DE19937861A1 - Verfahren für die Herstellung dichter Quarzglas-Körnung - Google Patents
Verfahren für die Herstellung dichter Quarzglas-KörnungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Herstellung von dichter, amorpher Quarzglas-Körnung durch Erzeugen eines porösen Granulats aus amorphem SiO 2 -Pulver und Verglasen des Granulats, wobei erfindungsgemäß ein poröses SiO 2 -Granulat einer Brenngasflamme ausgesetzt, darin fein verteilt, erhitzt und verglast wird. Die Brenngasflamme ist hinsichtlich der Temperatureinstellung flexibler als die bei den bekannten Verfahren. Insbesondere sind mit der Brenngasflamme höhere Temperaturen einstellbar. Dabei kann das Granulat sehr hohen Sintertemperaturen in der Brenngasflamme ausgesetzt werden, ohne daß es zu Agglomeraten zusammensintert. Gleichzeitig werden Probleme hinsichtlich der Hitzebeständigkeit von eingesetzten Sinterbehältern, wie Öfen oder Tiegeln, umgangen. Darüber hinaus ist eine Verunreinigung des SiO 2 -Granulats durch Kontakt mit Wandungen eines Sinter- oder Verglasungsbehälters ausgeschlossen. DOLLAR A Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auf kostengünstige Weise eine hochreine, dichte Quarzglas-Körnung hergestellt werden.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Herstellung von dichter, amorpher Quarzglas-Kör
nung, durch Erzeugen eines porösen Granulats aus amorphem SiO2-Pulver und Verglasen
des Granulats.
Amorphes SiO2-Pulver wird beispielsweise durch Flammhydrolyse oder Oxidation siliziumhalti
ger Verbindungen, durch Hydrolyse organischer Siliziumverbindungen nach dem sogenannten
Sol-Gel-Verfahren oder durch Hydrolyse anorganischer Siliziumverbindungen in einer Flüssig
keit erhalten. Beispielsweise fällt amorphes SiO2-Pulver mit einer hohen spezifischen Oberflä
che im Bereich zwischen 40 m2/g und ca. 400 m2/g bei der Herstellung von synthetischem
Quarzglas für Lichtwellenleiter als Nebenprodukt in großen Mengen an. Die Wiederverwertung
des Pulvers durch Einschmelzen ist aber problematisch. Wegen ihrer geringen Schüttdichte
lassen sie sich nicht unmittelbar zu durchsichtigen, blasenarmen Quarzglaskörpern aufschmel
zen. Zur Verdichtung der Pulver sind beispielsweise Naßgranulierungsverfahren gebräuchlich,
bei denen aus einer wässrigen, kolloidalen Dispersion derartiger SiO2-Pulver durch ständiges
Mischen oder Rühren ein Sol und daraus unter allmählichem Entzug der Feuchtigkeit ein Ag
glomerat in Form von porösem Granulat erzeugt wird.
In einem ersten gattungsgemäßen Verfahren nach der DE-A 144 24 044 wird vorgeschlagen,
eine wäßrige Suspension aus pyrogen hergestelltem Kieselsäurepulver in einem Mischbehäl
ter mit rotierendem Wirblerwerkzeug zu behandeln, dessen Umfangsgeschwindigkeit während
einer ersten Mischphase auf einen Wert im Bereich von 15 m/s bis 30 m/s, und in einer zwei
ten Mischphase auf 30 m/s oder mehr eingestellt wird. Nach der ersten Mischphase wird eine
grobkörnige Masse erhalten. Der Verdichtungsgrad der grobkörnigen Masse wird erhöht, in
dem amorpher Kieselsäurestaub hinzugegeben, und in der zweiten Mischphase die grobkörni
ge Masse unter intensiver Misch- und Schlagbeanspruchung zerkleinert wird. Dabei tritt gleich
zeitig Wasser aus der Oberfläche der körnigen Masse aus, das durch Zugabe von weiterem
Kieselsäurepulver abgepudert wird, um ein Verkleben der Körnung zu verhindern. Das so er
haltene poröse und rieselfähige SiO2-Granulat wird anschließend getrocknet und durch Sintern
bei Temperaturen zwischen 1000°C und 1200°C verfestigt.
