CN116621187B - 一种用于高温氯化提纯石英砂的设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高温氯化提纯石英砂的设备，包括单向滤水机构、自适应砂浆上料接头、加热机构和真空除水机构。本发明属于石英砂高温氯化提纯技术领域，具体是指一种用于高温氯化提纯石英砂的设备；本发明使用强度更高的钛合金作为微孔过滤板的原材料，在微孔过滤板上能够设置更细小的孔洞和更薄的壁，同时还能保证强度足够，除此之外，本发明还率先提出了呼吸式的交替吸排水方案，进而通过少量多次的方式，既能将水完全排除，又能保证微孔过滤板的两侧有足够的压差而绝对真空度不大，而在此过程中形成的负压，刚好可以促进氯化剂的流动。

Description

一种用于高温氯化提纯石英砂的设备

技术领域

本发明属于石英砂高温氯化提纯技术领域，具体是指一种用于高温氯化提纯石英砂的设备。

背景技术

石英砂的高温氯化提纯工艺是目前制备高纯度石英砂的常用工艺，作为最后一道提纯工艺，在进行高温氯化之前，需要先对石英砂进行冷淬使其破碎成细小的颗粒，然后再经过酸浸、磁选、浮选等一系列工艺去除混合物中具有磁性、密度不同等和石英砂具备明显差异的杂质，从而得到纯度相对较高的石英砂。

但是此时进入焙烧炉内的石英砂，此时存在两个客观的限制因素：

第一，由于上一道工序将石英砂置于了水中，并且石英砂作为砂浆存在时，的确会比干燥的颗粒更容易在管道中输送，所以高温氯化之前，要先去除其中的水分；

第二，由于焙烧炉内，加热组件的外部设置有玻璃管（高纯石英玻璃外罩，才不会对石英砂造成污染），为了避免砂浆下落时对玻璃管的冲击造成玻璃管碎裂，因此需要采用从下方进料、让砂浆缓慢上升的注料模式。

混合了水和石英砂的砂浆在进行下一步工序之前需要首先进行脱水，砂浆自下而上进入炉内，因此目前的脱水装置普遍存在以下问题：

A：在砂浆能够自由进入、液体也可以流出的情况下，如何保证在风琴式伸缩通道撤去后、真空集水组件滑动接入的转变过程中，炉内水不会流出脏污外界；

B：由于微孔过滤板的孔极小，因此想要使炉体中的会透过微孔过滤板，需要采用增大压力差的方式，但是一方面较大的真空度要求材料具有较高的强度，并且也伴随着危险，另一方面也很难保证抽来的水不会进入真空气泵中；

C：石英砂颗粒极小，这就导致颗粒与颗粒之间的间隙小，因此氯化剂在石英砂中不易流动、也就不易于高温氯化工艺的充分反应。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种用于高温氯化提纯石英砂的设备，为了解决A问题，本发明使用强度更高的钛合金作为微孔过滤板的原材料，在微孔过滤板上能够设置更细小的孔洞和更薄的壁，同时还能保证强度足够，为了解决问题B，本发明率先提出了呼吸式的交替吸排水方案，进而通过少量多次的方式，既能将水完全排除，又能保证微孔过滤板的两侧有足够的压差而绝对真空度不大，而在此过程中形成的负压，刚好可以促进氯化剂的流动、解决C问题。

本发明采取的技术方案如下：本发明提出了一种用于高温氯化提纯石英砂的设备，包括单向滤水机构、自适应砂浆上料接头、加热机构和真空除水机构，其中，

进一步地，所述单向滤水机构设于加热机构的底部，所述自适应砂浆上料接头设于单向滤水机构的下方，所述真空除水机构设于单向滤水机构的底部；

所述单向滤水机构包括多边形底板和感应式开合组件，所述多边形底板的下方设有上下料通道，所述上下料通道中交叉设有隔板，所述上下料通道的底部还设有底部法兰；

所述感应式开合组件固接于底部法兰上；

作为优选地，所述感应式开合组件包括固定框、斜坡挡边和微孔过滤板，所述固定框固接于底部法兰的底面上，所述斜坡挡边上设有挡边安装条，所述斜坡挡边通过挡边安装条固接于固定框的内侧；

