JPH029728A - 石英ガラス微粒子の回収方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、石英ガラスの気相合成において、生成物とし
て利用されずに反応炉から排ガスと共に排出される石英
ガラス微粒子を高純度で回収する方法に関する。

（従来の技術） 石英ガラスの気相合成法は、５ｉＣ１４などの珪素化合
物を気化させ、酸水素炎で酸化させて石英を製造する方
法であり、高純度の石英（Ｓｉ（ｈ）が得られるため、
光ファイバーその他の光学材料用の石英ガラスの製造に
利用されでいる。

石英ガラスの気相合成法の１例として、ＶＡＤ法（気相
軸付は法）においては、第２図に示すように、ペルジャ
ーと呼ばれる反応炉１内で合成トーチ２を用い、原料ガ
ス（Ｓ＋Ｃｌ＝など）を酸素および水素と共にトーチか
ら噴射し、火炎による高温での加水分解反応によって石
英ガラスの微粒子を製造し、これを回転しつつ引き上げ
られる出発母材（種棒）３の先端に吹き付け、堆積させ
ることによって、丸棒状の多孔質ガラス母材を作る。

５ｉＣ１ａを原料とする場合の反応式は次のようになる
。

２Ｌ　　＋　　Ｏｒ　　＝　　２）１２０ＳｉＣ１ａ　
　＋　　２ＬＯ→　５ｉ（ｈ　　＋　　４ＨＣｌこの方
法では、出発母材に石英ガラス微粒子を吹きつける際に
、生成した微粒子のうちの２０〜５０％が出発母材に堆
積せずにロスとして飛散し、排気管４を通して排ガスと
共に排ガス処理設備５へ排出される。

別の石英ガラス気相合成法として、上と同様に反応炉に
おいてトーチを使用して生成させた石英ガラス微粒子を
反応炉の底部から粉末状で回収し、これを焼結して多孔
質石英ガラス母材を得る方法もある。この場合にも、上
記のＶＡＤ法よりはロス分は少ないが、生成した石英ガ
ラス微粒子の一部は排ガスに同伴されてロスとなる。

反応炉から出る排ガスは、上記反応式から分かるように
多量の塩化水素ガスを含有するため、この排ガスの処理
は、従来はアルカリ洗浄、すなわち水酸化ナトリウムな
どのアルカリを含有する水による洗浄で行われてきた。

それにより塩化水素を水に吸収すると同時に中和し、石
英ガラス微粒子を水に捕集する。このアルカリ洗浄塔の
塔底から排出されたスラリーを固液分離すると、石英ガ
ラス微粒子が、中和により生成した塩類（アルカリとし
て水酸化ナトリウムを使用した場合には、塩化ナトリウ
ム、および空気中の炭酸ガスとの反応で生成する炭酸水
素ナトリウムなど）との混合状態で回収される。この混
合物から石英ガラス微粒子のみを分離するには煩雑な操
作と費用がかかること、および夾雑する塩類が石英ガラ
ス粒子の内部に侵入し、これを完全に除去することが困
難であることから、従来はこの混合物をそのまま廃棄し
ていたため、上記ロス分の石英ガラス微粒子を再利用可
能なように回収する技術の確立が望まれていた。

また、ＶＡＤ法では上記のように多量の石英ガラス微粒
子が排ガスに含まれる上、アルカリ洗浄による中和で生
じた塩類が析出するため、アルカリ洗浄装置の閉塞が起
こりやすく、閉塞が起こると洗浄装置から最終的に放風
される排ガスの汚染が起こり、大気汚染の原因となるな
ど、排ガス処理に起因するＶＡＤ法の操業の不安定化が
問題となっている。

（発明が解決しようとする諜Ｂ） 本発明の目的は、石英ガラスの気相合成において排ガス
と共に反応炉から排出される石英ガラス微粒子を、その
再利用が可能なように高純度で効率よく回収することが
できる石英ガラス微粒子の回収方法を提供することであ
る。

本発明の別の目的は、装置の閉塞が起こらず、安定に操
業することのできる上記回収方法を提供することである
。

本発明のさらに別の目的は、上記方法を実施するのに適
した石英ガラス微粒子の回収装置を提供することである
。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、上記目的を達成するために検討した結果
、上記排ガスをまず湿式の（水噴霧を伴う）サイクロン
セパレータで処理した後、サイクロンセパレータからの
排ガスを水洗浄塔でアルカリ中和を行わずに水洗浄する
ことによって、装置の閉塞を伴わずに石英ガラス微粒子
のみを効率よく回収することができ、その後の水洗浄に
より高純度の石英ガラス微粒子が得られることを見出し
た。

