EA019657B1 - Method of making amorphous silicon dioxide nanopowder - Google Patents

Method of making amorphous silicon dioxide nanopowder Download PDF

Info

Publication number
EA019657B1
EA019657B1 EA201200678A EA201200678A EA019657B1 EA 019657 B1 EA019657 B1 EA 019657B1 EA 201200678 A EA201200678 A EA 201200678A EA 201200678 A EA201200678 A EA 201200678A EA 019657 B1 EA019657 B1 EA 019657B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
silicon dioxide
nanopowder
temperature
reaction
reducing agent
Prior art date
Application number
EA201200678A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA201200678A1 (en
Inventor
Олег Анатольевич Власов
Original Assignee
Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет"
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 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" filed Critical Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет"
Publication of EA201200678A1 publication Critical patent/EA201200678A1/en
Publication of EA019657B1 publication Critical patent/EA019657B1/en

Links

Landscapes

  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

The invention relates to methods for producing metal oxide nanopowders, in particular, silicon dioxide nanopowder. The method for producing amorphous silicon dioxide nanopowder comprises evaporation, condensation of material vapor and deposition of nanopowder, characterized in that minced silicon dioxide is loaded into reaction crucible, and the silicon dioxide is reduced by blowing with water vapors, while carbonic reducing agent is passed through the water vapors, wherein the temperature of initial minced silicon dioxide and carbonaceous additives is maintained within 1150-1250°C. The reaction products are discharged via reaction crucible top section.

Description

Изобретение относится к способам получения нанопорошков оксидов металлов, в частности нанопорошков диоксида кремния.The invention relates to methods for producing nanopowders of metal oxides, in particular nanopowders of silicon dioxide.

Существуют способы получения нанопорошков. Способ получения металлических нанопорошков разложением карбонила металла при использовании индукционной плазменной горелки РФ № 2008152775 включает обеспечение наличия карбонила металла, введение карбонила металла в индукционную плазменную горелку, проведение разложения карбонила металла внутри индукционной плазменной горелки с образованием наноразмерных металлических частиц, быстрое охлаждение наноразмерных металлических частиц и сбор наноразмерных частиц. Недостатком данного способа является перевод металлов в их карбонилы, а также карбонил металла подвергается воздействию температуры примерно 3000-11000 К в индукционной плазменной горелке, что требует использования плазменного оборудования.There are methods for producing nanopowders. A method for producing metal nanopowders by decomposing a metal carbonyl using an induction plasma torch of the Russian Federation No. 2008152775 involves providing a metal carbonyl, introducing a metal carbonyl into an induction plasma torch, decomposing a metal carbonyl inside an induction plasma torch to form nanosized metal particles, rapidly cooling nanosized metal particles and collecting nanoscale particles. The disadvantage of this method is the conversion of metals to their carbonyls, and the metal carbonyl is exposed to a temperature of about 3000-11000 K in an induction plasma torch, which requires the use of plasma equipment.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ получения нанопорошков и устройство для его реализации (патент РФ №2353573, опубл. 27.06.2008), включающий испарение, конденсацию паров материала и осаждение нанопорошка. Недостатками данного способа являются испарение мишени импульсным электронным пучком с энергией не более 100 кэВ, длительностью импульсов от 20 до 300 мкс, плотностью энергии не менее 1 МДж/см и системы создания перепада давления газа в диапазоне 1-20 Па.Closest to the claimed invention is a method for producing nanopowders and a device for its implementation (RF patent No. 2353573, publ. 06/27/2008), including evaporation, condensation of material vapor and precipitation of the nanopowder. The disadvantages of this method are the evaporation of the target by a pulsed electron beam with an energy of not more than 100 keV, a pulse duration of 20 to 300 μs, an energy density of at least 1 MJ / cm and a gas pressure drop system in the range of 1-20 Pa.

Задачей данного способа является упрощение процесса получения нанопорошка аморфного диоксида кремния.The objective of this method is to simplify the process of obtaining a nanopowder of amorphous silicon dioxide.

Решение поставленной задачи достигают тем, что в способе получения нанопорошка аморфного диоксида кремния, включающем испарение и осаждение нанопорошка, через реакционный объем, содержащий измельченный диоксид кремния, продувают пары воды, предварительно прошедшие через углеродистый восстановитель, процесс ведут при температуре 1150-1250°С, а продукты реакции выводят через верхнюю часть реакционного объема.The solution of this problem is achieved by the fact that in the method for producing nanopowder of amorphous silicon dioxide, including evaporation and deposition of nanopowder, water vapor is blown through a reaction volume containing crushed silicon dioxide, previously passed through a carbon reducing agent, the process is carried out at a temperature of 1150-1250 ° C, and the reaction products are removed through the upper part of the reaction volume.

