CN113165968A - 输送固体化学物质及在熔融盐浴中保留淤渣的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
提供了用于在熔融盐浴中输送和保留固体化学物质的方法和设备，所述化学物质可以用于降低熔融盐浴的锂中毒水平。还提供了用于在熔融盐浴中保留淤渣，以允许从熔融盐浴移除淤渣的方法和设备。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年11月30日提交的系列号为62/773,538的美国临时申请的优先权权益，本文以该申请的内容为基础并通过引用将其全部结合入本文。
背景
技术领域
本公开涉及用于将固体化学物质输送到熔融盐浴中以及将淤渣保留在熔融盐浴中的方法和设备。
背景技术
用于玻璃制品的离子交换的熔融盐浴随着离子从玻璃制品迁移进入到熔融盐浴中而逐渐中毒。例如，锂离子可以从玻璃制品迁移出并进入到熔融盐浴中，从而形成硝酸锂。如果熔融盐浴中的硝酸锂浓度变得太高，则该浴可能不再能够有效地离子交换。已经向熔融盐浴中添加了磷酸三钠(TSP)来减小浴中的硝酸锂浓度，以及恢复熔融盐浴的离子交换有效性。向熔融盐浴添加TSP的现有方法可能造成浴变混浊，这要求等待浴变澄清之后才可恢复生产，以避免颗粒粘着于经离子交换的玻璃制品的表面。另外，向熔融盐浴添加TSP的现有方法可能使工作人员暴露于危险的环境。
TSP与硝酸锂的反应形成了磷酸锂，其从浴中沉淀而形成类似淤渣的物质。最终，需对熔融盐浴槽进行排放以移除可导致工艺停工的淤渣。
因此，需要向熔融盐浴中添加TSP以及从熔融盐浴移除淤渣的改进方法。
发明内容
在方面(1)中，提供了一种设备。所述设备包括：容纳熔融硝酸盐的槽；至少部分浸没在熔融硝酸盐中的输送运载工具，其中，所述输送运载工具包括：具有最小粒度的磷酸三钠颗粒，多个开口，其中，最大开口尺寸小于磷酸三钠的最小粒度。
在方面(2)中，提供了如方面(1)所述的设备，其中，所述输送运载工具还包括金属网，以及在金属网中形成的多个开口。
在方面(3)中，提供了如方面(2)所述的设备，其中，所述输送运载工具还包括支承金属网的框架。
在方面(4)中，提供了如方面(1)至(3)中任一方面所述的设备，其中，所述熔融硝酸盐包含LiNO3。
在方面(5)中，提供了如方面(1)至(4)中任一方面所述的设备，其中，所述输送运载工具完全浸没在熔融硝酸盐中。
在方面(6)中，提供了如方面(1)至(5)中任一方面所述的设备，其还包括移动机构，所述移动机构被构造用于将输送运载工具移动成与熔融硝酸盐接触或者不与熔融硝酸盐接触。
在方面(7)中，提供了一种方法。所述方法包括：将输送运载工具至少部分浸没在槽中容纳的熔融硝酸盐中，其中：熔融硝酸盐包含LiNO3，并且输送运载工具包括：具有最小粒度的磷酸三钠颗粒，多个开口，其中，最大开口尺寸小于磷酸三钠的最小粒度。
在方面(8)中，提供了如方面(7)所述的方法，其中，至少部分浸没输送运载工具包括：启动被构造用于将输送运载工具移动成与熔融硝酸盐接触的移动机构。
在方面(9)中，提供了如方面(7)或(8)所述的方法，其还包括：移除输送运载工具与熔融硝酸盐的接触。
在方面(10)中，提供了如方面(7)至(9)中任一方面所述的方法，其中，所述至少部分浸没输送运载工具包括：将输送运载工具附接于玻璃保持盒体，所述玻璃保持盒体被构造用于保持待在熔融硝酸盐中离子交换的玻璃；以及将玻璃保持盒体浸没在熔融硝酸盐中。
