KR20140087326A

KR20140087326A - 고순도 석영유리 분말 제조장치

Info

Publication number: KR20140087326A
Application number: KR1020120157194A
Authority: KR
Inventors: 김종호; 박준표
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2014-07-09
Also published as: KR101983748B1

Abstract

본 발명은 반응가스와 석영유리 분말의 반응속도를 증진시키고 생산성을 향상시키기 위해 개선된 고순도 석영유리 분말 제조장치에 관한 것이다.
본 발명은 석영유리 분말을 가열하여 공급하는 원료공급장치와; 상기 원료공급장치로부터 석영유리 분말을 공급받아 가열하고, 외부로부터 유동가스와 반응가스를 공급받아 석영유리 분말을 띄우고 반응시키는 유동반응관과; 상기 유동반응관 내에서 석영유리 분말이 유동되도록 유동가스를 상기 유동반응관 내로 공급하는 유동가스 공급장치와; 상기 유동반응관 내에서 석영유리 분말과 반응되도록 반응가스를 상기 유동반응관 내로 공급하는 반응가스 공급장치와; 상기 반응가스를 상기 유동반응관에 공급되기 전에 미리 일정 온도 이상까지 가열하여 유동반응관에 공급하는 유동가스 가스열원장치와; 상기 유동반응관의 상부에 설치되어 석영유리 분말 중 반응이 일정 시간 진행된 석영유리 분말을 수집하여 외부로 배출되게 하는 제품수집장치;를 포함하는 고순도 석영유리 분말 제조장치를 제공한다.

Description

고순도 석영유리 분말 제조장치{APPARATUS FOR MANUFACTURING HIGH PURITY QUARTZ POWDER}

본 발명은 고순도 석영유리 분말 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반응가스와 석영유리 분말의 반응속도를 증진시키고 생산성을 향상시키기 위해 개선된 고순도 석영유리 분말 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로 고순도 석영유리 분말을 제조하기 위한 공정은 1300℃ 부근의 고온에서 석영유리 분말을 염산 또는 염소가스와 반응시켜 불순물을 제거하는 공정이다.

이러한 공정의 생산성을 향상시키는 방법으로 수평형 튜브로를 사용하고, 일정 속도로 회전시키고, 한쪽에서는 원료를 공급하고 다른 쪽으로 제품이 생산되는 방식을 사용한다.

도 1에는 종래 고순도 석영유리 분말 제조장치가 개략적으로 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 종래의 고순도 석영유리 분말 제조장치는, 회전 가능하게 설치된 튜브(11)와, 이 튜브(11)의 외주면에 설치된 히팅부재(12)로 구비된 튜브로(10)를 포함하여 구성된다.

그리고 상기 튜브(11)의 일측에서 석영유리 분말(P)의 원료를 투입하고, 튜브(11)의 타측에서 염소가스를 주입한다. 그러면, 상기 튜브(11)의 일측으로 상기한 가스가 배출되고, 튜브(11)의 타측으로 제품이 나오게 된다.

그런데, 상기와 같은 종래의 생산 방식은, 반응을 촉진하기 위해 튜브(11)가 회전하고 있으나, 기체와 반응속도가 낮아 생산성이 일정 이상 높아지기 어려운 단점이 있다.

한편, 미국 등록특허 US 6,180,077(2001. 01. 30)에는 'SiO2 알갱이 정제공정'이 개시되어 있다. 상기한 미국 등록특허는, 버너를 사용하여 수소를 태우고, 열원을 얻고 반응가스로 염소를 주입하여 온도를 올리면서 반응을 일으켜 실리카 불순물을 제거하는 공정 기술이다.

그러나, 상기한 미국특허의 기술은, 반응가스와 연속적인 반응이 어려워 최종 순도가 높지 않을 가능성이 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 반응가스와 석영유리 분말의 반응속도를 증진시키고, 순도가 높은 제품의 생산이 가능하도록 한 고순도 석영유리 분말 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고순도 석영유리 분말 제조장치는, 석영유리 분말을 가열하여 공급하는 원료공급장치와; 상기 원료공급장치로부터 석영유리 분말을 공급받아 가열하고, 외부로부터 유동가스와 반응가스를 공급받아 석영유리 분말을 띄우고 반응시키는 유동반응관과; 상기 유동반응관 내에서 석영유리 분말이 유동되도록 유동가스를 상기 유동반응관 내로 공급하는 유동가스 공급장치와; 상기 유동반응관 내에서 석영유리 분말과 반응되도록 반응가스를 상기 유동반응관 내로 공급하는 반응가스 공급장치와; 상기 반응가스를 상기 유동반응관에 공급되기 전에 미리 일정 온도 이상까지 가열하여 유동반응관에 공급하는 유동가스 가스열원장치와; 상기 유동반응관의 상부에 설치되어 석영유리 분말 중 반응이 일정 시간 진행된 석영유리 분말을 수집하여 외부로 배출되게 하는 제품수집장치;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 원료공급장치와 상기 유동반응관의 외부에는 히팅장치가 각각 구비된다.

