JP2002316814A - 高純度ＳｉＯ２の製造方法および装置 - Google Patents
高純度ＳｉＯ２の製造方法および装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＳｉＯ固体またはＳｉＯ気体を用いて安価で
かつ高純度のＳｉＯ2を製造する方法を提供する。 【解決手段】 ＳｉＯ固体を、１０００℃以上１７３０
℃以下の温度に加熱し、固体状態のＳｉＯを液体または
固体のＳｉと固体のＳｉＯ2に分解反応させ、生成した
ＳｉＯ2を、下部分のＳｉと分離した後、該ＳｉＯ2を、
さらに加熱して高純度化する。または、純化したＳｉＯ
気体から、酸化性気体により高純度のＳｉＯ2を得る。
本発明によれば、ＳｉＯ2の光透過性や粘性などに影響
を与えるＯＨ、Ｃｌ、金属成分などの不純物が除去さ
れ、不純物の総量が１０ｐｐｍ以下のＳｉＯ2を、光フ
ァイバーなどの光学製品や半導体用高純度石英製品の原
料として安価に供給することができる。
かつ高純度のＳｉＯ2を製造する方法を提供する。 【解決手段】 ＳｉＯ固体を、１０００℃以上１７３０
℃以下の温度に加熱し、固体状態のＳｉＯを液体または
固体のＳｉと固体のＳｉＯ2に分解反応させ、生成した
ＳｉＯ2を、下部分のＳｉと分離した後、該ＳｉＯ2を、
さらに加熱して高純度化する。または、純化したＳｉＯ
気体から、酸化性気体により高純度のＳｉＯ2を得る。
本発明によれば、ＳｉＯ2の光透過性や粘性などに影響
を与えるＯＨ、Ｃｌ、金属成分などの不純物が除去さ
れ、不純物の総量が１０ｐｐｍ以下のＳｉＯ2を、光フ
ァイバーなどの光学製品や半導体用高純度石英製品の原
料として安価に供給することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高純度ＳｉＯ2、
例えば、純度９９．９９９％以上のＳｉＯ2を経済的、
効率的に製造する方法に関するものである。この純度の
ＳｉＯ2は、例えば、光ファイバーなどの光学製品や半
導体用高純度石英製品の原料として利用することができ
る。
例えば、純度９９．９９９％以上のＳｉＯ2を経済的、
効率的に製造する方法に関するものである。この純度の
ＳｉＯ2は、例えば、光ファイバーなどの光学製品や半
導体用高純度石英製品の原料として利用することができ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、高純度ＳｉＯ2の製造において
は、ＳｉＯ2原料として、天然に産出する水晶や珪石を
用いることが多い。天然に産出する水晶や珪石は、非常
に純度の高いものでも、一般的に、光透過率を減少させ
粘性（耐熱性）に影響を与えてしまう金属不純物を１０
０ｐｐｍ程度含有している。そのため、水晶を粉砕、入
念に磁選、浮選した後、塩酸やフッ酸などの酸洗浄や、
塩素含有雰囲気中での高温処理（特開昭６３−１０００
３８号公報参照）により金属成分を除去している。
は、ＳｉＯ2原料として、天然に産出する水晶や珪石を
用いることが多い。天然に産出する水晶や珪石は、非常
に純度の高いものでも、一般的に、光透過率を減少させ
粘性（耐熱性）に影響を与えてしまう金属不純物を１０
０ｐｐｍ程度含有している。そのため、水晶を粉砕、入
念に磁選、浮選した後、塩酸やフッ酸などの酸洗浄や、
塩素含有雰囲気中での高温処理（特開昭６３−１０００
３８号公報参照）により金属成分を除去している。
【０００３】これは、結晶中の不純物は界面または結晶
欠陥に集まっており、選択的に溶出することができると
考えていることによるが、アルミニウムを１０ｐｐｍ以