本発明の要旨は、石英ガラスの気相合成において反応炉
から排出される排ガス中に含まれる石英ガラス微粒子を
回収する方法であって、前記排ガスをサイクロンセパレ
ータにおいて水を噴霧しながら処理して、排ガスから分
離された石英ガラス微粒子を水中に捕集し、このサイク
ロンセパレータからの排ガスを中和剤の不存在下に水洗
浄塔で処理して、石英ガラス微粒子を水中に捕集し、前
記サイクロンセパレータおよび水洗浄塔から排出された
石英ガラス微粒子を含有する水性スラリーから純水洗浄
と脱水により石英ガラス微粒子を回収することを特徴と
する、石英ガラス微粒子の回収方法にある。

別の態様において、本発明の要旨は、石英ガラスの気相
合成において反応炉から排出される排ガス中に含まれる
石英ガラス微粒子を回収する装置であって・ 前記排ガスを処理する水噴霧手段を備えたサイクロンセ
パレータと；このサイクロンセパレータからの排ガスを
処理する水洗浄塔と；前記サイクロンセパレータおよび
前記水洗浄塔の両方から排出される微粒子含有液体を受
けるように配置された、底面が傾斜した沈降槽と；この
沈降槽の下部から抜き出された石英ガラス微粒子を水洗
浄する水洗槽と；洗浄された石英ガラス微粒子を分離す
る遠心分離機とから構成された、石英ガラス微粒子回収
装置にある。

以下、本発明を第１図を参照しながら詳細に説明する。

第１図は、本発明の装置の１例を示す略式説明図である
０図中、破線は水もしくは水溶液の流れを示す。

ＶＡＤ法による石英ガラスの製造では、石英ガラス微粒
子の生成および多孔質母材の堆積は、反応炉１内で行わ
れる。堆積せずにロス分となる石英ガラス微粒子は、排
ガスた共に反応炉の排気口に通した排気管４を通して反
応炉から排出されていく、この排ガスは、上記のように
塩化水素および水を含有するガスである。

本発明の方法によれば、排気管４を通して排出された石
英ガラス微粒子を含有する排ガスは、サイクロンセパレ
ータ６で水を噴霧しながら処理され、一部の石英ガラス
微粒子が塩化水素を吸収した水ミスト　（排ガス中の水
蒸気が排気管内で冷却されて生成）と共にガスから分離
されてサイクロンセパレータの底部に沈降し、石英ガラ
ス微粒子を含有する塩酸酸性のスラリーが底部から排出
される。サイクロンセパレータから出た排ガスは、さら
に水洗浄塔（スクラバー）７に送られ、ここで塔頂から
噴霧される水と好ましくは向流で接触して、排ガス中に
残っていた石英ガラス微粒子と塩化水素が水に捕集され
て、石英ガラス微粒子を含有する酸性スラリーが塔底か
ら排出される。この両者のスラリーから、適宜の固液分
離手段で石英ガラス微粒子を分離し、表面に付２着して
いる塩酸分を除去するように粒子を水洗し、脱水・乾燥
すると、高純度の石英ガラス漱粒子が回収される。

水洗浄塔７の上部から排出された排ガスは、必要に応じ
てさらに排ガス処理段（Ｉ！（図示せず）で処理してか
ら、大気中に放出される。この場合の排ガス処理設備は
、従来のようなアルカリ洗浄塔でもよいが、排ガス中の
塩化水素および石英ガラス微粒子の大部分が既に除かれ
ているため、水吸収槽、電気集塵機などを使用すること
もできる。

本発明の好適態様の１例にあっては、第１図に示した装
置により排ガスを処理する。この装置は、サイクロンセ
パレータ６、水洗浄塔（スクラバー）７、底面が傾斜し
ている沈降槽８、水洗［９、および遠心分離機１０から
構成され、沈降槽８はサイクロンセパレータ６および水
洗浄塔７の両方の底部から排出されたスラリーを受ける
ように配置されている。

排気管４内の排ガスはまずサイクロンセパレータ６（こ
入り、一部の石英ガラス微粒子が塩化水素を吸収した水
ミストと共にガスから分離され、下部から排出される。

このサイクロンセパレータには、沈降槽８中の水をポン
プ揚水する経路１１から供給された水が天井部あるいは
上部から噴霧される。この水の噴霧は、サイクロンセパ
レータの側壁に沿って水が流れるように行うことが好ま
しく、それにより石英ガラス微粒子と水ミストがスムー
スに沈降槽内に落下していき、石英ガラス微粒子はその
下部に配置した沈降槽内の水（実際には、塩酸を含有す
る酸性水溶液）に捕集される。

