TW527316B - Method for the cleaning of SiO2 particles, device for the implementation of the method, and grain manufactured in accordance with the method - Google Patents

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本發明係關於一話i 熱在具有垂直定向中=二子之方法’其係藉加 (請先閱讀背面之注音p事項再填寫本頁) 曝露至處理氣體，复传：；=?顆粒裝填物，將其 應器及裝填物。/、係在指f速下自底部至頂部通過反 另外’本發明係關於_種實施根據本發 其包二容納二氧化，粒子裝填物之具有垂直定上轴 二：供處理氣體饋入實質上在裝填物下方之反應 广"入口及-供自裝填物上方之反應器區排放處 理氣體之氣體出口。 此外本發明亦關於來自天然產生之原料的之二 化矽粒子。 石英玻璃產物自二氧切粒子溶化供化學與光學工業並 供光纖與半導體之製造。對石英玻璃產物之純度有強烈需 求。特料’驗金屬、驗土金屬、重金屬、鐵、碳及游離 或組合水會對石英玻璃產物之所欲特性有不利影響。因 此，對石英破璃原料之純度需求亦相對高。本發明中之石 英玻璃原料意指非晶或結晶顆粒，例如，天然產生之石英 的一氧化矽粒子，或污染的人造粒子、粒狀物或再循環物 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 種利用熱氣化連續清潔石英粉之方法已述於Ep_a 1 737 653。其中提出將具有平均粒大小爲10ό μηι與250 μπι間之 欲清潔之石英粉連續饋入電熱之石英玻璃旋轉爐内，其中 石英粉以連續方式通過預熱室、反應室及氣體解析室。在 預熱1：中’石英粉被加熱至約8〇〇，然後在溫度爲約 4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 527316 A7 ~-------_____ 五、發明說明（2 ) 1’jOO C下用氯與氫氣氣體之氣體混合物於反應室内處理。 一 f英私之鹼性與鹼土污染物與氯氣混合物反應，形成 氣態金屬氯化物。處理氣體與氣態反應產物隨後會被耗 盡。 . 、、已知清潔方法導致驗性與鹼土污染物於石英粉中之顯著 減 >。，石英粉又純度甚至由於清潔過程之重複通過而可改 良；、、：而在斗夕石英粉應用中，例如，作爲原材料供用 於半導體製造或光學用石英破璃成份，原材料之純度會遭 受習知方法無法達成之極高必要條件或僅在時間、材料及 成本之極大開销下。 關於習知万法，清潔功效端視石英粉與氯氣反應物之反 應期間及反應溫度而定。在較高溫度下，氯與金屬污染物 反應較快，使較佳清潔功效會隨增加之溫度而被預期。然 而，在高溫下，附聚物會因粒子之軟化而形成，其會妨礙 處理氣體進一步接達至各個粒子之表面。主要對粒子表面 起作用之處理氣體之功效因而會降低。另外，清潔功效亦 視石英粉於反應室内之停留期間而定。粗粒粉通常比細粒 粉通過反應室更快。因此，不同純度會造成，其甚至會在 一次裝料中不同，端視溫度、粒子級分或物料通過量而 定。此複雜化習知清潔方法之可再製性。 在根據DD-PS I44 868之清潔方法中，流化石英砂被連續 自上方裝入垂直定向反應器内。石英砂裝填物連續自頂部 至底部通過反應器。其中之石英砂裝填物通過加熱區、熱 氣化區及冷卻區。爲了防止氧氣滲入氣化區内而防止所形 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（.210 X 297公釐） I - ' Aw --------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 527316 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（3 ) 成之氣化物進入金屬氧化物之變形，在氣化區之入口處及 出口處產生惰性氣體或氮氣幕。 