그리고 본 발명에 있어서, 상기 유동반응관 내에서 배출되는 유해 가스를 수집 제거하는 스크러버를 더 포함하여 된다.

또한 상기 유동가스는 수소가스를 포함하여 되고, 상기 반응가스는 염산/염소가스를 포함하여 된다.

그리고 본 발명에 있어서, 상기 석영유리 분말의 크기는 100∼200㎛이다.

또한 상기 유동반응관의 하부 일측에는 상기 유동반응관 내의 입자가 상기 유동반응관의 하단부로 떨어지지 않도록 구비된 차단망이 설치된다.

그리고 상기 유동가스 공급장치는 상기 유동가스가 상기 유동반응관의 하단부로 공급되도록 설치되고, 상기 반응가스 공급장치는 상기 반응가스가 상기 유동반응관의 상부로 공급되도록 설치된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 예열된 석영유리 분말을 유동반응관에 공급하는 것은 물론이고, 공급받은 석영유리 분말을 더 높은 온도로 가열하면서 유동가스를 유동반응관의 하단부에서 공급하고, 반응가스를 유동반응관 상부에 공급하며, 특히 반응가스의 경우에는 유동반응관에 공급되기 전에 미리 일정 온도 이상까지 가열하여 공급한다.

따라서, 유동반응관 내의 입자와 반응가스의 접촉이 많아져서 고순도의 석영분말을 제조할 수 있고, 반응속도가 빨라져 공정시간이 단축된다.

또한 유동반응관에 연속적으로 원료를 투입하고 최종제품을 회수할 수 있어, 연속 공정이 가능하여 생산성이 향상된다.

도 1은 일반적인 고순도 석영유리 분말 제조장치의 구성을 나타내 보인 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 고순도 석영유리 분말 제조장치의 구성을 나타내 보인 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2에는 본 발명에 따른 고순도 석영유리 분말 제조장치의 구성을 나타낸 구성도가 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 고순도 석영유리 분말 제조장치는, 석영유리 분말(P)을 약 1,000℃까지 가열하여 공급하는 원료공급장치(21)와, 이 원료공급장치(21)로부터 석영유리 분말(P)을 공급받아 약 1,300℃까지 가열하고 외부로부터 유동가스와 반응가스를 공급받아 석영유리 분말(P)을 띄우고 반응시키는 유동반응관(31)과, 이 유동반응관(31) 내에서 석영유리 분말(P)이 유동되도록 유동가스를 유동반응관(31) 내로 공급하는 유동가스 공급장치(43)와, 상기 유동반응관(31) 내에서 석영유리 분말(P)과 반응되도록 반응가스를 유동반응관(31) 내로 공급하는 반응가스 공급장치(41)를 포함하여 구성된다.

그리고 본 발명에 따른 고순도 석영유리 분말 제조장치에는, 반응가스를 상기 유동반응관(31)에 공급되기 전에 미리 일정 온도 이상까지 가열하여 유동반응관(31)에 공급하는 가스열원장치(42)와, 상기 유동반응관(31)의 상부에 설치되어 석영유리 분말(P) 중 반응이 일정 시간 진행된 석영유리 분말(P)을 수집하여 외부로 배출되게 하는 제품수집장치(33)를 포함하여 구성된다.

또한 상기 원료공급장치(21)와 유동반응관(31)의 외부에는 히팅장치(22,32)가 각각 구비된다.

그리고 본 발명에 따른 고순도 석영유리 분말 제조장치에는, 유동반응관(31) 내에서 배출되는 유해 가스를 수집 제거하는 스크러버(scrubber)(44)가 구비된다.

또한 상기 유동가스는 수소가스(H2)를 포함하여 되고, 상기 반응가스는 염산/염소가스(HCl/Cl2)를 포함하여 된다.

그리고 본 발명에 따른 고순도 석영유리 분말 제조장치에서는, 석영유리를 100∼200㎛ 크기로 분쇄한 석영유리 분말(P)을 사용한다.

또한 상기 유동반응관(31)의 하부 일측에는 유동반응관(31) 내의 입자가 유동반응관(31)의 하단부로 떨어지지 않도록 구비된 차단망(34)이 설치된다.

그리고 상기 유동가스 공급장치(43)는 석영유리 분말(P)이 유동반응관(31) 상부로 유동되도록 유동가스가 유동반응관(31)의 하단부로 공급되도록 설치된다.

반면, 상기 반응가스 공급장치(41)는 유동반응관(31) 내에서 유동되는 석영유리 분말(P)과 적절하게 반응되도록 반응가스가 유동반응관(31)의 상부로 공급되도록 설치된다.

한편, 도 1에서 도면부호 23은 원료공급장치(21)에서 유동반응관(31)으로 석영유리 분말(P)의 원료가 공급되도록 하는 공급통로부재를 나타내 보인 것이다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 고순도 석영유리 분말 제조장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도면을 다시 참조하면, 본 발명에 따른 고순도 석영유리 분말 제조장치는, 석영유리 분말(P)을 반응기체로 띄워서 고온에서 반응하도록 하고, 일정 이상 반응이 완료되면 자동으로 수집하여 연속 생산 공정 적용이 가능하다.

