KR20170088918A - 실리콘 산화물의 제조 장치 및 제조 방법 - Google Patents

실리콘 산화물의 제조 장치 및 제조 방법 Download PDF

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춘레이 팡
지엔꾸오 런
민 위에
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썬쩐 비티아르 뉴 에너지 머티어리얼스 아이엔씨이
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Abstract

본 발명은 실리콘 산화물의 제조 장치 및 제조 방법을 개시하였고, 화학 공업 분야에 관한 것이다. 상기 장치는 적어도 일단에는 개구가 설치되고, 원료를 넣는 반응부와 수집기를 넣는 수집부를 포함하는 적어도 하나의 탱크 몸체를 구비하되, 상기 수집기는 탱크 몸체의 개구 단부에 설치되고, 상기 반응부는 탱크 몸체의 개구 단부와 멀리되게 가열로 내에 설치되며, 상기 수집부와 개구는 모두 상기 가열로 밖에 설치되며, 상기 탱크 몸체는 인터페이스를 통해 진공 펌핑되고, 탱크 캡을 통해 개구를 개방 또는 폐쇄시키며; 상기 제조 방법은 상기 제조 장치를 사용한다. 본 발명은 현재의 실리콘 산화물 제조 장치 및 제조 방법으로는 연속적인 생산을 이루지 못함으로 인한 많은 에너지 소모, 및 효율이 낮은 문제를 해결하였다.

Description

실리콘 산화물의 제조 장치 및 제조 방법{MANUFACTURING APPARATUS AND PREPARATION METHOD OF SILICONE OXIDE COMPOUNDS}
본 발명은 화학 공업 장치 분야에 관한 것으로서, 특히, 실리콘 산화물(Silicon Oxide Compounds)의 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다.
SiO는 광학 유리의 제조, 반도체 재료 및 리튬 이온 전지 음극소재를 제조함에 있어서의 중요한 원료로 사용된다.
그러나 SiO의 생산 조건은 까다로워, 그 생산량은 시장의 수요를 만족하지 못한다. 현재 공개된 생산 방식은 일반적으로 진공과 고온 조건에서 Si와 SiO2를 반응시켜 SiO기체를 생성하고, 다음 SiO가 저온 응축되게 하는 것이다.
현재 공업에서 사용하는 SiO의 생산 장치의 반응 챔버와 수집 챔버는 모두 진공 실린더에 설치되고, 반응 챔버와 진공 실린더 사이의 빈 공간에 전열선(heating wire)을 설치하는데, 이러한 장치는 반응 챔버의 사이즈를 효과적으로 증가시키지 못하기에 제품의 생산량이 낮게 되고, 또한 제품의 각 방향에서의 재료 구성 균일성도 차하게 된다. 또한 발열 소자는 진공 실린더에 위치하므로 연소 가열을 진행할 수 없어 에너지 소모가 많고, 반응 챔버와 수집 챔버가 모두 진공 실린더에 설치되었기에, 수집 챔버 중의 SiO를 꺼내려면 전체 장치를 냉각시켜야 하므로, 연속적인 생산을 실현하지 못하여 많은 에너지 낭비를 초래한다.
본 발명의 하나의 목적은 실리콘 산화물의 제조 장치를 제공하여 반 연속 생산을 실현하여 에너지 소모를 줄이는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 하기와 같은 기술 방안을 사용한다:
실리콘 산화물의 제조 장치는 적어도 일단에는 개구가 설치되고, 원료를 넣는 반응부와 수집기를 넣는 수집부를 포함하는 적어도 하나의 탱크 몸체를 구비하되, 상기 수집기는 탱크 몸체의 개구 단부에 설치되고, 상기 반응부는 탱크 몸체의 개구 단부와 멀리되게 가열로 내에 설치되며, 상기 수집부와 개구는 모두 상기 가열로 밖에 설치되며, 상기 탱크 몸체는 인터페이스를 통해 진공 펌핑되고, 탱크 캡을 통해 개구를 개방 또는 폐쇄시킨다.
추가로, 상기 수집부에는 냉각 장치가 설치된다.
추가로, 상기 가열로는 공기와 연통된다.
추가로, 상기 가열로는 전기 가열 또는 연소 가열을 사용한다.
추가로, 상기 수집기는 적어도 일단이 개구된 통 모양의 구조이다.