サイクロンセパレータ６の上部から出た排ガスは、経路
１２を経て水洗浄塔７の底部に送られる。

水洗浄塔７は、塔中央部１３にラシヒリングが充填され
た充填塔形式のものが好ましく、塔頂からは沈降槽８の
水をポンプ揚水する経路１４から供給された水が噴霧さ
れ、塔底から上昇する排ガスと自流接触する。この接触
により、排ガス中の塩化水素はほぼ完全に水に吸収され
、石英ガラス微粒子も大部分が水中に捕集され、生成し
た石英ガラス微粒子を含有する塩酸水溶液が水洗浄塔７
の下部に配置した沈降槽８に集まる。水洗浄塔の頂部か
ら出た排ガスは、必要に応じて上記のようにさらに排ガ
ス処理を受けた後、放風される。

沈降槽８の底面は、図示例にあっては水洗浄塔の下部側
の方が低くなるように傾斜させである。

それにより、水中に捕集された石英ガラス微粒子が最も
低い部位に沈降・堆積し、粒子が容易に沈降槽から回収
できる。この傾斜は、図示例のように片流れの傾斜とす
る代わりに、スリバチ状の両流れの傾斜とするなど、各
種の変更が可能である。

底面の傾斜の角度も、石英ガラス微粒子の移動が円滑に
行われるように適宜設定すればよいが、例えば４５゛　
もしくはそれ以上の相当な急勾配としてもよい。

沈降槽８には、サイクロンセパレータ下部と水洗浄塔下
部とを仕切る仕切壁１５が設けられる。仕切壁の長さは
、その下端と沈降槽の底面との間に隙間ができるように
短くする。それにより、底面に沿った石英ガラス微粒子
の移動が妨げられないため、サイクロンセパレータと水
洗浄塔で捕集された石英ガラス微粒子Ｓが１ケ所に集ま
る。

沈降槽８中の液体骨は、上述のように塩酸水溶液である
。この水溶液を経路１４を経て水洗浄塔７に再循環して
噴霧するためには、塩酸濃度５％以下とすることが好ま
しい、塩酸濃度が５％を超えると、排ガス中の塩化水素
ガスの吸収効率が低下する。そのため、経路１４から水
溶液の一定量を分岐管により系外に抜き取り、代わりに
同量の純水を経路１４あるいは沈降槽に補給して、沈降
槽内の塩酸水溶液の）１度が５％を超えないように調整
することができる。一般に、沈降槽内の水溶液の塩酸濃
度は、サイクロンセパレータの下部の方が水洗浄の下部
より低くなるが、上記仕切壁１５を設けることによって
この両側での水溶液の混合がある程度防止される結果、
サイクロンセパレータの下部側では塩酸１度の上記のよ
うな調整は通常は必要ない、しかし、所望により、経路
１１においても、上と同様に塩酸水溶液の抜き取りと純
水の補給により塩酸濃度を調整してもよい、経路１４か
ら抜き取られた塩酸水溶液は、排水処理設備で中和等の
処理を施した後、廃棄される。

サイクロンセパレータ６で反応炉１から排出された石英
ガラス微粒子の一部が除かれているため、水洗浄塔７に
入る石英ガラス微粒子量が低減している上、水洗浄塔で
アルカリ中和を行わないので、塩類の析出がないことか
ら、従来の排ガス洗浄で問題であった水洗浄塔の閉塞が
避けられ、排ガス処理を安定して操業することができる
。

沈降槽８の最下部に堆積している石英ガラス微粒子をス
ラリー状でポンプ１６により経路１７を経て抜き出し、
水洗槽９に送る。水洗槽には純水を経路１８から供給し
、石英ガラス微粒子を水中で撹拌しながら洗浄する。水
洗槽で洗浄する前に、洗浄効率を上げるために、予め遠
心分離などでスラリーを脱水してもよい、水洗槽中の石
英ガラス微粒子を含有するスラリーをポンプ１９により
抜き出し、経路２０を経て遠心分離機１０に送って脱水
する。遠心分離機で分離された水は、経路２１を経て適
当な排水処理膜（！（図示せず）で中和処理した後、廃
棄される。

