KR102110202B1 - 실리카계 분말의 불순물 세척장치 및 방법 - Google Patents

실리카계 분말의 불순물 세척장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실리카계 분말의 불순물 세척장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일실시 예에 따른 실리카계 분말의 불순물 세척장치 및 방법은 하우징의 내부에 제1 용기가 설치되어 내부에 실리카계 분말, 산소 및 산 세정액을 투입하고, 제1 용기의 외면에 제1 가열수단이 설치되어 제1 용기를 가열하며, 하우징에 설치된 교반기가 제1 용기의 내부에 수용된 용액들을 교반시켜 실리카계 분말을 1차 세척하는 제1 세척기와, 하우징의 내부에 제2 용기가 설치되고, 제2 용기의 내부에 제1 세척기에서 세척된 실리카계 분말이 투입되며, 제2 용기의 외면에 제2 가열수단이 설치되어 실리카계 분말을 2차 세척하는 제2 세척기와, 제1 세척기에 투입되는 산소를 필터링하여 오염물질이 제거된 산소를 생성하는 공기정화기 및 제1 세척기 또는 제2 세척기에서 발생하는 배기가스를 전달받아 배기가스에 함유된 산화물질을 처리하는 세정탑을 포함한다.
이에 따라, 본 발명은 실리카계 분말을 세척할 때 분말의 일부가 유실되는 것을 방지하며, 환경 처리 비용을 최소화하고, 이물질을 포함하는 오염물질들이 세척기의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

Description

실리카계 분말의 불순물 세척장치 및 방법{Apparatus and method for impurity removal of silica-based powder}
본 발명은 실리카계 분말의 불순물 세척장치 및 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 실리카 분말의 표면에 형성된 오염물질을 세척하여 오염물질을 제거하기 위한 실리카계 분말의 불순물 세척장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 광통신 분야, 반도체 산업 등에 사용되는 석영유리 제품에 대해서는 그 순도에 관하여 매우 엄격한 관리가 이루어지고 있다.
이와 같은 고순도의 석영유리는 천연 석영을 분쇄하여 획득한 모래 형상의 천연 석영분말(또는 샌드(Sand)라고 한다)을 원료로 사용하여 유리 제품의 소재를 제조하는 방법 및 사염화규소의 산수소염(散水素炎) 중에서의 분해로 발생한 증기를 기판에 부착 및 성장시켜 얻어진 증기 덩어리를 사용하여 유리 제품의 소재를 제조하는 방법을 사용하고 있다.
이러한 실리카 분말은 1000도 넘는 내열성 및 내화학성을 갖고 있어 반도체업계에서 도가니, 세척 수조, 치구, 광섬유, 광학 소재의 원료에서 폭넓게 사용되고 있다. 그 가운데 반도체 제품의 고집적화가 진행되고 있으며, 그에 따라 불순물에 대한 요구 수준도 나날히 높아지고 있어 실리카 분말의 불순물 관리 수준도 업격해 지고 있으며, 불순물을 제거할 수 있는 세척방법에 관련된 기술을 연구하고 있는 실정이다.
이에 따라, 통상의 기술자들은 불산 세척법, 열할로겐(염소가스)처리 공법 등으로 불순물을 제거하고 있으며, 그 중에서도 불산 세척법이 불순물을 세척하는 효과면에서는 뛰어나지만, 불산 세척법은 실리카의 표면을 손상시켜 실리카 분말의 유실이 발생할 수 있고, 독성이 강해 흄가스 및 폐액 등의 처리 공정이 복잡하는 문제점이 있다.
또한, 열할로겐처리 공법을 사용하여 불순물을 제거하는 방법은 부식성이 강한 염소가스를 사용하기 때문에 불순물 처리 관련된 설비들이 내부식성의 재질로 이루어져야 하므로 설비 설치시 단가가 비싸고, 설비과정도 다소 복잡한 문제점이 있으며, 누적된 오염 물질을 세척 시에는 튜브를 분리하고 산세척 후 다시 설치하는 공정이 다소 복잡하고 공정 관리하는데 어려움이 동반하는 문제점이 있다.
