TWI527760B - 自氫氟酸溶液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備及其結晶操作控制方法 - Google Patents

Description

自氫氟酸溶液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備及其結晶操作控制方法

本發明係有關於一種結晶系統設備，特別是指一種利用流量控制及pH值、氟離子濃度監測，達到生成具高經濟效益氟鋁酸鈉晶體的自氫氟酸廢液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備及其結晶操作控制方法。

按，高濃度氫氟酸(HF，49%)或氫氟酸混酸，係為半導體(IC)、液晶顯示面板(TFT-LCD)、太陽能電池等科技產業大量應用於蝕刻技術中，因而產出濃度高達49%或低至0.5%之各種濃度且體積龐大的氫氟酸廢酸，需要進行廢液處理。

目前氫氟酸廢液處理方法，以加入如CaO、Ca(OH)₂、CaCl₂等含鈣化合物與廢液中氟離子反應生成氟化鈣(CaF₂)污泥餅，或者，如中華民國專利第I233428號，使氫氟酸廢液中的氟離子與特定藥劑進行化學混凝作用，藉以去除廢液中氟離子。惟前述二種方法，前者有操作困難度及成本皆高之問題外，其氟化鈣污泥餅體積大且純度達回收標準的氟化鈣量相當有限，未能產生經濟效益；後者專利雖可形成氟鋁酸鈉晶體(Na₃AlF₆，俗 稱冰晶石)供回收使用，然在混凝過程中須使用含氯化合物PAC(Polyalumi-num Chloride；多元聚氯化鋁)作為助凝劑，進而影響冰晶石的結晶純度，尤其該專利前案之冰晶石未以適合結晶程度及環境製得，純度更難以達到回收使用之標準。

值得注意的是，已有諸多文獻提出，氫氟酸與鋁酸鈉可經由如下反應式生成氟鋁酸鈉晶體：12HF+3NaAlO₂→Na₃AlF₆+2AlF₃+H₂O；是以，本案發明人已據此技術提出申請第101125989號之發明專利「自氫氟酸廢液生成氟鋁酸鈉晶體的結晶化系統及其結晶方法」，如第1圖所示，該結晶化系統包括鋁酸鈉藥劑槽V2及高濃度氫氟酸廢液槽V1透過其批次定量控制段F1、F2，分別進流至位於系統反應槽上部之定流量與均勻分散加藥段A與反應槽下部之批次式結晶反應段R，藉由定流量與均勻分散加藥段A中分散盤的通孔分佈，控制鋁酸鈉藥劑以批次定量且均勻地加入氫氟酸廢液中進行反應，經靜置結晶後進入微過濾段S，以分離出冰晶石結晶並將過濾後液體輸送至低濃度氫氟酸廢液處理段W進行處理。

雖本案發明人先前提出之技術方案已可獲得純度高達96%之冰晶石結晶，惟影響結晶純度之因素不僅包括氫氟酸與鋁酸鈉的液流接觸反應方式，更包括溶劑中不純物的含量、溶液pH值等影響因素，故本案發明人認為前述技術方案尚有進一步改善之空間。

本發明之目的在於提供一種自氫氟酸廢液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備，其主要是透過設於系統反應槽內的分散盤與控制盤控 制鋁酸鈉藥劑與氫氟酸廢液接觸反應之液流形態及流量，並藉呈迴路形態與系統反應槽連通之pH值/氟離子檢測段，配合監控氫氟酸廢液及鋁酸鈉藥劑之混合水樣的pH值及氟離子濃度，有效控制系統操作過程中影響結晶純度之因素，確保系統穩定地產出結晶純度可供回收再使用之冰晶石，達到有效回收氟離子且生成具有高經濟效益之冰晶石晶體之目的。

緣是，為達上述目的，本發明所提供一種自氫氟酸溶液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統，包括：一控制處理器；一結晶反應槽，具有相對之一頂部槽口及一底部出口，該結晶反應槽內部設有一具複數液孔之分散盤，以及一位於該分散盤上且具複數通孔之控制盤，令該結晶反應槽內部為該分散盤及該控制盤隔設形成一上部投藥空間及一下部反應空間，該投藥空間設有一鋁酸鈉液位計，該反應空間經該出口與一排放控制段連通，該鋁酸鈉液位計與該排放控制段為該控制處理器電性控制做動；一鋁酸鈉藥劑槽，係經一為該控制處理器電性控制之批次定量控制段輸出鋁酸鈉藥劑至該結晶反應槽之該投藥空間內；一高濃度氫氟酸廢液槽，係經一為該控制處理器電性控制之批次定量控制段輸出高濃度氫氟酸廢液至該結晶反應槽之該反應空間；一pH值/氟離子檢測段，係具有相連通之一pH計及一氟量計為該控制處理器電性控制做動，該pH計具有一第一流道與該結晶反應槽反應空間底部連通，該氟量計具有一與該反應空間頂部連通之第二流道以及一第三流道；一脫水機，為該控制處理器電性控制做動，該脫水機與該結晶反應槽的排放控制段連通，並與該pH值/氟離子檢測段的第三流道連通；一低濃度氫氟酸廢液槽，係為該控制處理器電性控制，供收集該脫水機排出之低濃度氫氟酸廢液。