이를 보다 구체적으로 설명한다.

우선, 본 발명에 따른 고순도 석영유리 분말 제조장치에서, 상기 원료공급장치(21)에서는 100∼200um의 크기로 분쇄된 석영유리 분말(P)이 사용하며, 이 석영유리 분말(P)을 원료공급장치(21)에서 약 1000℃로 예열할 수 있다. 따라서 원료재료가 유동반응관(31)으로 공급되어 급격한 온도 감소가 발생하지 않고 바로 반응에 참여할 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 고순도 석영유리 분말 제조장치에는, 가스 공급장치가 구비되는데, 가스 공급장치에서 공급되는 크게 반응가스와 유동가스가 공급된다. 이 중 반응가스는 염산(HCl) 또는 염소가스(Cl2)이며, 염산의 경우에는 액상을 기상으로 변환해주는 장치가 필요하기도 한다.

또한 공급가스 중 유동가스는 고순도 수소가스(H2)를 사용하면 적당하고, 유동가스의 유량은 입자의 유동 정도에 따라 조절되어야 한다.

그리고 반응가스의 경우에는 전단에 온도를 1,300℃까지 상승시켜주는 열원을 두어 반응의 효율성을 높인다.

또한 반응가스는 1,000℃의 저온에서는 반응이 원활하지 않으므로 유동반응관(31)의 1,300℃ 이상이 되는 고온 영역으로 투입하여 반응성을 최대화하고 손실을 최소화한다. 이러한 반응가스의 양은 유동가스 대비 5% 내외로 조절한다.

그리고 상기 유동반응관(31)은 유동가스를 공급받아서 투입된 석영유리 분말(P)을 띄우게 하고, 또한 반응가스와 반응하여 불순물이 제거된다.

또한 상기 유동반응관(31)의 하부 일측에는 차단망(34)이 설치되어 있어, 유동반응관(31) 내의 입자는 유동반응관(31)의 하단부로 떨어지지 않고, 일정 높이까지 유동하도록 유량을 조절한다.

이때, 상기한 입자들에 있는 여러 원소들은 염소/염산 가스와 반응하여 기상의 염화물을 형성하고, 이는 기체상으로 되어 상부로 빠져나가게 된다.

그리고 일정 시간 반응이 이루어지고 나면, 유동반응관(31)의 상부에서 일정 시간 반응이 진행된 원료(석영유리 분말(P))를 수집하는 제품수집장치(33)를 통해 고순도의 석영유리 분말(P)의 제품을 얻게 된다.

또한 상부 염산/염소 가스 및 염화물 기체는 스크러버(44)를 통해 제거되어 유해 가스가 유출되지 않도록 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

21 : 원료공급장치
22,32 : 히팅장치
31 : 유동반응관
33 : 제품수집장치
34 : 차단망
41 : 반응가스 공급장치
42 : 가스열원장치
43 : 유동가스 공급장치
44 : 스크러버
P : 석영유리 분말

Claims

석영유리 분말을 가열하여 공급하는 원료공급장치와;
상기 원료공급장치로부터 석영유리 분말을 공급받아 가열하고, 외부로부터 유동가스와 반응가스를 공급받아 석영유리 분말을 띄우고 반응시키는 유동반응관과;
상기 유동반응관 내에서 석영유리 분말이 유동되도록 유동가스를 상기 유동반응관 내로 공급하는 유동가스 공급장치와;
상기 유동반응관 내에서 석영유리 분말과 반응되도록 반응가스를 상기 유동반응관 내로 공급하는 반응가스 공급장치와;
상기 반응가스를 상기 유동반응관에 공급되기 전에 미리 일정 온도 이상까지 가열하여 유동반응관에 공급하는 유동가스 가스열원장치와;
상기 유동반응관의 상부에 설치되어 석영유리 분말 중 반응이 일정 시간 진행된 석영유리 분말을 수집하여 외부로 배출되게 하는 제품수집장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고순도 석영유리 분말 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 원료공급장치와 상기 유동반응관의 외부에는 히팅장치가 각각 구비된 것을 특징으로 하는 고순도 석영유리 분말 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 유동반응관 내에서 배출되는 유해 가스를 수집 제거하는 스크러버를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 고순도 석영유리 분말 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 유동가스는 수소가스를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 고순도 석영유리 분말 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 반응가스는 염산/염소가스를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 고순도 석영유리 분말 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 석영유리 분말의 크기는 100∼200㎛인 것을 특징으로 하는 고순도 석영유리 분말 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 유동반응관의 하부 일측에는 상기 유동반응관 내의 입자가 상기 유동반응관의 하단부로 떨어지지 않도록 구비된 차단망이 설치된 것을 특징으로 하는 고순도 석영유리 분말 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 유동가스 공급장치는 상기 유동가스가 상기 유동반응관의 하단부로 공급되도록 설치되고,
상기 반응가스 공급장치는 상기 반응가스가 상기 유동반응관의 상부로 공급되도록 설치된 것을 특징으로 하는 고순도 석영유리 분말 제조장치.