CN112645340B - 一种使用硅溶胶制备合成二氧化硅粉末的制造方法 - Google Patents

一种使用硅溶胶制备合成二氧化硅粉末的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112645340B
CN112645340B CN202110051315.9A CN202110051315A CN112645340B CN 112645340 B CN112645340 B CN 112645340B CN 202110051315 A CN202110051315 A CN 202110051315A CN 112645340 B CN112645340 B CN 112645340B
Authority
CN
China
Prior art keywords
silica sol
silica
ion exchange
silicon dioxide
aqueous solution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110051315.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112645340A (zh
Inventor
黄洁
渡步弘行
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo Puxing Semiconductor Materials Co ltd
Original Assignee
Ningbo Puxing Semiconductor Materials Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningbo Puxing Semiconductor Materials Co ltd filed Critical Ningbo Puxing Semiconductor Materials Co ltd
Priority to CN202110051315.9A priority Critical patent/CN112645340B/zh
Publication of CN112645340A publication Critical patent/CN112645340A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112645340B publication Critical patent/CN112645340B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C01B33/18—Preparation of finely divided silica neither in sol nor in gel form; After-treatment thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/10—Solid density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/80—Compositional purity
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency

Abstract

本发明涉及二氧化硅制备工艺技术领域，特别涉及一种使用硅溶胶制备合成二氧化硅粉末的制造方法。本发明的一种使用硅溶胶制备合成二氧化硅粉末的制造方法，是通过对硅溶胶添加氢氟酸或氟化铵的氟化物水溶液，并降温处理,对该经过预处理的硅溶胶溶液进行反复多次的离子交换处理，再对得到的合成二氧化硅疏松体进行氢氟酸蒸汽处理，最终得到杂质含量低于0.5ppm，羟基低于20ppm,密度高于1.25的二氧化硅成品。

