DE3321589C1

DE3321589C1 - Verfahren zum Reinigen von Quarzsand

Info

Publication number: DE3321589C1
Application number: DE19833321589
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr. 6454 Bruchköbel Brüning; Klaus 6458 Rodenbach Reimann; Andreas Dipl.-Ing.(FH) 6400 Fulda Schultheis
Original assignee: Heraeus Quarzschmelze GmbH; Heraeus Schott Quarzschmelze GmbH
Current assignee: Heraeus Quarzschmelze GmbH; Heraeus Schott Quarzschmelze GmbH
Priority date: 1983-06-15
Filing date: 1983-06-15
Publication date: 1984-06-28

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Reinigen von Quarzsand für die Herstellung von Körpern aus Quarzgut oder Quarzglas, bei dem der Quarzsand erhitzt wird und nachfolgend die Verunreinigungen entfernt werden.

Verfahren dieser Art sind seit langem bekannt, weil die Verwendung möglichst billiger Rohstoffe, wie Quarzsand anstelle von Bergkristall, zur Herstellung von Quarzgut- oder Quarzglaskörpern mit dem Nachteil behaftet war, daß der Quarzsand nur mit erheblichen Verunreinigungen gewonnen wird, und diese Verunreinigungen möglichst weitgehend zu entfernen sind, ehe der Quarzsand weiterverarbeitet werden kann.

So ist es beispielsweise aus der CH-PS 3 73 363 bekannt, Quarzsand in der Weise zu reinigen, daß man ihm eine halogenhaltige Verbindung zumischt, die beim Erhitzen mit den im Quarzsand vorhandenen Verunreinigungen flüchtige Verbindungen bildet. Hierdurch werden Verunreinigungen entfernt, welche an der Oberfläche der Quarzkörner absorbiert sind. Man verwendet dabei insbesondere Chloride, die auch in Form eines Gases durch den erhitzten Quarzsand hindurchgeleitet werden. Durch dieses Verfahren sind im wesentlichen nur eisenhaltige Verunreinigungen entfernbar, die als Oberflächenverunreinigungen vorliegen. Nicht entfernbar sind damit beispielsweise aluminiumhaltige Verunreinigungen.

Aus der GB-PS 10 92 656 ist ein Reinigungsverfahren für Quarzsand bekannt. Hierin wird eine durch Hydroklassierung gewonnene Kornfraktion mit einem wäßrigen Medium, ggf. bei erhöhter Temperatur, gewaschen, wobei das Waschmedium einen pH-Wert im Bereich über 7, aber unter 11 besitzt. Dabei können noch Netzmittel dem Waschmedium zugesetzt werden und ggf. Verbindungen, die wasserlösliche Komplexverbindungen mit den Kationen der zu beseitigenden Verunreinigungsmetalle bilden. Der gewaschene Sand wird nach Entfernung des Waschmediums einem elektrostatischen oder elektromagnetischen Feld unterworfen, um die Quarzteilchen von den Verunreinigungen zu trennen. Während des Waschens kann noch eine Ultraschallbehandlung erfolgen. Auch für dieses Verfahren gelten die im Hinblick auf die vorstehend erwähnte CH-PS 3 73 363 genannten Bedingungen, daß gewisse Verunreinigungen sich nicht entfernen lassen.

Schließlich ist auch noch aus der CA-PS 5 18 640 ein Reinigungsverfahren für Quarzsand bekannt, bei dem das quarzhaltige Material einer Wärmebehandlungdurch Rösten bei einer Temperatur im Bereich von 900 bis 1500° F erfolgt. Die Erwärmung in diesem Temperaturbereich wird solange durchgeführt, bis die eisen- und aluminiumhaltigen Verunreinigungen löslich werden. Nach Abkühlen werden die Verunreinigungen ausgelaugt, beispielsweise mittels Schwefelsäure. In dieser Veröffentlichung ist darauf hingewiesen, daß höhere Temperaturen als 1500° F sich nachteilig auswirken, weil sich ein rötlicher, unlöslicher Überzug auf den Quarzsandteilchen ausbildet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Reinigungsverfahren bereitzustellen, das geeignet ist, mineralische Verunreinigungen, wie Feldspat oder Granat, die als Verwachsungen mit den Quarzkörnern vorliegen, sicher aus dem Quarzsand zu entfernen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs charakterisierten Art erfindungsgemäß dadurch, daß zur Entfernung von mineralischen Verunreinigungen, die als Verwachsungen mit Quarzkörnern vorliegen, Quarzkörner einer Siebfraktion mit möglichst engem Kornspektrum zur Bildung von Schmelzagglomeraten auf eine Temperatur im Bereich von 1200°C bis 1450° C während einer Dauer von 10 bis 120 Minuten in einem Aufnahmebehälter für die Quarzkörnung, wobei wenigstens die mit der Quarzkörnung in Berührung stehende Oberfläche des Behälters aus S1O2 besteht, erhitzt werden und nach Abkühlung die Schmelzagglomerate von den Quarzkörnern getrennt werden.