При получении нанопорошка аморфного диоксида кремния по предлагаемому способу используют измельченную двуокись кремния, например кварцевый песок, углеродистый восстановитель (каменноугольный кокс) и пары воды, которые, в свою очередь, взаимодействуют с углеродистым восстановителем с образованием газообразных водорода и монооксида углерода при температуре выше 740°С по реакции:When obtaining amorphous silicon dioxide nanopowder according to the proposed method, crushed silicon dioxide is used, for example, silica sand, carbon reducing agent (coal coke) and water vapor, which, in turn, interact with carbon reducing agent to form hydrogen gas and carbon monoxide at temperatures above 740 ° C according to the reaction:

Н2О(|) + С{1) = 2Н(|) + СО(|). (1)H 2 O (|) + C (1) = 2H (|) + CO (|) . (one)

Продукты реакции (1) восстанавливают двуокись кремния при температуре выше 1150°С до газообразного монооксида кремния:The products of reaction (1) reduce silicon dioxide at a temperature above 1150 ° C to gaseous silicon monoxide:

Наличие водорода в реакции (2) снижает температуру начала реакции (2) по сравнению с тем, если бы в качестве восстановителя использовался монооксид углерода.The presence of hydrogen in reaction (2) lowers the temperature of the onset of reaction (2) compared with the use of carbon monoxide as a reducing agent.

Полученный газообразный монооксид кремния, взаимодействуя с кислородом паров воды, образует двуокись кремния, которая осаждается, выходя из реактора:The resulting gaseous silicon monoxide, interacting with oxygen from water vapor, forms silicon dioxide, which precipitates when leaving the reactor:

Однако, повышая температуру, практически одновременно, протекающих реакций 2 и 3 свыше 1250°С, увеличивается вероятность появления в продуктах реакции 8Ю.However, increasing the temperature, almost simultaneously, of reactions 2 and 3 above 1250 ° C, the likelihood of the appearance of 8Su reactions in the products increases.

Полученный диоксид кремния образуется при температурах (не более 1250°С) значительно ниже температуры плавления 8ίΟ2, что предотвращает коагуляцию получаемых частиц 8ίΟ2 и способствует получению мелкодисперсных частиц, а практически полное отсутствие интервала перехода 81О(г)^81О2(т) делает возможным получение аморфных частц.The resulting silicon dioxide is formed at the temperatures (not more than 1250 ° C) significantly lower than the melting temperature 8ίΟ 2 which prevents coagulation of the particles to 8ίΟ 2 and contributes to obtaining fine particles, a virtually complete absence interval transition 81O (z) 81O 2 (t) does it is possible to obtain amorphous particles.

Для получения нанопорошка аморфного диоксида кремния по заявляемому способу использовали установку (см. фигуру), состоящую из керамического тигля 1, опрокинутого вверх дном (реакционный объем), в верхнюю часть которого загружали измельченный диоксид кремния 2, а в нижнюю - углеродистый восстановитель - каменноугольный кокс 3. Диоксид кремния и каменноугольный кокс разделяли картонной перегородкой для предотвращения перемешивания при установке тигля в печь 4 с регулируемой температурой, работающей в области температур 20-1300°С. В дне тигля просверлено два отверстия, в одно из которых вставлена алундовая трубка 5 для подачи паров воды, а во второе - алундовая трубка большего диаметра 6 для удаления продуктов реакции. Место сочленения алундовых трубок и тигля уплотнено газонепроницаемой обмазкой для предотвращения выхода газов. Через алундовую трубку 5, соединенную с мерной колбой 7 с помощью силиконовой магистрали 8, продували пары воды. Алундовая трубка 5 для подачи паров воды устанавливалась так, чтобы ее нижний конец был помещен в углеродистый восстановитель 3. Пары воды образовывались в результате нагревания воды в колбе 7 печыо сопротивления 9. Температура в печи стабилизировалась автоматическим регулятором температуры. Водород образовывался в результате взаимодействия паров воды с углеродом нефтекокса по реакции 1 с 740°С.To obtain amorphous silicon dioxide nanopowder according to the claimed method, an apparatus (see figure) was used, consisting of a ceramic crucible 1, tilted upside down (reaction volume), in the upper part of which crushed silicon dioxide was loaded 2, and carbonaceous reducing agent was loaded into coal coke 3. Silicon dioxide and coal coke were separated by a cardboard partition to prevent mixing during installation of the crucible in a temperature controlled furnace 4 operating in the temperature range of 20-1300 ° C. Two holes were drilled in the bottom of the crucible, in one of which an alundum tube 5 was inserted to supply water vapor, and in the second, a alundum tube of larger diameter 6 was removed to remove reaction products. The junction of the alundum tubes and the crucible is sealed with a gas-tight coating to prevent the escape of gases. Water vapor was blown through an alundum tube 5 connected to a volumetric flask 7 using a silicone line 8. The alundum tube 5 for supplying water vapor was installed so that its lower end was placed in a carbon reducing agent 3. Water vapor was formed as a result of heating the water in the flask 7 of resistance furnace 9. The temperature in the furnace was stabilized by an automatic temperature controller. Hydrogen was formed as a result of the interaction of water vapor with carbon coke by reaction 1 with 740 ° C.