Description

一种使用硅溶胶制备合成二氧化硅粉末的制造方法
技术领域
本发明涉及二氧化硅制备工艺技术领域，特别涉及一种使用硅溶胶制备合成二氧化硅粉末的制造方法。
背景技术
传统的合成石英器件是通过四氯化硅为原料进行熔融制造的，成本高昂。
使用碱金属硅酸盐作为原料的方法是降低合成二氧化硅粉末的生产成本的非常有效的方法。但是，与可以通过蒸馏操作等预先超纯化的甲氧基硅烷不同，碱金属硅酸盐含有大量的杂质，因此有必要通过纯化工艺进行纯化。难以去除铁，这是半导体制造过程中的问题。
在煅烧时使用氯气以减少铁含量的方法最大的问题是设备昂贵，生产率低并且成本高。
具有高纯度的亲水性气相法二氧化硅在分析产物时含有约1至10ppm的铁，并且不可能通过常规方法使总杂质含量小于0.5ppm或更低。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种使用硅溶胶制备合成二氧化硅粉末的制造方法，其实现了使用硅溶胶作为原料来生产杂质含量极低，小于0.5ppm的合成石英砂。
本发明所采用的技术方案如下：
一种使用硅溶胶制备合成二氧化硅粉末的制造方法，包括以下步骤
A、使用硅溶胶作为原料，经过稀释后，添加氟化物水溶液，使其3-5次通过强酸性阳离子交换树脂，再通过加热的方法促使其凝胶，脱水，以形成硅胶颗粒；
B、对所述的硅胶颗粒使用纯水，并按照重量比为1：20—1：50比例进行搅拌洗涤，加工的温度控制为70—80C，时间为240min—300min，同时，均匀持续的注入氢氟酸蒸气至液体中搅拌；
C、通过真空脱水，得到含水量为40％—45％的潮湿合成二氧化硅疏松体颗粒，在真空煅烧炉中进行热处理，处理时间为30H—40H，温控为1100—1300度。
步骤A具体包括以下步骤：
A1、将采购的20％的硅溶胶加入18兆欧级别的纯水稀释成10％含量的硅溶胶；
A2、将得到的硅溶胶进行急冻处理至0～3度，取出后进行第一次离子交换；
A3、加入氟化物水溶液充分搅拌后，进行第二次离子交换；
A4、加入氟化物水溶液充分搅拌后，进行第三次离子交换；
A5、加入氟化物水溶液充分搅拌后，进行第四次离子交换；
A6、将该液体硅溶胶加热至50摄氏度时，液体硅溶胶在1小时内胶凝脱水成为所述的硅胶颗粒。
步骤A5中，控制离子交换流速为800L—1000L/小时。
氟化物水溶液为氢氟酸或氟化铵的水溶液。
步骤C具体包括：
将所述的潮湿合成二氧化硅疏松体颗粒转移到32英寸的石英锅中，置于真空电炉中焙烧，在1300摄氏度维持真空持续焙烧30小时；冷却后，用尼龙制成的树脂网筛分颗粒。
一种二氧化硅粉末，杂质为：铝小于0.02ppm，铁小于0.03ppm，钠和钾为小于0.01ppm，钙为小于0.02ppm。
通过红外吸收光谱仪测量羟基小于20ppm，测得粉末密度高于1.25。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
1、本发明的一种使用硅溶胶制备合成二氧化硅粉末的制造方法，能够用氢氟酸或氟化铵的氟化物水溶液添加于硅溶胶中，从而裂解破坏硅胶颗粒中的杂质键。通常，硅胶中的杂质是众所周知的二价和三价，传统的盐酸添加不足以使杂质键彻底裂解破坏，这是因为硅烷醇基团中氢和杂质键很牢固。而本发明中氢氟酸或氟化铵的氟化物水溶液则能达到充分裂解杂质键的效果。
2、本发明添加了氢氟酸或氟化铵的氟化物水溶液的硅溶胶液体，通过强酸性氢型阳离子树脂的离子交换3—5次，把彻底裂解的杂质键由强酸性的阳离子交换树脂吸收，从而得到高纯度的硅溶胶液体。
3、本发明的氢氟酸或氟化铵的氟化物水溶液浓度和处理温度，以及杂质含量减少导致硅溶胶电导率降低的相互关联关系，从而能有效控制经过离子交换后的硅溶胶应该具有的电导率数据范围。
4、在清洗环节中通过氢氟酸蒸汽的注入，能进一度降解微量的杂质残留。
5、在本发明的硅胶中，由于采用了氢氟酸或氟化铵的氟化物水溶液添加处理，和清洗环节氢氟酸蒸汽处理，硅胶颗粒中的部分硅烷醇基团被氟取代，所以在高温热处理时被氟充分还原，使得最终合成二氧化硅粉末的羟基含量可低于20ppm。在同等热处理条件下未按本发明方法添加氟的合成二氧化硅粉末，其最终羟基含量为50ppm左右，明显高于该方法。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方式对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本实施例提供一种使用硅溶胶制备合成二氧化硅粉末的制造方法，包括以下步骤
A、从市场上购买的500kg含量为20％的高纯级硅溶胶，加入18兆欧级别的纯水500kg稀释成10％含量的硅溶胶1000kg。
B、进行急冻处理至0-3度，取出后进行离子交换。
C、加入氢氟酸或氟化铵的氟化物水溶液100kg充分搅拌后进行第二次离子交换。
D、再次加入氢氟酸或氟化铵的氟化物水溶液50kg充分搅拌后进行第三次离子交换。
E、再次加入氢氟酸或氟化铵的氟化物水溶液10kg充分搅拌后，进行第4次离子交换。控制离子交换流速为800L—1000L/小时。
当将该液体硅溶胶加热至50摄氏度时，该胶体二氧化硅在1小时内胶凝。