아울러, 불산 세척법 및 열할로겐 처리 공법은 독성이 매우 강한 물질들로 불순물을 제거하기 때문에 환경처리 및 관리비용이 높기 때문에 대량화 또는 공업화 하는데 많은 어려움이 따른다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 세척 시 실리카계 분말의 유실 및 환경 처리 비용을 최소화하며, 세척 용기의 오염 제거가 용이한 세척법과 부가적으로 세척을 실시하는 세척 용기가 외부에서 이물질을 포함한 오염 물질들이 유입되는 것을 방지하는 세척법이 필요하다.
본 발명의 목적은 실리카 분말의 표면에 형성된 오염물질을 세척하여 오염물질을 제거하기 위한 실리카계 분말의 불순물 세척장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여,
본 발명의 일실시 예에 따른 실리카계 분말의 불순물 세척장치는 하우징의 내부에 제1 용기가 설치되어 내부에 실리카계 분말, 산소 및 산 세정액을 투입하고, 상기 제1 용기의 외면에 제1 가열수단이 설치되어 상기 제1 용기를 가열하며, 상기 하우징에 설치된 교반기가 상기 제1 용기의 내부에 수용된 용액들을 교반시켜 상기 실리카계 분말을 1차 세척하는 제1 세척기;
하우징의 내부에 제2 용기가 설치되고, 상기 제2 용기의 내부에 상기 제1 세척기에서 세척된 상기 실리카계 분말이 투입되며, 상기 제2 용기의 외면에 제2 가열수단이 설치되어 상기 실리카계 분말을 2차 세척하는 제2 세척기;
상기 제1 세척기에 투입되는 산소를 필터링하여 오염물질이 제거된 산소를 생성하는 공기정화기; 및
상기 제1 세척기 또는 제2 세척기에서 발생하는 배기가스를 전달받아 배기가스에 함유된 산화물질을 처리하는 세정탑;
을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 실리카계 분말의 불순물 세척장치에 있어서, 상기 제1 용기는 고순도 합성석영의 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 실리카계 분말의 불순물 세척장치에 있어서, 상기 제1 가열수단은 세라믹 밴드히터를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 실리카계 분말의 불순물 세척장치에 있어서, 상기 제2 가열수단은 초음파 발생기를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 실리카계 분말의 불순물 세척장치에 있어서, 상기 교반기는
상기 제1 세척기의 케이스에 모터케이스가 설치되고, 상기 모터케이스의 내부에 구비되어 동력을 생성하는 모터;
상기 모터와 연장되게 설치하되, 상기 제1 용기의 내부까지 구비되며, 상기 모터로부터 전달받은 동력으로 회전하는 교반봉; 및
상기 교반봉의 단부에 설치되어 상기 제1 용기에 수용된 물질을 교반하는 교반날개;
를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 실리카계 분말의 불순물 세척장치에 있어서, 상기 교반봉은 내측에 접이부가 설치되어 상기 교반봉이 접이식으로 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 실리카계 분말의 불순물 세척장치에 있어서, 상기 제1 용기에 구비된 폐액을 회수하며, PFA의 소재로 구비되는 제1 호스; 및
1차 세척된 상기 실리카계 분말을 회수하며, PFA의 소재로 구비되는 제2 호수;
를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 실리카계 분말의 불순물 세척장치에 있어서, 상기 제1 세척기는 상기 제1 용기의 인근에 설치되며, 제1 용기의 외부 온도를 측정하는 측온부;
를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 실리카계 분말의 불순물 세척장치에 있어서, 상기 제1 세척기의 하우징 또는 제2 세척기의 하우징은 플라스틱의 소재로 이루어지고, 내부가 밀폐되는 구조로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 실리카계 분말의 불순물 세척장치에 있어서, 상기 제2 용기의 내부에 구비되고, 내화학성이 우수한 소재로 이루어지며, 50㎛ 메쉬로 이루어져 상기 실리카계 분말을 여과하는 메쉬망;
을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 실리카계 분말의 불순물 세척방법은
(a) 제1 용기에 실리카계 분말, 산 세정액 및 산소를 주입하고, 제1 가열수단이 제1 용기를 가열하면서 교반기를 통해 상기 제1 용기에 수용된 물질들을 교반하여 상기 실리카계 분말을 1차 세척하는 단계;
(b) 폐액 및 실리카계 분말을 상기 제1 용기로부터 차례로 회수하고, 상기 실리카계 분말을 제2 용기에 주입하는 단계;
(c) 상기 제2 용기에 초순수를 주입하고, 제2 용기의 외부에 설치된 제2 가열수단을 통해 상기 실리카계 분말을 2차 세척하는 단계;
(d) 상기 실리카계 분말에 함유된 수분을 제거하고, 실리카계 분말을 회수하는 단계;