- 1 019657- 1 019657

В качестве исходных продуктов использовали кварцевый песок и углеродистый восстановитель каменноугольный кокс с содержанием углерода ~92%.The starting products used were quartz sand and carbonaceous reducing agent, coal coke with a carbon content of ~ 92%.

Измерение размеров частиц полученного порошка двуокиси кремния показывают, что они меньше 100 нм. Это позволяет назвать полученные порошки нанопорошками. Рентгенофазовый анализ позволил сделать вывод о аморфном состоянии полученных порошков.Particle size measurements of the obtained silica powder show that they are less than 100 nm. This allows us to call the obtained powders nanopowders. X-ray phase analysis led to the conclusion about the amorphous state of the obtained powders.

Способ поясняется следующими примерами.The method is illustrated by the following examples.

Пример 1.Example 1

В алундовый тигель засыпали кварцевый песок и углеродистый восстановитель - каменноугольный кокс в порядке, описанном выше, устанавливали в силитовую печь, нагревали до температуры 1100°С и пропускали пар воды. Анализ отходящих продуктов показал наличие Н2, паров Н2О, СО и отсутствие как 8ίΟ, так и δίθ2.Silica sand was poured into an alundum crucible and carbonaceous reducing agent - coal coke in the manner described above, was installed in a silica furnace, heated to a temperature of 1100 ° C, and water vapor was passed. Analysis of the waste products showed the presence of H 2 , H 2 O vapor, CO and the absence of both 8ίΟ and δίθ 2 .

Пример 2.Example 2

В алундовый тигель засыпали кварцевый песок и углеродистый восстановитель - каменноугольный кокс в порядке, описанном выше, устанавливали в силитовую печь, нагревали до температуры 1175°С и пропускали пар воды. Реакция образования порошка 8ίΟ2 шла интенсивно. Кроме того, в продуктах реакции обнаружены Н2, пары Н2О, СО, СО2. 8ίΟ в продуктах реакции практически отсутствовало.Quartz sand was poured into the alundum crucible and carbonaceous reducing agent - coal coke in the manner described above, was installed in a silica furnace, heated to a temperature of 1175 ° C, and water vapor was passed. The reaction of the formation of powder 8ίΟ 2 was intense. In addition, H 2 , pairs of H 2 O, CO, CO 2 were detected in the reaction products. 8ίΟ in the reaction products was practically absent.

Пример 3.Example 3

В алундовый тигель засыпали кварцевый песок и углеродистый восстановитель - каменноугольный кокс в порядке описанном выше, устанавливали в силитовую печь, нагревали до температуры 1300°С и пропускали пар воды. В продуктах реакции обнаружены Н2, пары Н2О, СО, СО2, 81О2, 81О. Реакция образования порошка 81О2 шла с пониженным выходом в связи с неполным окислением 81О.Quartz sand and carbon reducing agent were poured into the alundum crucible - coal coke in the order described above, installed in a silica furnace, heated to a temperature of 1300 ° C, and water vapor was passed. H 2 , pairs of H 2 O, CO, CO 2 , 81O 2 , 81O were found in the reaction products. The reaction of the formation of 81O 2 powder proceeded with a reduced yield due to the incomplete oxidation of 81O.

Таким образом, показана возможность получения нанопорошков диоксида кремния без использования высокотемпературной плазмы, интенсивного импульсного электронного пучка и вакуума. Кроме того, перегонка двуокиси кремния через газовую фазу 81О2(Т) ^81О(г)^81О2(Т) очищает полученный порошок двуокиси кремния от невозгоняемых примесей (в указанном диапазоне температур), содержащихся в исходной двуокиси кремния.Thus, the possibility of obtaining silicon dioxide nanopowders without using a high-temperature plasma, an intense pulsed electron beam, and vacuum has been shown. In addition, the distillation of silicon dioxide through the gas phase 81O 2 ( T ) ^ 81O ( g ) ^ 81O 2 ( T ) purifies the obtained silicon dioxide powder from non-combustible impurities (in the indicated temperature range) contained in the initial silicon dioxide.