In der US-A 5,604,163 ist ein Verfahren für die Herstellung von Pulver aus synthetischem
Quarzglas gemäß der eingangs genannten Gattung beschrieben. Ein nach der Sol-Gel-Metho
de aus Tetramethoxysilan und Wasser hergestelltes Gel wird im Vakuum rasch getrocknet,
wobei es unter Bildung von SiO2-Granulat zerbricht. Das Granulat mit Teilchengrößen zwi
schen 100 µm und 500 µm wird anschließend in einen Sinterbehälter aus Quarzglas eingefüllt
und in einem elektrisch beheizten Ofen chargenweise gesintert. Hierzu wird das Granulat mit
einer Aufheizrate von 200°C/h auf 1150°C erhitzt und bei dieser Temperatur 35 Stunden ge
halten. Die so erhaltene dichte Quarzglas-Körnung kann anschließend mittels den konventio
nellen Verfahren, wie dem Verneuil-Verfahren, zu Quarzglasprodukten verarbeitet werden.
Um Blasenbildung beim Einschmelzen zu vermeiden, ist eine porenfreie Quarzglas-Körnung
vorteilhaft. Die nach den bekannten Verfahren hergestellte Quarzglas-Körnung kann aber
noch Restgase enthalten, die zu Blasen führen. Eine Senkung des Gehalts an Restgasen
durch längere Sinterzeiten oder höhere Sintertemperaturen ist mit Zeit- bzw. mit Kostenauf
wand verbunden. Einer Erhöhung der Sintertemperatur sind auch dadurch Grenzen gesetzt,
daß die Granulat-Körner bei hohen Temperaturen erweichen und dabei zu einer undefinierten,
porenhaltigen Quarzglasmasse agglomerieren.
Insbesondere bei hohen Temperaturen kann die Quarzglas-Körnung durch das Material des
Sinterbehälters verunreinigt werden. Die Kontaminationsgefahr kann zwar durch Einsatz ge
eigneter Sinterbehälter, beispielsweise aus hochreinem Quarzglas, reduziert werden. Jedoch
sind derartige Sinterbehälter teuer. Zudem sind Sinterbehälter aus Quarzglas für Sintertempe
raturen oberhalb ca. 1400°C nicht geeignet.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Verfahren für die Her
stellung dichter, hochreiner Quarzglas-Körnung anzugeben.
Diese Aufgabe wird ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verfahren erfindungsge
mäß dadurch gelöst, daß das poröse Granulat in einer Brenngasflamme fein verteilt wird, und
in der Brenngasflamme verglast wird.
Unter Granulat werden opake, porenbehaftete SiO2-Körner verstanden, die sich aus einer Viel
zahl von Primärpartikeln zusammensetzen; unter verglaster Körnung dagegen versteht man
tranparente, porenfreie SiO2-Körner mit amorpher Struktur.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das poröse SiO2-Granulat einer Brenngasflamme
ausgesetzt, darin fein verteilt, erhitzt und verglast. Die Brenngasflamme ist hinsichtlich der
Temperatureinstellung flexibler als die bei dem bekannten Verfahren. Insbesondere sind mit
der Brenngasflamme höhere Temperaturen einstellbar. Dabei kann das Granulat sehr hohen
Sintertemperaturen in der Brenngasflamme ausgesetzt werden, ohne daß es zu Agglomeraten
zusammensintert. Gleichzeitig werden Probleme hinsichtlich der Hitzebeständigkeit von einge
setzten Sinterbehälter, wie Öfen oder Tiegel umgangen. Darüberhinaus ist eine Verunreini
gung des SiO2-Granulats durch Kontakt mit Wandungen eines Sinter- oder Verglasungsbehäl
ters ausgeschlossen.
Beim Durchgang durch die Brenngasflamme kollabiert der Porenraum des Granulates und es
entsteht eine amorphe, dichte Quarzglas-Körnung. Hohe Temperaturen beschleunigen die
Ausdiffusion von Restgasen aus dem porösen Granulat, erleichtern die Einstellung einer mög
lichst hohen Dichte der Quarzglas-Körnung und verkürzen die dafür erforderlichen Sinterzeiten
von Stunden auf Sekunden.
Die Brenngasflamme wird durch Verbrennung einer Wasserstoff enthaltenden Komponente,
wie Wasserstoff selbst oder einer Kohlenwasserstoffverbindung, wie Propan oder Acetylen, er
zeugt. Als Reaktionspartner kommen Sauerstoff, Sauerstoffverbindungen, Halogene und Halo
genverbindungen in Frage.