濕化學處理亦爲慣用者，可供除去天然產生之石英砂表 面上之’亏染物。在例如U S - A 4，9 8 3，3 7 0所述之方法中，石 英砂在藉熱氯化之清潔過程前後首先利用二階段式浮選過 程、磁性分離器及後續於氫氟酸中之苛性處理而預處理。 清潔方法及實施根據上述種類之方法的裝置爲自eP_a1 709 340獲知。其提出將由火焰水解製成之二氧化矽粉連續 饋入垂直足向反應卷以除去氣，及於逆流中用水蒸氣與空 氣之氣體混合物處理粉末裝填物，其係透過反應器自底部 至頂部進行。在裝填物之區内，氣體混合物具有直線氣體 速率範圍爲1與10 cm/s之間，溫度爲250°c與6〇〇°C之間。 氣流會流過裝填物，形成所謂“流化床，，，而裝填物會略微 提高。 已顯示用於半導體及光纖製造所需之二氧化矽粒子之純 化度無法利用習知方法達成。尤其是化學元素Li，Na， K ’ Mg，Cu ’ Fe ’ Ni ’ Cr ’ Μη ’ V ’ Ba ’ Pb，C，B及Zr之污 染無法利用習知方法充分除去。 本發明因而基於之工作爲提供一種清潔二氧化石夕粒子之 改良方法，亦提供一種適當簡單裝置；以及特定化來自天 然產生之原料之一氧化矽粒子並利用根據本發明之方法來 清潔，該粒子特別適用於半芫工或已完工石英玻璃產物之 製造供半導體及光纖之生產。 鑒於該方法，此項工作根據本發明解決，使用氯的處理 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公f ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝----- 11111. 527316 A7 --- B7 五、發明說明（4 ) 氣體，在裝填物之區内，其被調整至處理溫度爲至少 1，000°C及流動速率爲至少10 cm/s。 使用氣的處理氣體。許多含於二氧化矽粒子内之污染物 與處理氣體在溫度爲LOOOt以上反應，以形成氣態金屬氯 化物或其他揮發性化合物，其可自反應器經廢氣而被耗 盡。除了氯成份以外，處理氣體亦可含有其他成份，例 如，氟、碘或溴、惰性氣體或氫，其特別適於除去特定污 染物或凋整二氧化矽之特性或處理氣體與顆粒間之熱傳 輸。爲了經濟理由，游離氯不宜在處理氣體内，使氣成份 會以組合但反應性形式含有氯。 處理氣體會在流動速率爲至少1〇 cm/s下通過裝填物。此 可確保污染物之氣態化合物會儘快自粒子除去並自反應器 排出。另外，由於快速氣體交換，二氧化矽粒子被連續並 快速彳疋供未耗盡之處理氣體，使處理氣體與污染物間之化 學反應之速率會儘可能高。此處裝填物區内之流動速率具 有決定性。須知，隨著裝填物，游離流動之截面對空反應 器會被減少泥動速率因而增加。此處以及以下，“裝填物，， 將意指在反應器中欲清潔之二氧化矽粒子之蒸餾器之總沈 積。 在裝填物之區中，對處理氣體調整處理溫度至少1，000°C。 污染物通常可自粒子除去愈容易愈快，處理溫度則愈高。 因爲污染物與處理氣體在粒子之空表面上反應，所以需要 污染物到達表面。此基本上由擴散作用完成。污染物在二 氧化石夕粒子内顯示擴散速度；但較高處理溫度原則上亦達 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝

n ϋ tmm& n n ^ i 1* n an 1 amt ί I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 527316 A7 B7 五 、發明說明（ 5 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 到車父向擴散速度。另外，由於較高溫度，在處理氣體與污 染物間之反應速度會增加。但在極高溫度下，有粒子會附 聚於裝填物内之危險，因此不但裝填物之流動性會減少， 而且由於較少表面被騰空，處理氣體之清潔功效亦會降 低。關於此，處理溫度之上限爲約丨，4〇〇Τ。 處理氣體會被調整至處理溫度。二氧化矽粒子會因處理 氣植加熱至處理溫度或保持在處理溫度下。因此，處理 體之溫度爲至少與粒子之溫度一樣高。如此則可防止氣 成份自處理氣體冷凝出，亦可防止粒子上或粒子内之污 物之共流吸附或吸收。 此方法適於分批方式及連續方式清潔粒子。慮及污染物 與 Li，Na，κ，Mg，Cu，Fe，Ni，Cr，Μη，V，Ba，Pb，C， B及Zr之特定反應溫度，用根據本發明之方法可達成之純 度一直在次ppb範圍内。 經證實特別有利於調整裝填物區内之處理氣體至至少 1，200°C。在裝填物區内調整處理溫度愈高，可除去污染物 愈易且愈快，纟理由如以上所詳述。自其可看到在污染元 素與處理氣體間之顯著反應之處理溫度（反應溫度）元素特 足。因此，例如’鋼；亏染物在溫度爲約㈣代下用氯的 理氣體可被顯著減少，而至少^贼之較高溫度對除去 污染物更有利。 處理氣體被導入裝填物内’使其會藉產生流高裝填物。處理氣體會大量層狀流過 ‘化权子層。此會達到裝填物内均勾的氣體分体，使粒子 氣 態 染 處 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝 訂---------^9— -8 本紙張尺度適用中國國家Α4 297公釐7 527316 Α7 Β7 五、發明說明（6 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 隨處理氣體被均勻裝入。二氧化矽粒子層區内之盲點會被 儘量避免，使污染物可完全又均勻地反應。此會藉儘可能 完全又均勻之處理氣體達到清潔功效。此外，由於裝填物 之各個粒子在流化床内保持移動，燒結粒子之危險會降 低，使處理溫度可設定更高。 若處理氣體以最可能層狀氣體流動之形式已導入流化粒 子層内時，在裝填物内最可能層狀流動之維持會更易完 成。此層狀流動已在欲清潔粒子之裝填物下方產生之程序 經證實對除去鋰污染物特別有利。 較佳爲一種程序，其中處理氣體在導入裝填物前被加熱 至處理溫度或至處理溫度以上之溫度。此外，處理氣體會 在正常溫度下膨脹其容積之一倍。容積之增加與處理氣體 之流動速度之對應增加並行。此會便利流化粒子層之形成 及處理氣體之大量層狀流過裝填物。此外，由於處理氣體 之預熱，上述冷凝作用會避免。由於與稍冷二氧化矽粒子 之接觸，處理氣體之處理溫度會發生在裝填物區内。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經證實特別有利使用純無機氫氣氣體作爲處理氣體-除 了惰性氣體以外。該處理氣體特別含有最低可能具有氧化 功效之成份-如氧氣-使處理氣體之廢氣中之氯形成可被 防止。此會使廢氣之氯除氣變得不需要，使其處置或再循 環會簡化。例如，氣體洗滌器即可完成而不用，例如其係 用習知氣除氣之清潔過程使用。有利的是，該氫氯氣體含 有化學計算過量之元素氫。過量氫會與二氧化>5夕粒子内或 上之Ο Η基反應以形成水，其係作爲水蒸氣負載氣流，使 -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（.210 X 297公釐） 527316 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（ 粒子之〇 Η含量可被減少。 經證實可成功能利用在側向分佈至中心軸之裝塡物下方 具有許多喷嘴開口之氣體蓬頭將處理氣體導人裝㈣内。 在欲清潔粒子之裝填物下方，氣體篷頭具有噴嘴開口，其 實質上呈對稱分佈在裝填物之截面上-签於流動之方向1 及處理虱體會自其流動。