Bewährt hat sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, die Quarzkörner während der Erhitzung umzuwälzen. Für diesen Fall verkürzt sich die Wärmebehandlung auf einen Zeitraum von 10 bis 60 Minuten. Um besonders gute Ergebnisse zu erzielen, empfiehlt es sich, die Schichtdicke der zur Wärmebehandlung anstehenden Quarzkörner weniger als 20 cm zu wählen. Optimale Ergebnisse, um die erfindungsgemäße Aufgabe zu lösen, werden dann erzielt, wenn die Wärmebehandlung in

einem Temperaturbereich von 1350⁰C bis 1400⁰C durchgeführt wird. Hierdurch findet noch keine Sinterung der Quarzkörner untereinander statt. Sichergestellt ist aber, daß die mineralischen Verunreinigungen, die einen unterhalb dieses Temperaturbereichs liegenden Schmelzpunkt besitzen, geschmolzen werden und untereinander bzw. mit einzelnen Quarzkörnern Schmelzagglomerate bilden. Als Aufnahme für die Behandlung der verunreinigten Quarzkörnung hat sich insbesondere die Verwendung eines elektrisch beheizten Drehrohres bewährt. Anstelle der elektrischen Beheizung kann auch eine Beheizung mittels Gasflamme durchgeführt werden. Die Beseitigung der als Schmelzagglomerate vorliegenden Verunreinigung erfolgt nach Abkühlung der wärmebehandelten Quarzkörner zweckmäßigerweise durch Sieben oder Windsichten. Um auch Oberflächenverunreinigungen der Quarzkörner im gleichen Verfahrensschritt zu beseitigen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, während der Wärmebehandlung der Quarzkörnung ein halogenhaltiges Gas durch die Quarzkörnung hinzuzuleiten.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß hierdurch erstmals sichergestellt wird, daß auch alle solche Verunreinigungen, die als Verwachsungen mit Quarzkörnern vorliegen, mit Sicherheit entfernt werden, es sich hier also um eine Beseitigung von noch in der Quarzkörnung vorhandenen Spurenverunreinigungen handelt, d. h. also um eine Feinreinigung, die mit den eingangs der Beschreibung erwähnten Verfahren nicht erreicht werden kann. Es ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelungen, den Verunreinigungsgehalt von Quarzkörnung auf wenige Gewichtsppm herabzusetzen.

In der Figur ist schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, anhand deren ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren beschrieben wird.

Mit der Bezugsziffer 1 ist ein Drehrohr bezeichnet, das über die Drehwelle 2, wie durch Pfeil 3 angedeutet, angetrieben wird. Die Beheizung des Drehrohres erfolgt mit Hilfe der elektrischen Heizung 4. Anstelle der elektrischen Heizung 4 können auch Gasbrenner eingesetzt werden. Das Drehrohr besteht beispielsweise aus einem Siliziumkarbidrohr, dessen innere Oberfläche während der Wärmebehandlung zu S1O2 oxidiert.

In diesem Drehrohr ist bis zu einer Höhe von 9 cm die Quarzkörnung 5 eingefüllt, die erfindungsgemäß zu reinigen ist, und eine Korngröße von 180 bis 250 μιη besitzt; sie wurde vorher aus einem breiten Quarzsandkorngrößenspektrum ausgesiebt. Nach Einfüllen der verunreinigten Quarzkörnung wird das Drehrohr mit einer Geschwindigkeit von 30 U/min bewegt und die elektrische Heizung eingeschaltet. Nach Erreichen einer Temperatur von 1370⁰C wird die Wärmebehandlung bei dieser Temperatur für eine Zeitdauer von 30 Minuten durchgeführt. Anschließend wird die elektrische Heizung abgeschaltet, so daß die Quarzkörnung in dem Drehrohr abkühlen kann. Nach der Abkühlung wird die Quarzkörnung auf eine Siebvorrichtung aufgegeben, wobei die Maschen weite des Siebes 315 μπι beträgt. Die sich während der Wärmebehandlung der Quarzkörnung bildenden Schmelzagglomerate bleiben auf dem Sieb zurück, während die gereinigten Quarzkörner durch die Siebmaschen hindurchtreten können. Die Drehwelle 2 ist als Hohlachse ausgebildet Durch sie wird während der Wärmebehandlung, wie durch Pfeile 6 angedeutet, Chlorgas dem Wärmebehandlungsraum innerhalb des Drehrohrs 1 zugeführt und über die Leitung 7 abgesaugt. Aus der erfindungsgemäß behandelten Quarzkörnung wurden 800 mg/kg Quarzkörnung bei 315 μηι abgesiebt. Diese Schmelzagglomerate sind auf Feldspat- und Granatverunreinigungen zurückzuführen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Reinigen von Quarzsand für die Herstellung von Körpern aus Quarzgut oder Quarzglas, bei dem der Quarzsand erhitzt wird und nachfolgend die Verunreinigungen entfernt werden, d a durch gekennzeichnet, daß zur Entfernung von mineralischen Verunreinigungen, die als Verwachsungen mit Quarzkörnern vorliegen, Quarzkörner einer Siebfraktion mit möglichst engem Kornspektrum zur Bildung von Schmelzagglomeraten auf eine Temperatur im Bereich von 1200° C bis 1450°C während einer Dauer von 10 bis 120 Minuten in einem Aufnahmebehälter für die Quarzkör^ nung, wobei wenigstens die mit der Quarzkörnung in Berührung stehende Oberfläche des Behälters aus S1O2 besteht, erhitzt werden und nach Abkühlung die Schmelzagglomerate von den Quarzkörnern getrennt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quarzkörner während der Erhitzung umgewälzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung 10 bis 60 Minuten lang durchgeführt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß während der Wärmebehandlung eine: Quarzkörnerschichtdicke von weniger als 20 cm eingehalten wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung im Temperaturbereich von 1350° C bis 1400° C durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung in einem Drehrohr durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzagglomerate durch Sieben oder Windsichten entfernt werden.

8. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während der Wärmebehandlung der Quarzkörnung durch diese ein halogenhaltiges Gas geleitet wird.