下に低減し、ＳｉＯ2を純化することは困難である。一
方、さらに、高純度ＳｉＯ2を得ることを目的として、
ハロゲン化合物（ＳｉＣｌ4）を用いる方法がある。こ
の方法においては、半導体用多結晶シリコンを製造する
過程で生成する副産物が主として利用されている。
欠陥に集まっており、選択的に溶出することができると
考えていることによるが、アルミニウムを１０ｐｐｍ以
下に低減し、ＳｉＯ2を純化することは困難である。一
方、さらに、高純度ＳｉＯ2を得ることを目的として、
ハロゲン化合物（ＳｉＣｌ4）を用いる方法がある。こ
の方法においては、半導体用多結晶シリコンを製造する
過程で生成する副産物が主として利用されている。
【０００４】半導体用多結晶シリコンは、ケミカルグレ
ードの金属シリコン原料をＨＣｌによりＳｉＨＣｌ3化
し、これを、連続蒸留、熱分解することにより製造され
るが、熱分解時に副産物として、ＳｉＣｌ4が生成す
る。連続蒸留により原理的にはどの不純物も除去できる
ので、高純度ＳｉＣｌ4を得ることができる。これをＳ
ｉＯ2にするには、大きく分けて、酸水素火炎を使う方
法と酸素を含んだ雰囲気で高周波誘導プラズマを使う方
法がある。
ードの金属シリコン原料をＨＣｌによりＳｉＨＣｌ3化
し、これを、連続蒸留、熱分解することにより製造され
るが、熱分解時に副産物として、ＳｉＣｌ4が生成す
る。連続蒸留により原理的にはどの不純物も除去できる
ので、高純度ＳｉＣｌ4を得ることができる。これをＳ
ｉＯ2にするには、大きく分けて、酸水素火炎を使う方
法と酸素を含んだ雰囲気で高周波誘導プラズマを使う方
法がある。
【０００５】前者は、ＳｉＣｌ4を、酸素やアルゴンな
どのキャリアガスにより搬送し、酸水素炎中心にて、順
次的に加水分解を行いＳｉＯ2を形成し、ターゲットと
呼ばれる器上に積層するものであるが、Ｃｌが残留し、
酸水素火炎によりＯＨ基が数百ｐｐｍ混入してしまい、
これらが、紫外域での透明性を低下させたり、屈折率の
分散にも影響を与える原因となる。
どのキャリアガスにより搬送し、酸水素炎中心にて、順
次的に加水分解を行いＳｉＯ2を形成し、ターゲットと
呼ばれる器上に積層するものであるが、Ｃｌが残留し、
酸水素火炎によりＯＨ基が数百ｐｐｍ混入してしまい、
これらが、紫外域での透明性を低下させたり、屈折率の
分散にも影響を与える原因となる。
【０００６】さらに、この方法では、副生塩酸ガスの除
外装置が必要であったり、高品質合成するには、火炎中
の酸素／水素比、その分布、堆積の安定性など、多くの
操業上の問題点もある。後者は、酸素またはアルゴンプ
ラズマ炎中でＳｉＣｌ4を酸化分解し、ターゲット上に
ＳｉＯ2を堆積させるものであるが、前者と同様に、Ｃ
ｌが残留したり、高周波誘導炉のため出力／入力効率が
極めて低く、コスト高となるという問題点がある。
外装置が必要であったり、高品質合成するには、火炎中
の酸素／水素比、その分布、堆積の安定性など、多くの
操業上の問題点もある。後者は、酸素またはアルゴンプ
ラズマ炎中でＳｉＣｌ4を酸化分解し、ターゲット上に
ＳｉＯ2を堆積させるものであるが、前者と同様に、Ｃ
ｌが残留したり、高周波誘導炉のため出力／入力効率が
極めて低く、コスト高となるという問題点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、水晶や珪石
などのＳｉＯ2固体を純化する方法、および、ＳｉＣｌ4
を出発原料とする方法でなく、ＳｉＯ固体、もしくは、
ＳｉＯ気体を用いて、安価でかつ高純度のＳｉＯ2を製
造する方法を提供することを課題とする。
などのＳｉＯ2固体を純化する方法、および、ＳｉＣｌ4