此外，為使本發明自氫氟酸溶液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備能確使產出具有高經濟效益的冰晶石，本發明另提供該設備的結晶操作控制方法，該方法步驟包括：參數設定步驟：由控制處理器設定參數項目及其數值範圍。在完成參數設定步驟後，依鋁酸鈉藥劑流量需求設置分散盤及控制盤，以調控鋁酸鈉藥劑落入反應空間的流速；高濃度氫氟酸廢液輸入步驟：啟動高濃度氫氟酸廢液槽批次定量控制段，將高濃度氫氟酸廢液依參數設定步驟設定值輸入結晶反應槽的反應空間中；鋁酸鈉藥劑輸入步驟：待高濃度氫氟酸廢液完全注入結晶反應槽後，啟動鋁酸鈉藥劑槽批次定量控制段，將鋁酸鈉藥劑依參數設定步驟設定值輸入結晶反應槽的投藥空間中；水樣靜置步驟：依參數設定步驟設定值開始反應靜置時間；水樣輸入pH值/氟離子檢測段步驟：反應靜置計時終止時，啟動該pH值/氟離子檢測段將結晶反應槽中的混合水樣導入pH值/氟離子檢測段中，進行水樣pH值和氟離子濃度讀取步驟及水樣回流至結晶反應槽步驟；反應終點判斷步驟：由控制處理器對讀取的水樣pH值和氟離子濃度進行反應終點判斷，當反應未達反應終點時執行pH值/氟離子檢測段關閉步驟及鋁酸鈉藥劑量微調步驟，依參數設定步驟設定之參數，據讀取之pH值輸入微量鋁酸鈉藥劑至結晶反應槽，再重覆執行該鋁酸鈉藥劑輸入步驟、該水樣靜置步驟、該水樣輸入pH值/氟離子檢測段步驟及該反應終點判斷步驟，至直反應達到反應終點；脫水機、結晶反應槽排放控制段啟動步驟：當反應達到反應終點時，啟動脫水機及結晶反應槽排放控制段，接著進行結晶物脫水收集步驟及低濃度氫氟酸排出步驟，完成後進行結晶反應槽排放控制段關閉步驟。