所述微孔过滤板置于斜坡挡边上，所述微孔过滤板上阵列设有限位圆台，所述限位圆台上还设有用于导向并与隔板匹配的导向十字槽。

作为本发明的进一步优选，所述微孔过滤板为钛合金材质，通过微孔过滤板能够实现液体在一个方向上无障碍通过，在另一个方向上需要较大的气压差才能通过的技术目标，上料时液体能够无障碍通过，而在微孔过滤板和斜坡挡边闭合之后，自然状态下液体流动阻力大这一特性保证了真空除水机构伸出之前或者伸出的过程中炉体中的水不会过多流出（最多因毛细现象而低落，量极少）。

进一步地，所述自适应砂浆上料接头包括上料斗、风琴式伸缩通道和上料阀板，所述上料斗位于上下料通道的下方，所述上料斗连接在外部的砂浆输送管道上，所述风琴式伸缩通道设于上料斗上；

作为优选地，所述风琴式伸缩通道上设有顶部升降框，所述顶部升降框的内圈处设有导向滑槽，所述上料阀板上设有阀板导向柱，所述导向滑槽和阀板导向柱相互匹配，所述上料阀板通过阀板导向柱卡合滑动设于导向滑槽中，通过可以被动伸缩的风琴式伸缩通道，能够在砂浆流动时自动伸长、与炉体贯通，在砂浆不流动之后还能够跟随着砂浆在重力作用下下降，为真空除水机构的伸出留出足够的空间。

进一步地，所述真空除水机构包括固定式阀座、滑动组件和真空集水组件，其中，

自适应砂浆上料接头固接于多边形底板的底部，所述固定式阀座的内部对称设有阀座导向部，所述固定式阀座上还设有阀座圆孔；

所述滑动组件滑动设于阀座导向部中，所述真空集水组件卡合设于滑动组件中。

作为优选地，所述滑动组件包括滑动式阀板和气缸，所述滑动式阀板卡合滑动设于阀座导向部中，所述滑动式阀板上设有阀板中间方孔，所述气缸卡合于阀座圆孔中，所述气缸的伸缩端固接于滑动式阀板上。

作为本发明的进一步优选，所述真空集水组件包括集水盒、下水斗、浮圈、真空管和带阀下水管，所述集水盒卡合设于阀板中间方孔中，所述下水斗设于集水盒上；

所述集水盒上设有围挡；所述浮圈贴于围挡的内壁并且能够在浮力的作用下上升，

所述真空管设于围挡的外侧，所述带阀下水管设于围挡的内侧，所述真空管与外部的真空泵连接，所述带阀下水管与外部的水箱连接。

通过围挡将集水盒分成两个相对独立的空间，一方面能够保证炉体中的水不会进入气泵中，另一方面还能通过浮圈的升降，恰巧实现这两个空间的贯通和隔绝，从而为“以气压值作为触发条件”的循环排水模式创造了条件，避免了持续负压状态下水无法排出的问题。

进一步地，所述加热机构包括炉体和红外加热组件，所述炉体设于多边形底板上，所述炉体的顶部设有顶盖，所述炉体上设有外壁。

作为优选地，所述加热机构还包括石英玻璃外罩，所述石英玻璃外罩设于多边形底板和顶盖之间，所述红外加热组件设于石英玻璃外罩和炉体之间。

采用上述结构本发明取得的有益效果如下：

（1）通过微孔过滤板能够实现液体在一个方向上无障碍通过，在另一个方向上需要较大的气压差才能通过的技术目标，上料时液体能够无障碍通过，而在微孔过滤板和斜坡挡边闭合之后，自然状态下液体流动阻力大这一特性保证了真空除水机构伸出之前或者伸出的过程中炉体中的水不会过多流出。

（2）通过高强度的微孔过滤板，还能保证颗粒物能够自下而上进入炉内，但无法透过微孔过滤板回流到下方。

（3）通过可以被动伸缩的风琴式伸缩通道，能够在砂浆流动时自动伸长、与炉体贯通，在砂浆不流动之后还能够跟随着砂浆在重力作用下下降，为真空除水机构的伸出留出足够的空间。

（4）通过围挡将集水盒分成两个相对独立的空间，一方面能够保证炉体中的水不会进入气泵中，另一方面还能通过浮圈的升降，恰巧实现这两个空间的贯通和隔绝，从而为“以气压值作为触发条件”的循环排水模式创造了条件，避免了持续负压状态下水无法排出的问题。