を出発原料とする方法でなく、ＳｉＯ固体、もしくは、
ＳｉＯ気体を用いて、安価でかつ高純度のＳｉＯ2を製
造する方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためなされたもので、その要旨とするところは、
以下のとおりである。 （１）ＳｉＯ固体を、１０００℃以上１７３０℃以下の
温度に加熱し、固体状態のＳｉＯを、液体または固体の
Ｓｉと固体のＳｉＯ2に分解反応させ、生成したＳｉＯ2
を、大部分のＳｉと分離した後、該ＳｉＯ2を、さらに
加熱することを特徴とする高純度ＳｉＯ2の製造方法。
決するためなされたもので、その要旨とするところは、
以下のとおりである。 （１）ＳｉＯ固体を、１０００℃以上１７３０℃以下の
温度に加熱し、固体状態のＳｉＯを、液体または固体の
Ｓｉと固体のＳｉＯ2に分解反応させ、生成したＳｉＯ2
を、大部分のＳｉと分離した後、該ＳｉＯ2を、さらに
加熱することを特徴とする高純度ＳｉＯ2の製造方法。
【０００９】（２）前記分離したＳｉＯ2中には、Ｓｉ
が１質量％以上３０質量％以下含まれていることを特徴
とする前記（１）記載の高純度ＳｉＯ2の製造方法。 （３）前記ＳｉＯ2の加熱・高純度化を、減圧状態で１
０００℃以上１６００℃以下の温度に加熱して行なうこ
とを特徴とする前記（１）または（２）記載の高純度Ｓ
ｉＯ2の製造方法。
が１質量％以上３０質量％以下含まれていることを特徴
とする前記（１）記載の高純度ＳｉＯ2の製造方法。 （３）前記ＳｉＯ2の加熱・高純度化を、減圧状態で１
０００℃以上１６００℃以下の温度に加熱して行なうこ
とを特徴とする前記（１）または（２）記載の高純度Ｓ
ｉＯ2の製造方法。
【００１０】（４）Ｃ、Ｓｉまたはフェロシリコンの１
種または２種以上とＳｉＯ2との混合物原料を加熱し、
ＳｉＯ気体を含む気体を発生させ、該ＳｉＯ含有気体
を、原料の加熱温度以下でかつ１４００℃以下に冷却し
た後に、該温度にて、酸化性気体を導入してＳｉＯ2を
析出させることを特徴とする高純度ＳｉＯ2の製造方
法。 （５）前記混合物原料が充填された部分とＳｉＯ2を析
出させる部分との間に、原料の加熱温度以下でかつＳｉ
Ｏ2を析出させる温度以上の温度を有する領域を設け、
発生するＳｉＯ気体中の不純物気体を析出・除去するこ
とを特徴とする前記（４）記載の高純度ＳｉＯ2の製造
方法。
種または２種以上とＳｉＯ2との混合物原料を加熱し、
ＳｉＯ気体を含む気体を発生させ、該ＳｉＯ含有気体
を、原料の加熱温度以下でかつ１４００℃以下に冷却し
た後に、該温度にて、酸化性気体を導入してＳｉＯ2を
析出させることを特徴とする高純度ＳｉＯ2の製造方
法。 （５）前記混合物原料が充填された部分とＳｉＯ2を析
出させる部分との間に、原料の加熱温度以下でかつＳｉ
Ｏ2を析出させる温度以上の温度を有する領域を設け、
発生するＳｉＯ気体中の不純物気体を析出・除去するこ
とを特徴とする前記（４）記載の高純度ＳｉＯ2の製造
方法。
【００１１】（６）前記ＳｉＯ2の析出温度を３００℃
以上にして、該ＳｉＯ2の析出温度では凝縮・析出しな
い残りの気体成分を排気することを特徴とする前記
（４）または（５）記載の高純度ＳｉＯ2の製造方法。 （７）前記酸化性気体の圧力をＳｉＯ気体の圧力以下に
して、ＳｉＯ2を析出させることを特徴とする前記
（４）、（５）または（６）記載の高純度ＳｉＯ2の製
造方法。
以上にして、該ＳｉＯ2の析出温度では凝縮・析出しな
い残りの気体成分を排気することを特徴とする前記
（４）または（５）記載の高純度ＳｉＯ2の製造方法。 （７）前記酸化性気体の圧力をＳｉＯ気体の圧力以下に