Claims (1)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM Способ получения нанопорошка аморфного диоксида кремния, включающий испарение и осаждение нанопорошка, отличающийся тем, что через реакционный объем, содержащий измельченный диоксид кремния, продувают пары воды, предварительно прошедшие через углеродистый восстановитель, процесс ведут при температуре 1150-1250°С, а продукты реакции выводят через верхнюю часть реакционного объема.The method of producing amorphous silica nanopowder, including evaporation and precipitation of nanopowder, characterized in that through the reaction volume containing crushed silicon dioxide, water vapor is blown, previously passed through a carbonaceous reducing agent, the process is carried out at a temperature of 1150-1250 ° C, and the reaction products are removed through the top of the reaction volume.
EA201200678A 2012-02-21 2012-05-30 Method of making amorphous silicon dioxide nanopowder EA019657B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012106283/02A RU2488462C1 (en) 2012-02-21 2012-02-21 Method of making amorphous silicon dioxide nanopowder

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201200678A1 EA201200678A1 (en) 2013-08-30
EA019657B1 true EA019657B1 (en) 2014-05-30

Family

ID=49036125

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201200678A EA019657B1 (en) 2012-02-21 2012-05-30 Method of making amorphous silicon dioxide nanopowder

Country Status (2)

Country Link
EA (1) EA019657B1 (en)
RU (1) RU2488462C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2280614C1 (en) * 2005-02-09 2006-07-27 Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения)(Институт химии ДВО РАН) Amorphous silicon dioxide preparation process
KR100736708B1 (en) * 2006-03-28 2007-07-06 한국지질자원연구원 Method of preparing silica nanoparticles by flame spray pyrolysis adopting a two-fluid nozzle
KR20110003013A (en) * 2009-07-03 2011-01-11 한국생산기술연구원 Method of preparing sio2 nano powder with high purity and apparatus for preparing sio2 nano powder with high purity
RU2440928C2 (en) * 2010-01-26 2012-01-27 ООО "Русский кремний" Method of processing silicon-containing wastes using flame hydrolysis and apparatus for realising said method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2280614C1 (en) * 2005-02-09 2006-07-27 Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения)(Институт химии ДВО РАН) Amorphous silicon dioxide preparation process
KR100736708B1 (en) * 2006-03-28 2007-07-06 한국지질자원연구원 Method of preparing silica nanoparticles by flame spray pyrolysis adopting a two-fluid nozzle
KR20110003013A (en) * 2009-07-03 2011-01-11 한국생산기술연구원 Method of preparing sio2 nano powder with high purity and apparatus for preparing sio2 nano powder with high purity
RU2440928C2 (en) * 2010-01-26 2012-01-27 ООО "Русский кремний" Method of processing silicon-containing wastes using flame hydrolysis and apparatus for realising said method

Also Published As

Publication number Publication date
RU2488462C1 (en) 2013-07-27
EA201200678A1 (en) 2013-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220363550A1 (en) Silica to high purity silicon production process
US8420042B2 (en) Process for the production of carbon graphenes and other nanomaterials
Manukyan et al. Direct reduction of ammonium molybdate to elemental molybdenum by combustion reaction
RU2190030C2 (en) Method of production of magnesium
NO156333B (en) SYSTEM FOR PREFABRICATED CONCRETE ELEMENTS.
US9260308B2 (en) Nanomaterials and process for making the same
CA2674121C (en) Carbothermic processes
FR2483956A1 (en) PROCESS FOR SEPARATING VOLATILE METALS FROM A MATERIAL CONTAINING METAL OXIDES
EA019657B1 (en) Method of making amorphous silicon dioxide nanopowder
RU2583980C2 (en) Method of producing nitrogen-bearing alloy
JP5075899B2 (en) Powder containing calcium cyanamide, method for producing the powder and apparatus therefor
US1418528A (en) Process for production of zirconium compounds
JP2009502708A (en) Carbothermic method
KR20240052726A (en) Plasma arc process and equipment for fumed silica production
US1815132A (en) Preparation of chemically pure tungsten and molybdenum trioxide
RU2170278C2 (en) Method of production of primary aluminum and device for realization of this method
NO115234B (en)
Samokhin et al. Characteristics of heat and mass transfer to the wall of a confined-jet plasma flow reactor in the processes of nanopowder preparation from metals and their compounds
JP2004182520A (en) Apparatus for manufacturing high purity magnesium oxide and method of manufacturing high purity magnesium oxide fine powder using the same
JP4855452B2 (en) Metallic magnesium melt evaporation apparatus and method for producing high-purity magnesium oxide fine powder using the same
US7118726B2 (en) Method for making oxide compounds
RU2433103C1 (en) Method of preparing electrical periclase powder
EA027539B1 (en) Method and apparatus for silicon carbide production
JPH0438801B2 (en)
JP2004182519A (en) Apparatus for melt evaporation of metal magnesium and method of manufacturing high purity magnesium oxide fine powder using the same

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM RU