（5）在轮内真空环境的作用下，能够克服氯化剂在石英砂中的流动阻力、提高氯化剂在石英砂中的流动性，促使氯化剂布满在石英砂细小的间隙中，以便进行充分的高温氯化反应。

附图说明

图1为本发明提出的一种用于高温氯化提纯石英砂的设备的立体图；

图2为本发明提出的一种用于高温氯化提纯石英砂的设备的主视图；

图3为本发明提出的一种用于高温氯化提纯石英砂的设备的俯视图；

图4为图2中沿着剖切线A-A的剖视图；

图5为图4中沿着剖切线B-B的剖视图；

图6为图2中沿着剖切线C-C的剖视图；

图7为图5中沿着剖切线D-D的剖视图；

图8为单向滤水机构、自适应砂浆上料接头和加热机构的组合结构示意图；

图9为本发明提出的一种用于高温氯化提纯石英砂的设备的真空除水机构的结构示意图；

图10为图4中Ⅰ处的局部放大图；

图11为图4中Ⅱ处的局部放大图。

其中，1、单向滤水机构，2、自适应砂浆上料接头，3、真空除水机构，4、加热机构，5、多边形底板，6、感应式开合组件，7、上下料通道，8、隔板，9、底部法兰，10、固定框，11、斜坡挡边，12、微孔过滤板，13、挡边安装条，14、限位圆台，15、导向十字槽，16、上料斗，17、风琴式伸缩通道，18、上料阀板，19、顶部升降框，20、导向滑槽，21、阀板导向柱，22、固定式阀座，23、滑动组件，24、真空集水组件，25、阀座导向部，26、阀座圆孔，27、滑动式阀板，28、气缸，29、集水盒，30、下水斗，31、浮圈，32、真空管，33、带阀下水管，34、阀板中间方孔，35、围挡，36、炉体，37、红外加热组件，38、顶盖，39、外壁，41、石英玻璃外罩。

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-图11所示，本发明提出了一种用于高温氯化提纯石英砂的设备，包括单向滤水机构1、自适应砂浆上料接头2、加热机构4和真空除水机构3，其中，

单向滤水机构1设于加热机构4的底部，自适应砂浆上料接头2设于单向滤水机构1的下方，真空除水机构3设于单向滤水机构1的底部；

单向滤水机构1包括多边形底板5和感应式开合组件6，多边形底板5的下方设有上下料通道7，上下料通道7中交叉设有隔板8，上下料通道7的底部还设有底部法兰9；

感应式开合组件6固接于底部法兰9上；

作为优选地，感应式开合组件6包括固定框10、斜坡挡边11和微孔过滤板12，固定框10固接于底部法兰9的底面上，斜坡挡边11上设有挡边安装条13，斜坡挡边11通过挡边安装条13固接于固定框10的内侧；

微孔过滤板12置于斜坡挡边11上，微孔过滤板12上阵列设有限位圆台14，限位圆台14上还设有用于导向并与隔板8匹配的导向十字槽15。

作为本发明的进一步优选，微孔过滤板12为钛合金材质，通过微孔过滤板12能够实现液体在一个方向上无障碍通过，在另一个方向上需要较大的气压差才能通过的技术目标，上料时液体能够无障碍通过，而在微孔过滤板12和斜坡挡边11闭合之后，自然状态下液体流动阻力大这一特性保证了真空除水机构3伸出之前或者伸出的过程中炉体36中的水不会过多流出（最多因毛细现象而低落，量极少）。

自适应砂浆上料接头2包括上料斗16、风琴式伸缩通道17和上料阀板18，上料斗16位于上下料通道7的下方，上料斗16连接在外部的砂浆输送管道上，风琴式伸缩通道17设于上料斗16上；

作为优选地，风琴式伸缩通道17上设有顶部升降框19，顶部升降框19的内圈处设有导向滑槽20，上料阀板18上设有阀板导向柱21，导向滑槽20和阀板导向柱21相互匹配，上料阀板18通过阀板导向柱21卡合滑动设于导向滑槽20中，通过可以被动伸缩的风琴式伸缩通道17，能够在砂浆流动时自动伸长、与炉体36贯通，在砂浆不流动之后还能够跟随着砂浆在重力作用下下降，为真空除水机构3的伸出留出足够的空间。

真空除水机构3包括固定式阀座22、滑动组件23和真空集水组件24，其中，

自适应砂浆上料接头2固接于多边形底板5的底部，固定式阀座22的内部对称设有阀座导向部25，固定式阀座22上还设有阀座圆孔26；

滑动组件23滑动设于阀座导向部25中，真空集水组件24卡合设于滑动组件23中。

作为优选地，滑动组件23包括滑动式阀板27和气缸28，滑动式阀板27卡合滑动设于阀座导向部25中，滑动式阀板27上设有阀板中间方孔34，气缸28卡合于阀座圆孔26中，气缸28的伸缩端固接于滑动式阀板27上。