通常は、１回の洗浄では塩酸を完全には除去できないの
で、遠心分離機で脱水された石英ガラス微粒子を経路２
２を経て水洗槽９に戻す、この搬送が円滑に行えるよう
に、遠心分離機で充分に脱水せず、搬送可能なスラリー
が得られるようにしてもよい、水洗槽９で経路１日より
供給された新たな純水で再度洗浄し、次いで上と同様に
遠心分離機１０で脱水し、石英ガラス微粒子の表面に付
着している塩酸水溶液を純水に置換していく。この洗浄
操作は、必要に応じてさらに反復してもよい。反復回数
は、沈降槽から抜き出されたスラリー中の塩ｆ！！、濃
度によって変わる。

石英ガラス微粒子が充分に洗浄されたら、遠心分離機１
０で最終的にケーキ状になるまで脱水し、経路２２°を
経て回収容器２３に入れる。このケーキを、電気もしく
はガス弐などの適当な乾燥機（図示せず）で粉体状態に
なるまで乾燥することが好ましい。

上記の方法において、反応炉１からの排ガスの排気から
沈降槽８に至るまでの処理は連続式で行い、沈降槽の下
部から抜き出したスラリーの水洗槽９と遠心分離機１０
による洗浄処理はバッチ式で行うことが望ましい、また
、第１図に示した装置は１例であって、当業者であれば
各種の変更を加えることができることは当然である。

このようにして得られた粉体は、中和を行っていないた
め塩類の夾雑がなく、高純度の石英ガラス微粒子である
。したがって、これは熔融石英ガラスの製造原料として
充分に利用できる品質を有している。

以下に実施例を挙げて、本発明をさらに例示する。

夫範貫 ＶＡＤ法による多孔質石英ガラスの製造を、石英ガラス
微粒子が１５ｇ／分の割合で生成し、反応炉から１．４
　Ｎｍ’／分の排ガスが連続排出される条件で約１０時
間行った。使用した原料ガスは５ｉＣ１４であった。生
成した石英ガラス微粒子のうち、１０．２ｇ（６８％）
が出発母材に堆積し、残りの４．８ｇ　　（３２％）が
ロスとして排ガスと共に反応炉から排出された。この排
ガスを、第１図に示す装置で処理して、排ガスから石英
ガラス微粒子を回収した。

使用した装置は、直径５００龍、高さ１０００ｍｍ　（
その内、下部８００　ｎは逆三角錘）のサイクロンセパ
レータと、直径３００鶴、高さ２５００鶴（中央部１０
００Ｕにラシヒリングを充填）の水洗浄塔とを、容積約
１０００　＃の沈降槽の上に設置したものである。沈降
槽の底面には、サイクロンセパレータ側から水洗浄塔側
に向かって約４５″の角度で落ち込むように片流れの傾
斜が付けてあり、図示のように底面には達しない仕切壁
が設けである。

サイクロンセパレータ下部の沈降槽の水を約３１、／分
の流量で揚水し、サイクロンセパレータの天井部からそ
の側壁全体を洗い流すように噴霧した。反応炉から排出
された排ガスをサイクロンセパレータに導入し、サイク
ロンセパレータの天井部より排出された排ガスは、次い
で水洗浄塔の下部に流入させ、塔内を上昇させた。水洗
浄塔側の沈降槽からポンプで約１３１／分の流量で揚水
し、その内の１０１／分を、約９０°の角度で水洗浄塔
頂部より噴霧し、塔内を上昇する排ガスとの自流接触に
よるガスの洗浄およびガラス微粒子の捕集に使用した。

残りの３１／分は、沈降槽の塩＃１９９度を一定に保つ
ために分岐管から系外に抜き出し、同量の水を沈降槽に
補給した。抜き出した水は、適当な排水処理設備で中和
後に廃棄した。

水洗浄塔の頂部より最終的に排出されたガス中には、石
英ガラス微粒子が０．２６ｇ／Ｎｍ’の量で残存してい
た。したがって、石英ガラス微粒子の残存重量は０．２
６ｇ／Ｎ５ｊＸ　１．４　Ｎｍ＋’７分−０，３６ｇ／
分であった。逆に沈降槽に捕集された石英ガラス微粒子
は、４．８ｇ／分〜０．３６ｇ／分−４．４４ｇ／分と
算出され、排ガス中に存在していたロス分全量の９２．
５％であり、本発明の方法により高い捕集効率で排ガス
から石英ガラス微粒子が回収できることが判明した。

上記のように１０時間操業した後に、沈降槽の底部に堆
積した固形分をポンプにより抜き取って水洗槽に入れ、
水分９４．３％のスラリー４１ｋｇを得た。

このスラリーの水分は０．９７％濃度の塩酸水溶液であ
った。

このスラリーを水洗槽で洗浄を行わずに、まずポンプで
遠心分離機へ送り、固形分濃度が約６０％になるまで脱
水し、ケーキ状にして取り出した。

これを水洗槽に戻し、固形分濃度が約１０％になるよう
に純水を加え、得られたスラリーを５分間撹拌して石英
ガラス粒子の洗浄を行った。この遠心分離機での脱水と
水洗槽での洗浄をさらに７回繰り返してＨＣｌ分を純水
に置換していった。