有關於本創作為達成上述目的，所採用之技術、手段及其他功效，茲舉一較佳可行實施例並配合圖式詳細說明如后。

〔習知〕

V1‧‧‧高濃度氫氟酸廢液槽

V2‧‧‧鋁酸鈉藥劑槽

F1‧‧‧批次定量控制段

F2‧‧‧批次定量控制段

A‧‧‧定流量與均勻分散加藥段

R‧‧‧批次式結晶反應段

S‧‧‧微過濾段

W‧‧‧低濃度氫氟酸廢液處理段

〔本發明〕

10‧‧‧結晶反應槽

101‧‧‧投藥空間

102‧‧‧反應空間

11‧‧‧槽口

12‧‧‧出口

13‧‧‧分散盤

131‧‧‧液孔

132‧‧‧定位孔

14‧‧‧控制盤

141‧‧‧通孔

14a‧‧‧第一通孔組

14b‧‧‧第二通孔組

14c‧‧‧第三通孔組

142‧‧‧限位孔

15‧‧‧鋁酸鈉液位計

16‧‧‧排放控制段

161‧‧‧流量控制閥

162‧‧‧球閥

17‧‧‧氫氟酸液位計

18‧‧‧排放流道

181‧‧‧球閥

20‧‧‧鋁酸鈉藥劑槽

201‧‧‧批次定量控制段

21‧‧‧液位計

22‧‧‧輸送泵浦

23、24‧‧‧球閥

25‧‧‧鋁酸鈉流量計

26‧‧‧排放閥

30‧‧‧高濃度氫氟酸廢液槽

301‧‧‧批次定量控制段

31‧‧‧液位計

32‧‧‧輸送泵浦

33、34‧‧‧球閥

35‧‧‧氫氟酸流量計

36‧‧‧排放閥

40‧‧‧pH值/氟離子檢測段

41‧‧‧pH計

42‧‧‧氟量計

43‧‧‧第一流道

431‧‧‧量測泵浦

432‧‧‧流量控制閥

433、434‧‧‧球閥

44‧‧‧第二流道

441‧‧‧回流控制閥

442‧‧‧管體

45‧‧‧第三流道

451‧‧‧排流控制閥

452‧‧‧球閥

46‧‧‧清水輸入段

461‧‧‧流量控制閥

47‧‧‧晶種儲槽

48‧‧‧第四流道

481‧‧‧輸送泵浦

50‧‧‧脫水機

60‧‧‧低濃度氫氟酸廢液槽

61‧‧‧球閥

62‧‧‧液位計

63‧‧‧排放閥

64‧‧‧低濃度氫氟酸廢液輸出段

641‧‧‧輸送泵浦

642、643‧‧‧球閥

70‧‧‧防溢基座

71‧‧‧防溢體

72‧‧‧探漏器

73‧‧‧排液閥

80‧‧‧控制處理器

S1‧‧‧參數設定步驟

S2‧‧‧高濃度氫氟酸廢液輸入步驟

S3‧‧‧鋁酸鈉藥劑輸入步驟

S4‧‧‧水樣靜置步驟

S5‧‧‧水樣輸入pH值/氟離子檢測段步驟

S51‧‧‧水樣pH值和氟離子濃度讀取步驟

S52‧‧‧水樣回流至結晶反應槽步驟

S6‧‧‧反應終點判斷步驟

S61‧‧‧pH值/氟離子檢測段關閉步驟

S62‧‧‧鋁酸鈉藥劑量微調步驟

S7‧‧‧固液分離步驟

S71‧‧‧結晶物分離收集步驟

S72‧‧‧低濃度氫氟酸排出步驟

S73‧‧‧結晶反應槽排放控制段關閉步驟

S8‧‧‧自動模式判斷步驟

第1圖係習知自氫氟酸溶液生成氟鋁酸鈉晶體的結晶化系統架構示意圖。

第2圖係本發明自氫氟酸溶液生成氟鋁酸鈉晶體的結晶化系統之整體系統架構示意圖。

第3圖係本發明系統集中設於防溢底座之結構側視示意圖。

第4圖係本發明控制盤之液孔分佈示意圖。

第5圖係本發明分散盤之通孔分佈示意圖。

第6圖係本發明控制盤液孔與分散盤的第二通孔組對合狀態示意圖。

第7圖係本發明控制盤液孔與分散盤的第一通孔組對合狀態示意圖。

第8圖係本發明控制盤液孔與分散盤的第三通孔組對合狀態示意圖。

第9圖係本發明設備的結晶操作控制方法流程示意圖。

請以第2圖配合參閱第3圖所示，本發明自氫氟酸溶液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備，主要具有一結晶反應槽10、一鋁酸鈉藥劑槽20、一高濃度氫氟酸廢液槽30、一pH值/氟離子檢測段40、一脫水機50、一低濃度氫氟酸廢液槽60以及一用以電性控制前述裝置機構進行做動之控制處理器80。其中： 該結晶反應槽10，具有相對之一頂部槽口11及一底部出口12，該結晶反應槽10內部設有一具複數液孔131之分散盤13，以及一位於該分散盤13上且具複數通孔141之控制盤14，令該結晶反應槽10內部為該分散盤13及該控制盤14隔設形成一上部投藥空間101及一下部反應空間102，該投藥空間101設有一鋁酸鈉液位計15，該反應空間102經該出口12與一排放控制段16連通，該鋁酸鈉液位計15與該排放控制段16為該控制處理器80電性控制做動。

於本實施例中，該結晶反應槽10反應空間102設有一為該控制處理器80電性控制做動之氫氟酸液位計17，供偵測反應空間102氫氟酸廢液之液位高度，令控制處理器80據該鋁酸鈉液位計15及該氫氟酸液位計17電性控制該鋁酸鈉藥劑槽20及該高濃度氫氟酸廢液槽30輸出之鋁酸鈉藥劑與氫氟酸廢液流量。另，本發明結晶反應槽10的排放控制段16具有一流量控制閥161及一球閥162，且該流量控制閥161與該結晶反應槽10出口12之間另設有一排放流道18，該排放流道18具有一球閥181控制，令該排放控制段16的流量控制閥161及該球閥162與該排放流道18球閥181為該控制處理器80電性控制做動。

該鋁酸鈉藥劑槽20，係經一為該控制處理器80電性控制之批次定量控制段201輸出鋁酸鈉藥劑至該結晶反應槽10的投藥空間101內；於本實施例中，該鋁酸鈉藥劑槽20設有一液位計21及一排放閥26，該鋁酸鈉藥劑槽20的批次定量控制段201具有一輸送泵浦22，以及二球閥23、24分別設於該輸送泵浦22與該鋁酸鈉藥劑槽20之間，以及該輸送泵浦22與該結晶反應槽10之間，該批次定量控制段201鄰近該結晶反應槽 10處設有一鋁酸鈉流量計25，令該液位計21、該輸送泵浦22、該二球閥23、24、該鋁酸鈉流量計25及該排放閥26為該控制處理器80電性控制做動。

該高濃度氫氟酸廢液槽30，係經一為該控制處理器80電性控制之批次定量控制段301輸出高濃度氫氟酸廢液至該結晶反應槽10的反應空間102內；於本實施例中，該高濃度氫氟酸廢液槽30設有一液位計31及一排放閥36，該高濃度氫氟酸廢液槽30的批次定量控制段301具有一輸送泵浦32，以及二球閥33、34分別設於該輸送泵浦32與該高濃度氫氟酸廢液槽30之間，以及該輸送泵浦32與該結晶反應槽10之間，且該批次定量控制段301鄰近該結晶反應槽10處設有一氫氟酸流量計35，令該液位計31、該輸送泵浦32、該二球閥33、34、該氫氟酸流量計35及該排放閥36為該控制處理器80電性控制做動。

該pH值/氟離子檢測段40，係具有一pH計41及一氟量計42為該控制處理器80電性控制做動，該pH計41及該氟量計42之間具有管線連通，其中，該pH計41具有一第一流道43與該結晶反應槽10反應空間102底部連通，該第一流道43設有一量測泵浦431，二球閥433、434分別設於該量測泵浦431與該結晶反應槽10之間以及與該量測泵浦431與該pH計41之間。於本實施例中，該量測泵浦431與該pH計41之間另設有一清水輸人段46，該清水輸入段461具有一流量控制閥461控制清水輸入量，以預先注入清水至pH計41及氟量計42進行鋁酸鈉藥劑及氫氟酸廢液之混合水樣的pH值與氟離子含量檢測，並於檢測完畢後，利用該氟量計42與該反應空間102頂部連通之一第二流道44由該第二流道44之一回流 控制閥441控制將檢測後混合水樣回流至結晶反應槽10內，或者，經該氟量計42連通至該脫水機50之一第三流道45，由該第三流道45之一排流控制閥451及一球閥452將混合水樣排出至脫水機50。其中，該第二流道44連通至結晶反應槽10內部的末端開口係可設於結晶反應槽10反應空間102的上方槽壁至反應空間102的上方槽中心處，且較佳是通過一管體442延伸至反應空間102的槽中心處，以令混合水樣回流時對結晶程序造成的影響減至最低。