Wesentlich ist, daß die Granulat-Körner beim Verglasen nicht agglomerieren. Eine Agglomera
tion wird dadurch vermieden, daß das Granulat in der Brenngasflamme in fein verteilter Form
dispergiert ist und in dieser Verteilung der Brenngasflamme ausgesetzt wird. Beispielsweise
kann das Granulat in die Brenngasflamme eingeblasen, eingesprüht oder eingestreut werden.
Durch die feine Verteilung des Granulats in der Brenngasflamme werden die einzelnen Granu
lat-Körner getrennt voneinander innerhalb kurzer Zeit auf hohe Temperaturen erhitzt, so daß
sie nicht miteinander verkleben können. Die feine Verteilung gewährleistet, daß alle Körner
gleichermaßen und darüberhinaus bei besonders hohen Temperaturen der Brenngasflamme
ausgesetzt und verdichtet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt auch eine kontinuierliche Herstellung von
SiO2-Körnung, indem das Granulat der Brenngasflamme kontinuierlich zugeführt wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
Besonders einfach gestaltet sich eine Verfahrensweise, bei der das Granulat in die Brenngas
flamme eingerieselt wird. Das Granulat wird dabei in fein verteilter Form von oben in die
Brenngasflamme eingestreut. Die Orientierung der Brenngasflamme ist dabei nicht wesentlich;
sie kann senkrecht zur Fallrichtung des Granulats, parallel dazu, oder auch schräg dazu einge
stellt sein.
In einer gleichermaßen bevorzugten Verfahrensvariante wird das Granulat der Brenngasflam
me mittels eines Gasstromes zugeführt. Der Gasstrom kann dabei gleichzeitig zur örtlichen
Verteilung des Granulats in der Brenngasflamme beitragen, indem er zur Aufwirbelung einer
Schüttung des Granulats eingesetzt wird und wodurch einzelne Granulat-Körner aus der
Schüttung mit dem Gasstrom in Richtung der Brenngasflamme mitgerissen werden. Der Gass
trom kann zum Beispiel ein Wirbelbett der Schüttung erzeugen, wobei die Schüttung gleichzei
tig chemisch und thermisch vorbehandelt werden kann. Der Gasstrom kann auch als Träger
für die Zuführung des Granulats zu einem Brenner dienen, der gleichzeitig die Brenngasflam
me erzeugt, indem der Gasstrom mit dem Granulat beladen und in den Brenner eingespeist
wird.
Alternativ dazu hat sich auch eine Verfahrensweise bewährt, bei der das Granulat der Brenn
gasflamme unter der Wirkung eines Unterdrucks zugeführt wird. Bei dieser Verfahrensweise
wird das Granulat in die Brenngasflamme eingesaugt. Der Unterdruck kann beispielsweise in
nerhalb des Brenners für die Brenngasflamme erzeugt werden, indem dieser mit einer Venturi-
Düse ausgestattet ist, in die das Granulat eingespeist wird.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Brenngasflamme auf eine Temperatur von mindestens
1600°C, vorzugsweise im Bereich von 2000°C bis 2500°C einzustellen. Eine exakte Mes
sung der Temperatur der Brenngasflamme ist jedoch schwierig, unter anderem, weil beim Ein
bringen des SiO2-Granulats in die Brenngasflamme die Flammentemperatur in Abhängigkeit
vom Durchsatz des Granulats sinkt. Als Temperatur der Brenngasflamme wird die maximale
Temperatur innerhalb der Brenngasflamme ohne Zusatz von Granulat verstanden. Mit der
Brenngasflamme sind ohne weiteres Temperaturen erreichbar, bei denen die einzelnen Gra
nulat-Körner vollständig aufschmelzen, was je nach Art und Korncharakteristik des Granulats
und Prozeßbedingungen zu einer erwünschten Sphäroidisierung der verglasten SiO2-Körnung
führen kann. Allerdings besteht die Gefahr der Agglomeratbildung, wenn erweichte Körner un
tereinander oder mit Begrenzungswandungen in Kontakt kommt, bevor wenigstens die Ober
fläche der einzelnen Körner wieder abgekühlt und erstarrt ist. Wesentlich dafür ist nicht allein
die Flammentemperatur, sondern auch das Volumen der einzelnen Körner, die Verweilzeit der
Körnung in der Brenngasflamme, die Abkühlrate und die Dauer der Abkühlphase vor dem Auf
treffen auf eine Wandung. Diese Parameter sind jedoch von einem Fachmann anhand weni
ger Versuche optimierbar. Agglomeratbildung kann auch durch Reduzierung des Feinanteils
des Granulats vermieden werden.
