DE10007785B4

DE10007785B4 - Verfahren zum Herstellen eines ultrafeinen Siliciumdioxidpulvers

Info

Publication number: DE10007785B4
Application number: DE10007785A
Authority: DE
Inventors: Akio Omuta Yoshida; Hideaki Omuta Nagasaka; Akira Omuta Kobayashi
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1999-02-23
Filing date: 2000-02-21
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2020-02-22
Also published as: JP2000247626A; DE10007785A1; JP3960700B2; US6333013B1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines ultrafeinen Siliciumdioxid-Pulvers, das eine spezifische Oberfläche von mindestens 35 m²/g und einen Gehalt an groben Teilchen mit Größen von mindestens 1 μm von nicht mehr als 5 Gew.-% aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
(A) Wärmebehandeln einer Rohmaterial-Aufschlämmung, enthaltend
(A-1) ein Siliciumdioxid-Pulver,
(A-2) ein Reduktionsmittel, umfassend ein metallisches Siliciumpulver und/oder ein Kohlenstoffpulver, und
(A-3) Wasser,
bei einer Temperatur im Bereich von 1700°C und 2230°C in einer reduzierenden Atmosphäre mit einer Sauerstoff-Konzentration von weniger als 1 Gew.-% zur Erzeugung eines SiO-haltigen Gases,
(B) unmittelbares Abkühlen dieses Gases in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre und
(C) Sammeln der Siliciumdioxid-Teilchen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines hochreinen ultrafeinen Siliciumdioxid-Pulvers.

DISKUSSION DES STANDES DER TECHNIK

Die US 3,642, 453 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Siliciumdioxid-Teilchen, bei dem ein Siliciumoxidgas in Gegenwart von Wasser kondensiert wird.

Aus der EP 0 801 037 ist ein Verfahren zur Herstellung von kleinen Hohlkugeln aus Glas bekannt.

Die DE 1 079 608 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von festem, disproportioniertem Siliciummonoxid.

Die US 2,535,659 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Silika-Teilchen, bei dem Siliciumdioxid reduktiv verdampft und anschließend oxidativ kondensiert wird.

Bisher wurde ein ultrafeines Siliciumdioxid-Pulver mit einer großen spezifischen Oberfläche, z.B., in Kautschuke und Harze zu deren Verstärkung eingearbeitet. Das ultrafeine Siliciumdioxid-Pulver kann, z.B., durch thermische Flammen-Zersetzung von Siliciumtetrachlorid erhaltenes Siliciumdioxid (pyrogenes Siliciumdioxid) oder gefälltes Siliciumdioxid sein, das aus Natriumsilicat-Lösung hergestellt ist (gefälltes Siliciumdioxid), und es hat eine außerordentlich große spezifische Oberfläche von 50 bis 500 m²/g.

Das pyrogene Siliciumdioxid ist jedoch teuer, da ein teures Siliciumtetrachloridgas als ein Rohmaterial eingesetzt wird, und das gefällte Siliciumdioxid hat eine geringe Reinheit von 95%, und sein Gebrauch ist beschränkt, obwohl es bei relativ geringen Kosten erhältlich ist. Diese Verfahren sind nicht immer angemessen für eine Massenproduktion, und es war daher erwünscht, ein Verfahren zur Mas senproduktion zu entwickeln, um hochreines ultrafeines Siliciumdioxid-Pulver bei geringen Kosten herzustellen.