此外，為確保pH計41及氟量計42之量測精準度，pH值/氟離子檢測段40亦得以利用該清水輸入段46輸入清水洗滌pH計41及氟量計42後，再經第三流道45排至脫水機50；其中，該pH值/氟離子檢測段40之該量測泵浦431、該二流量控制閥432、461、該三球閥433、434、452及該排流控制閥451為該控制處理器80電性控制做動。另，本發明設備可進一步以一第四流道48連通第二流道44與排放控制段16，透過在該第四流道48設置一晶種儲槽47及一輸送泵浦481，令混合水樣由排放控制段16經第四流道48回流至第二流道44進入結晶反應槽10時流經該晶種儲槽47，而將晶種帶入結晶反應槽10中，完成植晶程序促進結晶反應與增加結晶粒徑尺寸之功效，達到提升冰晶石結晶品質之目的。

該脫水機50，為該控制處理器80電性控制做動，該脫水機50與該結晶反應槽10的排放控制段16連通，用以過濾鋁酸鈉藥劑與氫氟酸廢液反應後之混合水樣，以將生成之冰晶石晶體濾出，該脫水機50並與該pH值/氟離子檢測段40的第三流道45連通，供排除pH值/氟離子檢測段40洗滌後廢液。

該低濃度氫氟酸廢液槽60，係為該控制處理器80電性控制，供收集該脫水機50排出之低濃度氫氟酸廢液；於本實施例中，該低濃度氫氟酸廢液槽60與該脫水機50之間設有一球閥61控制低濃度氫氟酸廢液流量，且該低濃度氫氟酸廢液槽60設有一液位計62、一排放閥63及一低濃度氫氟酸廢液輸出段64，該低濃度氫氟酸廢液輸出段64設有一輸送泵浦641，以及二球閥642、643分別設於該輸送泵浦641與該低濃度氫氟酸廢液槽60之間以及該輸送泵浦641排放端，令該液位計62、該排放閥63、該輸送泵浦641及該三球閥61、642、643為該控制處理器80電性控制做動。

如第2、3圖所示，本發明自氫氟酸廢液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備係可整體設於一防溢基座70上，該防溢基座70周側設有一防溢體71，供防止液體洩出漫延，並具有為該控制處理器80電性控制做動之一探漏器72及一設於該防溢基座70底部之排液閥73，以藉該探漏器72偵測液體是否洩露，並於液體洩露時電性啟動該排液閥73將液體自防溢基座70排出。

另，請配合參閱第4至8圖所示，本發明設於結晶反應槽10內的分散盤13及控制盤14係成形為圓盤形態，其中，該分散盤13的複數液孔131係自其圓心沿米字放射方向排列開設；該控制盤14的複數通孔141係由一第一通孔組14a、一第二通孔組14b及一第三通孔組14c組成，該第一、第二、第三通孔組14a、14b、14c係分別自該控制盤14圓心沿米字放射方向排列開設且其米字排列放射方向之間夾設一角度θ，其中，該第一通孔組14a具有對應該分散盤13液孔131數量之通孔141，該第二、第三通孔組14b、14c具有相異且少於該分散盤13液孔131數量之通孔141； 於本實施例中，該分散盤13另設有複數定位孔132，該控制盤14則對應該分散盤13定位孔132位置及數量設有三組限位孔142，且各組限位孔142之間夾設有該角度θ，令該控制盤14之其中一組限位孔142與該分散盤13定位孔132對合，以對應該定位孔132數量之複數定位栓(圖未示)穿置該分散盤13定位孔132與該控制盤14限位孔142，達到使分散盤13液孔131與控制盤14通孔141對合固定，確保鋁酸鈉藥劑液劑流量及液流形態。

以上所述主要為本發明自氫氟酸溶液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備之裝置及其閥件之間連接關係，以及該分散盤13及該控制盤14之組配關係說明。以下請以第2圖配合第9圖所示，本發明結晶系統之該複數閥件、液位計、流量計、泵浦、pH計及氟量計等裝置係與該控制處理器80電性連接，並為該控制處理器80電性控制做動。本發明結晶系統設備的結晶操作控制方法可為自動或手動，其操作方法步驟包括：參數設定步驟S1：由控制處理器80設定如表一所示之參數項目及其數值範圍，惟參數項目並不限於表一所列，係視實際操作所需增設或刪減參數設定。在完成參數設定步驟S1後，依鋁酸鈉藥劑流量需求設置分散盤13及控制盤14，藉以調控鋁酸鈉藥劑落入反應空間102的流速。

高濃度氫氟酸廢液輸入步驟S2：啟動高濃度氫氟酸廢液槽30批次定量控制段301，將高濃度氫氟酸廢液依參數設定步驟S1設定值輸入結晶反應槽10的反應空間102中。

鋁酸鈉藥劑輸入步驟S3：待高濃度氫氟酸廢液完全注入結晶反應槽10後，啟動鋁酸鈉藥劑槽20批次定量控制段201，將鋁酸鈉藥劑依參數設定步驟S1設定值輸入結晶反應槽10的投藥空間101中。於此步驟中，鋁酸鈉藥劑槽20批次定量控制段201較佳於啟動時，同時依參數設定步驟S1設定值開始計時計錄鋁酸鈉藥劑的投入時間。