Vorteilhafterweise wird der Brenngasflamme eine halogenhaltige Komponente zugeführt. Die
halogenhaltige Komponente dient beispielsweise zur Reinigung des Granulats, indem sie mit
Verunreinigungen des Granulats unter Bildung flüchtiger Halogenide reagiert, zur Reduzierung
des OH-Gehaltes der verglasten Körnung oder zur Einstellung anderer chemischer oder physi
kalischer Eigenschaften des Quarzglases, wie zum Beispiel der Viskosität. Als halogenhaltige
Komponente kommen die Elemente Fluor, Chlor, Brom, Jod, gasförmige chemische Verbin
dungen dieser Elemente und Gemische der Elemente und Verbindungen in Frage. Die halo
genhaltige Komponente kann Bestandteil des Brenngases für die Erzeugung der Brenngas
flamme sein, wobei die Brenngasflamme in dem Fall durch exotherme Reaktion zwischen der
wasserstoffhaltigen Komponente und der halogenhaltigen Komponente gebildet wird. Bei die
ser Verfahrensweise wird die SiO2-Körnung mittels der Brenngasflamme gleichzeitig erzeugt
und gereinigt.
Als besonders günstig hat es sich erwiesen, das Granulat vor dem Verglasen in mindestens
einem Sinterschritt vorzuverdichten. Das Vorverdichten kann durch Sintern des Granulats in
der Brenngasflamme, durch elektrische Beheizung oder durch Einwirkung von Mikrowelle
nenergie erfolgen. Beispielsweise wird das Granulat der Brenngasflamme mehrfach zugeführt,
wobei beim Sinterschritt keine oder eine nur teilweise Verglasung des Granulats erzielt wird.
Beispielsweise kann eine Porosität des Granulats so eingestellt werden, daß Restgase noch
entweichen können. Vorverdichtetes Granulat kann langsamer und schonender verglast wer
den und ergibt porenfreie Quarzglas-Körnung mit theoretischer Dichte.
In einer bevorzugten Verfahrensvariante wird das Granulat beim ersten Sinterschritt einer re
aktiven Atmosphäre ausgesetzt. Diese thermische und chemische Behandlung des porösen
Granulats erlaubt außer der Vorverdichtung auch eine chemische Veränderung des Granulats.
Beispielsweise lassen sich durch Thermochlorierung oder durch Sauerstoffbehandlung des
Granulats Verunreinigungen in Form von Metallverbindungen, Wasser, OH-Gruppen bzw.
Kohlenstoffresten entfernen, oder das Granulat kann mit Dotierstoffen beladen werden.
Vorteilhafterweise wird Granulat mit einer mittleren Korngröße zwischen 50 µm und 300 µm
eingesetzt. Die Untergrenze ergibt sich durch die mit der Korngröße abnehmende Rieselfähig
keit des Granulats, die Obergrenze durch die mit der Korngröße zunehmende Heizenergie, die
zum Verglasen des Granulats erforderlich ist.
Besonders bewährt hat sich der Einsatz des Verfahrens zum Verglasen von Granulat, das
durch Sprühgranulation mittels Zentrifugalzerstäubung erzeugt wird. Derartiges Granulat, das
sich durch eine vergleichsweise geringe mittlere Korngröße auszeichnet, ist mit den aus dem
Stand der Technik bekannten stationären Verglasungsmethoden ohne Agglomeratbildung
kaum zu verglasen. Feinkörniges, glasiges Granulat ist als Filler für Elektronikanwendungen in
Vergußmassen besonders geeignet.
Als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren weist das durch Sprühgranulation
erzeugte Granulat vorteilhafterweise eine mittlere Korngröße auf, die zwischen 5 µm und
150 µm liegt.
In bezug auf die spezifische Oberfläche des Granulat, was im erfindungsgemäßen Verfahren
eingesetzt wird, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn diese im Bereich zwischen 5 m2/g
und 100 m2/g liegt, gemessen nach der BET(Brunauer-Emmett-Teller)-Methode.
