DE3040385A1

DE3040385A1 - Verfahren zur oberflaechenreinigung von quarzkristallstuecken und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3040385A1
Application number: DE19803040385
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr.rer.nat. 6454 Bruchköbel Brüning; Klaus 6458 Rodenback Reimann
Original assignee: Heraeus Quarzschmelze GmbH; Heraeus Schott Quarzschmelze GmbH
Current assignee: Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
Priority date: 1980-10-25
Filing date: 1980-10-25
Publication date: 1982-05-06
Also published as: GB2088841A; JPS5777097A; NO152088B; NO813588L; DE3040385C2; GB2088841B; FR2492688A1; NO152088C; FR2492688B3; JPH0134940B2; US4445523A

Description

Hanau/Main, 23.Oktober 1980 ZPL-Dr.Hn/S

Heraeus Quarzschmelze GmbH, Hanau/Main Patentanmeldung

"Verfahren zur Oberflächenreinigung won Quarzkristallstücken und Vorrichtung zur Durchführung des

Verfahrens"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenreinigung von kleinen Quarzkristallstücken durch Einwirkenlassen van wässriger Flußsäure und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Quarzkristallstücke, die für die Herstellung von glasigen Formkörpern verwendet werden, sind häufig auf ihrer Oberfläche durch silikatische Fremdmineralien verunreinigt. Diese Fremdmineralien lösen sich in wässriger Flußsäure wesentlich schneller als reiner Quarz. Bei hinreichender Verweilzeit solcher verunreinigten Quarzkristallstücke in wässriger Flußsäure werden daher die Fremdmineralien vollständig aufgelöst, während von den Quarzkristallstücken nur eine Oberflächenschicht minimaler Dicke abgetragen wird. Diese Erkenntnis hat man sich in der Technik in der Weise zunutze gemacht, daß man sie zur Oberflächenreinigung von Quarzkristallstücken verwendete.

Bekannt ist aus der DE-OS 24 31 928 ein Verfahren zur Reinigung von Quarzsand von verschiedenen Verunreinigungen, insbesondere von Eisenverbindungen. Hierbei werden der

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Quarzsand und wässrige Flußsäure bei erhöhter Temperatur in einem Reaktor durchmischt, und danach Säure und Sand in einem Filter voneinander abgetrennt. Bei diesem Verfahren wirkt frische, reine, wässrige Flußsäure auf den verunreinigten Sand ein, die jedoch während des Reinigungsvorganges durch Bildung von Komplexverbindungen und insbesondere Kieselflußsäure verbraucht wird. Infolge der ständigen Verringerung der Flußsäurekonzentration ist daher zu befürchten, daß mit Hilfe dieses Verfahrens größere Fremdmineralstücke nicht mit Sicherheit von Quarzkristallstucken vollständig entfernt werden können.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, das unabhängig von der Größe der zu behandelnden Quarzkristallstücke mit Sicherheit die Entfernung von an der Oberfläche anhaftenden Fremdmineralien gewährleistet.

Gelöst wird diese Aufgabe für das eingangs charakterisierte Verfahren erfindungsgemäß dadurch, daß die Quarzkristallstücke in eine Fördereinrichtung eingebracht und darin im Gegenstrom zur ebenfalls diese Fördereinrichtung kontinuierlich durchströmenden Flußsäure unter Umwälzung zur Flußsäure-Zufuhrstelle gefördert und danach aus der Fördereinrichtung ausgetragen werden.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Quarzkristallstücke kontinuierlich in die Fördereinrichtung einzubringen, darin kontinuierlich umzuwälzen und zur Flußsäure-Zufuhrstelle zu fördern und kontinuierlich aus der wässrigen Flußsäure auszutragen, so daß die Veru/üilzeit der verschiedenen Quarzkristallstücke in der Flußsäure gleich ist.

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Die Durchführung des Verfahrens erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 310 bis 330 K, wobei die Konzentration der zugeführten wässrigen Flußsäure 10 bis 40 %, insbesondere 25 bis 30 % beträgt. Eine Vorwärmung der wässrigen Flußsäure vor ihrer Zufuhr in die Fördereinrichtung hat sich als zweckmäßig erwiesen. Zwar erfolgt während der Reaktion der Flußsäure mit den Fremdmineralien an der Oberfläche der Quarzkristallstücke durch die freiwerdende Reaktionsenthalpie eine selbsttätige Aufwärmung. Diese findet jedoch nur etwa bis zur halben Wegstrecke der Fördereinrichtung statt, weil dort der Verunreinigungsgrad der Quarzkristallstücke am größten ist. Die nahezu gereinigten Quarzkristallstücke kämen ohne Vorheizung der Flußsäure nur mit frischer kalter Flußsäure in Berührung, was eine Erhöhung der Verweilzeit bis zur endgültigen Beseitigung noch vorhandener Fremdmineralspuren bedingen würde.