この洗浄処理後、遠心分離機で最終的に固形分６２％の
ケーキ状としたものを、１４０℃に設定した電気乾燥機
に２０時間入れ、固形分９８％となるまで乾燥し、石英
ガラス微粒子粉末２．２ｋｇを回収した。

この石英ガラス微粒子粉末を溶融石英ガラスの原料とし
て使用してみたところ、上記回数の洗浄ではＨＣｌ分の
純水への置換が不充分であったため、不純物として微量
のＣＩ−イオンがガラスから検出されたやしかし、ＨＣ
ｌ分の純水への置換をさらに行うことで、ＣＩ−イオン
濃度が許容可能な低水準まで低下することが確認できた
。したがって、本発明の方法により、溶融石英ガラスの
原料として充分に再利用できる純度で石英ガラス微粒子
を回収することができる。

（発明の効果） 以上に説明したように、本発明により石英ガラスの気相
合成、特にＶＡＤ法による石英ガラスの製造において大
量に反応炉から排ガスと共に排出される石英ガラス微粒
子を、高い回収効率で、しかも高純度で回収することが
できる０本発明により回収された石英ガラス微粒子は、
洗浄を充分に行えば、溶融石英ガラスの製造原料として
再利用可能な品質を有している。したがって、従来の排
ガス処理法では廃棄せざるを得なかった排ガス中の石英
ガラス微粒子を有効利用できるという顕著な利点が得ら
れると同時に、廃棄物量が低減するため廃棄コストが低
下する。

さらに、本発明によれば、予め排ガスから湿式サイクロ
ンセパレータで石英ガラス微粒子の一部を除いておくこ
とと、水洗浄塔で中和を行わないために塔内での塩類の
析出が起こらないことから、閉塞が起こりやすい充填塔
により水洗浄を実施しても、装置の閉塞を生ずることな
く安定して排ガス処理を行うことができる。装置の閉塞
が起こると、排ガスが洗浄されずに大気中に放出される
ことになり、大気汚染の原因となるが、本発明ではその
ような心配がない。

このような本発明の効果は、粒子排出量の多いＶＡＤ法
による石英ガラスの気相合成で発生する排ガスに適用し
た場合に最も顕著となるが、本発明の方法および装置は
その他の石英ガラスの気相合成法（例、ガラス粉末の焼
結により多孔質石英ガラスを製造する方法）で発生する
排ガスにも適用できることは理解されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の装置の１例を示す略式説明図、およ
び 第２図はＶＡＤ法による石英ガラスの気相合成装置の略
式説明図である。 ｌ　反応炉、　　　　　２トーチ ３　出発母材　　　　　４排気管 ５　排ガス処理段（！６サイクロンセパレータ７　水洗
浄塔　　　　　８沈降槽 ９　水洗槽　　　　　１０遠心分離機

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）石英ガラスの気相合成において反応炉から排出さ
   れる排ガス中に含まれる石英ガラス微粒子を回収する方
   法であって、 前記排ガスをサイクロンセパレータにおいて水を噴霧し
   ながら処理して、排ガスから分離された石英ガラス微粒
   子を水中に捕集し、このサイクロンセパレータからの排
   ガスを中和剤の不存在下に水洗浄塔で処理して、石英ガ
   ラス微粒子を水中に捕集し、前記サイクロンセパレータ
   および水洗浄塔から排出された石英ガラス微粒子を含有
   する水性スラリーから純水洗浄と脱水により石英ガラス
   微粒子を回収することを特徴とする、石英ガラス微粒子
   の回収方法。
2. （２）石英ガラスの気相合成において反応炉から排出さ
   れる排ガス中に含まれる石英ガラス微粒子を回収する装
   置であって、 前記排ガスを処理する水噴霧手段を備えたサイクロンセ
   パレータと、 このサイクロンセパレータからの排ガスを処理する水洗
   浄塔と、 前記サイクロンセパレータおよび前記水洗浄塔の両方か
   ら排出される微粒子含有液体を受けるように配置された
   、底面が傾斜した沈降槽と、この沈降槽の下部から抜き
   出された石英ガラス微粒子を水洗浄する水洗槽と、 石英ガラス微粒子含有スラリーを脱水する遠心分離機と
   、 から構成された石英ガラス微粒子の回収装置。