Abhängig vom bestimmungsgemäßen Einsatz der Quarzglas-Körnung wird eine Verfahrensva
riante bevorzugt, bei der das Verglasen des porösen Granulats unter reduzierenden Bedingun
gen erfolgt. Im einfachsten Fall werden beim Verglasen des Granulats in einer Knallgasflam
me reduzierende Bedingungen durch einen Wasserstoffüberschuß eingestellt. Es hat sich ge
zeigt, daß der sich dabei in der glasigen Quarzglas-Körnung einstellende OH-Gehalt minde
stens teilweise durch Tempern bei höheren Temperaturen verringert werden kann und inso
weit der OH-Gehalt der Quarzglas-Körnung in gewissem Rahmen einstellbar ist.
In einer gleichermaßen bevorzugten Verfahrensvariante erfolgt das Verglasen des porösen
Granulats unter oxidierenden Bedingungen. Oxidierende Bedingungen werden im einfachsten
Fall beim Verglasen des Granulats in einer Knallgasflamme durch einen Sauerstoffüberschuß
eingestellt. Es hat sich gezeigt, daß der sich dabei in der glasigen Quarzglas-Körnung einstel
lende OH-Gehalt zum größten Teil fest gebunden ist und sich durch Tempern der Körnung bei
höheren Temperaturen nicht oder nur geringfügig entfernen läßt. Dies ist vor allem dann
vorteilhaft, wenn beim bestimmungsgemäßen Einsatz konstante Eigenschaften der Quarzglas-
Körnung erwünscht sind.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Ausführungsbeispieles und
einer Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt anhand einer schematischen Darstellung eine für die Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung.
In Fig. 1 ist die Bezugsziffer 1 insgesamt einem Knallgasbrenner zugeordnet, der mit einem
Gaseinlaß 2 für Sauerstoff und einem weiteren Gaseinlaß 3 für Wasserstoff aufweist. Sauer
stoff und Wasserstoff treten aus voneinander getrennten Brennerdüsen aus dem Brenner 1
aus und reagieren in einer exothermen Knallgasreaktion unter Bildung von H2O in einer Bren
nerflamme 5 miteinander. Die Strömungsrichtung der aus dem Brennerkopf 4 austretenden
Gasströmung ist mit dem Richtungspfeil 8 gekennzeichnet. Die Lage des heißesten Bereiches
der Brennerflamme 5 ist in der Darstellung als Oval mit der Bezugsziffer 4 angedeutet. Ober
halb der Brennerflamme 5 mündet ein Schüttrüssel 6, der mit einem Vorratsbehälter 7 für po
röses SiO2-Granulat 8 verbunden ist. Mittels des Schüttrüssels 6 wird das Granulat 8 senkrecht
zur Strömungsrichtung 9 in die Brennerflamme 5 eingestreut und darin zu dichter Quarzglas-
Körnung 10 verglast, wobei die Verglasung im wesentlichen im heißesten Bereich 4 der Bren
nerflamme 5 stattfindet. Mittels der Strömung der Brennergase wird die verglaste Quarzglas-
Körnung 10 über ein leicht geneigtes Drehrohr 11 aus opakem Quarzglas, das eine Länge von
1,80 m und einen Innendurchmesser von 80 mm aufweist, einem Zyklon 12 zugeführt. Im Zy
klon 12 wird die Quarzglas-Körnung 10 vom Abgas 13 getrennt. Hierzu ist ein Gebläse 14 vor
gesehen. Die Teile der Vorrichtung, mit der das Granulat 8 und die Quarzglas-Körnung 10 in
Berührung kommen, bestehen jeweils aus Quarzglas.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße Verfahren anhand der
in Fig. 1 schematisch dargestellten Vorrichtung näher beschrieben:
Bei dem nachfolgend näher erläuterten Beispiel handelt es sich um einen Laborversuch zur
Verglasung von porösem Granulat 8 in einer Acetylen/Sauerstoff-Flamme. In die Brennerflam
me 5 wird mit einer Dosierung von 150 g/h amorphes, poröses SiO2-Granulat 8 eingestreut.