在方面(11)中，提供了一种设备。所述设备包括：容纳熔融硝酸盐的槽；以及浸没在熔融硝酸盐中并且设置在槽底部附近的托盘，其中，所述托盘的形状被构造成基本匹配槽的内部形状，并且所述托盘可从熔融硝酸盐移除。
在方面(12)中，提供了如方面(11)所述的设备，其中，所述托盘包含不锈钢。
在方面(13)中，提供了如方面(11)或(12)所述的设备，其中，所述托盘包括多个开口，所述开口被构造成允许熔融硝酸盐流动。
在方面(14)中，提供了如方面(11)至(13)中任一方面所述的设备，其中，所述托盘由槽的底部支承。
在方面(15)中，提供了如方面(11)至(14)中任一方面所述的设备，其中，所述托盘悬在槽的底部上方。
在方面(16)中，提供了一种方法。所述方法包括：将托盘浸没在容纳在槽中的熔融硝酸盐中，其中，所述托盘被设置在槽的底部附近，所述托盘的形状被构造成基本匹配槽的内部形状；以及向熔融硝酸盐添加磷酸三钠，其中，所述熔融硝酸盐包含LiNO3；以及从熔融硝酸盐中移除托盘。
在方面(17)中，提供了如方面(16)所述的方法，其还包括：在移除所述托盘后，将第二托盘浸没在熔融硝酸盐中，其中，所述第二托盘被设置在槽的底部附近，并且第二托盘的形状被构造成基本匹配槽的内部形状。
在方面(18)中，提供了如方面(16)或(17)所述的方法，其中，在添加磷酸三钠之前，所述熔融盐包含大于或等于1重量％的LiNO3。
在方面(19)中，提供了如方面(16)至(18)中任一方面所述的方法，其还包括：在从熔融硝酸盐移除托盘后，对托盘进行清洁。
在方面(20)中，提供了如方面(16)至(19)中任一方面所述的方法，其中，所述熔融硝酸盐处于大于或等于300℃的温度。
从以下具体实施方式、附图和所附权利要求书中将明显地看出这些方面、优点和显著特征及其他方面、优点和显著特征。
附图说明
图1是根据一个实施方式所述的包括输送运载工具和托盘的熔融盐浴槽的截面示意图；
图2是根据一个实施方式所述的输送运载工具的透视图；
图3是根据一个实施方式所述的用于输送运载工具的框架的透视图；
图4是根据一个实施方式所述的淤渣保留托盘的透视图；
图5是根据一个实施方式所述的淤渣保留托盘的透视图；
图6是添加TSP后熔融盐浴的锂浓度根据时间而变化的图。
具体实施方式
本文提供了用于向熔融盐浴添加磷酸三钠以及用于保留及移除熔融盐浴中的淤渣的方法和设备。本文所述的方法使得熔融盐浴槽的停机时间缩短，并提高了工作人员的安全性。
在以下描述中，在附图所示的若干视图中，相同的附图标记表示相同或相应的部分。还应理解，除非另外说明，否则，术语例如“顶部”、“底部”、“向外”、“向内”等是为了方便起见的用语，不应视为限制性用语。除非另有规定，否则，列举的数值范围同时包括所述范围的上限和下限，以及所述上限和下限之间的任何子范围。除非另外说明，否则，本文所用的修饰语“一个”、“一种”及其相应的修饰语“该(所述)”意为“至少一(个/种)”或者“一(个/种)或多(个/种)”。还应理解的是，在说明书和附图中公开的各个特征可以任意的和所有的组合方式使用。
除非另有规定，否则本文中的所有温度以摄氏度(℃)表示。
应注意，本文可用术语“基本上”和“约”表示可由任何定量比较、评估、测量或其他表示方法造成的固有不确定性的程度。在本文中还使用这些术语表示数量的表示值可以与陈述的所提及的表示有一定的偏离程度，但是不会导致论述的主题的基本功能改变。如本文所利用的，当术语“约”用于修饰值时，也公开了确切的值。例如，术语“大于约10摩尔％”也公开了“大于或等于10摩尔％”。
