CN109052417B - 一种高纯度低温相方石英的合成方法 - Google Patents

Abstract

一种高纯度低温相方石英的合成方法，将非晶氧化硅用1％～5％氟化铵溶液制成固含量40％～50％的悬浮液，悬浮液用25％氨水调节pH值为7～8，封入高压反应釜，升高釜内温度80℃～200℃，釜内压力1～2.5MPa，并恒温恒压维持4h～24h；晶化后的氧化硅悬浮液冷却过滤，含氟化铵的滤液用于步骤1)制浆循环使用，滤饼用电导率＜1.0μs/cm的高纯水反复洗涤3～6次，去除杂质离子；洗净后的预晶化滤饼于真空度‑1MPa～‑2MPa，105℃真空条件下干燥3～6h，得到预晶化氧化硅粉料；氧化硅粉料装入高温马弗炉以2‑5℃的升温速率升高至900℃～1200℃，保温5h～7h，自然冷却即得高纯方石英微粉。本发明所述的方石英的晶体结构为四方相，无其他晶相混杂，纯度高达99.90％～99.99％。

Description

一种高纯度低温相方石英的合成方法

技术领域

本发明涉及一种高纯度方石英微粉的化学合成方法。

背景技术

方石英具有密度低、硬度大、白度高、完全的化学惰性、分散性、悬浮 性、可塑性、光散射性、绝缘性好、抗热震性、抗腐蚀和耐高温性能的特性， 不论处在有触媒或多成份化学统中，都不会产生化学变化或诱导反应发生， 即使在极高温度或恶劣的环境也不会裂解变质，已经广泛用于精密制造、高 档电瓷、齿科材料、电子晶片、抛光材料、特种陶瓷材料、特种耐火材料、 高档造纸、高档涂料、屏蔽材料、日用化工、粘合剂、塑料、硅橡胶等行业中。随着用量的逐年增加，方石英微粉全球每年的需求量至少有上百亿人民 币的市场，而高纯方石英微粉的市场潜力更大。由于较高的进口价格，方石 英微粉的国产化制备技术已日趋紧迫。

当温度达到1470℃时，天然石英矿开始转变为方石英，其生产方法主要 有粉料煅烧法和块料煅烧法二种。

粉料煅烧法：石英砂先进行化学除杂处理，再将石英粉料在1500℃煅烧 保温3-6小时获得方石英微粉；或者引入相变催化剂，降低相变温度，达到 降低煅烧温度的目的。例如，相变催化剂氧化铝加入量为4％时，石英微粉在 1320℃转化率最高为42.2％；含氟化合物做为相变催化剂，石英微粉在1400℃ 转化率达到85％；专利200710051658.5所述的KCl和MoO₃做为复合相变催化 剂，方石英的转化率大于94％，煅烧温度1300℃。

块料煅烧法：块状石英经清洗除杂后，直接装窑煅烧，再经物理化学除 杂、机械粉碎等工序加工成方石英微粉。

上述方石英微粉的制备方法相变温度高，转化不完全，需要机械破碎， 能耗高，易引入其他杂质。特别是为了降低相变温度引入相变催化剂，很容 易造成晶相混杂和矿化剂残留，产品质量很不稳定。

发明内容

针对上述方石英微粉生产方法中存在的问题，本发明提出了一种方石英 微粉转化完全、纯度高、无需高温相变催化剂，生产成本低的制备方法。在 无高温相变催化剂条件下，方石英的相变温度降低至900℃，实现非晶氧化硅 直接转化为晶态方石英。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案实现：

一种高纯度低温相方石英的合成方法，其特征在于：所述的方法包括如 下步骤：

1)将非晶氧化硅用1％～5％氟化铵溶液制成固含量40％～50％的悬浮液，悬 浮液用25％氨水调节pH值为7～8，封入高压反应釜，升高釜内温度80℃～200℃， 釜内压力1～2.5MPa，并恒温恒压维持4h～24h；

2)步骤1)中晶化后的氧化硅悬浮液冷却过滤，含氟化铵的滤液用于步 骤1)制浆循环使用，滤饼用电导率＜1.0μs/cm的高纯水反复洗涤3～6次， 去除杂质离子；

3)步骤2)中洗净后的预晶化滤饼于真空度-1MPa～-2MPa，105℃真空条 件下干燥3～6h，得到预晶化氧化硅粉料；

4)步骤3)中的氧化硅粉料装入高温马弗炉以2-5℃的升温速率升高至 900℃～1200℃，保温5h～7h，自然冷却即得高纯方石英微粉。

本专利所述的方石英的晶体结构为四方相，无其他晶相混杂，纯度高达 99.90％～99.99％。

本发明的有益效果：

1)与传统直接高温热处理工艺相比，采用水热预晶化的方法可以使得非 晶氧化硅得到初步重整和晶化，改变了氧化硅非晶态向方石英态转变路径， 降低了高温相变温度，减小了晶相转变的能量；

