂的铁质矿物、附着在石英颗粒表面的薄膜铁、存在于裂隙中的含铁物质以及破碎过程中引入的机械铁，酸处理是一种有效的去除铁杂质的方法，经酸处理后，脉石英原矿中是Fe元素含量从150-200ppm降至15-20ppm左右，杂质元素的总量在150ppm以下，已达到石英原料的高纯要求。
进一步的，上述的高强高致密性熔融石英的生产方法，所述步骤（1）中的熔融处理是采用石英熔融电阻炉对高纯石英原料进行熔融处理，处理时间为5h，每隔半小时将石英熔融电阻炉的炉体翻转180°；其中，初始至30min之间，所述石英熔融电阻炉电流平稳升至3000A，此后时间里将电压在稳定380V，电流稳定在2700A；处理结束后，断电，出炉冷却，得到熔融石英大块料。
每隔半小时将炉体翻转180°，目的是为了使炉内石英料能均匀受热，同时炉内石英颗粒有微小的相对运动，利于杂质气体的排出。
进一步的，上述的高强高致密性熔融石英的生产方法，所述步骤（1）中的磁选处理是采用高场强电磁磁选机对熔融石英粉料磁选，所述高场强电磁磁选机的磁场强度设定为1.6万高斯，进料速度为1.2t/h。
为了进一步提高熔融石英粉料的纯度，通过高场强电磁磁选机除去破碎过程引入的机械铁杂质以及熔融产生的黑点杂质。
进一步的，上述的高强高致密性熔融石英的生产方法，所述熔融石英原料与堇青石的质量比为8-10:2-4。
进一步的，上述的高强高致密性熔融石英的生产方法，所述前驱体溶液的配置，包括如下步骤：将N-羟甲基丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺按照一定的比例溶于去离子水中，搅拌均匀制备前驱体溶液；所述N-羟甲基丙烯酰胺的加入量为6-8wt%，所述N,N-亚甲基双丙烯酰胺的加入量为1-2 wt%。
进一步的，上述的高强高致密性熔融石英的生产方法，所述分散剂为聚丙烯酰胺，所述分散剂的加入量为1 wt%；所述引发剂为过硫酸铵，所述引发剂的加入量为0.2 wt%，所述催化剂为柠檬酸铵，所述催化剂的加入量为0.2 wt%。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1） 本发明所述的高强高致密性熔融石英的生产方法，生产方法简单高效，避免了杂质元素对所述的高强高致密性熔融石英化学稳定性、强度、致密性的影响，制得的熔融石英具有良好的抗折强度、高致密性，化学稳定性好，应用前景广泛；
（2） 本发明所述的高强高致密性熔融石英的生产方法，通过分级与水洗、破碎和酸处理后制备熔融石英原料，大大降低熔融石英原料的杂质元素含量，实现微量元素的可控，避免了杂质元素对所述的高强高致密性熔融石英化学稳定性、强度、致密性的影响；
（3） 本发明所述的高强高致密性熔融石英的生产方法，采用溶胶凝胶法，避免了传统固相烧结法中机械破碎容易引入较多杂质、难以保持熔融石英原料的高纯度、粉体成分不均匀、粒径大且分布宽、 粉体活性低、烧结后晶粒组织均一性差、导致强度、致密度下降的问题；
（4） 本发明所述的高强高致密性熔融石英的生产方法，将熔融石英原料、堇青石进行球磨混合，堇青石与熔融石英晶相膨胀系数比较匹配，结合性更好，随着堇青石的加入，在烧结工艺中使得烧结收缩逐渐降低，减少了径向裂纹，减少了坯体内部的缺陷， 从而提高了抗折强度。此外，堇青石还可以促使催化剂均匀分散， 提高材料的使用效率，使得料浆凝胶固化，变的更加致密化；
（5） 本发明所述的高强高致密性熔融石英的生产方法，采用微波烧结法烧结，温度调节更精准，提高了熔融石英的致密性，并在一定程度上抑制析晶，微波烧结烧结出来的制品的性能明显优于常规烧结。
具体实施方式
下面将结合具体实验数据，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
以下实施例1、2、3、4、5提供了一种高强高致密性熔融石英的生产方法，
实施例1