Bei dem Granulat 8 handelt es sich um gesiebtes Sprühkorn mit einer Kornfraktion von
≦ 180 µm. Mittels des Schüttrüssels 6 wird das Granulat 8 kontinuierlich in die Brennerflamme
5 eingestreut und darin dispergiert. Durch das Einstreuen werden die einzelnen Körner des
Granulats 8 gleichmäßig in der Brennerflamme 5 verteilt und dabei schlagartig erhitzt. Durch
das Einstreuen des Granulats 8 ändert sich die Flammentemperatur und -Geometrie; optisch
ist eine Änderung der Flamme zu einer helleren Farbe und eine Verbreiterung der heißen Zo
ne 4 wahrzunehmen. Durch das kontinuierliche Einstreuen des Granulats 8 in der Brenner
flamme 5 und die feine Verteilung der einzelnen Körner wird die Bildung von Agglomeraten
trotz der hohen Temperaturen verhindert. Das Verglasen des Granulats 8 in der Brennerflam
me 5 erfolgt (unter reduzierenden Bedingungen) innerhalb von Sekundenbruchteilen. Gröbere
Körner werden dabei durch die Strömung der Brenngase stärker beschleunigt als feinere Kör
ner. Die Länge des Drehrohres 11 ist so bemessen, daß im hinteren, nicht beheizten Bereich
die erweichte Quarzglas-Körnung 10 erstarren und abkühlen kann, bevor sie mit den Wandun
gen des Zyklons 12 in Berührung kommt. Das Drehrohr 11 ragt tangential in den Zyklon 12
hinein, in dem die Quarzglas-Körnung 10 vom Abgas getrennt wird.
Die so erhaltene Quarzglas-Körnung 10 fällt als lose Schüttung sphärischer Körner an. Die
Ausbeute liegt bei 100%, wobei der Verglasungsvorgang zu einer Volumenabnahme gegen
über der Granulat-Schüttung von ca. 30% führt.
Beim nachfolgend näher erläuterten Ausführungsbeispiel werden mit der Brennereinstellung
ebenfalls reduzierende Bedingungen eingestellt. Hierbei wird allerdings eine Knallgasbrenner
eingesetzt. Wasserstoff und Sauerstoff reagieren exotherm in einer Knallgasreaktion unter
Bildung der Brennerflamme 5 miteinander. Im Ausführungsbeispiel stellt sich im heißesten Be
reich 4 der Brennerflamme 5 eine Temperatur von 2200°C ein. In die Brennerflamme 5 wird
mit einer Dosierung von 150 g/h amorphes, poröses SiO2-Granulat 8 eingestreut. Im Unter
schied zu Beispiel 1 handelt es sich bei dem Granulat 8 um gesiebtes Sprühkorn mit einer
Kornfraktion von ≦ 90 µm. Die Verglasung des Granulats 8 erfolgt entsprechend dem oben an
hand Beispiel 1 beschriebenen Verfahren. Die verglaste feinkörnige Quarzglas-Körnung 10
neigt aufgrund statischer Aufladung dazu, an der Innenwandung des Drehrohres 11 zu haften,
was aber durch übliche Maßnahmen zur Ableitung elektrischer Ladungen leicht verhindert wer
den kann. Auch bei diesem feinkörnigen Ausgangsmaterial fällt die verglaste Quarzglas-Kör
nung 10 als lose Schüttung sphärischer Körner an. Die Ausbeute liegt bei 100%.
Bei dem nachfolgend näher erläuterten Beispiel handelt es sich um ein Verfahren zur Vergla
sung von porösem Granulat 8 unter oxidierenden Bedingungen. Dem Knallgasbrenner 1 wer
den 35 m3/h Wasserstoff und 18 m3/h Sauerstoff zugeführt. Wasserstoff und Sauerstoff rea
gieren exotherm in einer Knallgasreaktion unter Bildung der Brennerflamme 5 miteinander. Im
Ausführungsbeispiel stellt sich im heißesten Bereich 4 der Brennerflamme 5 eine Temperatur
von größer 2200°C ein. In die Brennerflamme 5 wird mit einer Dosierung von 300 g/h amor
phes, poröses SiO2-Granulat 8 eingestreut. Das Granulat 8 wird durch ein übliches Naßgranu
lierungs-Verfahren erhalten. Zur Verglasung wird dann ein getrocknetes Granulat mit einer
Siebfraktion zwischen 90 µm und 200 µm eingesetzt. Der Bereich 4 der höchsten Temperatur
ist bei Beispiel 3 in seiner Längenausdehnung parallel zum Drehrohr 11 etwas größer als bei
den vorherigen Ausführungsbeispielen; ansonsten erfolgt die Verglasung bei dem Verfahren
nach Beispiel 3 entsprechend dem von Beispiel 1.