Als ein Herstellungsverfahren unter Einsatz eines Siliciumdioxid-Rohmaterials geringer Kosten kann, z.B., ein Verfahren des Sprühens einer Aufschlämmung eines Siliciumdioxid-Rohmaterials und einer brennbaren Flüssigkeit in eine Flamme (JP-A-10-297915) oder ein Verfahren des Abschreckens eines durch Erhitzen eines Siliciumdioxid-Rohmaterials auf eine Temperatur von mindestens dem Siedepunkt des Siliciumdioxids gebildeten Dampfes (JP-A-2-233515) vorgeschlagen werden. Die in der JP-A-10-297915 offenbarte Technik ist jedoch im Grunde ein Verfahren zum Schmelzen durch eine Flamme hoher Temperatur, und die mittlere Teilchengröße der erhaltenen Siliciumdioxid-Teilchen liegt bei einem Niveau von mehreren μm und erreicht nicht das Submicron-Niveau ultrafeinen Pulvers. Da das in der JP-A-2-233515 offenbarte Verfahren eine Dampfphasen-Reaktion umfasst, kann damit ultrafeines Pulver erhalten werden. Die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von mindestens dem Siedepunkt des Siliciumdioxids (2.230°C) ist jedoch erforderlich, und demgemäß wird das Produkt durch Verunreinigungen im Ofenmaterial kontaminiert sein und eine geringe Reinheit aufweisen, oder es mag erforderlich sein, ein außerordentlich teures Ofenmaterial zu benutzen, das für ein industrielles Verfahren nicht geeignet ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde unter diesen Umständen gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines hochreinen ultrafeinen Siliciumdioxid-Pulvers durch Wärmebehandlung bei einer relativ geringen Temperatur unter Einsatz eines Siliciumdioxid-Rohmaterials für eine Massenproduktion zu schaffen.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen eines ultrafeinen Siliciumdioxid-Pulvers, umfassend die Merkmale von Anspruch 1.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung detaillierter erläutert.

Die Art des in der vorliegenden Erfindung einzusetzenden Siliciumdioxid-Pulvers ist nicht besonders eingeschränkt, und in Anbetracht der Kosten ist ein Siliciumdioxid-Pulver bevorzugt, das durch Zerkleinern von Siliciumdioxidstein erhalten ist. Die Korngröße liegt vorzugsweise im Bereich von Submicron bis 100 μm, insbesondere bevorzugt von 1 bis 30 μm, da das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung eine SiO-Gas erzeugende Reaktion umfasst.

Jenseits dieses Bereiches ist es schwierig, grobe Teilchen bei einer Wärmebehandlungs-Temperatur der vorliegenden Erfindung zu SiO zu vergasen. Bezüglich feiner Teilchen wird nicht nur die Handhabungs-Effektivität verschlechtert, sondern die Teilchen ballen sich auch zusammen, um in ähnlicher Weise die SiO-Vergasung zu beeinträchtigen. Die Reinheit ist vorzugsweise so hoch wie möglich. Die vorliegende Erfindung ist charakterisiert durch Einsatz einer Rohmaterial-Mischung, die sowohl ein metallisches Siliciumpulver und/oder ein Kohlenstoffpulver umfassendes Reduktionsmittel und Wasser, gemischt mit einem Siliciumdioxid-Pulver, enthält. Die SiO-Vergasung kann unangemessen sein, wenn man nur eines der Reduktionsmittel und das Wasser benutzt, und es mag sein, dass kein ultrafeines Siliciumdioxid-Pulver hergestellt werden kann. Das ultrafeine Pulver ist hier als ein Pulver definiert, das hauptsächlich aus Submicron- oder kleineren Teilchen besteht, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 35 m²/g, vorzugsweise mindestens 50 m²/g und einen Gehalt an groben Teilchen mit Größen von mindestens 1 μm von nicht mehr als 5 Gew.-%, vorzugsweise nicht mehr als 2 Gew.-%, aufweisen.

Es ist nicht klar, warum ein überraschend ultrafeines Pulver selbst bei einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von höchstens des Siedepunktes des Siliciumdioxids durch Einsetzen beider Reduktionsmittel und Wasser, wie in der vorliegenden Erfindung, erhalten werden kann. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass aufgrund der synergistischen Wirkung des Reduktionsmittels und des Wassers die Bindungen der Si-Atome und der O-Atome an der Oberfläche der Siliciumdioxid-Teilchen durch Wasserdampf geschwächt werden und dann das Reduktionsmittel damit reagiert, wodurch die Vergasung zu SiO deutlich beschleunigt wird. Weiter erhöht die Anwesenheit des Wassers nicht nur die spezifische Oberfläche, sondern unterdrückt auch das zurückbleibende Reduktionsmittel.