（1） 熔融石英原料的生产：将脉石英原矿先经分级与水洗除去粘土，然后破碎至4～25mm粒度范围，破碎后的石英颗粒料进行酸处理得到石英原料；对石英原料进行熔融处理，得到熔融石英大块料；对熔融石英大块料进行人工破碎及拣选，去除明显可见的杂质，然后通过离心式破碎机破碎至要求1-10 mm粒度范围；破碎后的熔融石英粉料经过磁选处理，得到熔融石英原料；
（2） 料浆的制备：称取上述熔融石英原料与堇青石粉末，所述熔融石英原料与堇青石的质量比为4:1，采用球磨机对熔融石英原料、堇青石进行球磨，转速为250-300r/min,球磨方式采用正反转球磨，球磨时间为 6-10h，具体转速和粉末球磨时间实际情况进行确定；过500 目筛；取球墨后的粉末，加入前驱体溶液中，使得加入分散剂，通过乳酸和氨水调节pH至3-4，通过机械搅拌制备成固相含量为63%的料浆；
（3） 凝胶固化：在70 ℃温度下，对所述料浆进行超声振动15min，依次加入引发剂、催化剂使得料浆凝胶固化；
（4） 干燥：将上述凝胶固化的料浆，放入干燥箱，干燥升温，至 90℃恒温干燥成型，得到熔融石英陶瓷生坯；
（5） 微波烧结：设置微波前期升温速率为 12℃/min，输出功率为1500W，升至650℃，保温30min；后期升温速率为 32℃/min，输出功率为 2000W，升至1160℃，保温2.5h，得到所述高强高致密性熔融石英。
所述前驱体溶液的配置，包括如下步骤：将N-羟甲基丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺按照一定的比例溶于去离子水中，搅拌均匀制备前驱体溶液；所述N-羟甲基丙烯酰胺的加入量为7wt%，所述N,N-亚甲基双丙烯酰胺的加入量为1.5wt%。
进一步的，所述分散剂为聚丙烯酰胺，所述分散剂的加入量为1 wt%；所述引发剂为过硫酸铵，所述引发剂的加入量为0.2 wt%，所述催化剂为柠檬酸铵，所述催化剂的加入量为0.2 wt%。
其中，所述步骤（1）的酸处理，包括如下步骤：将破碎后的石英颗粒料置于混合酸溶液中进行酸浸处理，所述混合酸溶液中组分配比是盐酸：氢氟酸为95％：5％，所述盐酸的浓度为36％，所述氢氟酸的浓度为40%，所述混合酸溶液的用量为500kg/t，酸浸的温度为50-60℃，酸浸时间为20-24h，具体温度和酸浸时间视实际情况而定。
所述步骤（1）中的熔融处理是采用石英熔融电阻炉对石英原料进行熔融处理，处理时间为5h，每隔半小时将石英熔融电阻炉的炉体翻转180°；其中，初始至30min之间，所述石英熔融电阻炉电流平稳升至3000A，此后时间里将电压在稳定380V，电流稳定在2700A；处理结束后，断电，出炉冷却，得到熔融石英大块料。
所述步骤（1）中的磁选处理是采用高场强电磁磁选机对熔融石英粉料磁选，所述高场强电磁磁选机的磁场强度设定为1.6万高斯，进料速度为1.2t/h。
实施例2
（1） 熔融石英原料的生产：将脉石英原矿先经分级与水洗除去粘土，然后破碎至4～25mm粒度范围，破碎后的石英颗粒料进行酸处理得到石英原料；对石英原料进行熔融处理，得到熔融石英大块料；对熔融石英大块料进行人工破碎及拣选，去除明显可见的杂质，然后通过离心式破碎机破碎至要求1-10 mm粒度范围；破碎后的熔融石英粉料经过磁选处理，得到熔融石英原料；
（2） 料浆的制备：称取上述熔融石英原料与堇青石粉末，所述熔融石英原料与堇青石的质量比为3.2:1，采用球磨机对熔融石英原料、堇青石进行球磨，转速为250-300r/min,球磨方式采用正反转球磨，球磨时间为 6-10h，具体转速和粉末球磨时间实际情况进行确定；过 500 目筛；取球墨后的粉末，加入前驱体溶液中，使得加入分散剂，通过乳酸和氨水调节pH至3-4，通过机械搅拌制备成固相含量为62%的料浆；
（3） 凝胶固化：在70 ℃温度下，对所述料浆进行超声振动20min，依次加入引发剂、催化剂使得料浆凝胶固化；
（4） 干燥：将上述凝胶固化的料浆，放入干燥箱，干燥升温，至80℃恒温干燥成型，得到熔融石英陶瓷生坯；