由於在裝填物開始時之區内施加 之氣體流動，裝填物以多少直線層狀通過，可確保粒子在 整個裝填物上之均勻又均質之處理。 利的是，粒子被加熱至處理溫度區内之溫度而不包括 S氣與虱。以此程序，任何存在於裝填物或反應器内之氧 或空氣會在粒子加熱前由另一氣體，如除了污染物以外不 具氧及氮之惰性氣體或處理氣體所取代。此可防止氮化物 或氧化物形成之污染物的穩定組合會在較高溫度下形成， 其可不再隨後被處理氣體除去。由於空氣與氧氣之排除， 與含HC1之處理氣體之還原氧化反應受抑制，其可導至氣 氣又·形成。如上所述，處理氣體之加工或除氣會變得相當 昂貴。 在一較佳方法中，處理氣體同時用於裝填物之空氣篩 分。對於淬多應用，除去粒子之細粒内含物適宜，因爲細 粒會導致石英玻璃之細汽泡。藉調整處理氣體之流速，此 細粒内含物可被再細分並自裝填物除去自反應器排出。同 時，再細分粒子部份可因而獲得。 有利的是’第一清潔階段提供除去金屬污染物或其化合 物’特別是納、猛、钾及鐵污染物，而第二清潔階段則除 10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -丨 ^ -- ----—· -----丨丨訂----I---I ^^^1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 527316

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（8 ) 去碳及碳化合物。纟第二清潔階段時，+a氣體被裝入處 理氣體内；而在第一清潔階段中，含氧氣體則儘量避免。 在粒子溶化時’碳會造成氣體包括於内，因此，在第二清 潔階段時，將碳及氧反應成C 〇或C〇2且自裝填物除去。 在一特別經濟過程中，處理氣體被循環運行。此處，離 開反應器之廢氣被再產生並再裝入反應器内作爲處理氣 體。爲了平衡任何氣體消耗，再產生可包含新鮮未用之處 理氣體之混合物。 一種程序經證實特別受歡迎，其中處理氣體之流速被調 整至至少30 cm/s。由於高流速，氣體交換會增加。上述有 關排放污染物及處理氣體與污染物間之高反應速度的優點 會因保持裝填物之流化床（流化粒子層）而進一步促進。 關於裝置，上述特定工作係根據本發明解決，即藉包括 氣體篷頭之氣體入口，氣體篷頭在裝填物下方具有許多朝 中心軸側向分佈之噴嘴開口，供導入處理氣體在裝填物 内0 由於氣體篷配置在裝填物下方，層狀流動可在裝填物下 方產生，而處理氣體可以儘可能層狀之氣流形式導入裝填 物内。因此，在裝填物内保持儘可能層狀流動將會便利。 氣m篷 >員包括_•多對中心轴側向分佈之喷嘴開口。喷嘴 開口貝貝上對稱地圍繞中心軸分佈且均勻地在裝填物之截 面上-以流動方向可看見。由於氣流在裝填物開始以該層 狀方式設計，氣流會層狀流動且多少以直線通過裝填物， 而可確保粒子之均勻又均質處理在全部裝填物上。 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規袼（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 527316

五、發明說明（9 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 巩入口包括氣體加熱裝置，其被配置於崩 ，篷頭則面一以處理氣體之流動方向可看見。因此，處理 虱體可在導入裝填物前加熱至處理溫度以上之溫度。此程 序=效果及特殊優點根據本發明之方法説明如上。 /又计上特別簡單者爲氣體加熱裝置，其被形成爲加熱管 狀、.泉圈。處理氣體對處理溫度之調整可藉調整其長度至需 要而备易達成。管狀線圈之長度通常爲若干米。該線圈可 配置於亦配有反應器之爐内，其後由耐高溫物質如石英玻 璃所構成。 氣體篷頭亦由耐溫物質，如石英破璃、碳切或貴金屬 如始或銘合金所構成。