를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 실리카계 분말의 불순물 세척방법에 있어서, 상기 (a) 단계는 공기정화기에서 오염물질을 제거한 산소를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 실리카계 분말의 불순물 세척방법에 있어서, 상기 산 세정액은 전자급 이상의 염산, 황산, 질산 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 실리카계 분말의 불순물 세척방법에 있어서, 상기 산 세정액의 농도는 2 내지 20w%의 범위일 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 실리카계 분말의 불순물 세척방법에 있어서, 상기 산 세정액에 농도 2w% 미만의 과산화수소를 첨가할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 실리카계 분말의 불순물 세척방법에 있어서, 상기 산 세정액은 온도가 40도 내지 비등점 미만의 범위내로 1 내지 3시간동안 가열할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 실리카계 분말의 불순물 세척방법에 있어서, 상기 (a) 단계는 상기 제1 용기에 수용된 상기 실리카계 분말, 산 세정액 및 산소를 2회 이상 교반할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 실리카계 분말의 불순물 세척방법에 있어서, 상기 (b) 단계는 제1 호스를 통해 산 세정액의 폐액을 회수한 이후, 제2 호스를 통해 상기 실리카계 분말을 회수할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 실리카계 분말의 불순물 세척방법에 있어서, 상기 (b) 단계의 상기 산 세정액의 폐액 및 실리카계 분말을 회수한 이후 상기 제1 용기에 초순수를 주입하여 제1 용기를 세척할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 실리카계 분말의 불순물 세척방법에 있어서, 상기 초순수는 상기 제1 용기 용량의 2 내지 3배의 범위로 주입하여 상기 제1 용기를 세척할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 실리카계 분말의 불순물 세척방법에 있어서, 상기 제1 용기는 상기 실리카계 분말의 불순물 제거 공정을 지속적으로 반복 실시한 경우, 농도 10w% 미만의 질산으로 상기 제1 용기를 세척할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 실리카계 분말의 불순물 세척방법에 있어서, 상기 2차 세척은 10분 주기로 전도도계를 측정하여 불순물이 0.5㎲/㎝ 이하가 될 때까지 반복적으로 실시할 수 있다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 일실시 예에 따르면, 실리카계 분말을 세척할 때 분말의 일부가 유실되는 것을 방지하며, 환경 처리 비용을 최소화하고, 이물질을 포함하는 오염물질들이 세척기의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 실리카계 분말의 불순물 세척장치를 나타내 보인 개략도.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 실리카계 분말의 불순물 세척장치의 공기정화기 및 제1 세척기를 나타내 보인 측면도.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 실리카계 분말의 불순물 세척장치의 제1 세척기, 제2 세척기 및 세정탑을 나타내 보인 측면도.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 실리카계 분말의 불순물 세척방법의 나타내 보인 블럭도.
본 발명의 특이한 관점, 특정한 기술적 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 구체적인 내용과 일실시 예로부터 더욱 명백해 질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 일실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 본 발명의 일실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일실시 예에 따른 실리카계 분말의 불순물 세척장치는 실리카계 분말을 1차 세척하는 제1 세척기(100)와, 실리카계 분말을 2차 세척하는 제2 세척기(200)와, 정화된 산소를 생성하는 공기정화기(300) 및 제1 세척기(100) 및 제2 세척기(200)에서 생성된 산화물질을 처리하는 세정탑(500)을 포함한다.
제1 세척기(100)는 하우징(110)의 내부에 공간(110a)이 구비되고, 내부공간(110a)에 제1 용기(130) 및 제1 가열수단(131)이 설치되며, 하우징(110)의 외부에서 내부로 향하도록 교반기(120)가 설치되는 구조로 이루어진다.
하우징(110)은 플라스틱의 소재로 이루어지고, 내부가 밀폐되는 구조로 이루어져 외부로부터 이물질들이 내부공간(110a)으로 침투하는 것을 방지하며, 실리카계 분말의 세척 시 외부에 존재하는 이물질들이 실리카계 분말과 교반되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 하우징(110)은 일면 예컨대 도면상 상부에 배기관(111) 및 급기관(115)이 설치되며, 공기정화기(300)에서 생성된 산소를 급기관(115)을 통해 제1 세척기(100)로 공급하거나, 제1 세척기(100)에서 1차 세척이 완료된 이후 발생한 산화물질을 배기관(111)을 통해 배출할 수 있다.