下面将详细说明各种实施方式，这些实施方式的例子在实施例和附图中示出。
图1示出了容纳熔融盐浴110的熔融盐浴槽100的截面图。输送运载工具140被部分浸没在熔融盐浴110中并且附接于移动机构142。托盘160也被浸没在熔融盐浴110中并且设置在熔融盐浴槽100的底部附近。图1示出了一起使用的输送运载工具140和托盘160，在另一些实施方式中，输送运载工具140和托盘160可以分开使用。
输送运载工具被构造成包含磷酸三钠(TSP)，同时还允许当输送运载工具至少部分浸没在熔融盐浴中时，熔融盐浴通过输送运载工具中的开口而进入输送运载工具，并且与TSP反应。这允许熔融盐浴中的硝酸锂与TSP反应而不会使TSP被不受控地加入到熔融盐浴中。
向熔融盐浴添加TSP的现存方法包括：将TSP颗粒撒施在熔融盐浴的表面上。该方法可能使工作人员暴露于熔融盐浴的热表面，导致有可能受伤。另外，向浴表面添加TSP一般可能导致浴变浑浊，并且离子交换玻璃在浑浊的浴中可能使得难以清洁粘着于玻璃制品表面的TSP或淤渣颗粒。
输送运载工具包括开口，所述开口被构造成允许熔融盐通过并且与TSP相互作用，但是防止TSP颗粒离开输送运载工具。将TSP保留在输送运载工具中减少了在添加TSP后浴的浑浊性，从而减少了停机时间。图2是根据一个实施方式所述的输送运载工具200的透视图。输送运载工具200包括框架210，其被丝网220覆盖。丝网包括多个开口222，开口222的最大开口尺寸小于被装载到输送运载工具中的TSP的最小粒度。丝网开口与TSP粒度之间的这种尺寸关系确保了TSP保持在输送运载工具内。输送运载工具200包括孔口212，以允许将TSP颗粒添加到输送运载工具中。在一些实施方式中，孔口212可以是可闭合的，例如，通过盖子(未示出)闭合，以允许输送运载工具完全浸没在熔融盐浴中时，保留TSP。输送运载工具还可以包括附接机构214，以允许将输送运载工具200附接于离子交换过程的其他方面中使用的现有的固定架，例如在离子交换过程期间被构造用于保持玻璃的盒体。在一些实施方式中，输送运载工具200可以通过附接机构214而附接于移动机构142，所述移动机构142被构造成将输送运载工具移入和移出熔融盐浴。
输送运载工具的丝网220可以由能够承受得住熔融盐浴的高温环境的任何材料形成。在实施方式中，所述丝网可以是不锈钢网。另外，所述丝网可以被其他材料替代，所述其他材料包括具有相同作用的开口，例如，有孔片。丝网中的开口可以在10μm至500μm的范围内，例如，20μm至490μm、30μm至480μm、40μm至460μm、50μm至450μm、60μm至440μm、70μm至430μm、80μm至420μm、90μm至410μm、100μm至400μm、110μm至390μm、120μm至380μm、130μm至370μm、140μm至360μm、150μm至350μm、160μm至340μm、170μm至330μm、180μm至320μm、190μm至310μm、200μm至300μm、210μm至290μm、220μm至280μm、230μm至270μm、240μm至260μm,250μm，以及由这些端点中的任何端点形成的任何和所有的子范围。