（5） 微波烧结：设置微波前期升温速率为 10℃/min，输出功率为1500W，升至650℃，保温28min；后期升温速率为30℃/min，输出功率为 2000W，升至1150℃，保温3h，得到所述高强高致密性熔融石英。
所述前驱体溶液的配置，包括如下步骤：将N-羟甲基丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺按照一定的比例溶于去离子水中，搅拌均匀制备前驱体溶液；所述N-羟甲基丙烯酰胺的加入量为6wt%，所述N,N-亚甲基双丙烯酰胺的加入量为1wt%。
进一步的，所述分散剂为聚丙烯酰胺，所述分散剂的加入量为1 wt%；所述引发剂为过硫酸铵，所述引发剂的加入量为0.2 wt%，所述催化剂为柠檬酸铵，所述催化剂的加入量为0.2 wt%。
其中，所述步骤（1）的酸处理，包括如下步骤：将破碎后的石英颗粒料置于混合酸溶液中进行酸浸处理，所述混合酸溶液中组分配比是盐酸：氢氟酸为95％：5％，所述盐酸的浓度为36％，所述氢氟酸的浓度为40%，所述混合酸溶液的用量为500kg/t，酸浸的温度为50-60℃，酸浸时间为20-24h，具体温度和酸浸时间视实际情况而定。
所述步骤（1）中的熔融处理是采用石英熔融电阻炉对石英原料进行熔融处理，处理时间为5h，每隔半小时将石英熔融电阻炉的炉体翻转180°；其中，初始至30min之间，所述石英熔融电阻炉电流平稳升至3000A，此后时间里将电压在稳定380V，电流稳定在2700A；处理结束后，断电，出炉冷却，得到熔融石英大块料。
所述步骤（1）中的磁选处理是采用高场强电磁磁选机对熔融石英粉料磁选，所述高场强电磁磁选机的磁场强度设定为1.6万高斯，进料速度为1.2t/h。
实施例3
（1） 熔融石英原料的生产：将脉石英原矿先经分级与水洗除去粘土，然后破碎至4～25mm粒度范围，破碎后的石英颗粒料进行酸处理得到石英原料；对石英原料进行熔融处理，得到熔融石英大块料；对熔融石英大块料进行人工破碎及拣选，去除明显可见的杂质，然后通过离心式破碎机破碎至要求1-10 mm粒度范围；破碎后的熔融石英粉料经过磁选处理，得到熔融石英原料；
（2） 料浆的制备：称取上述熔融石英原料与堇青石粉末，所述熔融石英原料与堇青石的质量比为3.6:1，采用球磨机对熔融石英原料、堇青石进行球磨，转速为250-300r/min,球磨方式采用正反转球磨，球磨时间为 6-10h，具体转速和粉末球磨时间实际情况进行确定；过 500 目筛；取球墨后的粉末，加入前驱体溶液中，使得加入分散剂，通过乳酸和氨水调节pH至3-4，通过机械搅拌制备成固相含量为64%的料浆；
（3） 凝胶固化：在70 ℃温度下，对所述料浆进行超声振动12min，依次加入引发剂、催化剂使得料浆凝胶固化；
（4） 干燥：将上述凝胶固化的料浆，放入干燥箱，干燥升温，至 90℃恒温干燥成型，得到熔融石英陶瓷生坯；
（5） 微波烧结：设置微波前期升温速率为14℃/min，输出功率为1500W，升至650℃，保温25min；后期升温速率为34℃/min，输出功率为 2000W，升至1180℃，保温2.0h，得到所述高强高致密性熔融石英。
所述前驱体溶液的配置，包括如下步骤：将N-羟甲基丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺按照一定的比例溶于去离子水中，搅拌均匀制备前驱体溶液；所述N-羟甲基丙烯酰胺的加入量为8wt%，所述N,N-亚甲基双丙烯酰胺的加入量为1 wt%。
进一步的，所述分散剂为聚丙烯酰胺，所述分散剂的加入量为1 wt%；所述引发剂为过硫酸铵，所述引发剂的加入量为0.2 wt%，所述催化剂为柠檬酸铵，所述催化剂的加入量为0.2 wt%。
其中，所述步骤（1）的酸处理，包括如下步骤：将破碎后的石英颗粒料置于混合酸溶液中进行酸浸处理，所述混合酸溶液中组分配比是盐酸：氢氟酸为95％：5％，所述盐酸的浓度为36％，所述氢氟酸的浓度为40%，所述混合酸溶液的用量为500kg/t，酸浸的温度为50-60℃，酸浸时间为20-24h。