Die kontinuierliche Ausbringung der gereinigten Quarzkristallstücke kann beispielsweise mittels eines Becherwerkes, einer Transportschnecke oder ähnlichen Fördereinrichtungen erfolgen.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die an der Oberfläche der Quarzkristallstücke anhaftende wässrige Flußsäure nach der Flußsäurebehandlung mit reinem Wasser abzuwaschen und die Quarzkristallstücke vor ihrer Weiterverarbeitung zu trocknen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird am Beispiel der Reinigung von Quarzsand anhand der schematisch in der Figur dargestellten Vorrichtung beschrieben.

In einer mit Kunststoff ausgekleideten Wanne 1 befindet sich eine Drehrohrfördereinrichtung 2 aus Kunststoff, die im Inneren spiralförmige Einbauten 3 besitzt. Die Drehrohrfördereinrichtung 2 besteht vollständig aus Polypropylen, ebenso die Kunststoffauskleidung der Wanne 1. Die Fördereinrichtung wird über den Zahnkranz 31, das Zahnrad 32 von einem Motor 33 angetrieben, dessen Drehzahl einstellbar ist.„Die Drehzahl der Fördereinrichtung bestimmt die Veru/eilzeit der zu behandelnden Quarzkristallstücke in der wässrigen Flußsäure. Die Wanne 1 ist so hoch mit wässriger Flußsäure A gefüllt, daß die Drehrohrfördereinrichtung vollständig unterhalb des Flüssigkeitsspiegels liegt, welcher sich entsprechend dem Überlauf 5 einstellt. Frische, reine wässrige Flußsäure wird dem Vorratsbehälter 6 entnommen und mittels der Dosierpumpe 7 über den der Vorwärmung der Flußsäure dienenden Wärmetauscher 8 über die Zufuhrstelle 9 eingespeist. Der direkte Weg der Flußsäure zum Überlauf 5 wird durch eine Labyrinthdichtung 10 verhindert, so daß sie nur durch das Innere der Drehrohr fördereinrichtung zum Überlauf strömen kann. Der zu reinigende Quarzsand wird dem Vorratsbunker 12 mittels der Zellradschleuse dosiert entnommen und gelangt über die Vibrationsrinne zur Wanne 1. Hier fällt der Quarzsand durch die Oberfläche der verbrauchten Flußsäure, so daß jegliche Klumpenbildung durch feuchten Sand ausgeschlossen ist. Unterhalb des Flüssigkeitsspiegels gelangen die Quarzkristallkörnchen über die Leitrinne 15 in die Drehrohr fördereinrichtung Durch die spiralförmicjon Einbauten 3 wird der Quarzsand in Richtung zur Flußsäuro-Zufuhrstolle 9 gefördert, wobei die Verweilzeit der Quarzkristallkörnchen in der Fördereinrichtung 2 durch deren Drehzahl in weiten Grenzen

regulierbar ist. Nach Verlassen der Drehrohrffördereinrichtung fällt der gereinigte Quarzsand durch die Bodenöffnung 16 der Wanne 1 in eine Austragvorrichtung 17, wobei er während des Ausschleusens mit reinem Wasser im Gegenstrom gewaschen wird. Aus dem Behälter 18 wird das reine Wasser mittels der Pumpe 19 in die Schleusenkammer dosiert gefördert. Die Schleusenkammer 20 besitzt am oberen Ende die Öffnung 21, welche durch das Ventil 22 verschlossen werden kann und am unteren Ende die Öffnung 23, die in der Figur mit dem Ventil 24 verschlossen ist. Die Austragvorrichtung 17 umfaßt also die Bodenöffnung 16, die Schleusenkammer 20, die Ventile 22 bzw. 24, die zum Verschließen bzw. Öffnen der Öffnungen 21 bzw. 23 dienen. Der Ventilantrieb 25 ist so gestaltet, daß die beiden Ventile 22, im Gegentakt arbeiten, so daß stets eines dieser beiden Ventile geschlossen ist, während das andere geöffnet ist. Bei geöffnetem Ventil 22, wie dargestellt, tritt gewaschener Quarzsand in die Schleusenkammer 20 ein, gleichzeitig strömt reines Wasser dem Quarzsand entgegen und tritt durch die Bodenöffnung 16 in die Wanne 1 ein. Die dem Vorratsbehälter 6 entnommene Flußsäure besitzt in diesem Falle eine höhere Konzentration, als zur Reinigung des Sandes benötigt wird. Die zur Reinigung erforderliche geringere Konzentration wird durch Mischen dieser hochkonzentrierten Säure mit dem reinen Wasser erreicht, wobei das Verhältnis von Säure zu Wasser mittels der Dosierpumpe 7 und der Pumpe 19 eingestellt wird.