して、ＳｉＯ2を析出させることを特徴とする前記
（４）、（５）または（６）記載の高純度ＳｉＯ2の製
造方法。
【００１２】（８）原料を加熱してＳｉＯ気体を含有す
る気体を発生させる加熱反応部と、ＳｉＯ気体以外の不
純物を析出させるための不純物析出部、および、ＳｉＯ
2を析出させるためのＳｉＯ2析出部を順次接続し、該Ｓ
ｉＯ2析出部には、酸化性気体を導入する反応性気体導
入管を付設し、さらに、ＳｉＯ2が析出した後の残りの
気体を排気するための排気機構を少なくとも備えたこと
を特徴とする高純度ＳｉＯ2製造装置。
る気体を発生させる加熱反応部と、ＳｉＯ気体以外の不
純物を析出させるための不純物析出部、および、ＳｉＯ
2を析出させるためのＳｉＯ2析出部を順次接続し、該Ｓ
ｉＯ2析出部には、酸化性気体を導入する反応性気体導
入管を付設し、さらに、ＳｉＯ2が析出した後の残りの
気体を排気するための排気機構を少なくとも備えたこと
を特徴とする高純度ＳｉＯ2製造装置。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明について、詳細に説明す
る。本発明の第一の方法は、ＳｉＯ固体を加熱し、不均
化反応により、ＳｉとＳｉＯ2を生成し、分離したＳｉ
Ｏ2をさらに加熱して高純度化する方法である。何ら気
体を供給しない雰囲気中、不活性雰囲気中、酸化性雰囲
気中、または、還元性雰囲気中にて、ＳｉＯ固体を気化
させず、固体のままで高温に加熱すると、不均化反応、
つまり、ＳｉＯ固体がＳｉとＳｉＯ2に分解する反応が
進行し、かつ、この生成したＳｉとＳｉＯ2を分離する
ことができる。
る。本発明の第一の方法は、ＳｉＯ固体を加熱し、不均
化反応により、ＳｉとＳｉＯ2を生成し、分離したＳｉ
Ｏ2をさらに加熱して高純度化する方法である。何ら気
体を供給しない雰囲気中、不活性雰囲気中、酸化性雰囲
気中、または、還元性雰囲気中にて、ＳｉＯ固体を気化
させず、固体のままで高温に加熱すると、不均化反応、
つまり、ＳｉＯ固体がＳｉとＳｉＯ2に分解する反応が
進行し、かつ、この生成したＳｉとＳｉＯ2を分離する
ことができる。
【００１４】ＳｉＯ固体の不均化反応を進行させるため
には、ＳｉＯ固体の蒸発気化を極力抑え、高温で熱処理
すればよく、このためには、ＳｉＯ固体から蒸発気化し
たＳｉＯ気体を逃がさないようにし、ＳｉＯ固体の回り
のＳｉＯ気体の圧力を飽和蒸気圧として、この飽和蒸気
圧のＳｉＯ気体により、ＳｉＯ固体の蒸発を抑えればよ
い。
には、ＳｉＯ固体の蒸発気化を極力抑え、高温で熱処理
すればよく、このためには、ＳｉＯ固体から蒸発気化し
たＳｉＯ気体を逃がさないようにし、ＳｉＯ固体の回り
のＳｉＯ気体の圧力を飽和蒸気圧として、この飽和蒸気
圧のＳｉＯ気体により、ＳｉＯ固体の蒸発を抑えればよ
い。
【００１５】ＳｉＯ固体からＳｉとＳｉＯ2を分離する
反応の熱処理温度としては、１０００℃以上１７３０℃
以下にすることが必要であり、好ましくは、Ｓｉの融点
である１４１２℃から１５５０℃の範囲である。しかし
ながら、上記の方法でＳｉとＳｉＯ2を完全に分離する
ことは困難である。ＳｉＯ固体の熱処理温度、熱処理雰
囲気などの熱処理条件により、分離されたＳｉＯ2の中
に残留するＳｉの量は変化し、Ｓｉは、主に、ＳｉＯ2
粒界に存在する。
反応の熱処理温度としては、１０００℃以上１７３０℃
以下にすることが必要であり、好ましくは、Ｓｉの融点
である１４１２℃から１５５０℃の範囲である。しかし
ながら、上記の方法でＳｉとＳｉＯ2を完全に分離する
ことは困難である。ＳｉＯ固体の熱処理温度、熱処理雰