输送运载工具200的框架210可以由能够承受得住熔融盐浴的高温环境的任何材料形成。在实施方式中，所述框架可以是不锈钢。图3示出了根据一个实施方式所述的框架310的透视图。框架310包括闭合机构316，其被构造成将盖子附接于输送运载工具以关闭用于将TSP装载到输送运载工具中的孔口。在一些实施方式中，在输送运载工具中不包括单独的框架。输送件可采用任何合适的方法制造，例如，焊接(welding)、焊合(soldering)或机械紧固件。
移动机构142可以是能够将输送运载工具移入和移出熔融盐浴的任何装置。在实施方式中，移动机构可以是机械的，例如杠杆或齿轮，或者包括电动机。在一些实施方式中，移动机构还可以用于移动离子交换过程中的其他部件。
输送运载工具可以用于通过将输送运载工具至少部分浸没在槽中容纳的熔融盐浴中，向熔融盐浴供应TSP。输送运载工具容纳微粒形式的TSP。在实施方式中，输送运载工具可以被完全浸没在熔融盐浴中。输送运载工具的浸没可以通过启动移动机构来实现，所述移动机构被构造用于移动输送运载工具以接触熔融盐浴。在一些实施方式中，输送运载工具可以通过下述来浸没：将输送运载工具附接于玻璃保持盒体，所述玻璃保持盒体被构造用于保持待在熔融硝酸盐中离子交换的玻璃；然后浸没玻璃保持盒体。
熔融盐浴可以是熔融硝酸盐浴。在实施方式中，熔融硝酸盐浴包括硝酸锂，例如，硝酸锂的量大于或等于0.5重量％，大于或等于1.0重量％，大于或等于1.5重量％，大于或等于2.0重量％，或者更大。在实施方式中，当浸没输送运载工具时，熔融盐浴的温度可以大于或等于300℃。
在实施方式中，所述方法还可以包括从熔融盐浴移除输送运载工具。输送运载工具随后可被处置，或者得到清洁，并且在用TSP重新填充输送运载工具后重新使用。在实施方式中，在玻璃制品在熔融盐浴中进行离子交换期间，可以将输送运载工具保持在熔融盐浴中。在另一些实施方式中，可以在玻璃制品在熔融盐浴中进行离子交换之前，从熔融盐浴移除输送运载工具。
在一些实施方式中，所述方法还可以包括：在使用前向输送运载工具添加TSP。另外，可以使硝酸盐组分与TSP混合以提高饱和以及TSP在熔融盐浴再生中的有效性。添加的硝酸盐可以是熔融盐浴中的一种硝酸盐，例如，硝酸钠或硝酸钾。
输送运载工具的另一个益处是，由TSP与硝酸锂反应所产生的淤渣可以至少部分地被包含在输送运载工具内。这减少了淤渣积聚在槽底部上，从而延长了浴寿命并防止淤渣颗粒附接于在熔融盐浴中离子交换的玻璃的表面。
托盘160被构造成保留熔融盐浴中的淤渣以及允许从熔融盐浴中方便地移除淤渣。托盘被浸没在熔融盐浴中并且设置在熔融盐浴槽的底部附近。这允许淤渣沉降在托盘上，并且当积聚过量或不利地影响熔融盐浴性能时，可以随托盘去除淤渣。淤渣可以包括磷酸锂和/或过量的TSP颗粒，以及在离子交换期间可能沉淀的任何其他试剂，例如，硅酸。处理熔融盐浴中的淤渣的现存方法要求定期排放所述浴，这是昂贵的，并且不一定从槽中去除所有的淤渣。在一些情况中，在对槽进行排放后，不得不从槽中手动去除淤渣，因为当冷却到100℃以下时，淤渣可能硬化并粘附于槽表面，手动去除过程期间可能损伤槽。
