[發明專利]提純SiO2顆粒的方法,及實施該方法的裝置及按此方法制備的制粒

無效

• 申請號: 00800773.X
• 申請日: 2000-05-05
• 公開（公告）號: CN1302277A
• 公開（公告）日: 2001-07-04
• 發明（設計）人: J·貝克;J·諾瓦克
• 申請（專利權）人: 赫羅伊斯石英玻璃股份有限兩合公司
• 主分類號: C01B33/18
• 分類號: C01B33/18;C03C1/02;C03B19/00;B01J8/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 蘇娟

及按此方法制備的制粒

本發明涉及一種提純SiO₂顆粒的方法，就是在一個具有垂直方向布置的中心軸線的反應器里加熱顆粒填裝料，并使填裝料經受以預定流動速度從下向上流經反應器和填裝料的處理氣體的作用。

此外本發明還涉及實施本發明方法的一種裝置，它包括有一個具有垂直方向布置的中心軸線的反應器，用于接納要提純的SiO₂顆粒的填裝料；包括有一套氣體輸入系統，用于將處理氣體輸入反應器的一個部位里，主要是在填裝料之下；還包括有一套排氣管路，用于將處理氣體從填裝料之上反應器的一個部位處排出。

此外本發明還涉及由天然原材料經提純后的SiO₂制粒。

由SiO₂顆粒熔煉的石英玻璃制品可用于化學和光學工業，并用于光導體和半導體制造。對于石英玻璃制品的純度有很高的要求。尤其是堿金屬、堿土金屬、重金屬、鐵、碳和游離的或化合的水都可能會對石英玻璃制品所要求的性能產生不良影響。因此對于石英玻璃制品原材料的純度也提出了很高的要求。本發明所述的石英玻璃原材料是指非晶質的或晶質的顆粒，例如天然石英的SiO₂顆粒；是指有夾雜物的人造制粒、粒狀體；或者是指回收材料。

EP-A1?737653敘述了通過熱氯化對石英粉體進行不斷地提純的方法。其中建議將所要提純的石英粉體(其平均粒度為106μm至250μm)連續不斷地輸入一個由石英玻璃制成的電加熱回轉爐，在此爐內粉體先后通過一個預熱室、一個反應室和一個氣體解吸室。在預熱室里將石英粉體加熱到大約800℃，并接著在反應室內，溫度為1300℃，用一種由氯氣和氯化氫組成的混合氣體進行處理。此時石英粉體中的堿性和堿土雜質就與含氯的混合氣體起反應而生成氣體狀的金屬氯化物。處理氣體和氣體狀的反應產物接著被抽吸出。

已知的提純方法明顯減少了石英粉體里的堿性和堿土雜質。通過多次地進行提純過程還可以改善石英粉體的純度。在石英粉體的許多應用場合，例如作為應用在半導體制造時石英玻璃元件的原始材料和作為光學器件的原始材料，對于原始材料的純度提出特別高的要求，而這些要求用已知的方法則不可能達到，或者要花費很多時間、材料和費用才能達到。

已有方法的提純效果取決于石英粉體與含氯混合氣的反應時間，而且取決于反應溫度。當溫度較高時，氯與金屬雜質的反應就加快，因而溫度升高就可能獲得較好的提純效果。當然在高溫時由于顆粒的軟化而形成結塊，這種結塊使處理氣體繼續進入到各個晶粒的表面變得困難。因此通過首先作用在制粒表面上的處理氣體所造成的提純效果就減小了。此外，提純效果取決于石英粉體在反應室內的停留時間。粗粒粉體經過反應室通常比細粒粉體更快。因此可能得到各種不同的純度，甚至在一批裝料之內，根據溫度、晶粒餾分或者熔煉量的大小，純度可能是各不相同的。這就使已知的提純方法的可重現性變得更困難。

按DD-PS144868所述的提純方法是將松散的石英砂連續不斷地從上輸送給一個垂直方向布置的反應器里。石英砂填裝料連續地從上向下穿過反應器。同時石英砂填裝料流過一個加熱區、一個熱氯化區和一個冷卻區。為了阻止氧氣鉆進入氯化區內，并因而阻止氯化時產生的氯化物復原為金屬氧化物，在氯化區的進入部位和出口部位制成一種由惰性氣體或氮氣組成的氣幕。

為了去除在天然石英砂表面上的雜質，通常也進行濕法化學預處理。這種方法，正如在US-A?4,983,370中所述那樣，在通過熱氯化進行提純過程之前，首先借助于雙級浮選，一個磁選機并緊接著在氫氟酸中的酸洗來對石英砂進行預處理。

按照開頭所述類別的一種提純方法和實施此方法的裝置由EP-A1?709?340就已知了。那里建議，將借助于火焰水解作用而制成的SiO₂粉體連續不斷地輸送給一個垂直方向布置的反應器以除去氯，并用一種由水蒸氣和空氣組成的混合氣體在反向流動時對粉體填裝料進行處理，這種混合氣體是由下向上穿過反應器的。混合氣體在填裝料部位處的線性氣體速度在1和10厘米/秒之間的范圍內，溫度在250℃和600℃之間。氣流穿過填裝料形成一種所謂的“流化床”并同時被稍稍抬起。

業已表明，用已有的方法達不到如用于半導體制造和半導體制造所需要的SiO₂顆粒的純度。尤其是具有化學元素Li、Na、K、Mg、Cu、Fe、Ni、Cr、Mn、V、Ba、Pb、C、B和Zr的雜質用已知的方法不能充分地除去。