所述步骤（1）中的熔融处理是采用石英熔融电阻炉对石英原料进行熔融处理，处理时间为5h，每隔半小时将石英熔融电阻炉的炉体翻转180°；其中，初始至30min之间，所述石英熔融电阻炉电流平稳升至3000A，此后时间里将电压在稳定380V，电流稳定在2700A；处理结束后，断电，出炉冷却，得到熔融石英大块料。
所述步骤（1）中的磁选处理是采用高场强电磁磁选机对熔融石英粉料磁选，所述高场强电磁磁选机的磁场强度设定为1.6万高斯，进料速度为1.2t/h。
实施例4
（1） 熔融石英原料的生产：将脉石英原矿先经分级与水洗除去粘土，然后破碎至4～25mm粒度范围，破碎后的石英颗粒料进行酸处理得到石英原料；对石英原料进行熔融处理，得到熔融石英大块料；对熔融石英大块料进行人工破碎及拣选，去除明显可见的杂质，然后通过离心式破碎机破碎至要求1-10 mm粒度范围；破碎后的熔融石英粉料经过磁选处理，得到熔融石英原料；
（2） 料浆的制备：称取上述熔融石英原料与堇青石粉末，所述熔融石英原料与堇青石的质量比为5:1，采用球磨机对熔融石英原料、堇青石进行球磨，转速为250-300r/min,球磨方式采用正反转球磨，球磨时间为 6-10h，具体转速和粉末球磨时间实际情况进行确定；过500 目筛；取球墨后的粉末，加入前驱体溶液中，使得加入分散剂，通过乳酸和氨水调节pH至3-4，通过机械搅拌制备成固相含量为60%的料浆；
（3） 凝胶固化：在70 ℃温度下，对所述料浆进行超声振动20min，依次加入引发剂、催化剂使得料浆凝胶固化；
（4） 干燥：将上述凝胶固化的料浆，放入干燥箱，干燥升温，至 100℃恒温干燥成型，得到熔融石英陶瓷生坯；
（5） 微波烧结：设置微波前期升温速率为 15℃/min，输出功率为1500W，升至650℃，保温25min；后期升温速率为30℃/min，输出功率为 2000W，升至1185℃，保温2.8h，得到所述高强高致密性熔融石英。
所述前驱体溶液的配置，包括如下步骤：将N-羟甲基丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺按照一定的比例溶于去离子水中，搅拌均匀制备前驱体溶液；所述N-羟甲基丙烯酰胺的加入量为6wt%，所述N,N-亚甲基双丙烯酰胺的加入量为1wt%。
进一步的，所述分散剂为聚丙烯酰胺，所述分散剂的加入量为1 wt%；所述引发剂为过硫酸铵，所述引发剂的加入量为0.2 wt%，所述催化剂为柠檬酸铵，所述催化剂的加入量为0.2 wt%。
其中，所述步骤（1）的酸处理，包括如下步骤：将破碎后的石英颗粒料置于混合酸溶液中进行酸浸处理，所述混合酸溶液中组分配比是盐酸：氢氟酸为95％：5％，所述盐酸的浓度为36％，所述氢氟酸的浓度为40%，所述混合酸溶液的用量为500kg/t，酸浸的温度为50-60℃，酸浸时间为20-24h。
所述步骤（1）中的熔融处理是采用石英熔融电阻炉对石英原料进行熔融处理，处理时间为5h，每隔半小时将石英熔融电阻炉的炉体翻转180°；其中，初始至30min之间，所述石英熔融电阻炉电流平稳升至3000A，此后时间里将电压在稳定380V，电流稳定在2700A；处理结束后，断电，出炉冷却，得到熔融石英大块料。
所述步骤（1）中的磁选处理是采用高场强电磁磁选机对熔融石英粉料磁选，所述高场强电磁磁选机的磁场强度设定为1.6万高斯，进料速度为1.2t/h。
实施例5
（1） 熔融石英原料的生产：将脉石英原矿先经分级与水洗除去粘土，然后破碎至4～25mm粒度范围，破碎后的石英颗粒料进行酸处理得到石英原料；对石英原料进行熔融处理，得到熔融石英大块料；对熔融石英大块料进行人工破碎及拣选，去除明显可见的杂质，然后通过离心式破碎机破碎至要求1-10 mm粒度范围；破碎后的熔融石英粉料经过磁选处理，得到熔融石英原料；