在最簡單情況下，氣體篷頭被設計 成設有噴嘴開口之管形。管可具有許多形式，例如，螺旋 之形式。氣體篷頭亦可設計成多孔板或燒料。 若氣體篷頭之噴嘴開口被對稱分佈在反應器中心轴四周 時，層狀氣流之產生會便利。例如，噴嘴開口可以環形均 勻配置在中心軸四周，毗鄰噴嘴開口較佳互相具 離· /、 β 在t側上皆可閉合之反應器經證實特別有利。因此，可 防止氧或氮之導入及熱化學安定污染化合物如氮化物或氧 化物 < 形成的所得危險. 關於二氧化矽粒子，上述特定工作係根據本發明解決， 即藉天然產生之石英的二氧化矽粒子，具有鐵含量 於 20重量ppb，較佳爲低於5重量ppb;錳含量爲低於3〇重量 ppb，較佳爲低於5重量ppb;及經含量爲低於5〇重量叩七， -12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） ! I JPJ n n n n n · n n n n n n ϋ 訂---------· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 527316 Α7 ----- Β7 五、發明說明（11 ) 器2内。在反應器之上部，設有廢氣路線9，其經灰塵分離 券1 0接至氣體循環泵8。此處廢氣路線9延伸過石英玻璃 栓塞11之内徑，除了石英栓塞11與廢氣路線9間之窄環形 缝1 2以外，其朝頂端封住反應器2。在反應器2底部6上， 設有可閉合之排洩連接件丨3供清潔之石英粒子以分批方式 排入容器14内。廢氣口 15設在爐1與反應器2上方。 在下文，根據本發明之方法係根據具體例及圖丨進一步 詳述。 實例1 : 根據實例1欲清潔之石英粒子爲已預清潔之天然產生石 英砂之粒子，其爲市售者，標示爲“ I0TA標準，，（供應商： 公司Unimin Corp·，USA)。此石英声子具有平均粒徑爲約 230 μηι ’具有粒徑爲63 μιη以下之細粒％爲約1至2重量％。 此石英粒子中測定之污染物示於表1中，‘‘標準，，線内。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在先前清潔之石英粒子之基層4a上，一批爲約16 “欲 清潔之石英粒子被填入反應器2至鬆弛裝填物4内；對基層 4a及裝填物4，裝填物高度爲約60 cm結果。基層4a之頂 緣，其粒子剛覆蓋在環形篷頭5上，以虛線呈現於圖丨中。 環形篷頭5配置在裝填物4下方。在裝填時，反應器2係用 不具氧及氮之氣體沖洗，隨後用石英玻璃栓塞1 1閉合。在 實例1中，沖洗氣體爲純無機H C 1氣體，具有化學計算過 量之氫，在以下第一清潔階段時，其亦被用作清潔石英粒 子之處理氣體。當反應器2已填滿時，特別是在石英粒子 之加熱前，連續氣體之清除會排除氧及氮，並防止空氣進 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格C210 X 297公釐） 527316 A7 五、發明說明（12 ) 入反應器2内。因此，可防止熱及化學安定性化合物會逢 欲除去之污染物以金屬氮化物或金屬氧化物之形式：死 成。該耐溫金屬氮化物或金屬氧化物，其係在較 形成，例如，由於化學反應、相轉化或由於所謂熟化二脅 直接或間接地造成石英玻璃之不宜污染物影響以及刺目補 色或傳輸變化。其例爲氮化鋰、氧化鐵或二氧化錳。天然 石英粒子之典型污染物爲三氧化鐵，其可以三種不同變形 獲侍。其中必一爲紅棕色菱形a_F4〇3。其顯示之 耐酸性及硬度端視其熱預處理而定。稍微退火之a_Fe2a 容易溶解於酸中並可以此處所用之處理氣體容易除去。另 一方面，在溫度爲1，000。(：以上退火及熱熟化之具 有特欲爲，對敗、驗及鼠有南度耐性且不再可被處理氣體 完全除去。因此，根據本發明之方法，未退火之 已儘可能在溫度爲約UOOt下完全除去，而裝填物4已從 裝填反應益2時，甚至在加熱期間用處理氣體處理。 