추가로, 상기 수집기는 테이퍼를 구비하며, 상기 수집기의 스몰 엔드는 탱크 캡을 향한다.
추가로, 상기 인터페이스는 수집부에 설치된다.
추가로, 상기 냉각 장치는 상기 수집부를 감싸도록 설치된 냉각 재킷을 포함하고, 냉각 매체에 의해 순환 냉각된다.
추가로, 상기 반응부의 축선은 수평된다.
본 발명의 다른 목적은 실리콘 산화물의 제조 방법을 제공하여 제조 효율을 높이고 에너지 소모를 저하시키는 것이고,
실리콘 산화물의 제조 방법은 상기 제조 장치를 사용하였으며, 상기 방법은:
가열로를 오픈하는 단계 (1);
냉각 장치를 오픈하는 단계 (2);
탱크 캡을 개방하고, Si분말과 SiO2분말을 혼합한 후 원료로 하여 반응부에 넣고, 수집부에 수집기를 넣어 탱크 캡을 폐쇄시키는 단계 (3);
인터페이스를 통해 탱크 몸체에 대하여 진공 펌핑하는 단계 (4);
탱크 몸체 내의 원료들의 반응이 종료된 후, 가열로와 냉각 장치의 동작을 유지하고, 탱크 캡을 오픈하여 수집기를 꺼낸 다음 반응부에 새로운 원료를 넣고 수집부에 새로운 수집기를 넣어 탱크 캡을 폐쇄시키며 인터페이스를 통해 탱크 몸체에 진공 펌핑하여 다음 라운드 반응을 시작하고, 실리콘 산화물 제품을 수집기에서 박리시키는 단계 (5);
제조가 끝날 때까지 단계 (5)를 반복하는 단계 (6)를 포함한다.
추가로, 상기 탱크 몸체의 적재용량은 2-200KG이고, 상기 가열로의 온도는 1100-1400℃이며, 상기 탱크 몸체의 진공도는 0.01-10000Pa 사이를 유지하고, 상기 냉각 장치의 온도는 100-800℃이며, 상기 단계 (5)에서의 새로운 수집기(6)를 넣을 때로부터 상기 단계(6)의 수집기(6)를 꺼낼 때까지 사이둔 시간은 2-60h이다.
본 발명은 실리콘 산화물의 제조 장치를 제공하였으며, 반응부를 가열로(heating furnace)에 설치하고, 수집부와 개구를 가열로 밖에 설치함으로써 개구를 개방하여 수집기를 꺼낼 수 있고, 새로운 수집기를 넣은 후 개구를 폐쇄함으로써 전체 장치를 냉각시킬 필요가 없이 가열로가 연속 작업을 진행할 수 있어, 효율이 높다. 기존의 장치는 냉각을 진행해야 하기에 승온, 냉각 과정에서 에너지를 낭비하는데, 이에 비해 본 장치는 에너지를 많이 절약할 수 있다. 동시에 상기와 같은 제조 장치를 사용하는 제조 방법을 제공하여 제조 효율을 높이고 에너지 소모를 저하시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에서 제공하는 실리콘 산화물의 제조 장치의 구조 개략도이며;
도 2는 본 발명의 제2실시예에서 제공하는 실리콘 산화물의 제조 장치의 구조 개략도이며;
도 3은 본 발명의 제3실시예에서 제공하는 실리콘 산화물의 제조 장치의 구조 개략도이다.
이하, 첨부된 도면과 구체적인 내용을 결합하여 본 발명의 기술 방안에 대하여 상세하게 설명한다.
제1실시예:
도 1에 도시된 바와 같이, 실리콘 산화물의 제조 장치는 적어도 하나의 탱크 몸체(1)를 구비하고, 본 실시예의 장치는 하나의 탱크 몸체(1)를 구비한다. 탱크 몸체(1)의 적어도 일단에는 개구(2)가 설치되고, 본 실시예의 탱크 몸체(1)는 일단에만 개구(2)가 설치된다. 탱크 몸체(1)는 원료(5)가 위치하는 반응부(3)와 수집기(6)가 위치하는 수집부(4)를 포함하되, 수집기(6)는 탱크 몸체(1)의 개구 단부에 설치되고, 반응부(3)는 탱크 몸체(1)의 개구 단부와 멀리되게 설치된다. 반응부(3)는 가열로(7) 내에 설치되고, 수집부(4)와 개구(2)는 모두 상기 가열로(7) 밖에 설치되며, 탱크 몸체(1)는 인터페이스(8)를 통해 진공 펌핑되고 탱크 캡(9)을 통해 개구(2)를 개방 또는 폐쇄시킨다.