水樣靜置步驟S4：依參數設定步驟S1設定值開始反應靜置時間。於本步驟中，較佳是在鋁酸鈉藥劑槽20達到液位計21低液位時開始計時靜置。

水樣輸入pH值/氟離子檢測段步驟S5：反應靜置計時終止時，啟動該pH值/氟離子檢測段40的量測泵浦431及流量控制閥432回流控制閥441，將結晶反應槽10中的混合水樣導入pH值/氟離子檢測段40中。於本步驟中更包括同時進行的水樣pH值和氟離子濃度讀取步驟S51及水樣 回流至結晶反應槽步驟S52，即水樣在流經pH計41及氟量計42以讀取pH值及氟離子濃度之同時，另可經由閥件控制，從結晶反應槽10出口12經排放控制段16進入第四流道48，藉以流經晶種儲槽47將晶種經第二流道44帶入結晶反應槽10。

反應終點判斷步驟S6：利用讀取的水樣pH值和氟離子濃度進行反應終點判斷；當反應未達反應終點時執行pH值/氟離子檢測段關閉步驟S61及鋁酸鈉藥劑量微調步驟S62，其係依參數設定步驟S1設定之參數，據讀取之pH值輸入微量鋁酸鈉藥劑至結晶反應槽10，再重覆執行鋁酸鈉藥劑輸入步驟S3、水樣靜置步驟S4、水樣輸入pH值/氟離子檢測段步驟S5及反應終點判斷步驟S6，至直反應達到反應終點。其中，鋁酸鈉藥劑量微調步驟S62的pH值與鋁酸鈉藥劑輸入量可如下表二之對應值進行判斷，但不限於此，對應值可依實際操作調整。

脫水機、結晶反應槽排放控制段啟動步驟S7：當反應達到反應終點時，啟動脫水機及結晶反應槽10排放控制段16，接著進行結晶物脫水收集步驟S71及低濃度氫氟酸排出步驟S72，完成後進行結晶反應槽排放控制段關閉步驟S73。於本步驟中，該脫水機50較佳在進行結晶物脫水收集步驟S71前達到預設轉速，以將結晶物與低濃度氫氟酸廢液藉重力流 排入脫水機50中，令甩出的低濃度氫氟酸廢液藉重力集中流進低濃度氫氟酸廢液槽60中完成低濃度氫氟酸排出步驟S72，且結晶物留在脫水機50濾布中完成結晶物脫水收集步驟S71，最後關閉該結晶反應槽10排放控制段16。

自動模式判斷步驟S8：係由控制處理器80預設當次操作為自動模式或手動模式，當為自動模式時，由控制處理器80自動控制從該高濃度氫氟酸廢液輸入步驟S2開始重覆執行前述步驟，當為手動模式時，控制處理器80停止自動控制，並回至參數設定步驟S1完成參數設定後啟動自動控制。

通過前述本發明自氫氟酸廢液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備及其操作方法，在廢液進流之氟離子濃度為10~500公克/公升(g/L)，靜置結晶時間10~200分鐘，且反應終點pH值介於2至10時，可將反應後出流廢液中的氟離子濃度降至20公克/公升(g/L)以下，有效移除氫氟酸廢液中的氟含量。另，如下表三所示，茲舉五個實施例說明本發明自氫氟酸廢液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備的結晶操作控制參數及相關分析數據。

藉此，本發明自氫氟酸廢液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備及其結晶操作控制方法，經由上述系統反應槽內的分散盤與控制盤控制鋁酸鈉藥劑與氫氟酸廢液接觸反應之液流形態及流量，並藉呈迴路形態與系統反應槽連通之pH值/氟離子檢測段，配合監控氫氟酸廢液及鋁酸鈉藥劑之混合水樣的pH值及氟離子濃度，有效控制系統操作過程中影響結晶純度之因素，確保系統穩定地產出結晶純度可供回收再使用之冰晶石，達到將氟離子回收率提高且生成之冰晶石晶體純度高而具有高經濟效益之目的。

10‧‧‧結晶反應槽

101‧‧‧投藥空間

102‧‧‧反應空間

11‧‧‧槽口

12‧‧‧出口

13‧‧‧分散盤

14‧‧‧控制盤

15‧‧‧鋁酸鈉液位計

16‧‧‧排放控制段

161‧‧‧流量控制閥

162‧‧‧球閥

17‧‧‧氫氟酸液位計

18‧‧‧排放流道

181‧‧‧球閥

20‧‧‧鋁酸鈉藥劑槽

201‧‧‧批次定量控制段

21‧‧‧液位計

22‧‧‧輸送泵浦

23、24‧‧‧球閥

25‧‧‧鋁酸鈉流量計

26‧‧‧排放閥

30‧‧‧高濃度氫氟酸廢液槽

301‧‧‧批次定量控制段

31‧‧‧液位計

32‧‧‧輸送泵浦

33、34‧‧‧球閥

35‧‧‧氫氟酸流量計

36‧‧‧排放閥

40‧‧‧pH值/氟離子檢測段

41‧‧‧pH計

42‧‧‧氟量計

43‧‧‧第一流道

431‧‧‧量測泵浦

432‧‧‧流量控制閥

433、434‧‧‧球閥

44‧‧‧第二流道

441‧‧‧回流控制閥

442‧‧‧管體

45‧‧‧第三流道

451‧‧‧排流控制閥

452‧‧‧球閥

46‧‧‧清水輸入段

461‧‧‧流量控制閥

47‧‧‧晶種儲槽

48‧‧‧第四流道

481‧‧‧輸送泵浦

50‧‧‧脫水機

60‧‧‧低濃度氫氟酸廢液槽

61‧‧‧球閥

62‧‧‧液位計

63‧‧‧排放閥

64‧‧‧低濃度氫氟酸廢液輸出段

641‧‧‧輸送泵浦

642、643‧‧‧球閥

70‧‧‧防溢基座

71‧‧‧防溢體

72‧‧‧探漏器

73‧‧‧排液閥

80‧‧‧控制處理器

Claims (24)