（2） 料浆的制备：称取上述熔融石英原料与堇青石粉末，所述熔融石英原料与堇青石的质量比为4.6:1，采用球磨机对熔融石英原料、堇青石进行球磨，转速为250-300r/min,球磨方式采用正反转球磨，球磨时间为 6-10h，具体转速和粉末球磨时间实际情况进行确定；过 500 目筛；取球墨后的粉末，加入前驱体溶液中，使得加入分散剂，通过乳酸和氨水调节pH至3-4，通过机械搅拌制备成固相含量为62%的料浆；
（3） 凝胶固化：在70 ℃温度下，对所述料浆进行超声振动20min，依次加入引发剂、催化剂使得料浆凝胶固化；
（4） 干燥：将上述凝胶固化的料浆，放入干燥箱，干燥升温，至80℃恒温干燥成型，得到熔融石英陶瓷生坯；
（5） 微波烧结：设置微波前期升温速率为15℃/min，输出功率为1500W，升至650℃，保温25min；后期升温速率为30℃/min，输出功率为 2000W，升至1150℃，保温2.5h，得到所述高强高致密性熔融石英。
所述前驱体溶液的配置，包括如下步骤：将N-羟甲基丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺按照一定的比例溶于去离子水中，搅拌均匀制备前驱体溶液；所述N-羟甲基丙烯酰胺的加入量为7wt%，所述N,N-亚甲基双丙烯酰胺的加入量为1.5wt%。
进一步的，所述分散剂为聚丙烯酰胺，所述分散剂的加入量为1 wt%；所述引发剂为过硫酸铵，所述引发剂的加入量为0.2 wt%，所述催化剂为柠檬酸铵，所述催化剂的加入量为0.2 wt%。
其中，所述步骤（1）的酸处理，包括如下步骤：将破碎后的石英颗粒料置于混合酸溶液中进行酸浸处理，所述混合酸溶液中组分配比是盐酸：氢氟酸为95％：5％，所述盐酸的浓度为36％，所述氢氟酸的浓度为40%，所述混合酸溶液的用量为500kg/t，酸浸的温度为50-60℃，酸浸时间为20-24h。
所述步骤（1）中的熔融处理是采用石英熔融电阻炉对石英原料进行熔融处理，处理时间为5h，每隔半小时将石英熔融电阻炉的炉体翻转180°；其中，初始至30min之间，所述石英熔融电阻炉电流平稳升至3000A，此后时间里将电压在稳定380V，电流稳定在2700A；处理结束后，断电，出炉冷却，得到熔融石英大块料。
所述步骤（1）中的磁选处理是采用高场强电磁磁选机对熔融石英粉料磁选，所述高场强电磁磁选机的磁场强度设定为1.6万高斯，进料速度为1.2t/h。
效果验证：
按照下述标准对由上述实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5得到的熔融石英原料进行试验，测试结果如表1所示。
熔融石英原料化学成分分析采用电感耦合等离子体发射光谱仪。根据电感耦合等离子体发射光谱对分析元素浓度与谱线强度的关系，可以对熔融石英原料中相应元素进行定性定量分析。
表1性能测试结果
元素 实施例1-5 市场上同类产品
AI ~30 ~200
Fe ~10 ~90
K ~10 ~80
Ti ~2 ~30
Ba ≤1 ≤2
Li ≤5 ＜1
Mg ≤10 ＜1
Na ~90 ~10
Ca ~100 ~5
Mn ≤1 ＜0.1
Cu ≤1 ＜0.5
Ni ≤1 ＜0.1
B ≤0.5 ＜0.1
P ≤2 ＜0.1
Si0<sub>2</sub>（%） ≥99.99 99.90-99.5
由上表可得，本发明实施例1、实-施例2、实施例3、实施例4、实施例5得到的熔融石英原料，杂质元素含量均符合使用要求，Si02含量可达99．99％以上，Fe、Al、Ti、Ca、Na等元素含量低于国内外同类产品水平，达到了高纯熔融石英材料的纯度指标。
按照下述标准对由上述实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5得到的高强高致密性熔融石英进行试验，测试结果如表2所示。