在天然石英中另一類型污染物爲錳，其通常爲二氧化盆 (Mn〇2 ’棕石）。當在空氣中或在溫度爲550Ό以上氧氣下 加熱時，Mn〇2轉化成Μη2%，其轉化成其“形式（“_ Μιΐ2〇3)成爲掠色變形，而在溫度爲9〇〇°c以上退火後，其轉 化成化學上更穩定之四氧化三錳（Μη304)。亦經證實其有 利於防止氧氣在反應器2之裝填及加熱時已呈現。 爲了加熱裝填物4，室爐1被設定處理溫度爲12701。同 時’在初步壓力爲0 7巴（室溫下）及流率爲1300 1/h下，處 理氣體經環形篷頭5裝入反應器2内。處理氣體係藉運行退 15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 527316 Α7 Β7 五、發明說明（13 ) 管形線圈7内之室爐1之加熱元件而預熱至處理溫度。其容 積會以倍數增加。以純計算爲基礎，處理氣體在空反應器 2中達到流速爲約12 cm/s。自環形篷頭5流出之氣流會稍微 抬高裝填物4，因而形成流化床，在該處大量層狀流動， 且由於石英粒子之窄空流動截面，氣流會在平均流速爲約 60 cm/s下流過床，同時加熱至溫度爲約1，270°C。實質上 層狀氣流係由方向箭頭1 7示出。流化床、層狀氣流1 7及 處理氣體之高流速均可確保石英粒子之有效、均勻地熱與 化學處理以及最適清潔功效，同時防止粒子互相之燒結。 冷凝影響係藉預熱處理氣體而防止。高流速可確保快速氣 體交換及快速污染物自各個粒子及反應器2之排出。另 外，來自裝填物4之石英粒子之細粒部份經氣流1 7除去成 爲最細灰塵，即設定流速之一功能。 處理氣體被循環，藉以再生。關於此，載有污染物及最 細灰塵之處理氣體經廢氣路線9自反應器2排出並通至灰塵 分離器1 0。處理氣體會冷卻，使容積及流速因而減小。以 冷凝化合物形式呈現之最細灰麈及污染物會在灰麈分離器 1 0内除去。隨後，清潔之處理氣體經氣體泵8再回至反應 器2。小量之純H C 1氣體被連續加入處理氣體中，如由關 斷閥1 6符號化。過量處理氣體會連續經環形縫1 2自反應 器2逸出並經排水管1 5除去。此可防止任何空氣及氧氣進 入反應器2，而可防止HC1之氧化及氣氣之形成。 在處理時間2 3小時後，裝填物4藉短時間將氧氣加入處 理氣體而不具碳及碳化合物。 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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五、發明說明（14 ) 清潔之石英粒子經連接件1 3排入容器4内並冷卻。在如 此處理之石英粒子中，Li，Na，K，Mg，Cu，Fe，Ni，Cr， (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Μη ’ V ’ Ba ’ Pb，C，B及Zr之〉、亏染物之溫度各在ppb範圍 内且邵份在超痕量分析儀器之偵測限制以下。化學純度得 以達成，否則其僅獲知人造粒子。表1例示在實例1中，污 染物含量於根據本發明清潔之石英粒子中測定。 圖2使用如圖1相同參考圖供裝置之相同或相等組件或零 件之標示。對圖1之對應説明作參考。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖2所示之裝置被設計成根據本發明方法之連續性操 作。關於此，設有裝填裝置2 0供流化石英粒子2 1連續加 入反應器2内’在反應器2底部6上亦設有排水連接件2 4， 其向下開啓進入閉合容器2 5内，使連續清潔之石英粒子自 反應器2流入容器25内。對根據圖1之裝置之差異亦在於 處理氣體進入反應器2之入口及自反應器2離開之出口。處 理氣體經氣體入口 22及管形線圈7通入石英玻璃23内，管 自上方突出進入裝填物4内，向下進入反應器2底面6之區 内。在石英玻璃23下方，由虛線符號化，具有已清潔之石 英粒子之下層4a。石英玻璃管23之底部爲多孔性，長度 爲10 mm，環繞周圍均勻分佈有若干孔；其開口截面全部 達到約4 mm2。如星形符號所符號化，處理氣體自軸向對 稱之孔流出；其被導入欲清潔之裝填物4内；以儘可能層 狀之氣流1 7形式自底部至頂部流過裝填物；處理氣體會藉 石英玻璃栓塞1 1之内徑離開反應器2，然後被吸出。 以下基於圖2詳述根據本發明方法之另一具體例。 -17-