托盘可以具有任何合适的几何结构。在实施方式中，托盘的形状与槽的底部形状匹配。托盘的有效性可以直接取决于托盘覆盖槽的底部的量。图4示出了与正方形槽一起使用的具有正方形形状的托盘460的透视图。托盘460包括底表面462，淤渣可以沉积在该底表面462上。在实施方式中，托盘460的底表面462可以包括一个或多个开口，以允许从托盘排出熔融盐。在一些实施方式中，托盘的底表面462可以由网形成，例如不锈钢网。托盘460还包括凸缘464，其沿着托盘的周界延伸以将淤渣保留在托盘上，例如，当从熔融盐浴中移除托盘时，将淤渣保留在托盘上。托盘460还包括支承机构468。如图4所示，支承机构468可以是吊架，其被构造成在熔融盐浴的表面上方延伸。在一些实施方式中，托盘可以被支承在熔融盐浴槽的底部上。
图5示出了托盘560，其形状被构造用于与图4的托盘形状不同的槽。托盘560包括底表面562，淤渣可以沉积在该底表面562上。在实施方式中，托盘560的底表面562可以包括一个或多个开口，以允许熔融盐流动通过托盘。在一些实施方式中，托盘的底表面562可以由有孔材料或网形成，例如不锈钢网。托盘560还包括凸缘564，其沿着托盘的周界延伸以将淤渣保留在托盘上，例如，当从熔融盐浴中移除托盘时，将淤渣保留在托盘上。凸缘564可以包括一个或多个开口，以允许熔融盐流动通过托盘，并且在一些实施方式中，凸缘564可以由有孔材料或网形成，例如不锈钢网。托盘560还包括支承机构568。如图5所示，支承机构568可以是吊架，其被构造成在熔融盐浴的表面上方延伸。
托盘还可以包括漏斗形或成角度的底表面，使得淤渣优先被收集在托盘的一个区域中，并且从熔融盐浴槽中移除托盘时，更方便地捕集淤渣。托盘还可以包括排泄闸，以允许从托盘受控地移除盐和淤渣。在一些实施方式中，托盘可以被构造用于在离子交换期间支承玻璃保持固定件而不使固定件接触托盘所保留的淤渣。
托盘可以由能够承受得住熔融盐浴环境的任何材料制造。在实施方式中，托盘可以由不锈钢制造。
在熔融盐浴中使用托盘的方法包括：将托盘浸没在槽中容纳的熔融盐浴中，以及将托盘设置在槽的底部附近。托盘的形状可以与槽的底部的内部形状基本匹配。然后，向包含硝酸锂的熔融盐浴添加TSP。可以向所述浴周期性添加TSP直到淤渣累积达到托盘的容量。在淤渣在托盘上累积后，连同淤渣一起从熔融盐浴移除托盘。
在实施方式中，在移除托盘和淤渣后，可以将更换的托盘浸没在熔融盐浴中。更换的托盘可以具有与先前移除的托盘相同的设计。额外的托盘的使用通过允许离线来清洁托盘的淤渣而减少了停机时间。所述方法还可以包括从熔融盐浴移除的托盘中清洁淤渣。
托盘可以与熔融硝酸盐浴一起使用。在实施方式中，熔融硝酸盐浴包括硝酸锂，在添加TSP之前，其量例如大于或等于0.5重量％，大于或等于1.0重量％，大于或等于1.5重量％，大于或等于2.0重量％，或者更大。在实施方式中，当托盘在使用中时，熔融盐浴的温度可以大于或等于300℃。
为了证明本文所述的输送运载工具方法能够减少淤渣在槽中累积，将TSP粉末放置在石英坩埚中并且浸没在熔融盐浴中。熔融盐浴处于390℃的温度，并且包含62重量％的KNO3，37重量％的NaNO3，和1重量％的LiNO3。在72小时后，由TSP与硝酸锂反应产生的淤渣很好地包含在坩埚中。这表明TSP与硝酸锂之间的反应主要发生在TSP颗粒的表面，淤渣应在TSP颗粒所处的位置处累积，例如，在输送运载工具内。另外，在72小时后，熔融盐浴中的LiNO3浓度减小到0.7重量％，如图6所示，即使TSP是被包含在坩埚中而不是添加到浴中的自由粉末，这表明，在局部区域中将TSP添加到浴中是使浴再生的有效方法。
尽管为了说明给出了典型的实施方式，但是前面的描述不应被认为是对本公开或所附权利要求书的范围的限制。因此，本领域的技术人员可想到各种改进、修改和替换形式而不会偏离本公开或者所附权利要求书的精神和范围。