作为本发明的进一步优选，真空集水组件24包括集水盒29、下水斗30、浮圈31、真空管32和带阀下水管33，集水盒29卡合设于阀板中间方孔34中，下水斗30设于集水盒29上；

集水盒29上设有围挡35；浮圈31贴于围挡35的内壁并且能够在浮力的作用下上升，

真空管32设于围挡35的外侧，带阀下水管33设于围挡35的内侧，真空管32与外部的真空泵连接，带阀下水管33与外部的水箱连接。

通过围挡35将集水盒29分成两个相对独立的空间，一方面能够保证炉体36中的水不会进入气泵中，另一方面还能通过浮圈31的升降，恰巧实现这两个空间的贯通和隔绝，从而为“以气压值作为触发条件”的循环排水模式创造了条件，避免了持续负压状态下水无法排出的问题。

加热机构4包括炉体36和红外加热组件37，炉体36设于多边形底板5上，炉体36的顶部设有顶盖38，炉体36上设有外壁39。

作为优选地，所述加热机构4还包括石英玻璃外罩41，所述石英玻璃外罩41设于多边形底板5和顶盖38之间，所述红外加热组件37设于石英玻璃外罩41和炉体36之间。

具体使用时，首先用户需要在滑动组件23呈回缩状态时开始往炉体36中注料，当砂浆进入上料斗16和风琴式伸缩通道17中后，会使风琴式伸缩通道17膨胀上升，并且使顶部升降框19紧贴在固定框10的下沿并通过挤压保持密封；

随着砂浆压力持续升高，砂浆会顶开上料阀板18和微孔过滤板12，然后从顶部升降框19和斜坡挡边11中流过，并且经过上下料通道7进入炉体36中；

由于限位圆台14的存在，微孔过滤板12的顶部极限位置位于上下料通道7和斜坡挡边11之间，能够避免发生微孔过滤板12离开斜坡挡边11后反而挡住上下料通道7的情况；

当进入足够量的砂浆之后，失去压力的砂浆开始回流，此时微孔过滤板12和上料阀板18都会下降并复位，由于微孔过滤板12的内孔极小，液体在表面张力的作用下流过的阻力极大，因此此时砂浆都被隔在了微孔过滤板12的上方；

待风琴式伸缩通道17回缩留出空间之后，通过气缸28的伸长将滑动组件23和真空集水组件24送入单向滤水机构1的下方，此时真空集水组件24和炉体36组成一个密封的空腔，此时通过气泵能够将集水盒29中的空气抽出，使集水盒29呈负压，在气压的作用下，炉体36中的水才会透过微孔过滤板12，但是这个速度也并不快；

透过微孔过滤板12的水在下水斗30的导向下会进入围挡35的内部，因此不会进入真空管32中，也就不会对气泵的造成影响，随着围挡35中的水位升高，浮圈31也会逐渐上浮，直到浮圈31将围挡35和下水斗30之间的缝隙封堵，此时集水盒29中气压不变，围挡35外部的气压继续降低；

当气压降低到一定值之后，自动同时关闭气泵、打开下水阀，此时围挡35中的水会通过带阀下水管33流入水箱中，而浮圈31也会下降，围挡35的两侧重新贯通；在此过程中，空气也会通过微孔过滤板12进入炉体36、使炉体36中的气压也恢复至常态；

循环执行上述“抽真空和排水”的步骤，从抽真空到排水步骤的转变条件为真空度达到一定值，通过多次排水一方面能够避免液体进入气泵中，另一方面还能始终保持炉体36和集水盒29存在压力差，进而使水通过微孔过滤板12；

排水完成之后，保持集水盒29和炉体36中的低压状态，然后打开位于顶盖38上的氯化剂管道接头，在轮内真空环境的作用下，能够克服氯化剂在石英砂中的流动阻力、提高氯化剂在石英砂中的流动性，促使氯化剂布满在石英砂细小的间隙中，以便进行充分的高温氯化反应，然后启动红外加热组件37，红外线辐射或者经过炉内壁反射后透过石英玻璃外罩41照射到砂料上，从而为砂料加热。