급기관(115)은 공기정화기(300)로부터 정화된 산소가 이동하면서 오염을 방지하기 위하여 내부에 프리 필터 및 헤파 필터를 포함하는 필터부(미도시)를 설치하며, 파티클 유입을 방지할 수 있다.
이러한 하우징(110)은 측면에 교반기(120)가 설치되어 제1 용기(130)에 수용된 물질들을 교반시킬 수 있다.
교반기(120)는 하우징(110)의 일측 예컨대 도 2를 기준으로 좌측면에 경사지게 설치되고, 일측 예컨대 도면상 좌측에 설치하되, 교반봉(123)이 내측으로 관통되게 설치되어 제1 용기(130)의 내부로 위치할 수 있도록 설치되며, 제1 용기(130)에 수용된 물질들이 교반할 수 있도록 구성된다.
이러한 교반기(120)는 하우징(110)의 외부로 돌출되게 모터(121)가 설치되고, 모터(121)의 외주면에 모터케이스(122)가 설치되는 구조로 이루어지며, 모터(121)와 연장되게 교반봉(123)이 설치되어 모터(121)로부터 전달받은 동력으로 교반봉(123)이 회전할 수 있다.
교반봉(123)은 불소수지 중 내열온도가 200도 이상인 PTFE, PFA의 재질을 선택하여 구성되고, 일단부에 모터(121)와 연결되며, 타단부에 교반날개(125)를 설치하되,교반날개(125)가 제1 용기(130)의 내부에 위치할 수 있도록 설치되며, 교반날개(125)를 통해 제1 용기(130)에 수용중인 물질들이 교반될 수 있도록 구성된다.
또한, 교반봉(123)은 일정한 지점에 접이부(124)가 설치되어 접이식으로 구성될 수 있다.
제1 용기(130)는 산 세정액에 의한 불순물 용출 오염 유입을 방지하기 위하여 내열성을 보유한 고순도 재질을 선정하는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 고순도 합성석영 또는 불소 수지를 사용할 수 있다.
이러한 제1 용기(130)는 내부에 물질들(본 발명에서는 산 세정액, 실리카계 분말, 정화된 산소)을 수용시킨 이후, 가열 및 교반을 통해 실리카계 분말을 1차 세척이 진행되며, 외부에 설치된 제1 가열수단(131)을 통해 제1 용기(130)를 가열할 수 있다.
제1 가열수단(131)은 제1 용기(130)의 내부에 수용된 물질들을 가열시켜 실리카계 분말이 용이하게 세척할 수 있도록 구성된 것으로, 도 2를 기준으로 설명하였을 경우, 측부 및 하부에 제1 가열수단(131)을 설치하여 제1 용기(130)에 균일하게 가열하는 구조로 이루어진다.
또한, 제1 가열수단(131)은 제1 용기(130) 불소수지로 라이닝된 재질의 히터 또는 세라믹 재질의 히터 중 어느 하나로 구비되는 것이 바람직하나, 본 발명에서는 제1 가열수단(131)이 계속된 사용으로 제1 가열수단(131)의 일부가 열화되면서 불순물이 용출되어 오염되는 것을 방지하기 위해 세라믹 재질의 밴드히터로 사용한다.
아울러, 제1 용기(130)는 제1 가열수단(131)의 사이에 측온부(미도시)가 추가로 구비되어 제1 용기(130) 및 제1 가열수단(131)의 사이에 형성된 공간의 온도를 측정할 수 있다.
이러한 제1 세척기(100)는 제1 용기(130)에서 1차 세척이 완료된 이후, 제1 용기(130)에 수용중인 산 세정액의 폐액 및 실리카계 분말을 차례로 회수하며, 산 세정액의 폐액을 회수하는 제1 호스(140) 및 실리카계 분말을 회수하는 제2 호스(150)를 더 포함 할 수 있다.
제1 호스(140) 및 제2 호스(150)는 하우징(110)의 외부에서 내부로 관통하도록 설치되어 제1 용기(130)에 수용중인 산 세정액의 폐액 및 실리카계 분말을 외부로 회수할 수 있도록 구성되며, 내화학성 및 내열성이 우수하고 내열온도가 250도 이상인 PFA의 소재로 이루어진다.