Claims (20)
1.一种设备，其包括：
槽，其容纳熔融硝酸盐；
输送运载工具，其至少部分浸没在熔融硝酸盐中，
其中，所述输送运载工具包括：
具有最小粒度的磷酸三钠颗粒，
多个开口，其中，最大开口尺寸小于或等于磷酸三钠的最小粒度。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述输送运载工具还包括金属网，以及在金属网中形成的多个开口。
3.如权利要求2所述的设备，其中，输送运载工具还包括支承金属网的框架。
4.如权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，熔融硝酸盐包含LiNO3。
5.如权利要求1至4中任一项所述的设备，其中，所述输送运载工具完全浸没在熔融硝酸盐中。
6.如权利要求1至5中任一项所述的设备，其还包括移动机构，所述移动机构被构造用于将输送运载工具移动成与熔融硝酸盐接触或者不与熔融硝酸盐接触。
7.一种方法，所述方法包括：
将输送运载工具至少部分浸没在槽中容纳的熔融硝酸盐中，
其中：
熔融硝酸盐包含LiNO3，并且
输送运载工具包括：
具有最小粒度的磷酸三钠颗粒，
多个开口，其中，最大开口尺寸小于或等于磷酸三钠的最小粒度。
8.如权利要求7所述的方法，其中，至少部分浸没输送运载工具包括：启动被构造用于将输送运载工具移动成与熔融硝酸盐接触的移动机构。
9.如权利要求7或8所述的方法，其还包括：移除输送运载工具与熔融硝酸盐的接触。
10.如权利要求7至9中任一项所述的方法，其中，所述至少部分浸没输送运载工具包括：将输送运载工具附接于玻璃保持盒体，所述玻璃保持盒体被构造用于保持待在熔融硝酸盐中离子交换的玻璃；以及将玻璃保持盒体浸没在熔融硝酸盐中。
11.一种设备，其包括：
槽，其容纳熔融硝酸盐；和
浸没在熔融硝酸盐中并且设置在槽底部附近的托盘，其中，所述托盘的形状被构造成基本匹配槽的内部形状，并且所述托盘能够从熔融硝酸盐中移除。
12.如权利要求11所述的设备，其中，所述托盘包含不锈钢。
13.如权利要求11或12所述的设备，其中，所述托盘包括多个开口，所述开口被构造成允许熔融硝酸盐流动。
14.如权利要求11至13中任一项所述的设备，其中，所述托盘由槽的底部支承。
15.如权利要求11至14中任一项所述的设备，其中，所述托盘悬在槽的底部上方。
16.一种方法，所述方法包括：
将托盘浸没在槽中容纳的熔融硝酸盐中，其中，所述托盘被设置在槽的底部附近，并且所述托盘的形状被构造成基本匹配槽的内部形状；
向熔融硝酸盐添加磷酸三钠，其中，所述熔融硝酸盐包含LiNO3；以及
从熔融硝酸盐中移除托盘。
17.如权利要求16所述的方法，其还包括：在移除所述托盘后，将第二托盘浸没在熔融硝酸盐中，其中，所述第二托盘被设置在槽的底部附近，并且第二托盘的形状被构造成基本匹配槽的内部形状。
18.如权利要求16或17所述的方法，其中，在添加磷酸三钠之前，所述熔融盐包含大于或等于1重量％的LiNO3。
19.如权利要求16至18中任一项所述的方法，其还包括：在从熔融硝酸盐中移除托盘后，对托盘进行清洁。
20.如权利要求16至19中任一项所述的方法，其中，所述熔融硝酸盐处于大于或等于300℃的温度。
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