2)氟化铵既是晶相转变催化剂，有利于形成方石英结构，抑制其他晶相 结构的形成；也可以作为配位剂，与非晶氧化硅原料中的杂质离子进行络合， 减少方石英产品中的杂质含量，提高其纯度；

3)高温煅烧不仅能够使得氧化硅直接转化为方石英，而且转化彻底无混 晶，转化率达到100％，远大于传统方法的转化率。洗涤后的预晶化氧化硅残 留的晶化剂和其他杂质极少，高温下这些杂质极易分解挥发，使得产品纯度 大大提高；

4)相变温度低，900℃即开始生成方石英，较1470℃相变温度低了570℃， 大大降低了二氧化硅晶相转变所需的能量，同时极大减轻了氧化硅微粉的高 温熔融和团聚，对高温设备的维护要求明显降低，延长了设备的使用寿命， 节能降耗效果明显；

5)氟化铵溶液不仅降低了杂质总量，提高产品质量，而且过滤后的滤液 可以循环使用，无需废水处理，有利于节能环保。

附图说明：

图1为本发明实施1所得产品的XRD谱图；

图2为本发明实施2所得的方石英的XRD谱图。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了 解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了 解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

实施例1：如图1

一种高纯度低温相方石英的合成方法，所述的方法包括如下步骤：

1)将非晶氧化硅用2.4％氟化铵溶液制成固含量40％的悬浮液，悬浮液用 25％氨水调节pH值为7，封入高压反应釜，升高釜内温度150℃，釜内压力 1.5MPa，并恒温恒压维持8h；

2)步骤1)中晶化后的氧化硅悬浮液冷却过滤，含氟化铵的滤液用于步 骤1)制浆循环使用，滤饼用电导率＜1.0μs/cm的高纯水反复洗涤3～6次，去 除杂质离子；

3)步骤2)中洗净后的预晶化滤饼于真空度-1.2MPa，105℃真空条件下 干燥4h，得到预晶化氧化硅粉料；

4)步骤3)中的氧化硅粉料装入高温马弗炉以2-5℃的升温速率升高至 1000℃，保温5h，自然冷却即得高纯方石英微粉。

实施例2：如图2

一种高纯度低温相方石英的合成方法，所述的方法包括如下步骤：

1)将非晶氧化硅用5％氟化铵溶液制成固含量50％的悬浮液，悬浮液用25％ 氨水调节pH值为8，封入高压反应釜，升高釜内温度200℃，釜内压力2.5MPa， 并恒温恒压维持15h；

2)步骤1)中晶化后的氧化硅悬浮液冷却过滤，含氟化铵的滤液用于步 骤1)制浆循环使用，滤饼用电导率＜1.0μs/cm的高纯水反复洗涤3～6次，去 除杂质离子；

3)步骤2)中洗净后的预晶化滤饼于真空度-2MPa，105℃真空条件下干 燥4h，得到预晶化氧化硅粉料；

4)步骤3)中的氧化硅粉料装入高温马弗炉以2-5℃的升温速率升高至 1200℃，保温7h，自然冷却即得高纯方石英微粉。

图1为本发明实施1所得产品的XRD谱图。所得的方石英衍射峰与四方 相方石英标准谱图完全对应，其中四个最强衍射峰分别位于21.96°、36.08°、 31.42°、28.38°，与方石英标准谱图中的四个最强峰的位置22.019°、36.16°、 31.491°、28.489°相应，可以证明所得产品为四方相方石英。

图2为本发明实施2所得的方石英的XRD谱图。所得的方石英衍射峰与 四方相方石英标准谱图完全对应，其中最强的四个衍射峰分别位于21.98°、 36.08°、31.42°、28.44°，与方石英标准谱图中的四个最强峰的位置22.019°、 36.16°、31.491°、28.489°相应，可以证明所得产品为四方相方石英。

表一为通过上述实施例1、2所制备的高纯方石英砂的二氧化硅以及杂质 金属含量。由结果可得，水热前处理工艺的改进使方石英含量和纯度得到显 著提高，而且节约了成本并且更加环保。

表一

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行 业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明 书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下， 本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范 围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种高纯度低温相方石英的合成方法，其特征在于：所述的方法包括如下步骤：

1)将非晶氧化硅用1％～5％氟化铵溶液制成固含量40％～50％的悬浮液，悬浮液用25％氨水调节pH值为7～8，封入高压反应釜，升高釜内温度80℃～200℃，釜内压力1～2.5MPa，并恒温恒压维持4h～24h；

2)步骤1)中晶化后的氧化硅悬浮液冷却过滤，含氟化铵的滤液用于步骤1)制浆循环使用，滤饼用电导率＜1.0μs/cm的高纯水反复洗涤3～6次，去除杂质离子；

3)步骤2)中洗净后的预晶化滤饼于真空度-1MPa～-2MPa，105℃真空条件下干燥3～6h，得到预晶化氧化硅粉料；

4)步骤3)中的氧化硅粉料装入高温马弗炉以2-5℃的升温速率升高至900℃～1200℃，保温5h～7h，自然冷却即得高纯方石英微粉。