Das in der vorliegenden Erfindung einzusetzende Reduktionsmittel umfasst ein metallisches Siliciumpulver und/oder ein Kohlenstoffpulver. Je höher die Reinheit, um so besser, und in Anbetracht der Beschleunigung der SiO-Vergasung aufgrund der Reaktionswärme ist ein metallisches Silicium bevorzugt. Obwohl die Menge des Reduktionsmittels von der Reaktions-Temperatur abhängt und nicht beschränkt sein mag, beträgt sie vorzugsweise von 0,25 bis 4 Mol, insbesondere bevorzugt von 0,7 bis 1,5 Mol pro Mol des SiO₂-Gehaltes im Siliciumdioxid-Pulver.

Die Menge des Wassers ist nicht besonders begrenzt, solange der Wassergehalt mindestens 5 Gew.-% in der Mischung mit dem Rohmaterial-Siliciumdioxidpulver und dem Reduktionsmittel ausmacht, obwohl er nicht zu hoch sein sollte. Weiter kann das Wasser durch einen Alkohol, wie Methanol, in einer Menge von höchstens 30 Gew.-% ersetzt werden.

Die in der vorliegenden Erfindung einzusetzende Rohmaterial-Mischung kann in Form einer Aufschlämmung oder eines Pulvers vorliegen. Im Falle einer Aufschlämmung ist es einfach, die Tröpfchen aus einer Düse in eine Flamme zu injizieren, wodurch die Produktivität weiter erhöht wird. In einem solchen Falle beträgt der Feststoffgehalt in der Aufschlämmung vorzugsweise etwa 20 bis etwa 60 Gew.-%. Ist er geringer als 20 Gew.-%, dann ist die Produktivität gering, und die Wärmemenge zur Verdampfung des Wassers wird groß sein, wodurch die Vergasung zu SiO gehindert wird. Übersteigt sie 60 Gew.-%, dann wird es schwierig, die Tröpfchen in eine Flamme zu injizieren, und weiter wird die Vergasung zu SiO auch behindert. Als ein Verfahren zum Injizieren der Aufschlämmung ist eine Luftzerstäubungsdüse bevorzugt, die die Tröpfchengröße soweit wie möglich verringern kann, und besonders bevorzugt ist eine mit einer Struktur, die die Tröpfchengröße auf ein Niveau von einigen μm verringern kann.

In der vorliegenden Erfindung wird die Rohmaterial-Mischung bei einer Temperatur im Bereich von 1.700°C bis 2.230°C in einer reduzierenden Atmosphäre mit einer Sauerstoff-Konzentration von weniger als 1 Gew.-% wärmebehandelt, um ein SiO-haltiges Gas zu erzeugen. Die Temperatur für die Wärmebehandlung beträgt mindestens 1.700°C, besonders bevorzugt von 1.800 bis 2.100°C. Ist die Wärmebehandlungs-Temperatur deutlich geringer, dann wird die Vergasungs-Reaktion zu SiO unangemessen sein. Die obere Grenze der Wärmebehandlungs-Temperatur ist im Hinblick auf den Siedepunkt des Siliciumdioxids (2.230°C) höchstens 2.230°C.

Der Ort der hohen Temperatur bei der Wärmebehandlung der vorliegenden Erfindung kann, z.B., in einem elektrischen Ofen oder in einem Verbrennungsofen durch eine Flamme erhalten werden, und in Anbetracht von, z.B., der Massenproduktivität, der Einfachheit der Einstellung der Atmosphäre und der Einfachheit, die lokale Temperatur-Verteilung zu erhalten, ist ein Verbrennungsofen bevorzugt. Das Brenngas kann, z.B., Wasserstoff, Flüssiggas, Erdgas, Acetylengas, Propangas oder Butan sein, und das Trägergas dafür kann die Luft oder Sauerstoff sein.

