DE3040385C2

DE3040385C2 - Vorrichtung zur kontinuierlichen Oberflächenreinigung von Quarzkristallstücken

Info

Publication number: DE3040385C2
Application number: DE3040385A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr.rer.nat. 6454 Bruchköbel Brüning; Klaus 6458 Rodenbach Reimann
Original assignee: Heraeus Quarzschmelze GmbH
Current assignee: Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
Priority date: 1980-10-25
Filing date: 1980-10-25
Publication date: 1985-02-21
Also published as: FR2492688B3; JPH0134940B2; GB2088841A; JPS5777097A; DE3040385A1; US4445523A; NO152088B; NO813588L; GB2088841B; FR2492688A1; NO152088C

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

Patentansprüche:

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.