반응시, 인터페이스(8)를 통해 탱크 몸체(1)에 대하여 배기를 진행함으로써, 탱크 몸체(1) 안의 진공도가 요구에 부합되게 한다. 가열로(7)는 반응부(3) 안의 원료(5)에 대하여 가열하며 원료(5)는 화학반응을 거쳐 제품 증기를 생성하였고, 수집부(4)는 가열로(7) 밖에 위치하기에 수집부(4) 주변의 공기 온도는 가열로(7)의 온도 보다 훨씬 낮으며, 제품 증기와 탱크 몸체(1) 외부 공기는 열 교환을 진행하여 수집기(6)에 응축(condensation)되어 고체 제품(12)을 형성한다. 하나의 생산주기를 거친 후, 탱크 캡(9)을 개방하고, 개구(2)에서 수집기(6)를 꺼내여 새로운 원료(5)를 넣고 새로운 수집기(6)를 바꿔 넣은 후 탱크 캡(9)을 폐쇄하여, 다음 번의 생산이 종료될 때까지 상기 과정을 반복한다. 상기 과정에서, 가열로(7)는 멈출 필요가 없이 생산 상태를 유지하기에 반 연속 생산을 실현함으로써 효율을 최대한으로 높이고 에너지를 절약하였다.
본 실시예에서, 탱크 몸체(1)의 양호한 밀폐 상태를 확보하기 위해 개구(2)를 탱크 몸체(1)의 일단에만 설치하였으나, 본 분야 통상의 지식을 가진 기술자들은 수요에 따라 탱크 몸체(1)의 양단에 개구(2)를 설치하고, 모두 탱크 캡(9)에 의해 밀폐되도록 설치할 수 있다.
본 실시예의 수집부(4)는 공기 냉각 또는 냉각 장치에 의한 냉각을 사용할 수 있고, 필요한 냉각 요구에 따라 냉각 방식을 선택할 수 있다. 수집부(4)를 보다 빨리 냉각하기 위해, 수집부(4)에 냉각 장치(10)를 설치한다.
가열로(7)는 공기와 연통되기에, 전기 가열 또는 연소 가열을 모두 실현할 수 있고, 전기 가열은 중주파/고주파 유도 가열(Medium/High frequency induction heating), 마이크로파 가열(microwave heating), 저항 가열(Resistance heating)을 포함하고, 저항 가열은 글로바(silicon carbide rod), Si-Mo 바(silicon molybdenum rod), 흑연 저항 가열을 포함하며, 연소 가열에서 사용되는 연료는 천연 가스, 석탄 가스, 메탄 가스, 바이오매스 가스 또는 인공 가스를 포함하며, 연소 가열은 전기 가열 보다 에너지를 크게 절약할 수 있다. 탱크 몸체(1) 내의 진공 상태로 인해 대기압은 탱크 몸체(1)의 사용 수명에 유리하지 않으므로 탱크 몸체(1)의 사용 수명을 확보하기 위해, 본 실시예에서 탱크 몸체(1)는 내열강(Heat-resistant steel), 세라믹, 코런덤(corundum), 탄화규소 및 카본 재료 중의 어느 하나 또는 여러 가지를 선택하여 사용할 수 있으며, 밀폐성, 가공의 용이성, 가공 원가를 확보하기 위해, 바람직하게는 내열강을 사용할 수 있으며, 바람직하게 탱크 몸체(1)의 직경은 100mm 내지 1000mm이고, 바람직하게 탱크 몸체(1)의 길이는 300mm 내지 5000mm이다.
수집기(6)는 적어도 일단이 개구된 통 모양의 구조이며, 수집과 넣거나 꺼내기에 편리하다.
본 실시예에서, 수집기(6)는 테이퍼(Taper)를 가지며, 수집기(6)의 스몰 엔드(small　end)는 탱크 캡(9)을 향하여 넣거나 꺼내기가 편리하다.
인터페이스(interface)(8)는 수집부(4)에 설치되어 탱크 몸체(1) 내의 진공도를 확보하는데 편리하다.