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -I 527316 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（15 ) 實例2 : 根據實例2欲清潔之石英粒子2丨爲與實例1相同之粒 子。利用進給裝置，將大約16 kg石英粒子21裝填入反應 $2内’形成具有裝填高度爲約6〇 cnl之鬆弛裝填物4。反 應器2係用無機純H C 1氣體沖洗，該氣體具有化學計算過 Κ氫’其亦用爲處理氣體供在以下第一清潔階段時清潔 石英粒子。關於在反應器2裝填時，特別在加熱石英粒子 2 1前此、沖洗之功效，可參照實例1之對應説明· 1：爐1被設定處理溫度爲1，27〇Ό供加熱裝填物4。同時， 處理氣體在流率爲13〇〇 1/h下經石英玻璃管23通入反應器2 内。處理氣體係藉流過管形線圈7内之室爐1的加熱元件預 熱至處理溫度。其容積藉以增加一倍。自石英玻璃2 3流出 (處理氣體之氣流丨7會因形成流化床而稍微抬高裝填物 4 ;氣流在流速爲約6〇 cm/s下大部份層狀地流過裝填物 4，藉以將石英粒子加熱至溫度爲約丨，27〇。^。關於流化床 與處理氣體之層狀氣流丨7之功效，亦可參照上述實例1之 説明。利用裝填裝置2〇，以約130 g/min石英粒子2丨連續 裝入反應器2内，而相同之量經排水管連接件2 4連續除 去’使反應器2内之裝填物容積仍保持大約相同。石英粒 子2 1在反應器2内之平均停留時間爲約1 2小時。 在分離過程中，碳與碳化合物藉用含氧之氣體處理而自 清潔之石英粒子除去。 儘管12時之相當短處理期間，鹼性污染物之含量以如此 處理之石英粒子特別會顯著減少。根據實例2清潔之石英 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) * 1— I n n ι ϋ n 訂---------· 527316 A7 B7___ 五、發明說明（16 ) 粒子之污染物含量示於表1中“實例2 ” 一欄中。再須強調 的是，Si02粒子之污染物具有不同保持時間，使上述特定 處理時間會隨特定純度條件而不同。例如，關於鋼含量爲 低於2 0重量ppb之純度條件將在6 0分鐘後已符合根據本發 明之實例2之方法。

Li Na K Mg Fe Cu Ni Cr Mn Ba V Zr Ca Ti A1 標 準 750 1240 980 35 410 10 10 14 90 10 10 1150 560 1000 15000 實 例 1 <3* <10* <10* <5* <10* <3* <1* <1* <2* <20* <1* <100 160 1000 15000 實 例 2 <100 <20 <50 <20 <60 <3* <1* <1* <10* <20* <1* <100 300 1000 15000 表1所示之濃度係關於重量ppb。污染物含量係利用ICP-OES測定；利用ICP-MS由*標示之値 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 527316 η η 第〇891〇7473號專利申請案 中文申请專利範圍修正本（91年;[〇月）C8 _____ D8l^^ 念 利範圍 1. 