F、把胶凝体投入石英容器中以700摄氏度焙烧120min，蒸发脱水得到二氧化硅疏松体粉末。
G、将该二氧化硅疏松体粉末转移至32英寸的石英锅中，按粉末和纯水的比例1:15进行搅拌加温至70度，通入氢氟酸蒸汽持续搅拌，维持240min。
H、结束后通过真空过滤器把粉末和水分离。
I、把该二氧化硅疏松体粉末转移到32英寸的石英锅中，置于真空电炉中焙烧，在1300摄氏度维持真空持续焙烧30小时。
J、冷却后，用尼龙制成的树脂网筛分颗粒。此时得到的最终成品筛分后比例为，粗于60目17％，60目～200目62％，细于200目21％。总重量为84kg。
经过测量，该合成二氧化硅粉末中的杂质为，铝小于0.02ppm，铁小于0.03ppm，钠和钾为小于0.01ppm，钙为小于0.02ppm，其他杂质元素皆小于0.01ppm。此外，通过红外吸收光谱仪测量羟基为19ppm。测得粉末密度为1.282。
杂质含量的测定方法如下：将合成二氧化硅粉末溶解于氢氟酸中，蒸发至干，然后溶解于硝酸后，通过ICP-MS定量测定杂质的含量。
羟基的测定：通过将红外光谱仪中加入四氯化碳，用红外光谱仪测量合成二氧化硅粉末中的羟基含量。
密度的测定：通过对同等容积的容积所能容纳的水和二氧化硅粉末的重量进行对比。
光学透过率的测定：通过二氧化硅粉末熔融后，切出10mm*10mm*10mm的样品，光学抛光，紫外光谱仪来测量190nm处的透射率。
另外，使用100-180目的网筛，通过气炼法融制合成石英砣。当氢气为20m3/H，氧气为10m3/H，合成二氧化硅粉末的供给量为3kg/H条件下，原料粉末的投入量为60kg，得到的合成砣直径为约380mm，合成砣重量为52kg。气泡为0.021mm2/100cm3，判定为合格。用紫外线吸收光谱仪检查在190nm下的透射率，结果为89％。判定为符合光学玻璃要求。
由于本发明的合成二氧化硅粉末是用于生产熔融石英的原料，并且用低成本生产了高质量的合成石英，因此可以用于半导体，光学，太阳能等各种工业。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种使用硅溶胶制备合成二氧化硅粉末的制造方法，包括以下步骤
A、使用硅溶胶作为原料，经过稀释后，添加氟化物水溶液，使其3-5次通过强酸性阳离子交换树脂，再通过加热的方法促使其凝胶，脱水，以形成硅胶颗粒；
B、对所述的硅胶颗粒使用纯水，并按照重量比为1：20—1：50比例进行搅拌洗涤，加工的温度控制为70—80℃ ，时间为240min—300min，同时，均匀持续的注入氢氟酸蒸气至液体中搅拌；
C、通过真空脱水，得到含水量为40％—45％的潮湿合成二氧化硅疏松体颗粒，在真空煅烧炉中进行热处理，处理时间为30H—40H，温控为1100—1300度。
2.根据权利要求1所述的一种使用硅溶胶制备合成二氧化硅粉末的制造方法，其特征在于，所述的步骤A具体包括以下步骤：
A1、将采购的20％的硅溶胶加入18兆欧级别的纯水稀释成10％含量的硅溶胶；
A2、将得到的硅溶胶进行急冻处理至0～3度，取出后进行第一次离子交换；
A3、加入氟化物水溶液充分搅拌后，进行第二次离子交换；
A4、加入氟化物水溶液充分搅拌后，进行第三次离子交换；
A5、加入氟化物水溶液充分搅拌后，进行第四次离子交换；
A6、将该液体硅溶胶加热至50摄氏度时，液体硅溶胶在1小时内胶凝脱水成为所述的硅胶颗粒。
3.根据权利要求2所述的一种使用硅溶胶制备合成二氧化硅粉末的制造方法，其特征在于，所述的步骤A5中，控制离子交换流速为800L—1000L/小时。
4.根据权利要求2所述的一种使用硅溶胶制备合成二氧化硅粉末的制造方法，其特征在于，所述的氟化物水溶液为氢氟酸或氟化铵的水溶液。
5.根据权利要求1所述的一种使用硅溶胶制备合成二氧化硅粉末的制造方法，其特征在于，所述的步骤C具体包括：
将所述的潮湿合成二氧化硅疏松体颗粒转移到32英寸的石英锅中，置于真空电炉中焙烧，在1300摄氏度维持真空持续焙烧30小时；冷却后，用尼龙制成的树脂网筛分颗粒。
CN202110051315.9A 2021-01-15 2021-01-15 一种使用硅溶胶制备合成二氧化硅粉末的制造方法 Active CN112645340B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110051315.9A CN112645340B (zh) 2021-01-15 2021-01-15 一种使用硅溶胶制备合成二氧化硅粉末的制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110051315.9A CN112645340B (zh) 2021-01-15 2021-01-15 一种使用硅溶胶制备合成二氧化硅粉末的制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112645340A CN112645340A (zh) 2021-04-13
CN112645340B true CN112645340B (zh) 2022-08-16