In der vorliegenden Erfindung ist es erforderlich, bei der Wärmebehandlung die Stelle der hohen Temperatur in einer reduzierenden Atmosphäre mit einer Sauerstoff-Konzentration von weniger als 1 Gew.-% zu halten, um die Vergasung des Siliciumdioxid-Pulvers zu SiO zu beschleunigen. Im Falle eines elektrischen Ofens wird sie durch Zuführen eines reduzierenden Gases, wie Wasserstoff, einem Kohlenwasserstoff oder Kohlenmonoxid, in den Ofen ausgeführt, und im Falle eines Verbrennungsofens wird sie durch Regeln des Anteiles des Brenngases zum Trägergas ausgeführt. Spezifisch wird sie ausgeführt durch Zuführen des Trägergases in einer Menge von 10 bis 70% weniger als dem theoretischen Wert. Es ist erforderlich, in den Produkten zurückbleibenden Kohlenstoff zu beachten, wenn die Stelle hoher Temperatur sich in einem außerordentlich reduzierenden Zustand befindet.

Im Falle eines elektrischen Ofens wird die Zufuhr der Rohmaterial-Mischung vorzugsweise ausgeführt durch kontinuierliche Zufuhr in den bei einer hohen Temperatur gehaltenen Ofen in der gleichen Richtung wie die Strömung des reduzierenden Gases oder in einer entgegengesetzten Richtung. Im Falle eines Verbrennungsofens wird die Rohmaterial-Mischung in eine Flamme in einer reduzierenden Atmosphäre injiziert. Die Injektion wird, z.B., mittels eines Sprühzerstäubers, wie einer Luftzerstäubungsdüse, eines Ultraschallverneblers oder eines Zerstäubers mit einer rotierenden Scheibe ausgeführt, und eine Luftzerstäubungsdüse ist in Anbetracht der Massenproduktivität und der Beschleunigung der Vergasung zu SiO am geeignetsten.

Im Falle der Injektion mittels einer Luftzerstäubungsdüse wird die Rohmaterial-Mischung vorzugsweise in Form einer Aufschlämmung zugeführt. Die Struktur der Düse ist vorzugsweise derart, dass die durch Injektion der Aufschlämmung gebildeten Tröpfchen sehr klein sind und die Düse kaum verstopft wird. Die Bohrung der Öffnung der Aufschlämmungs-Injektionsspitze hat vorzugsweise mindestens 2 mm, und die Strömungsrate des Gases für die Aufschlämmungs-Injektion an der Düsenspitze beträgt vorzugsweise mindestens 10 m/s, besonders bevorzugt von 100 bis 400 m/s.

Wie oben ausgeführt, wird das SiO-haltige Gas erzeugt durch die Wärmebehandlung der Rohmaterial-Mischung, und in der vorliegenden Erfindung wird dieses Gas unmittelbar aus der Stelle hoher Temperatur abgegeben und in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre abgekühlt. Im Falle eines elektrischen Ofens kann das SiO-haltige Gas durch Vermischen mit dem abzulassenden reduzierenden Gas oder durch Ansaugen abgegeben werden. Im Falle eines Verbrennungsofens wird das SiO-haltige Gas durch Absaugen als kugelförmige Teilchen in einer üblichen Flammsprüh-Einheit abgelassen und zum Sammelsystem transportiert.

Dann wird das SiO-haltige Gas in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre oxidiert und SiO wird in feine Siliciumdioxid-Teilchen umgewandelt und gesammelt. Diese Operation wird vorzugsweise durch Transportieren des SiO-haltigen Gases zum Sammelsystem, wie einem Beutelfilter, mittels eines sauerstoffhaltigen Gases, wie der Luft, sowohl im Falle eines elektrischen Ofens als auch eines Verbrennungsofens, ausgeführt. In diesem Falle können die mittlere Teilchengröße und die spezifische Oberfläche durch die Einführungs-Position und die Strömungsrate des Gases eingestellt werden. Insbesondere im Falle eines Verbrennungsofens hat das durch die Flamme hindurchgegangene SiO-haltige Gas noch immer eine Temperatur von mindestens 1.600°C, und es ist demgemäß bevorzugt, dieses Gas durch Zufuhr des sauerstoffhaltigen Gases von einem Teil in einer geringen Entfernung vom Ende der Flamme zwangszukühlen.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung detaillierter unter Bezugnahme auf Beispiele beschrieben. Es sollte jedoch klar sein, dass die vorliegende Erfindung in keiner Weise auf solche spezifischen Beispiele beschränkt ist.

BEISPIEL 1
100 Gewichtsteile eines gemischten Pulvers, umfassend ein Siliciumdioxid-Pulver (mittlere Teilchengröße: 2 μm, maximale Teilchengröße:60 μm) und ein metallisches Siliciumpulver (mittlere Teilchengröße: 10 μm, maximale Teilchengröße: 100 μm) in einem solchen Verhältnis, dass das metallische Siliciumpulver 0,8 Mol pro Mol des SiO₂-Gehaltes im Siliciumdioxid-Pulver betrug, und 100 Gewichtsteile reines Wasser wurden vermischt und 10 kg davon in einen dünnen Behälter gegeben und einem elektrischen Durchlaufofen zugeführt, dessen Temperatur mittels eines kontinuierlichen Ansatzsystemes bei 1.700°C gehalten wurde. Weiter wurde Wasserstoffgas in der gleichen Richtung wie die Rohmaterial-Mischung zugeführt, und das Wasserstoffgas und das erzeugte Gas wurden von einer Abzugsöffnung, die an der oberen Seite der entgegengesetzten Richtung geschaffen war, mittels eines Gebläses abgesaugt und weiter mit Luft zum Kühlen in Berührung gebracht, und feine Teilchen wurden mit einem Beutelfilter gesammelt.
Die erhaltenen feinen Teilchen bildeten ein ultrafeines Siliciumdioxid-Pulver mit einer spezifischen Oberfläche von 70 m²/g, einem Gehalt an Rohteilchen mit Größen von mindestens 1 μm von weniger als 1 Gew.-% und einer SiO₂-Reinheit von 99,0 Gew.-%.
BEISPIEL 2
Ein ultrafeines Siliciumdioxid-Pulver wurde unter Anwendung eines Verbrennungsofens der folgenden Struktur hergestellt. Der Verbrennungsofen war mit einem Flüssiggas-Sauerstoff-Mischtypbrenner von Doppelrohr-Struktur am Oberteil des Ofens versehen, um eine innere Flamme und eine äußere Flamme zu bilden, und der Brenner war weiter mit einer Luftzerstäubungsdüse für die Aufschlämmungs-Injektion in einem zentralen Abschnitt versehen. Eine Aufschlämmung und Sauerstoff wurden vom Zentrum der Luftzerstäubungsdüse bzw. von deren Peripherie in die Flammen injiziert. Die Flammen wurden gebildet durch Injektion einer Mischung von Flüssiggas und Sauerstoff für die innere Flamme und für die äußere Flamme von Poren in den entsprechenden Injektionslöchern im Brenner mit Doppelrohr-Struktur, und ihre Temperaturen und Atmosphären wurden eingestellt durch Regeln der Mengen von Flüssiggas und Sauerstoffgas. Der Abschnitt, in dem die Flammen gebildet wurden, ist ein Reaktionsteil, und er ist aufgrund der Bildung der Flammen vom Kontakt mit der Luftschicht abgeschnitten. Die Seitenwandung des Reaktionsteils ist durch ein wärmeisolierendes Material aus Aluminiumoxid geschützt, und eine Lufteinführungs-Pore ist in der Nähe des Endes des Reaktionsteiles zur Abschreck-Oxidation des erzeugten Gases geschaffen. Das Produkt wird mittels eines Gebläses zum Sammelsystem transportiert und mittels eines Beutelfilters gesammelt.
Ein Mischpulver, umfassend das gleiche Siliciumdioxid-Pulver und Siliciumpulver, wie sie in Beispiel 1 benutzt werden, gemischt in einem äquimolaren Verhältnis, wurde in reines Wasser gegeben, um eine Aufschlämmung mit einer Aufschlämmungs-Konzentration von 50% herzustellen. Die Aufschlämmung wurde in die Flamme im Verbrennungsofen vom Zentrum der Luftzerstäubungsdüse (Modell BNH160S-IS, hergestellt durch Atomax) in einer Rate von 20 kg/h injiziert. Für die Injektion wurde ein Sauerstoffgas mit einem Manometerdruck von 0,3 MPa bei einer Gasströmungsrate von etwa 12 Nm³/h benutzt.
Für die innere Flamme wurde vom Brenner ein gemischtes Gas aus Flüssiggas (6 Nm³/h) und Sauerstoffgas (12 Nm³/h) (entsprechend 40% der vollständigen Verbrennungsmenge) vom Brenner injiziert, um den Aufschlämmungs-Injektionsteil mit einer reduzierenden Flamme abzudecken, und für die äußere Flamme wurde vom Raum in der äußersten Peripherie des Brenners ein gemischtes Gas aus Flüssiggas (4 Nm³/h) und Sauerstoffgas (16 Nm³/h) (entsprechend 80% der vollständigen Verbrennungsmenge) injiziert, um die innere Flamme von der äußeren Luftschicht abzuschneiden. Die Zufuhrrate der Luft von der Luft einführenden Pore betrug 400 Nm³/h.
Am gesammelten Pulver wurden die spezifische Oberfläche, der Gehalt an groben Teilchen mit Größen von mindestens 1 μm durch Messen der Teilchengrößen-Verteilung und die Reinheit an SiO₂ gemessen. Weiter wurde die Temperatur der den Injektionsteil abdeckenden inneren Flamme mittels eines Thermoelementes aus W und Re im zentralen Abschnitt der Flamme gemessen. Weiter wurde die reduzierende Eigen schaft der inneren Flamme durch Messen der Sauerstoff-Konzentration bestimmt. Die Ergebnisse sind zusammen mit den Produktions-Bedingungen in Tabelle 1 gezeigt.
BEISPIELE 3 bis 7 und VERGLEICHSBEISPIELE 1 und 2
Ein ultrafeines Siliciumdioxid-Pulver wurde mit der Ausnahme in der gleichen Weise wie in Beispiel 2 hergestellt, dass die Zufuhrrate des Flüssiggases und des Sauerstoffgases an der inneren Peripherie des Brenners und die Zufuhrrate der Luft von der Lufteinführungs-Pore verschieden geändert wurden. Im Vergleichsbeispiel 2 wurde die Luft vom Oberteil des Ofens eingeleitet, um eine außerordentlich oxidierende Atmosphäre zu erhalten. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
VERGLEICHSBEISPIEL 3
Ein ultrafeines Siliciumdioxid-Pulver wurde mit der Ausnahme in der gleichen Weise wie in Beispiel 2 hergestellt, dass die die gemischten Pulver aus Siliciumdioxid-Pulver und dem Siliciumpulver, die in einem äquimolaren Verhältnis gemischt waren, mittels einer Tisch-Vorschubeinrichtung in einer Rate von 10 kg/h anstelle der Rohmaterial-Aufschlämmung, die in Beispiel 2 benutzt wurde, zugeführt wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
Wie aus Tabelle 1 deutlich wird, wurde in den Beispielen 2 bis 7 der vorliegenden Erfindung ein hochreines ultrafeines Siliciumdioxid-Pulver erhalten, und in den Beispielen 5 bis 7 wurde bestätigt, dass die spezifische Oberfläche des hochreinen ultrafeien Siliciumdioxid-Pulvers um so größer ist, je höher die Zufuhrrate der Kühlluft ist. In den Vergleichsbeispielen 1 und 2, bei denen die innere Flamme in einer oxidierenden Atmosphäre brannte, und in Vergleichsbeispiel 3, bei dem in der Rohmaterial-Mischung kein Wasser vorhanden war, war die spezifische Oberfläche gering und es wurde eine große Menge an groben Teilchen mit Größen von mindestens 1 μm gebildet.