Die so erhaltene verglaste Quarzglas-Körnung 10 fällt als agglomeratfreie, lose Schüttung an.
Die Ausbeute liegt bei 100%, wobei eine Verglasungsrate von 100% erreicht wird.
Bei dem nachfolgend näher erläuterten Beispiel handelt es sich um ein Verfahren zur Vergla
sung von porösem Granulat 8 unter reduzierenden Bedingungen. Dem Knallgasbrenner 1 wer
den 35 m3/h Wasserstoff und 14 m3/h eines Mischgases aus Chlor und Sauerstoff zugeführt.
Wasserstoff einerseits und Sauerstoff und Chlor andererseits reagieren exotherm in einer
Knallgasreaktion bzw. Chlor-Knallgasreaktion unter Bildung der Brennerflamme 5 miteinander.
Im Ausführungsbeispiel stellt sich im heißesten Bereich 4 der Brennerflamme 5 eine Tempera
tur von ca. 2100°C ein. In der Brennerflamme 5 ist HCl und freier Wasserstoff enthalten, dar
überhinaus bilden sich darin reaktive Chlorradikale. In die Brennerflamme 5 wird mit einer Do
sierung von 300 g/h amorphes, poröses SiO2-Granulat 8, das dem anhand Beispiel 3 Be
schriebenen entspricht, eingestreut. Die Verglasung erfolgt ebenfalls entsprechend dem Ver
fahren nach Beispiel 3, wobei aber durch chemische Reaktion von Chlor oder von Chlorverbin
dungen und dem Granulat 8 sowohl der Hydroxylionengehalt der resultierenden Quarzglas-
Körnung 10 gesenkt, als auch Verunreinigungen des Granulats 8 in Form fester Metalloxide in
die entsprechenden flüchtigen Chloride umgewandelt und so entfernt werden. Die Reaktivität
der chlorhaltigen Komponenten wird durch die hohe Temperatur der Brennerflamme 5 erhöht.
Darüberhinaus wird die Reinigungswirkung durch die feine Verteilung des Granulats 8 in der
Brennerflamme 5 und durch reaktive Chlorradikale noch gefördert. Die so erhaltene Quarz
glas-Körnung 10 zeichnet sich durch einen niedrigen Gehalt an Verunreinigungen, wie Alkali
en, Erdalkalien und Übergangsmetallen aus und ist im wesentlichen frei von Hydroxylionen.
Die Verglasungsrate liegt bei annähernd 100%.
Claims (14)
1. Verfahren für die Herstellung von dichter, amorpher Quarzglas-Körnung, durch Erzeugen
eines porösen Granulats aus amorphem SiO2-Pulver und Verglasen des Granulats, da
durch gekennzeichnet, daß das poröse Granulat in einer Brenngasflamme fein verteilt
wird, und in der Brenngasflamme verglast wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat in die Brenn
gasflamme eingerieselt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat der Brenngas
flamme mittels eines Gasstromes zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat der Brenngas
flamme unter der Wirkung eines Unterdrucks zugeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Brenngasflamme auf eine Temperatur im Bereich von 1600°C bis 2500°C einge
stellt wird, vorzugsweise im Bereich von 2000°C bis 2500°C.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der Brenngasflamme eine halogenhaltige Komponente zugeführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das Granulat vor dem Verglasen in mindestens einem ersten Sinterschritt vorverdichtet
wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat beim ersten
Sinterschritt eine reaktiven Atmosphäre ausgesetzt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das Granulat eine mittlere Korngröße zwischen 50 µm und 300 µm aufweist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das Granulat durch Sprühgranulation erzeugt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das mittels Sprüfgranulation
erzeugte Granulat eine mittlere Korngröße zwischen 5 µm und 150 µm aufweist.
12. Verfahren nach einem einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Granulat eine spezifische Oberfläche nach BET zwischen 5 m2/g und 100 m2/g
aufweist.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das Verglasen unter reduzierenden Bedingungen erfolgt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ver
glasen unter oxidierenden Bedingungen erfolgt.
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