DE3040385C2 - Vorrichtung zur kontinuierlichen Oberflächenreinigung von Quarzkristallstücken - Google Patents
Vorrichtung zur kontinuierlichen Oberflächenreinigung von QuarzkristallstückenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Oberflächenreinigung von kleinen Quarzkristallstücken
durch Einwirkenlassen von Säure unter Anwendung des Gegenstromprinzips.
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 eine Vorrichtung zur Reinigung von Quarzsand von verschiedenen
Verunreinigungen, insbesondere von Eisenverbindungen. Hierbei wird der Quarzsand und wäßrige Flußsäure
bei erhöhter Temperatur in einem Reaktor durchmischt, und danach Säure und Sand in einem Filter voneinander
abgetrennt. Die frische, reine, wäßrige Flußsäure wirkt auf den verunreinigten Sand ein, sie wird jedoch während
des Reinigungsvorganges durch Bildung von Komplexverbindungen und insbesondere Kieselflußsäure
verbraucht. Infolge der ständigen Verringerung der Flußsäurekonzentration ist daher zu befürchten, daß
mit Hilfe dieser Vorrichtung größere Fremdmineralstüeke nicht mit Sicherheit von Quarzkristallstücken
vollständig entfernt werden können.
Aus Ulimann, 4. Auflage, Band 2, 1972, S. 727 bis 729 sind Föiderschriccken-llxtrakteure bekannt. Bei diesen
Vorrichtungen bewegt sich eine Förderschnecke innerhalb eines feststehenden Rohres, was zu erheblichem
Verschleiß an der Förderschnecke und der Rohrwand führen würde, wenn derartige Vorrichtungen zum Reinigen
von abrasiv wirkendem Gui, wie Quarzkristallslücken,
eingesetzt würden.
Eine Vorrichtung zur Oberflächenreinigung von mineralischen Materialien, insbesondere von SiO2-Teilchen,
durch Einwirkenlassen von Säure unter Anwendung des Gegenstromprinzips ist aus der US-PS
23 06021 bekannt
to Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Oberflächenreinigung von Quarzkristallstücken
zu schaffen, die unabhängig von der Größe der zu reinigenden Quarzkristallstücke anwendbar ist
und eine gleichmäßige Behandlung sämtlicher Quarzkristallstücke gewährleistet
Gelöst wird diese Aufgabe für die eingangs charakterisierte Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch, daß sie
eine wenigstens auf ihrer Innenseite aus Kunststoff bestehende Wanne aufweist mit einer Zufuhrstelle für reine
wäßrige Flußsäure und einem Überlauf für verbrauchte Flußsäure, in der eine Drehfördereinrichtung
aus Kunststoff angeordnet ist, der im Bereich des Überlaufs eine Zugabevorrichtung für die Quarzkristallstükke
und im Bereich der Zufuhrstelle eine Austragvorrichtung zugeordnet ist, und bei der die Wanne und die
Drehrohrfördereinrichtung über eine Dichtung gegeneinander abgedichtet sind.
In vorteilhafter Weise bestehen die Drehrohrfördereinrichtung
vollständig und die Wanneninnenseite aus Polypropylen. Vorzugsweise ist die Drehrohrfördereinrichtung
vollständig unterhalb des sich entsprechend dem Überlauf einstellenden Flußsäurespiegels angeordnet.
Die kontinuierliche Ausbringung der gereinigten Quarzkristallstücke kann beispielsweise mittels eines
Becherwerkes, einer Transportschnecke oder ähnlicher Fördereinrichtungen erfolgen.
Ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Reinigen von Quarzsand wird anhand der schematischen
Figur 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 Verweilzeit der zu behandelnden
Quarzkristallstücke in der wäßrigen Flußsäure. Die Wanne 1 ist so hoch mit wäßriger Flußsäure 4
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 Labyrinth-
bo dichtung 10 verhindert, so daß sie nur durch das Innere
der Drehrohrfördereinrichiung zum Überlauf strömen kann. Der zu reinigende Quarzsand 11 wird dem Vorratsbunker
12 mittels der Zellradschleuse 13 dosiert entnommen und gelangt über die Vibrationsrinnc 14 zur
μ Wanne 1. Hier fällt der Quar/sand durch die Oberfläche
der verbrauchten Flußsäure, so daß jegliche Klumpcnbildung durch feuchten Sand ausgeschlossen ist. Unterhalb
des Flüssigkeilsspiegcls gelungen die Quarzkristall-
hörnchen über die Leitrinne 15 in die Drehrohrfördereinrichtung
2. Durch die spiralförmigen Einbauten 3 wird der Quarzsand in Richtung zur Flußsäure-Zufuhrsliille
9 gefördert, wobei die Verweilzeit der Quarzkristallkörnchen in der Fördereinrichtung 2 durch deren
Drehzahl in weiten Grenzen regulierbar ist. Nach Verlassen der Drehrohrfördereinrichtung fällt der gereinigte
Quarzsand durch die Bodenöffnung 16 der Wanne 1 in eine Auslassvorrichtung 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 20 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 Vorteil 24 verschlossen ist. Die Austragvorrichtung 17 umfaßt also die
Bodenöffnung 16, die Schleusenkammer 20, d:e Ventile
22 bzw. 24, die zum Verschließen bzw. öffnen der öffnungen
21 bzw. 23 dienen. Der Ventilantrieb 25 ist so gestaltet, daß die beiden Ventüe 22, 24 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 abgeschleuderte Wasser wird zum Zwischenbehälter 30
zurückgeführt, wie durch Pfeil 34 angedeutet. Der mit geringer Restfeuchtigkeil 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 der erfindungsgemäßen
Vorrichtung darin, daß die verunreinigten Quarzkristallstücke mit wäßriger Flußsäure mit allmählich
steigender Konzentration behandelt werden. Die verbrauchte und verunreinigte Flußshure 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 eine plötzliche Überhitzung, wie sie zu Beginn der
Reaktion beispielsweise bei »Eintropfverfahren« gemäß der DE-OS 24 31 928 auftritt, vermieden. Durch die kontinuierliche
Betriebsweise wird eine konstante Vcrwcilzeit und gleichmäßige Behandlung sämtlicher Quarzkristiillstückc
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 Vorrichtung mit handelsüblicher 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
ίο wenig Wärmeenergie zur Entfernung der Restfeuchtigkeit
benötigt wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 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.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird durch die vorgesehene Dichtung der direkte Weg der Flußsäure
zum Überlauf verhindert und eine Strömung der Flußsäure durch das Innere der Drehrohrfördereinrichlung
zum Überlauf sichergestellt. Durch Verwendung einer Drehrohrfördereinrichtung erfolgt lediglich ein
Umwälzen der zu reinigenden Quarzkristalle, so daß ein Abrieb an der Fördereinrichtung, wie dies bei Verwendung
von Förderschnecken zu befürchten wäre, praktisch vermieden wird. Durch Verwendung der mit
Kunststoff ausgekleideten Wanne sowie der aus Kunststoff bestehenden Drehrohrfördereinrichtung sind auch
korrosive Einflüsse der Flußsäure auf die Vorrichtung
jo selbst auf ein Minimum herabgesetzt.
Hierzu I Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Oberflächenreinigung von kleinen Quarzkistallstücken durch
Einwirkenlassen von Säure unter Anwendung des Gegenstromprinzips, 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 Oberlauf (5) für verbrauchte
Flußsäure, in der eine Drehrohrfördereinrichtung (2) aus Kunststoff angeordnet ist, der im Bereich des
Oberlaufs (5) eine Zugabeyorrichtung für die Quarzkistallstücke
und im Bereich der Zufuhrstelle (9) eine Austragsvorrichtung (17) zugeordnet ist, und bei der
die Wanne (1) und die Drehrohrfördereinrichiung (2) über eine Dichtung (10) gegeneinander abgedichtet
sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrohrfördereinrichtung vollständig
und die Wanneninnenseite aus Polypropylen bestehen.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrohrfördereinrichtung
(2) vollständig unterhalb des sich entsprechend dem Überlauf (5) einstellenden Flußsäurespiegels
angeordnet ist.
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