体积密度：采用型号为 MH-300A 的全自动电子密度计，体积密度是指材料在包含实体积、开口和密闭孔隙的状态下单位体积的质量，其根本原理是利用了阿基米德的水中置换法原理。即通过测量物品排出水的体积，从而知道测试样的体积，进而知道其体积密度值。
抗折强度：采用美国 Tnstron 公司生产的 Instron5567 型万能材料试验机进行测试，根据三点弯曲法测定实施例的抗折强度，实施例抗弯强度计算公式如下：
σ =3P∙L / 2b∙ℎ2
表2性能测试结果
性能指标 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
体积密度（g/cm3） 1.95 1.96 1.93 2.01 19.8
抗折强度（Mpa） 55.67 53.21 54.23 54.10 54.62
由上表可得，本发明实施例1、实-施例2、实施例3、实施例4、实施例5得到的高强高致密性熔融石英，大大提高了体积密度、抗折强度，具有优异的强度和致密性。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高强高致密性熔融石英的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）熔融石英原料的生产：将脉石英原矿先经分级与水洗除去粘土，然后破碎至4～25mm粒度范围，破碎后的石英颗粒料进行酸处理得到高纯石英原料；对高纯石英原料进行熔融处理，得到熔融石英大块料；对熔融石英大块料进行人工破碎及拣选，去除明显可见的杂质，然后通过离心式破碎机破碎至要求1-10 mm粒度范围；破碎后的熔融石英粉料经过磁选处理，得到熔融石英原料；
（2）料浆的制备：采用球磨机对熔融石英原料、堇青石进行球磨，转速为 250-300r/min,球磨方式采用正反转球磨，球磨时间为 6-10h，粉末过 500 目筛；取球墨后的粉末，加入前驱体溶液中，使得加入分散剂，通过乳酸和氨水调节pH至3-4，通过机械搅拌制备成固相含量为60-65%的料浆；
（3）凝胶固化：在70 ℃温度下，对所述料浆进行超声振动10-20min，依次加入引发剂、催化剂使得料浆凝胶固化；
（4）干燥：将上述凝胶固化的料浆，放入干燥箱，干燥升温，至 80℃-100℃恒温干燥成型，得到熔融石英陶瓷生坯；
（5）微波烧结：设置微波前期升温速率为 10-12℃/min，输出功率为1500W，升至650℃，保温25-30min；后期升温速率为 30-35℃/min，输出功率为 2000W，升至1150-1200℃，保温2-3h，得到所述高强高致密性熔融石英。
2.根据权利要求1所述的高强高致密性熔融石英的生产方法，其特征在于，所述步骤（1）的酸处理，包括如下步骤：将破碎后的石英颗粒料置于混合酸溶液中进行酸浸处理，所述混合酸溶液中组分配比是盐酸：氢氟酸为95％：5％，所述盐酸的浓度为36％，所述氢氟酸的浓度为40%，所述混合酸溶液的用量为500kg/t，酸浸的温度为50-60℃，酸浸时间为20-24h。
3.根据权利要求1所述的高强高致密性熔融石英的生产方法，其特征在于，所述步骤（1）中的熔融处理是采用石英熔融电阻炉对高纯石英原料进行熔融处理，处理时间为5h，每隔半小时将石英熔融电阻炉的炉体翻转180°；其中，初始至30min之间，所述石英熔融电阻炉电流平稳升至3000A，此后时间里将电压在稳定380V，电流稳定在2700A；处理结束后，断电，出炉冷却，得到熔融石英大块料。
4.根据权利要求1所述的高强高致密性熔融石英的生产方法，其特征在于，所述步骤（1）中的磁选处理是采用高场强电磁磁选机对熔融石英粉料磁选，所述高场强电磁磁选机的磁场强度设定为1.6万高斯，进料速度为1.2t/h。
5.根据权利要求1所述的高强高致密性熔融石英的生产方法，其特征在于，所述熔融石英原料与堇青石的质量比为8-10:2-4。