본 실시예에서, 냉각 장치(10)는 수집부(4)를 감싸(sheathed)도록 설치된 냉각 재킷(11)을 포함하고, 냉각 매체를 통해 순환 냉각을 진행하며, 물, 공기, 불활성 기체, 냉각액을 사용할 수 있으며, 본 실시예에서는 순환수로 냉각함으로써 원가를 낮출 수 있다.
본 실시예에서, 냉각 재킷(11)은 수집부(4)의 내부 또는 외부에 설치될 수 있다.
수집기(6)는 내열강, 스테인리스강(Stainless Steel, SUS) , 철판, 석영, 흑연, 텅스텐 시트(tungsten sheet), 탄화규소, 산화알루미늄 및 C/C복합재료 중의 하나 또는 여러 가지를 사용한다.
본 실시예에서 제공한 제조 장치를 사용하여 실리콘 산화물을 제조하는 방법은 아래와 같은 단계를 포함한다:
단계 (1), 가열로(7)를 오픈한다;
단계 (2), 냉각 장치(10)를 오픈한다；
단계 (3), 탱크 캡(9)을 개방하고, Si분말과 SiO2분말을 혼합한 후 원료(5)로 하여 반응부(3)에 넣고, 수집부(4)에 수집기(6)를 넣고 탱크 캡(9)을 폐쇄시킨다;
단계 (4), 인터페이스(8)를 통해 탱크 몸체(1)에 대하여 진공 펌핑을 진행한다;
단계 (5), 탱크 몸체(1) 내의 원료(5)들의 반응이 종료된 후, 가열로(7)와 냉각 장치(10)의 동작을 유지하는 상황에서, 탱크 캡(9)을 개방하여 수집기(6)를 꺼낸 다음 반응부(3)에 새로운 원료(5)를 넣고 수집부(4)에 새로운 수집기(6)를 넣으며, 탱크 캡(9)을 폐쇄시킨 후 인터페이스(8)를 통해 탱크 몸체(1)에 대하여 진공 펌핑을 진행하여 다음 라운드 반응을 시작하고, 실리콘 산화물 제품(12)을 수집기(6)에서 박리시킨다;
단계 (6), 제조가 끝날 때까지 단계 (5)를 반복한다.
상기 방법은 제조 과정에서 멈출 필요가 없으며, 단계 (5)와 단계 (6)은 장치의 반 연속 작업을 실현하였으며 생산 효율을 최대한으로 높였고, 가열로(7)의 승온, 냉각 과정에서의 에너지 낭비를 방지하였다.
비교적 높은 생산 효율과 비교적 낮은 원가를 실현하기 위해, 여기서, 탱크 몸체(1)의 적재용량은 2-200KG이고, 가열로(7)의 온도는 1100-1400℃이며, 탱크 몸체(1)의 진공도는 0.01-10000Pa사이를 유지하고, 냉각 장치(10)의 온도는 100-800℃이며, 단계 (5)에서의 새로운 수집기(6)을 넣는데로 부터 단계 (6)의 수집기(6)를 꺼내는데 까지 사이둔 시간은 2-60h이다.
제2실시예:
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예와 제1실시예의 구별점은 탱크 몸체(1)의 양단에 모두 개구(2)가 설치되고, 개구(2)는 모두 탱크 캡(9)에 의해 밀폐되는 것이다. 수집기(6)와 냉각 장치(10)의 설치 방식은 제1실시예와 동일하며, 본 실시예에서 반응부(3)는 가열로 (7)내에 설치되고, 반응부(3)의 양 옆에 위치한 수집부(4)는 모두 가열로(7) 밖에 설치되며, 밀폐 상태가 양호한 상태를 유지하는 기초상, 본 실시예는 제품의 제조 속도와 생산 효율을 더 높였다.
제3실시예:
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예와 제1실시예의 구별점은 세개의 탱크 몸체(1)를 구비하며, 본 분야의 통상의 지식을 가진 기술자들은 생산 수요와 가열로(7)의 사이즈에 따라 탱크 몸체(1)의 개수를 합리하게 설정할 수 있으며, 상기 탱크 몸체(1)의 개수는 본 실시예에 의해 한정되지 않는다. 본 실시예는 다수 개의 탱크 몸체(1)를 설치하여 가열로(7)의 열량을 보다 효율적으로 이용하였다.