一種在具有垂直定向中心軸（3)之反應器（2)内加熱具 有粒子之裝填物（4)，同時將其曝露至在特定流速下自 辰部至頂部通過反應器（2)及裝填物（4)之處理氣體來 清潔二氧化矽之方法，其特徵為使用氯處理氣體，及 在裝填物（4)區内，處理氣體被設定至處理溫度為至少 1，000 C及流速設定至至少cm/s。 2·根據申請專利範圍第丨項之方法，其中處理氣體之溫度 在裝填物（4)區内被設定至至少1，2〇〇。〇。 3. 根據申請專利範圍第〗或2項之方法，其中處理氣體藉 形成流化粒子層來抬高裝填物（4 )。 4. f據申請專利範園第3項之方法’其中處理氣體以層狀 氣流形式導入流化粒子層内。 .根據申w專利知圍第丨或2項之方法，其中處理氣體係 上 在導入裝填物（4 )前被加熱至處理溫度或處理溫度以 之溫度。 氯 6· f據申請專利範圍第1或2項之方法，其中純無機氫 氣體被用作處理氣體。 開 7.根據申請專利範圍第1或2項之方法，其中處理氣體係 利用裝，物（4)下方之氣體篷頭（5;23)導入裝填物（4) 内玄篷 >員包含許多側向分佈於中心輔（3 )之噴嘴 包 同 I根2請專利範圍第1或2項之方法，其中粒子在不 括-氣及氧氣下被加熱至處理溫度範圍内之溫度。 9.根據申1青專利範圍第1或2項之方法，其中處理氣體 297公釐） 張尺度iiTis家棹^^見格(21〇) 527316 A8 B8

   時被用於裝填物（4)之空氣篩分。 1據申請專利範圍第卜員之方法，其中第—清潔階段用 ::去金屬污染物或其化合物，而第二清潔階段用來 除去碳及碳化合物，含氧氣體在第二清潔階段時被導 入處理氣體中。 11·根據申請專利範圍第项之方法，其中處理氣體被 循環。 12. 根據申請專利範圍第1或2項之方法，其中處理氣體之 流速被設定至至少3 〇 cm/s。 13. 一種實施根據本發明方法之裝置，其包含一反應器 (2)，其具有垂直定向中心軸（3)以容納具有欲清潔之 二氧化矽粒子之裝填物（4);氣體入口供導入處理氣體 於裝填物（4)下方反應器之區内及氣體出口供自裝填物 (4)上方反應器之區排放處理氣體，其特徵為，氣體入 口包含氣體篷頭（5; 23)，其在裝填物（4)下方具有許多 侧向分佈於中心軸（3)之噴嘴開口供處理氣體導入裝填 物（4)内。 14·根據申請專利範圍第i 3項之裝置，其中氣體入口包含 氣'體加熱裝置，其被配置於以處理氣體流動之方向可 見到之氣體篷頭（5 ; 23)之前方。 15. 根據申請專利範圍第1 4項之裝置，其中氣體加熱裝置 包含加熱管形線圈（7)。 16. 根據申請專利範圍第1 3至1 5項中任一項之裝置，其中 氣體篷頭（5 ; 23)係由石英玻璃、碳化矽或貴金屬所製 -2- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) A B c D 527316 六、申請專利範圍 成。 17·根據申請專利範圍第1 3至1 5項中任一項之裝置，其中 氣體篷頭（5 : 23)被設計成具有噴嘴開口之管之形式。 18·根據申請專利範圍第i 3至1 5項中任一項之裝置，其中 氣體篷頭（5 ·· 23)之噴嘴開口係環繞中心軸（3 )對稱分 佈。 19·根據申請專利範圍第1 3至1 5項中任一項之裝置，其中 反應器（2)被全部閉合。 20. —種天然產生之石英的清潔二氧化矽粒子，其特徵 為，其具有鐵含量為低於20重量ppb ;鞋含量為低於 3 0重量ppb ;麵含量為低於50重量ppb ;以及鉻、銅及 鎳之含量各為低於20重量ppb。 21·根據申請專利範圍第2 〇項之天然產生之石英的清潔二 氧化碎粒子，其具有鐵含量為低於5重量ppb ;镇含量 為低於5重量ppb ;鋰含量為低於5重量ppb ;以及絡、 銅及鎳之含量各為低於1重量ppb。 -3- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)