通过负压环境下的真空氯化反应，能够对石英砂进行提纯，高温氯化工艺完成之后，先通过外部装置的中和反应对氯化剂进行无害化处理，然后在炉体36内部恢复常压之后将顶盖38拆下，即可通过外部收集设备伸入炉体36中的软管将干燥、高纯度的石英砂取出。

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、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于高温氯化提纯石英砂的设备，包括加热机构（4），其特征在于：还包括单向滤水机构（1）、自适应砂浆上料接头（2）和真空除水机构（3），其中，

所述单向滤水机构（1）设于加热机构（4）的底部，所述自适应砂浆上料接头（2）设于单向滤水机构（1）的下方，所述真空除水机构（3）设于单向滤水机构（1）的底部；

所述单向滤水机构（1）包括多边形底板（5）和感应式开合组件（6），所述多边形底板（5）的下方设有上下料通道（7），所述上下料通道（7）中交叉设有隔板（8），所述上下料通道（7）的底部还设有底部法兰（9）；

所述感应式开合组件（6）固接于底部法兰（9）上；

所述感应式开合组件（6）包括固定框（10）、斜坡挡边（11）和微孔过滤板（12），所述固定框（10）固接于底部法兰（9）的底面上，所述斜坡挡边（11）上设有挡边安装条（13），所述斜坡挡边（11）通过挡边安装条（13）固接于固定框（10）的内侧；

所述微孔过滤板（12）置于斜坡挡边（11）上，所述微孔过滤板（12）上阵列设有限位圆台（14），所述限位圆台（14）上还设有用于导向并与隔板（8）匹配的导向十字槽（15）；

所述真空除水机构（3）包括固定式阀座（22）、滑动组件（23）和真空集水组件（24），其中，

自适应砂浆上料接头（2）固接于多边形底板（5）的底部，所述固定式阀座（22）的内部对称设有阀座导向部（25），所述固定式阀座（22）上还设有阀座圆孔（26）；

所述滑动组件（23）滑动设于阀座导向部（25）中，所述真空集水组件（24）卡合设于滑动组件（23）中；

所述滑动组件（23）包括滑动式阀板（27）和气缸（28），所述滑动式阀板（27）卡合滑动设于阀座导向部（25）中，所述滑动式阀板（27）上设有阀板中间方孔（34），所述气缸（28）卡合于阀座圆孔（26）中，所述气缸（28）的伸缩端固接于滑动式阀板（27）上；

所述真空集水组件（24）包括集水盒（29）、下水斗（30）、浮圈（31）、真空管（32）和带阀下水管（33），所述集水盒（29）卡合设于阀板中间方孔（34）中，所述下水斗（30）设于集水盒（29）上；

所述集水盒（29）上设有围挡（35）；所述浮圈（31）贴于围挡（35）的内壁并且能够在浮力的作用下上升，

所述真空管（32）设于围挡（35）的外侧，所述带阀下水管（33）设于围挡（35）的内侧，所述真空管（32）与外部的真空泵连接，所述带阀下水管（33）与外部的水箱连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于高温氯化提纯石英砂的设备，其特征在于：所述微孔过滤板（12）为钛合金材质。

3.根据权利要求2所述的一种用于高温氯化提纯石英砂的设备，其特征在于：所述自适应砂浆上料接头（2）包括上料斗（16）、风琴式伸缩通道（17）和上料阀板（18），所述上料斗（16）位于上下料通道（7）的下方，所述上料斗（16）连接在外部的砂浆输送管道上，所述风琴式伸缩通道（17）设于上料斗（16）上；

所述风琴式伸缩通道（17）上设有顶部升降框（19），所述顶部升降框（19）的内圈处设有导向滑槽（20），所述上料阀板（18）上设有阀板导向柱（21），所述导向滑槽（20）和阀板导向柱（21）相互匹配，所述上料阀板（18）通过阀板导向柱（21）卡合滑动设于导向滑槽（20）中。

4.根据权利要求3所述的一种用于高温氯化提纯石英砂的设备，其特征在于：所述加热机构（4）包括炉体（36）和红外加热组件（37），所述炉体（36）设于多边形底板（5）上，所述炉体（36）的顶部设有顶盖（38），所述炉体（36）上设有外壁（39）。

5.根据权利要求4所述的一种用于高温氯化提纯石英砂的设备，其特征在于：所述加热机构（4）还包括石英玻璃外罩（41），所述石英玻璃外罩（41）设于多边形底板（5）和顶盖（38）之间，所述红外加热组件（37）设于石英玻璃外罩（41）和炉体（36）之间。