Der gereinigte und mit reinem Wasser ausgewaschene Quarzsand gelangt aus der Schleusenkammer 20 durch die Öffnung 23 in den Zwischenbehälter 30. An dessen tiefster Stelle befindet sich der Injektor 26, welcher mittels der Druckpumpe 27 betrieben wird. Mittels des Injektors wird ein Gemisch aus gereinigtem Quarzsand und Wasser in die Zentrifuge

^ 28 gefördert. Das abtjeschleudorto Walser wird zum

Zwischenbehälter 30 zurückgeführt, wie durch Pfeil 34 angedeutet. Der mit geringer Restfeuchtigkeit behaftete Sand wird anschließend, wie durch Pfeil 35 angedeutet, in einen Drehrohrofen 29 gebracht und dort vollständig getrocknet.

Wie sich aus dem beschriebenen Ausführungsbeispiel deutlich ergibt, liegen die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, daß die verunreinigten Quarzkristallstücke mit wässriger Flußsäure mit allmählich steigender Konzentration behandelt werden. Die verbrauchte und verunreinigte Flußsäure kommt nur in Kontakt mit verunreinigten Quarzkristallstücken. Die am leichtesten löslichen Verunreinigungen werden dann in stark verdünnter Flußsäure gelöst und zur Entfernung größerer oder schwerer löslicher Fremdmineralpartikel steht schließlich reine frische Flußsäure zur Verfügung. Dadurch wird die Reaktionsenthalpie während des Auflösungsvorganges allmählich freigesetzt und die plötzliche Überhitzung, wie sie zu Beginn der Reaktion beispielsweise bei "Eintopfverfahren" gemäß der DE-OS 24 31 928 auftritt, vermieden. Durch die kontinuier· liehe Betriebsweise wird eine konstante Verweilzeit und gleichmäßige Behandlung sämtlicher Quarzkristallstücke erreicht. Die Ausschleuse-Vorrichtung für Quarzsand ermöglicht gleichzeitig das Auswaschen der Flußsäure durch reines Wasser. Die Verwendung dieses Auswaschwassers zur Verdünnung ermöglicht die Speisung der Anlage mit handeisüblicher konzentrierter Flußsäure. Durch Zwischenlagerung des gereinigten Quarzsandes in reinem Wasser kann das Zentrifugieren in diskontinuierlicher Betriebsweise erfolgen und eine einfache Zentrifuge mit Bodenentleerung im Stillstand verwendet werden. Das Abzentrifugieren der Hauptmenge der Feuchtigkeit gestattet die Verwendung eines Trockenofens mit relativ geringer Heizleistung, da nur wenig Wärmeenergie zur Entfernung der Restfeuchtigkeit benötiqt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist unabhängig von der Größe der zu reinigenden Quarzkristallstücke anwendbar und eignet sich auch für die Reinigung von Quarzsanden mit einer Korngröße von weniger als 0,5 mm.

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Claims

Hanau/Main, 23.Oktober 1980 ZPL-Dr.Hn/S

Heraeus Quarzschmelze GmbH, Hanau/Main Patentanmeldung

"Verfahren zur Oberflächenreinigung von Quarzkristallstücken und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens¹'

Patentansprüche

Iy Verfahren zur Oberflächenreinigung von kleinen Quarzkristallstücken durch Einwirkenlassen von wässriger Flußsäure, dadurch gekennzeichnet, daß die Quarzkristallstücke in eine Fördereinrichtung eingebracht und darin im Gegenstrom zur ebenfalls diese Fördereinrichtung kontinuierlich durchströmenden Flußsäure unter Umwälzung in Richtung zur Flußsäure-Zufuhrstelle gefördert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quarzkristallotücke kontinuierlich eingebracht und kontinuierlich umgewälzt werden.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine 10 bis 40 ?£ige wässrige Flußsäure verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine 25 bis 30 ?oige wässrige Flußsäure verwendet wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenreinigung bei einer Temperatur im Bereich von 310 bis 330 K durchgeführt wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die wässrige Flußsäure vor der Zufuhr zur Fördereinrichtung vorgewärmt wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit wässriger Flußsäure behandelten Quarzkristallstücke mit reinem Wasser gewaschen und danach getrocknet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

daß vor dem Trocknen die gewaschenen Quarzkristallstücke zentrifugiert werden.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine wenigstens auf ihrer Innenseite aus Kunststoff bestehende Wanne (1) aufweist mit einer Zufuhrstelle (9) für reine wässrige Flußsäure und einem Überlauf (5) für verbrauchte Flußsäure, in der eine Drehrohrfördereinrichtung (2) aus Kunststoff angeordnet ist, der im Bereich des Überlaufs (5) eine Zugabevorrichtung für die Quarzkristallstücke und im Bereich der Zufuhrstelle (9) eine Austragvorrichtung (17) zugeordnet ist, und bei der die Wanne (1) und die Drehrohrfördereinrichtung (2) über eine Dichtung (10) gegeneinander abgedichtet sind.
10.Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrohrfördereinrichtung vollständig und die Wanneninnenseite aus Polypropylen bestehen.

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