6.根据权利要求1所述的高强高致密性熔融石英的生产方法，其特征在于，所述前驱体溶液的配置，包括如下步骤：将N-羟甲基丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺按照一定的比例溶于去离子水中，搅拌均匀制备前驱体溶液；所述N-羟甲基丙烯酰胺的加入量为6-8wt%，所述N,N-亚甲基双丙烯酰胺的加入量为1-2 wt%。
7.根据权利要求1所述的高强高致密性熔融石英的生产方法，其特征在于，所述分散剂为聚丙烯酰胺，所述分散剂的加入量为1 wt%；所述引发剂为过硫酸铵，所述引发剂的加入量为0.2 wt%，所述催化剂为柠檬酸铵，所述催化剂的加入量为0.2 wt%。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115432930A (zh) * 2022-09-02 2022-12-06 徐州融鑫新材料有限公司 一种高纯超细熔融石英石及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050215417A1 (en) * 2004-03-29 2005-09-29 Ngk Insulators, Ltd. Dense cordierite based sintered body and method of manufacturing the same
CN102153349A (zh) * 2010-12-27 2011-08-17 淄博工陶耐火材料有限公司 耐火棚板的制备方法
CN103663462A (zh) * 2012-09-21 2014-03-26 中材高新江苏硅材料有限公司 高纯熔融石英粉体材料的制备方法
JP2019137605A (ja) * 2018-02-06 2019-08-22 有限会社内山製陶所 耐熱粘土原料および耐熱陶磁器
CN111377720A (zh) * 2020-02-28 2020-07-07 徐州华焰特种陶瓷有限公司 一种耐高温低膨胀陶瓷材料及其制造方法
CN111517770A (zh) * 2020-04-29 2020-08-11 新沂市正达高新石英材料有限公司 一种高致密性熔融石英陶瓷的生产方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050215417A1 (en) * 2004-03-29 2005-09-29 Ngk Insulators, Ltd. Dense cordierite based sintered body and method of manufacturing the same
CN102153349A (zh) * 2010-12-27 2011-08-17 淄博工陶耐火材料有限公司 耐火棚板的制备方法
CN103663462A (zh) * 2012-09-21 2014-03-26 中材高新江苏硅材料有限公司 高纯熔融石英粉体材料的制备方法
JP2019137605A (ja) * 2018-02-06 2019-08-22 有限会社内山製陶所 耐熱粘土原料および耐熱陶磁器
CN111377720A (zh) * 2020-02-28 2020-07-07 徐州华焰特种陶瓷有限公司 一种耐高温低膨胀陶瓷材料及其制造方法
CN111517770A (zh) * 2020-04-29 2020-08-11 新沂市正达高新石英材料有限公司 一种高致密性熔融石英陶瓷的生产方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115432930A (zh) * 2022-09-02 2022-12-06 徐州融鑫新材料有限公司 一种高纯超细熔融石英石及其制备方法
CN115432930B (zh) * 2022-09-02 2024-02-06 徐州融鑫新材料有限公司 一种高纯超细熔融石英石及其制备方法

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