알다시피, 본 발명의 상기 실시예는 단지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 예일뿐, 본 발명의 실시 방식은 이에 한정되지 않는다. 본 분야의 통상의 지식을 가진 기술자들은 전술한 설명의 기초상 기타 부동한 형식의 변화 또는 변형이 가능하다. 여기서 모든 실시 방식에 대하여 예를 들 필요가 없고, 또한 모든 예를 들지도 못한다. 본 발명의 사상과 원리를 벗어나지 않는 전제하에서 진행한 임의의 수정, 등가 교체, 개선 등은 모두 본 발명의 권리범위에 포함되어야 할 것이다.
1: 탱크 몸체 2: 개구
3: 반응부 4: 수집부
5: 원료 6: 수집기
7: 가열로 8: 인터페이스
9: 탱크 캡 10: 냉각 장치
11: 냉각 재킷 12: 제품

Claims (10)

  1. 실리콘 산화물의 제조 장치에 있어서,
    상기 장치는, 적어도 일단에는 개구(2)가 설치되고, 원료(5)가 위치하는 반응부(3)와 수집기(6)가 위치하는 수집부(4)를 포함하는 적어도 하나의 탱크 몸체(1)를 구비하되,
    상기 수집기(6)는 탱크 몸체(1)의 개구 단부에 설치되고, 상기 반응부(3)는 탱크 몸체(1)의 개구 단부와 멀리되게 가열로(7) 내에 설치되며,
    상기 수집부(4)와 개구(2)는 모두 상기 가열로(7) 밖에 설치되며,
    상기 탱크 몸체(1)는 인터페이스(8)를 통해 진공 펌핑되고 탱크 캡(9)을 통해 개구(2)를 개방 또는 폐쇄시키는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화물의 제조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수집부(4)에는 냉각 장치(10)가 설치되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화물의 제조 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열로(7)는 공기와 연통되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화물의 제조 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 가열로(7)는 전기 가열 또는 연소 가열을 사용하는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화물의 제조 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 수집기(6)는 적어도 일단이 개구된 통 모양의 구조인 것을 특징으로 하는 실리콘 산화물의 제조 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 수집기(6)는 테이퍼를 구비하며, 상기 수집기(6)의 스몰 엔드는 탱크 캡(9)을 향하는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화물의 제조 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 인터페이스(8)는 수집부(4)에 설치되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화물의 제조 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각 장치(10)는 상기 수집부(4)를 감싸도록 설치된 냉각 재킷(11)을 포함하고, 냉각 매체에 의해 순환 냉각되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화물의 제조 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 임의의 한 항의 제조 장치를 사용하고, 아래와 같은 단계, 즉
    가열로(7)를 오픈하는 단계 (1);
    냉각 장치(10)를 오픈하는 단계 (2);
    탱크 캡(9)을 개방하고, Si분말과 SiO2분말을 혼합한 후, 이를 원료(5)로 하여 반응부(3)에 넣고, 또한 수집부(4)에 수집기(6)를 넣은 후, 탱크 캡(9)을 폐쇄하는 단계 (3);
    인터페이스(8)를 통해 탱크 몸체(1)에 대하여 진공 펌핑하는 단계 (4);
    탱크 몸체(1) 내 원료(5)들의 반응이 종료된 후, 가열로(7)와 냉각 장치(10)의 동작을 유지하고, 탱크 캡(9)을 개방하여 수집기(6)를 꺼낸 다음 반응부(3)에 새로운 원료(5)를 넣고 수집부(4)에 새로운 수집기(6)를 넣으며, 탱크 캡(9)을 폐쇄시킨 후 인터페이스(8)를 통해 탱크 몸체(1)에 대하여 진공 펌핑을 진행하여 다음 라운드 반응을 시작하며, 또한 실리콘 산화물 제품(12)을 수집기(6)에서 박리시키는 단계 (5);
    제조가 끝날 때까지 단계 (5)를 반복하는 단계 (6), 을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화물의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 탱크 몸체(1)의 적재용량은 2-200KG이고, 상기 가열로(7)의 온도는 1100-1400℃이며, 상기 탱크 몸체(1)의 진공도는 0.01-10000Pa 사이를 유지하고, 상기 냉각 장치(10)의 온도는 100-800℃이며, 상기 단계 (5)에서의 새로운 수집기(6)를 넣을 때로부터 상기 단계(6)의 수집기(6)를 꺼낼 때까지 사이둔 시간은 2-60h인 것을 특징으로 하는 실리콘 산화물의 제조 방법.
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