1. 一種自氫氟酸溶液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備，包括：一控制處理器；一結晶反應槽，具有相對之一頂部槽口及一底部出口，該結晶反應槽內部設有一具複數液孔之分散盤，以及一位於該分散盤上且具複數通孔之控制盤，令該結晶反應槽內部為該分散盤及該控制盤隔設形成一上部投藥空間及一下部反應空間，該投藥空間設有一鋁酸鈉液位計，該反應空間經該出口與一排放控制段連通，供排出反應生成之結晶物及低濃度氫氟酸廢液，該鋁酸鈉液位計與該排放控制段為該控制處理器電性控制做動；一鋁酸鈉藥劑槽，係經一為該控制處理器電性控制之批次定量控制段輸出鋁酸鈉藥劑至該結晶反應槽之該投藥空間內；一高濃度氫氟酸廢液槽，係經一為該控制處理器電性控制之批次定量控制段輸出高濃度氫氟酸廢液至該結晶反應槽之該反應空間；以及；一pH值/氟離子檢測段，係具有相連通之一pH計及一氟量計為該控制處理器電性控制做動，供檢測該排放控制段排出之鋁酸鈉藥劑與氫氟酸廢液混合水樣的pH值及氟含量，該pH計具有一第一流道與該結晶反應槽反應空間底部連通，供輸出該混合水樣至該pH計及該氟量計，該氟量計具有一與該反應空間頂部連通之第二流道，供將該混合水樣回流至該結晶反應槽或排放。
2. 如申請專利範圍第1項所述之自氫氟酸溶液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備，其中，該鋁酸鈉藥劑槽設有一液位計及一排放閥，該鋁酸鈉藥劑槽的批次定量控制段具有一輸送泵浦，以及二球閥分別設於該 輸送泵浦與該鋁酸鈉藥劑槽及該結晶反應槽之間，該批次定量控制段鄰近該結晶反應槽處設有一鋁酸鈉流量計，令該液位計、該輸送泵浦、該二球閥、該鋁酸鈉流量計及該排放閥為該控制處理器電性控制做動。
3. 如申請專利範圍第1項所述之自氫氟酸溶液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備，其中，該高濃度氫氟酸廢液槽設有一液位計及一排放閥，該高濃度氫氟酸廢液槽的批次定量控制段具有一輸送泵浦，以及二球閥分別設於該輸送泵浦與該高濃度氫氟酸廢液槽及該結晶反應槽之間，且該批次定量控制段鄰近該結晶反應槽處設有一氫氟酸流量計，令該液位計、該輸送泵浦、該二球閥、該氫氟酸流量計及該排放閥為該控制處理器電性控制做動。
4. 如申請專利範圍第1項所述之自氫氟酸溶液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備，其中，該結晶反應槽反應空間設有一為該控制處理器電性控制做動之氫氟酸液位計，該結晶反應槽的排放控制段具有一流量控制閥及一球閥，且該流量控制閥與該結晶反應槽出口之間另設有一排放流道，該排放流道具有一球閥控制，令該排放控制段的流量控制閥及該球閥與該排放流道球閥為該控制處理器電性控制做動。
5. 如申請專利範圍第1項所述之自氫氟酸溶液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備，其中，該pH值/氟離子檢測段的第一流道具有一量測泵浦，該結晶反應槽與該量測泵浦之間設有一流量控制閥及一球閥，且該量測泵浦與該pH計之間設有一球閥及一清水輸入段，該清水輸入段具有一流量控制閥控制清水輸入量，該第二流道係設有一回流控制閥，該 氟量計另設有一第三流道設有一排流控制閥及一球閥供控制排放廢液，令該pH值/氟離子檢測段之該量測泵浦、該二流量控制閥、該三球閥及該排流控制閥為該控制處理器電性控制做動。
6. 如申請專利範圍第5項所述之自氫氟酸溶液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備，其中，該第二流道連通至結晶反應槽內部的末端開口係設於結晶反應槽反應空間的上方槽壁至反應空間的上方槽中心處。
7. 如申請專利範圍第1項所述之自氫氟酸溶液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備，該排放控制段係連接至一脫水機及一低濃度氫氟酸廢液槽以分離結晶物及低濃度氫氟酸廢液，其中：該脫水機，為該控制處理器電性控制做動，該脫水機與該結晶反應槽的排放控制段連通；該低濃度氫氟酸廢液槽，係為該控制處理器電性控制，供收集該脫水機排出之低濃度氫氟酸廢液。
8. 如申請專利範圍第7項所述之自氫氟酸溶液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備，其中，該低濃度氫氟酸廢液槽與該脫水機之間設有一球閥控制低濃度氫氟酸廢液流量，且該低濃度氫氟酸廢液槽設有一液位計、一排放閥及一低濃度氫氟酸廢液輸出段，該低濃度氫氟酸廢液輸出段具有一輸送泵浦，以及二球閥分別設於該輸送泵浦與該低濃度氫氟酸廢液槽之間以及該輸送泵浦排放端，令該液位計、該排放閥、該輸送泵浦及該三球閥為該控制處理器電性控制做動。