Family

ID=75368474

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110051315.9A Active CN112645340B (zh) 2021-01-15 2021-01-15 一种使用硅溶胶制备合成二氧化硅粉末的制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112645340B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114031085B (zh) * 2021-11-29 2023-05-05 航天特种材料及工艺技术研究所 一种降低高固含量硅溶胶粘度的方法
CN115156239B (zh) * 2022-07-15 2023-06-09 山东邦凯新材料有限公司 连续式危废硅胶回收处理制备高纯二氧化硅的装置及加工工艺

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1159466A (en) * 1967-06-29 1969-07-23 Du Pont Silica Aquasols and Powders
JPH02145418A (ja) * 1988-11-28 1990-06-04 Tosoh Corp シリカ粉末およびその製造法
JP4070154B2 (ja) * 1997-06-20 2008-04-02 信越石英株式会社 超高純度シリカ粉及びその製造方法、並びに前記超高純度シリカ粉を用いた単結晶引上げ用シリカガラスルツボ
WO2001047808A1 (fr) * 1999-12-28 2001-07-05 M. Watanabe & Co., Ltd. Procedes de production de particules de silice, de particules de quartz de synthese et de verre au quartz de synthese
KR100326174B1 (ko) * 1999-12-31 2002-02-27 윤종용 솔-젤 공법을 이용한 고순도 실리카 글래스 제조 방법
JP2004292212A (ja) * 2003-03-26 2004-10-21 Kuramoto Seisakusho Co Ltd 合成石英粉の製造方法
EP1700829A1 (en) * 2005-03-09 2006-09-13 Degussa AG Process for the production of glass-monoliths by means of the sol-gel process
DE102007031633A1 (de) * 2007-07-06 2009-01-08 Evonik Degussa Gmbh Verfahren zur Herstellung von hochreinem Siliciumdioxidgranulat
JP6141710B2 (ja) * 2013-07-16 2017-06-07 野口　崇 高純度合成シリカ粉末の製造方法
CN110156303A (zh) * 2019-07-02 2019-08-23 中建材衢州金格兰石英有限公司 一种不透明石英玻璃及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112645340A (zh) 2021-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112645340B (zh) 一种使用硅溶胶制备合成二氧化硅粉末的制造方法
AU644860B2 (en) Producing high purity silica
US9598611B2 (en) High purity silica sol and its production method
CN110862091B (zh) 高纯石英砂及其制备方法与应用
RU2602124C1 (ru) Способ очистки зольного графита
JPS6212608A (ja) 高純度シリカ及びその製造方法
NO126680B (zh)
CN108706614B (zh) 一种活性硅铝粉及其制备方法
JPH02289416A (ja) 低シラノールシリカの製造方法
CN113307275A (zh) 一种高纯结晶二氧化硅颗粒的制备方法
JP6783289B2 (ja) 合成石英粉の製造方法
CN111392704A (zh) 一种光学级偏磷酸铝的制备方法
CN112551534B (zh) 一种超纯球形石英砂的制备方法
WO2022209515A1 (ja) フッ素含有シリカガラス粉、及びフッ素含有シリカガラス粉の製造方法
CN103950941A (zh) 一种化学法制备超高纯石英粉体的方法
JP4649677B2 (ja) 高純度シリカ粒子の製造方法、これにより得られた高純度シリカ粒子及びこれを用いた高純度石英ガラス粒子の製造方法
CN114031085B (zh) 一种降低高固含量硅溶胶粘度的方法
JPS61178414A (ja) 高純度シリカおよびその製造方法
CN115784238B (zh) 一种回收磷石膏中可溶性氟的方法
JPH09295826A (ja) 高純度透明シリカガラスの製造方法
JPH0450132A (ja) 天然石英粉末の精製方法
JPH0230628A (ja) 石英ガラス用原料の精製方法
JP2023121705A (ja) 高純度珪酸アルカリ溶液の製造方法、高純度珪酸アルカリ溶液の製造装置、および高純度珪酸アルカリ溶液、並びに、高純度シリカゾルおよびその製造方法
CN114956605A (zh) 石英管的回收再利用方法
CN114506847A (zh) 一种高纯石英砂深度提纯方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant