DE4123287C2

DE4123287C2 - Verfahren zur Behandlung von kristallinem Siliziumdioxid-Granulat

Info

Publication number: DE4123287C2
Application number: DE19914123287
Authority: DE
Inventors: Reinhard Knof
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-07-13
Filing date: 1991-07-13
Publication date: 1995-11-30
Anticipated expiration: 2011-07-14
Also published as: DE4123287A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Aus der EP 0 219 840 A2 ist ein Verfahren bekannt, Silizi umdioxid mit einer Säuremischung zu behandeln, wobei Fluß säure die Verunreinigungen des Granulates löst. Bei dem bekannten Verfahren wird eine organische Substanz zur weiteren Oberflächenglättung eingesetzt. Der Anteil der organischen Substanz beträgt weniger als 30%.

Es wird weiter auf Derwent-Abstr. AN-70-57122R/23 zu J 70023605-B: Fundstelle Datenbank WPAT hingewiesen.

Bei diesem vorbekannten Verfahren besteht der Nachteil, daß Einschlüsse in dem Kristall nur mit mechanischer oder ther mischer Einwirkung erreicht werden können, d. h. ein not wendiger Reinheitsgrad für die Fertigung in der Halbleite rindustrie nur mit hohem technischen Aufwand erreicht werden kann.

Diese Methode eignet sich dennoch aber nur dann zur Reini gung von Verunreinigungen, wenn die Einschlüsse in einer Ebene oder zumindest annähernd in einer Ebene liegen und diese Ebene eine Öffnung zur Kornoberfläche hat. Dies ist jedoch in tatsächlich vorkommendem Quarz nur selten der Fall.

Daher muß bei dem dort beschriebenen Verfahren eine Konzen tration von beispielsweise 15% (wie auch in dem norwegi schen Patent 144 520 beschrieben) oder doch wenigstens 10% an Flußsäure eingesetzt werden, um Mikroblasen aus Silizi umdioxidkristallen in guter Qualität entfernen zu können. Da diese Flußsäure aber in verdünntem Zustand das Silizium dioxid anlöst, werden erhebliche Mengen von Siliziumdioxid mitgelöst, was zu hohen Verlusten an Produktvolumen führt, die natürlich nicht erwünscht sind. Gleichzeitig verbraucht sich die Flußsäure in erheblichem Maße und wandelt sich in Kieselsäure um, die nur schwer umweltverträglich zu entsor gen ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Ver fahren zu schaffen, bei dem weniger Flußsäure benötigt wird, die Einschlüsse in dem Kristall jedoch erreicht werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die im Hauptanspruch auf geführten Merkmale vorgeschlagen. Der Unteranspruch gibt eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung an.

Ameisensäure und Essigsäure lagern sich bevorzugt an der Oberfläche des Siliziumdioxid-Granulats an und verringern so die Einwirkung der Flußsäure auf die Oberfläche, so daß ein größerer Teil der Flußsäure mit verunreinigenden Ein schlüssen reagieren kann. Die Flußsäure wird über Kapilla ren, Spalte und Risse o. ä. aber auch tief im Granulat sitzende Verunreinigungen erreichen, und dort ggf. auch vorhandene dünne Siliziumdioxid-Wände zwischen bläschen artigen Verunreinigungen lösen.

Im Vergleich zu herkömmlichen Säurebehandlungen, die un kritisch das die Einschlüsse umgebende Material ebenfalls lösen, ermöglicht dieses Verfahren eine große Einsparung an Säure, die später auch nicht entsorgt werden muß, da sich der Einsatz der Säure nun weitgehend auf die Unreinheiten konzentriert. Als Nebeneffekt spart man auch Material ein. Zusätzlich kann auch eine Temperaturbehandlung des Granu lats oberhalb von 900°C zum Entfernen der Einschlüsse vor genommen werden.

Ameisen- und Essigsäure können problemlos in einer Säuremi schung zusammen mit der Flußsäure gemischt werden können, wobei die erzeugte Mischung anschließend wie im Stand der Technik zur gewünschten Stärke mit Wasser verdünnt wird. Diese Säuren können einfach in der Natur abgebaut werden und sind vergleichsweise einfach und günstig zu beschaffen.

Als vorteilhaft hat sich dabei eine Säuremischung mit einer Zusammensetzung aus ca. 180 Teilen 100%iger Ameisensäure mit ca. 60 Teilen 40%iger Flußsäure erwiesen. Dies ent spricht einer Säuremischung von 88 Teilen Ameisensäure und 12 Teilen Flußsäure.

Das so beschaffene Säuregemisch zur Reinigung kann auch mit noch mehr Wasser als im Stand der Technik verdünnt werden, also weniger Flußsäure prozentual enthalten, da sich nicht mehr so viel Flußsäure an der Oberfläche verbraucht, son dern nur in den Rissen reagiert.

Der mit dieser Erfindung erzielte Vorteil besteht insbeson dere darin, daß sich das Verhältnis von entfernten Mikro einschlüssen zu aufgelöstem kristallinen Siliziumdioxid deutlich verbessert. Hierdurch kann die Qualität des Pro duktes durch verlängerte Einwirkzeiten problemlos verbes sert werden, ohne daß dadurch ein erhöhter Substanzverlust auftritt.

Bei der Verwendung von organischen Lösungsgenossen werden bestimmte Flächen durch den Zusatz dieser Lösungsgenossen vor der Flußsäure oder einer ähnlichen starken Säure ge schützt. Es hat sich gezeigt, daß insbesondere die Zugabe von Essigsäure oder Ameisensäure als Lösungsgenossen bei sonst gleichen Versuchsbedingungen deutlich mehr Mikro blasen entfernen, ohne daß der Anteil an aufgelöstem Sili ziumdioxid anstieg.

Als Beispiel soll hierzu aufgeführt werden, daß 100 g kristalline Kieselsäure in 240 ml Säuremischung bei 90°C für 1 Stunde Verweildauer folgende Ergebnisse hatte:

- bei 60 ml HF (40%) und der Zugabe von 180 ml H₂O wur den 81% Mikroblasen entfernt,
- bei 60 ml HF (40%) und 180 ml Eisessig (100%) wurden 85% Mikroblasen entfernt und
- bei einer Mischung aus 60 ml HF (40%) und 180 ml Ameisensäure (100%) wurden 88% Mikroblasen entfernt.

Prozentual ist der Unterschied zwar gering, jedoch muß bei dem herkömmlichen Verfahren ein erheblicher Aufwand getrie ben werden um gerade diese letzten Prozentpunkte an Rein heit zu erreichen. Die Menge des aufgelösten Siliziumdioxi des war stets gleich groß bei diesen Versuchen.

Es hat sich weiter gezeigt, daß Quarzgranulat mit einer Korngröße kleiner als 5 mm und bevorzugt größer als 100 µm besonders geeignet für dieses Verfahren ist.

Diese Säuremischung zieht ihren Vorteil daraus, daß sich die organische Substanz an der Oberfläche des Siliziumdio xids anlagert und dieses dadurch vor dem Kontakt mit der sehr aggressiven Flußsäure bewahrt, oder doch zumindest diesen Kontakt so herabsetzt, daß nur noch eine deutlich geringere Anlösung stattfindet. Eine nennenswerte Anlösung durch die organische Säure erfolgt nicht.

Vorteil dieses Verfahrens ist es daher insbesondere, daß im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren des Herauslösens mit Flußsäure ein wesentlich geringerer Teil des Produktes durch die Flußsäure gelöst wird und ebenfalls aus genau dem gleichen Grunde wesentlich weniger der teueren und sehr gefährlichen bzw. nur sehr schwer umweltfreundlich zu ent sorgenden Flußsäure benötigt wird.

Claims

1. Verfahren zur Behandlung von kristallinem Silizium dioxid-Granulat mit einer Korngröße von weniger als 5 mm zur anschließenden Verwendung als Granulat für die Produktion von hochwertigem Quarzglas, insbesondere für Anwendungen in der optischen und in der Halbleiterindu strie, bei dem das Granulat in einer aus Flußsäure und einer organischen Substanz bestehenden Säuremischung von seinen Verunreinigungen befreit wird, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Substanz Ameisensäure oder Essigsäure ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Säuremischung aus ca. 88 Teilen Ameisensäure und ca. 12 Teile Flußsäure besteht.