9. 如申請專利範圍第1項所述之自氫氟酸溶液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備，其係設於一防溢基座上，該防溢基座係周側設有一防溢體並具有為該控制處理器電性控制做動之一探漏器及一設於該防溢基座底部之排液閥。
10. 如申請專利範圍第1項所述之自氫氟酸溶液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備，該分散盤及該控制盤係成形為圓盤形態，其中：該分散盤，其複數液孔係自其圓心沿米字放射方向排列開設；該控制盤，其複數通孔係由一第一通孔組、一第二通孔組及一第三通孔組組成，該第一、第二、第三通孔組係分別自該控制盤圓心沿米字放射方向排列開設且其米字排列放射方向之間夾設一角度，且第一通孔組具有對應該分散盤液孔數量之通孔，該第二、第三通孔組具有相異且少於該分散盤液孔數量之通孔。
11. 如申請專利範圍第10項所述之自氫氟酸溶液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備，其中，該分散盤係設有複數定位孔，該控制盤係對應該分散盤定位孔位置及數量設有一三組限位孔，且各組限位孔之間夾設有該角度，令該控制盤之其中一組限位孔與該分散盤定位孔對合，該分散盤與該控制盤為對應該定位孔數量之複數定位栓穿置固定。
12. 一種自氫氟酸溶液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備，包括：一控制處理器；一結晶反應槽，具有相對之一頂部槽口及一底部出口，該結晶反應槽內部設有一具複數液孔之分散盤，以及一位於該分散盤上且具複數通 孔之控制盤，令該結晶反應槽內部為該分散盤及該控制盤隔設形成一上部投藥空間及一下部反應空間，該投藥空間設有一鋁酸鈉液位計，該反應空間經該出口與一排放控制段連通，供排出反應生成之結晶物及低濃度氫氟酸廢液，該鋁酸鈉液位計與該排放控制段為該控制處理器電性控制做動；一鋁酸鈉藥劑槽，係經一為該控制處理器電性控制之批次定量控制段輸出鋁酸鈉藥劑至該結晶反應槽之該投藥空間內；一高濃度氫氟酸廢液槽，係經一為該控制處理器電性控制之批次定量控制段輸出高濃度氫氟酸廢液至該結晶反應槽之該反應空間；以及；一晶種儲槽，係內部存有晶種且設置在一第四流道中，該第四流道係與該結晶反應槽及其排放控制段連通並於該晶種儲槽與該排放控制段之間設有一輸送泵浦，該第四流道供將該排放控制段排出之鋁酸鈉藥劑與氫氟酸廢液混合水樣引流至該晶種儲槽再回流至結晶反應槽，以將晶種帶入該結晶反應槽中。
13. 如申請專利範圍第12項所述之自氫氟酸溶液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備，其中，該鋁酸鈉藥劑槽設有一液位計及一排放閥，該鋁酸鈉藥劑槽的批次定量控制段具有一輸送泵浦，以及二球閥分別設於該輸送泵浦與該鋁酸鈉藥劑槽及該結晶反應槽之間，該批次定量控制段鄰近該結晶反應槽處設有一鋁酸鈉流量計，令該液位計、該輸送泵浦、該二球閥、該鋁酸鈉流量計及該排放閥為該控制處理器電性控制做動。
14. 如申請專利範圍第12項所述之自氫氟酸溶液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備，其中，該高濃度氫氟酸廢液槽設有一液位計及一排放閥，該高濃度氫氟酸廢液槽的批次定量控制段具有一輸送泵浦，以及二球閥分別設於該輸送泵浦與該高濃度氫氟酸廢液槽及該結晶反應槽之間，且該批次定量控制段鄰近該結晶反應槽處設有一氫氟酸流量計，令該液位計、該輸送泵浦、該二球閥、該氫氟酸流量計及該排放閥為該控制處理器電性控制做動。
15. 如申請專利範圍第12項所述之自氫氟酸溶液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備，其中，該結晶反應槽反應空間設有一為該控制處理器電性控制做動之氫氟酸液位計，該結晶反應槽的排放控制段具有一流量控制閥及一球閥，且該流量控制閥與該結晶反應槽出口之間另設有一排放流道，該排放流道具有一球閥控制，令該排放控制段的流量控制閥及該球閥與該排放流道球閥為該控制處理器電性控制做動。
16. 如申請專利範圍第12項所述之自氫氟酸溶液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備，係設有一pH值/氟離子檢測段，其具有相連通之一pH計及一氟量計為該控制處理器電性控制做動，該pH計具有一第一流道與該結晶反應槽反應空間底部連通，該氟量計具有一與該反應空間頂部連通之第二流道以及一第三流道，其中，該pH值/氟離子檢測段的第一流道具有一量測泵浦，該結晶反應槽與該量測泵浦之間設有一流量控制閥及一球閥，且該量測泵浦與該pH計之間設有一球閥及一清水輸入段，該清水輸入段具有一流量控制閥控制清水輸入量，該第二流道係設有一回流控制閥，該氟量計另設有一第三流道設有一排流控制 閥及一球閥供控制排放廢液，令該pH值/氟離子檢測段之該量測泵浦、該二流量控制閥、該三球閥及該排流控制閥為該控制處理器電性控制做動。