BEISPIELE 8 bis 10 und VERGLEICHSBEISPIEL 4
Ein ultrafeines Siliciumdioxid-Pulver wurde mit der Ausnahme in der gleichen Weise wie in Beispiel 2 hergestellt, dass das Verhältnis des Siliciumdioxid-Pulvers zum metallischen Siliciumpulver oder Kohlepulver, als dem Reduktionsmittel, geändert wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
BEISPIEL 11
Ein ultrafeines Siliciumdioxid-Pulver wurde mit der Ausnahme in der gleichen Weise wie in Beispiel 2 hergestellt, dass 20 Gew.-% des reinen Wassers durch Ethanol ersetzt wurden, um eine Aufschlämmung herzustellen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
BEISPIEL 12
Ein ultrafeines Siliciumdioxid-Pulver wurde mit der Ausnahme in der gleichen Weise wie in Beispiel 6 hergestellt, dass das Verhältnis des metallischen Siliciumpulvers zu 1,5 Mol pro Mol des Siliciumdioxid-Pulvers geändert wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2
Wie aus Tabelle 2 deutlich wird, wurde in Vergleichsbeispiel 4, bei dem kein Reduktionsmittel hinzugegeben worden war, eine große Menge grober Teilchen mit Größen von mindestens 1 μm gebildet, und ein ultrafeines Pulver wurde erhalten durch Einsetzen einer geeigneten Menge des Reduktionsmittels.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein ultrafeines Siliciumdioxid-Pulver mit einer hohen Reinheit und einer großen Oberfläche leicht hergestellt werden durch Wärmebehandeln eines Siliciumdioxidpulver-Rohmaterials selbst bei einer Temperatur unterhalb des Siedepunktes des Siliciumdioxids (2.230°C), wodurch eine Massenproduktion möglich wird.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines ultrafeinen Siliciumdioxid-Pulvers, das eine spezifische Oberfläche von mindestens 35 m²/g und einen Gehalt an groben Teilchen mit Größen von mindestens 1 μm von nicht mehr als 5 Gew.-% aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (A) Wärmebehandeln einer Rohmaterial-Aufschlämmung, enthaltend (A-1) ein Siliciumdioxid-Pulver, (A-2) ein Reduktionsmittel, umfassend ein metallisches Siliciumpulver und/oder ein Kohlenstoffpulver, und (A-3) Wasser, bei einer Temperatur im Bereich von 1700°C und 2230°C in einer reduzierenden Atmosphäre mit einer Sauerstoff-Konzentration von weniger als 1 Gew.-% zur Erzeugung eines SiO-haltigen Gases, (B) unmittelbares Abkühlen dieses Gases in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre und (C) Sammeln der Siliciumdioxid-Teilchen.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Rohmaterial-Aufschlämmung eine Feststoff-Konzentration von 20 bis 60 Gew.-% aufweist, und die Wärmebehandlung mittels einer Flamme ausgeführt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Rohmaterial-Aufschlämmung von 0,25 bis 4 Mol des Reduktionsmittels pro Mol des SiO₂-Gehaltes im Siliciumdioxid-Pulver umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Rohmaterial-Aufschlämmung von 0,7 bis 1,5 Mol des Reduktionsmittels pro Mol des SiO₂-Gehaltes im Siliciumdioxid-Pulver umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Kühlen ein Zwangskühlen durch Zuführen eines sauerstoffhaltigen Gases ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das ultrafeine Siliciumdioxid-Pulver eine spezifische Oberfläche von mindestens 50 m²/g und einen Gehalt an groben Teilchen mit Größen von mindestens 1 μm von nicht mehr als 2 Gew.-% aufweist.