한편, 제2 세척기(200)는 하우징(210)의 내부에 공간(110a)이 구비되고, 내부공간(210a)에 제2 용기(220) 및 제2 가열수단(223)이 설치되며, 제1 세척기(100)에서 1차 세척이 완료된 실리카계 분말을 2차 세척을 실시할 수 있다.
하우징(210)은 플라스틱의 소재로 이루어지고, 내부가 밀폐되는 구조로 이루어져 외부로부터 이물질들이 내부공간(210a)으로 침투하는 것을 방지하며, 실리카계 분말의 세척 시 외부에 존재하는 이물질들이 실리카계 분말과 교반되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 하우징(210)은 일면 예컨대 도면상 상부에 배기관(211)이 설치되며, 제1 세척기(100)에서 1차 세척이 완료된 이후 발생한 산화물질을 배기관(211)을 통해 배출할 수 있다.
여기서, 제1 세척기(100)에서 설치된 배기관(111) 및 제2 세척기(200)에서 설치된 배기관(211)이 T관(113)을 통해 상호 연결되고, 제1 세척기(100) 및 제2 세척기(200)에서 형성되는 산화물질들이 세정탑(500)으로 이동할 수 있는 구조로 이루어진다.
이러한 제2 세척기(200)는 내부에 제2 용기(220)가 설치되고, 제2 용기(220)의 일면 예컨대 도면상 하부에 제2 가열수단(223)이 설치되며, 제2 가열수단(223)이 제2 용기(220)를 가열하여 제2 용기(220)에 수용된 물질들을 가열한다.
제2 용기(220)는 제1 용기(130)와 동일한 재질 즉, 고순도 합성석영의 재질로 구비되며, 내부에 메쉬망(221)이 구비되어 실리카계 분말을 여과시켜 실리카계 분말을 용이하게 회수할 수 있도록 구성된다.
메쉬망(221)은 제2 용기(220)의 내부에 구비하되, 상,하로 이동할 수 있는 구조로 이루어지며, 컨트롤러(400)를 통해 메쉬망(221)을 조작하는 구조로 이루어진다.
또한, 메쉬망(221)은 내화학성이 우수한 PE, PP 및 불소수지 중 어느 하나인 재질로 구비되며, 50㎛의 메쉬로 이루어져 실리카계 분말만 메쉬망(221)에 수용되도록 구성된다.
또한, 제2 용기(220)는 컨트롤러(400)를 통해 상,하로 이동이 가능하도록 구성되어 제2 용기(220)에서 2차 세척이 완료된 이후, 실리카계 분말을 용이하게 회수할 수 있도록 구성된다.
제2 가열수단(223)은 초음파를 생성하는 초음파 발생기로 구성되며, 초음파 발생기로부터 생성된 초음파가 지속적으로 제2 용기(220)로 전달하여 실리카계 분말을 초음파 세척을 실시할 수 있다.
한편, 세정탑(500)은 제1 세척기(100) 및 제2 세척기(200)로부터 발생하는 배기가스를 전달받아 배기가스에 포함된 산화물질들을 처리하는 구조로 이루어지며, 본 발명에서는 실리카계 분말을 세척하면서 발생하는 산화물질 예컨대 제1 세척기(100)에서 발생하는 산화물질(염산, 질산, 황산) 및 제2 세척기(200)에서 2차 세척하면서 실리카계 분말에 남아있는 일부 산화물질(더욱 자세하게는 제1 세척기(100)에서 1차 세척하고 실리카계 분말에 잔존하는 산화물질)이 배기가스에 함유되어 있다.
이러한 세정탑(500)은 펌프부(510)를 통해 제1 세척기(100) 및 제2 세척기(200)에서 발생한 배기가스들을 용이하게 세정탑(500)의 내부로 유입될 수 있도록 구성되며, 펌프부(510) 및 세정탑(500)의 사이에는 별도의 급기관(511)이 설치된다.
또한, 세정탑(500)은 내부에 배기가스에 함유된 산화물질을 수용하는 수용부(520)가 설치되어 있고, 수용부(520)의 상부에 물을 분사하는 노즐(530)이 배열설치되며, 수용부(520)에 수용된 산화물질들을 노즐(530)을 통해 물이 분사되어 산화물질들을 처리하는 구조로 이루어져 있다.
산화물질을 처리하면서 발생하는 배기가스는 배기관(540)을 통해 배출된다.
한편, 본 발명의 일실시 예에 따른 실리카계 분말의 불순물 세척방법에 있어서, 제1 세척기(100)를 통해 실리카계 분말을 1차 세척하는 단계(S100)와, 실리카계 분말을 제2 세척기(200)에 주입하는 단계(S200)와, 제2 세척기(200)를 통해 실리카계 분말을 2차 세척하는 단계(S300) 및 실리카계 분말에 함유된 수분을 제거하고 회수하는 단계(S400)를 포함한다.
제1 세척기(100)에서 1차 세척하는 단계는 제1 용기(130)에 실리카계 분말, 산 세정액 및 산소를 차례로 주입하고, 제1 가열수단(131)이 제1 용기(130)를 가열하면서 제1 세척기(100)에 설치된 교반기(120)를 통해 실리카계 분말, 산 세정액 및 산소를 교반시켜 실리카계 분말을 1차 세척한다.
여기서, 제1 세척기(100)에 주입되는 산소는 공기정화기(300)에서 오염물질을 제거한 정화된 산소이며, 산소를 정화시켜 실리카계 분말에 불순물이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
산 세정액은 전자급 이상의 염산, 황산 및 질산 중 어느 하나를 선택하여 주입될 수 있으며, 본 발명에서는 가열 시의 반응성 흄가스의 유해성을 고려하여 염산을 선택하여 사용할 수 있다.
또한, 산 세정액은 산의 농도가 2 내지 20w%의 범위로 구비되며, 산의 농도가 높을수록 세척 효과는 상승되나 20w%가 초과하더라도 그 이상의 세척 효과는 상승되지 않으며, 세척 시간이 길어지는 단점이 있어 20w%의 이내로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 산 세정액은 산의 농도가 화학물질관리법 관리 대상에서 10w% 초과되면 유해화학물질에 선정이 되므로, 10w% 미만으로 설정하는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 5 내지 9w%의 범위내로 설정하는 것이 바람직하다.
아울러 산 세정액은 과산화수소를 첨가하면 산 세정액에 잔존하는 금속 성분들이 제거되며, 효율성 및 배수 처리 문제 등을 고려하면 2w% 미만으로 첨가하는 것이 바람직하다.
이러한 산 세정액은 온도가 40도 내지 비등점 미만의 범위 안에서 1 내지 3시간동안 가열하여 실리카계 분말을 1차 세척을 실시할 수 있다.
즉, 1차 세척단계(S100)는 제1 용기에 수용된 실리카계 분말, 산 세정액 및 정화된 산소를 가열 및 교반을 실시하여 세척을 진행하며, 실리카계 분말이 산 세정액 및 산소와 용이하게 교반이 이루어질 수 있도록 2회이상 교반을 실시할 수 있다.
1차 세척단계(S100)를 실시한 이후, 제1 호스(140) 및 제2 호스(150)를 통해 산 세정액의 폐액 및 실리카계 분말을 제1 용기(130)로부터 회수(S200)하며, 제1 호스(140)를 통해 산 세정액의 폐액을 전용으로 회수하고, 제2 호스(150)를 통해 실리카계 분말을 전용으로 회수함으로써 호스에 잔존하는 폐액이 실리카계 분말에 포함되는 것을 사전에 방지할 수 있다.
제1 용기(130)는 산 세정액의 폐액 및 실리카계 분말을 각각 회수한 이후, 제1 용기(130)에 초순수를 주입하여 제1 용기(130)를 세척하여 1차 세척하면서 발생한 불순물이 제1 용기(130)를 오염시키는 것을 사전에 방지하며, 제1 용기(130)의 2 내지 3배의 용량만큼 초순수를 주입하여 제1 용기(130) 충분한 양으로 세척할 수 있다.
하지만, 제1 용기(130)는 실리카계 분말의 불순물 제거 공정을 지속적으로 반복 실시하였을 경우, 초순수 대신 농도 10w% 미만의 질산으로 세척함으로써 제1 용기(130)의 내부 표면에 누적된 불순물을 세척하는 것이 바람직하다.
한편, 제2 용기(220)에 실리카계 분말을 주입하고, 추가로 초순수를 주입한 이후, 제2 가열수단(223)을 통해 초음파 세척을 실시하며 실리카계 분말에 잔존하는 불순물을 2차 세척을 실시한다(S300).
제2 용기(220)는 1차 세척을 완료한 실리카계 분말 및 초순수를 수용하여 실리카계 분말에 잔존하는 산기(더욱 자세하게는 산 세정액을 통해 1차 세척하고 잔존하는 산기) 및 실리카계 분말로부터 잔존하는 용출된 불순물을 초순수로 헹굼세척을 실시하여 상기한 산기 및 불순물을 세척한다.
헹굼세척은 초음파 세척을 실시하면서 일정한 시간마다 헹굼한 초순수를 배수하며, 본 발명에서는 10분 간격으로 배수를 실시한다.
실리카계 분말은 헹굼 세척을 실시한 이후의 초순수의 전도도를 측정하여 불순물이 0.5㎲/㎝ 이하가 될 때까지 반복적으로 실시하며, 불순물이 0.5㎲/㎝ 이하가 되면 실리카계 분말에 함유된 수분(초순수)을 제거하여 제2 용기(220)로부터 회수한다(S400).
실리카계 분말에 함유된 수분을 제거할 때 메쉬망(221)을 통해 실리카계 분말에 함유된 수분을 제거하며, 메쉬망은 50㎛의 크기로 제작되어 실리카계 분말만 여과할 수 있도록 구성될 수 있다.
이상 본 발명을 일실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 실리카계 분말의 불순물 세척장치 및 방법은 이에 한정되지 않는다. 그리고 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다", 또는 "가지다", 등의 용어는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 해당 구성요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 하며, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
또한, 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능하다. 따라서, 본 발명에 개시된 일실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 일실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 - 제1 세척기 110 - 하우징
110a - 내부공간 111 - 배기관
113 - T관 115 - 급기관
120 - 교반기 121 - 모터
122 - 모터케이스 123 - 교반봉
124 - 접이부 125 - 교반날개
130 - 제1 용기 131 - 제1 가열수단
140 - 제1 호스 150 - 제2 호스
200 - 제2 세척기 210 - 하우징
210a - 내부공간 211 - 배기관
213 - T관 220 - 제2 용기
221 - 메쉬망 223 - 제2 가열수단
300 - 공기정화기 400 - 컨트롤러
500 - 세정탑 510 - 펌프부
511 - 급기관 520 - 수용부
530 - 노즐 540 - 배기관

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  11. (a) 제1 용기에 실리카계 분말, 산 세정액 및 공기정화기에서 오염물질을 제거한 산소를 주입하고, 세라믹 밴드히터가 제1 용기를 가열하면서 교반기를 통해 상기 제1 용기에 수용된 물질들을 2회 이상 교반하며, 상기 실리카계 분말을 1차 세척하는 단계;
    (b) 제1 호스를 통해 산 세정액의 폐액을 회수한 이후, 제2 호스를 통해 상기 실리카계 분말을 회수하고, 상기 회수한 실리카계 분말을 제2 용기에 주입하며, 제1 용기에 초순수를 주입하여 상기 제1 용기를 세척하는 단계;
    (c) 상기 제2 용기에 초순수를 주입하고, 제2 용기의 외부에 설치된 초음파 발생기를 통해 상기 실리카계 분말을 2차 세척하는 단계;
    (d) 상기 실리카계 분말에 함유된 수분을 제거하고, 실리카계 분말을 회수하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 산 세정액은 2 내지 20w%의 범위 농도이고, 전자급 이상의 염산, 황산, 질산 중 어느 하나이며,
    상기 산 세정액에 농도 2w% 미만의 과산화수소를 첨가한 이후, 온도가 40도 내지 비등점 미만의 범위내로 1 내지 3시간 동안 가열하는 실리카계 분말의 불순물 세척방법.
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  20. 청구항 11에 있어서,
    상기 초순수는 상기 제1 용기 용량의 2 내지 3배의 범위로 주입하여 상기 제1 용기를 세척하는 실리카계 분말의 불순물 세척방법.
  21. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 용기는 상기 실리카계 분말의 불순물 제거 공정을 지속적으로 반복 실시한 경우, 농도 10w% 미만의 질산으로 상기 제1 용기를 세척하는 실리카계 분말의 불순물 세척방법.
  22. 청구항 11에 있어서,
    상기 2차 세척은 10분 주기로 전도도계를 측정하여 불순물이 0.5㎲/㎝ 이하가 될 때까지 반복적으로 실시하는 실리카계 분말의 불순물 세척방법.
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