17. 如申請專利範圍第12項所述之自氫氟酸溶液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備，其中，該排放控制段係連接至一脫水機及一低濃度氫氟酸廢液槽以分離結晶物及低濃度氫氟酸廢液，其中：該脫水機，為該控制處理器電性控制做動，該脫水機與該結晶反應槽的排放控制段連通；該低濃度氫氟酸廢液槽，係為該控制處理器電性控制，供收集該脫水機排出之低濃度氫氟酸廢液。
18. 如申請專利範圍第17項所述之自氫氟酸溶液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備，其中，該低濃度氫氟酸廢液槽與該脫水機之間設有一球閥控制低濃度氫氟酸廢液流量，且該低濃度氫氟酸廢液槽設有一液位計、一排放閥及一低濃度氫氟酸廢液輸出段，該低濃度氫氟酸廢液輸出段具有一輸送泵浦，以及二球閥分別設於該輸送泵浦與該低濃度氫氟酸廢液槽之間以及該輸送泵浦排放端，令該液位計、該排放閥、該輸送泵浦及該三球閥為該控制處理器電性控制做動。
19. 如申請專利範圍第12項所述之自氫氟酸溶液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備，其係設於一防溢基座上，該防溢基座係周側設有一防溢體並具有為該控制處理器電性控制做動之一探漏器及一設於該防溢基座底部之排液閥。
20. 如申請專利範圍第12項所述之自氫氟酸溶液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備，該分散盤及該控制盤係成形為圓盤形態，其中：該分散盤，其複數液孔係自其圓心沿米字放射方向排列開設；該控制盤，其複數通孔係由一第一通孔組、一第二通孔組及一第三通孔組組成，該第一、第二、第三通孔組係分別自該控制盤圓心沿米字放射方向排列開設且其米字排列放射方向之間夾設一角度，且第一通孔組具有對應該分散盤液孔數量之通孔，該第二、第三通孔組具有相異且少於該分散盤液孔數量之通孔。
21. 如申請專利範圍第20項所述之自氫氟酸溶液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備，其中，該分散盤係設有複數定位孔，該控制盤係對應該分散盤定位孔位置及數量設有一三組限位孔，且各組限位孔之間夾設有該角度，令該控制盤之其中一組限位孔與該分散盤定位孔對合，該分散盤與該控制盤為對應該定位孔數量之複數定位栓穿置固定。
22. 一種如申請專利範圍第1項所述之自氫氟酸溶液生成氟鋁酸鈉晶體之結晶系統設備的結晶操作控制方法，該方法步驟包括：參數設定步驟：由控制處理器設定參數項目及其數值範圍。在完成參數設定步驟後，依鋁酸鈉藥劑流量需求設置分散盤及控制盤，以調控鋁酸鈉藥劑落入反應空間的流速；高濃度氫氟酸廢液輸入步驟：啟動高濃度氫氟酸廢液槽批次定量控制段，將高濃度氫氟酸廢液依參數設定步驟設定值輸入結晶反應槽的反應空間中； 鋁酸鈉藥劑輸入步驟：待高濃度氫氟酸廢液完全注入結晶反應槽後，啟動鋁酸鈉藥劑槽批次定量控制段，將鋁酸鈉藥劑依參數設定步驟設定值輸入結晶反應槽的投藥空間中；水樣靜置步驟：依參數設定步驟設定值開始反應靜置時間；水樣輸入pH值/氟離子檢測段步驟：反應靜置計時終止時，啟動該pH值/氟離子檢測段將結晶反應槽中的混合水樣導入pH值/氟離子檢測段中，進行水樣pH值和氟離子濃度讀取步驟及水樣回流至結晶反應槽步驟；反應終點判斷步驟：由控制處理器對讀取的水樣pH值和氟離子濃度進行反應終點判斷，當反應未達反應終點時執行pH值/氟離子檢測段關閉步驟及鋁酸鈉藥劑量微調步驟，依參數設定步驟設定之參數，據讀取之pH值輸入微量鋁酸鈉藥劑至結晶反應槽，再重覆執行該鋁酸鈉藥劑輸入步驟、該水樣靜置步驟、該水樣輸入pH值/氟離子檢測段步驟及該反應終點判斷步驟，至直反應達到反應終點；固液分離步驟：當反應達到反應終點時，啟動結晶反應槽排放控制段，接著進行結晶物分離收集步驟及低濃度氫氟酸排出步驟，完成後進行結晶反應槽排放控制段關閉步驟。
23. 如申請專利範圍第22項所述之結晶操作控制方法，其中，該水樣回流至結晶反應槽步驟，更包括將混合水樣自該結晶反應槽的排放控制段輸出，藉流經一晶種儲槽將晶種帶入結晶反應槽之植晶程序。
24. 如申請專利範圍第22項所述之結晶操作控制方法，該方法步驟更包括一自動模式判斷步驟，其係由控制處理器預設當次操作為自動模式 或手動模式，當為自動模式時，由控制處理器自動控制從該高濃度氫氟酸廢液輸入步驟開始重覆執行前述步驟，當為手動模式時，控制處理器停止自動控制，並回至參數設定步驟完成參數設定後啟動自動控制。