囲気などの熱処理条件により、分離されたＳｉＯ2の中
に残留するＳｉの量は変化し、Ｓｉは、主に、ＳｉＯ2
粒界に存在する。
【００１６】一方、ＳｉＯ固体がＳｉとＳｉＯ2固体に
分解する熱処理条件では、ＳｉＯ2が結晶化（クリスト
バライト）するため、不純物の大部分は粒界に偏析する
と考えられる。したがって、粒界に残存しているＳｉ
と、その近傍のＳｉＯ2とを反応させて、ＳｉＯとして
気体化することにより、ＳｉＯ2中の不純物を除去する
ことができる。
分解する熱処理条件では、ＳｉＯ2が結晶化（クリスト
バライト）するため、不純物の大部分は粒界に偏析する
と考えられる。したがって、粒界に残存しているＳｉ
と、その近傍のＳｉＯ2とを反応させて、ＳｉＯとして
気体化することにより、ＳｉＯ2中の不純物を除去する
ことができる。
【００１７】分離されたＳｉＯ2を、１０００℃以上好
ましくは１２００℃以上、１６００℃以下に加熱し、残
留したＳｉ粒と、その周辺のＳｉＯ2を反応させ、Ｓｉ
Ｏを気体化することにより、不純物とともにＳｉも除去
される。このとき、ＳｉＯの気化を促進するという点
で、加熱時の圧力は、少なくとも、ＳｉＯの蒸気圧以下
であることが必要で、例えば、１０００℃に加熱する場
合、１０００℃でのＳｉＯの蒸気圧である０．５Ｐａ以
下にし、１６００℃に加熱する場合、１６００℃でのＳ
ｉＯの蒸気圧である１００００Ｐａ以下にする。
ましくは１２００℃以上、１６００℃以下に加熱し、残
留したＳｉ粒と、その周辺のＳｉＯ2を反応させ、Ｓｉ
Ｏを気体化することにより、不純物とともにＳｉも除去
される。このとき、ＳｉＯの気化を促進するという点
で、加熱時の圧力は、少なくとも、ＳｉＯの蒸気圧以下
であることが必要で、例えば、１０００℃に加熱する場
合、１０００℃でのＳｉＯの蒸気圧である０．５Ｐａ以
下にし、１６００℃に加熱する場合、１６００℃でのＳ
ｉＯの蒸気圧である１００００Ｐａ以下にする。
【００１８】本方法では、分離されたＳｉＯ2中にＳｉ
が含まれることが必要である。ＳｉＯ固体の不均化が充
分に進めば、ＳｉとＳｉＯ2以外のＳｉＯ固体は残存し
ないので、ＳｉＯ固体から等モルのＳｉとＳｉＯ2が生
成すると考えると、分離したＳｉの量からＳｉＯ2中に
残存するＳｉ量を算出することができる。例えば、８８
ｇのＳｉＯ固体を不均化反応させると、２８ｇのＳｉと
６０ｇのＳｉＯ2が生成するはずであるが、２６ｇのＳ
ｉしか分離回収できなかったとすると、２ｇのＳｉがＳ
ｉＯ2中に残存していることになり、この量は、分離回
収したＳｉＯ2に対して、３．２質量％となる。
が含まれることが必要である。ＳｉＯ固体の不均化が充
分に進めば、ＳｉとＳｉＯ2以外のＳｉＯ固体は残存し
ないので、ＳｉＯ固体から等モルのＳｉとＳｉＯ2が生
成すると考えると、分離したＳｉの量からＳｉＯ2中に
残存するＳｉ量を算出することができる。例えば、８８
ｇのＳｉＯ固体を不均化反応させると、２８ｇのＳｉと
６０ｇのＳｉＯ2が生成するはずであるが、２６ｇのＳ
ｉしか分離回収できなかったとすると、２ｇのＳｉがＳ
ｉＯ2中に残存していることになり、この量は、分離回
収したＳｉＯ2に対して、３．２質量％となる。
【００１９】ＳｉＯ2の高純度化には、Ｓｉの残留率が
０．１質量％以上必要で、好ましくは、１質量％以上必
要である。一方、Ｓｉの残留率が大きくなりすぎると、
ＳｉＯ2中の不純物濃度が下がらなくなる上に、ＳｉＯ
気体化によるロスも大きくなるため、Ｓｉ残留率は３０
質量％以下がよい。本発明の第二の方法は、純化された
ＳｉＯ気体から、酸化性気体により高純度のＳｉＯ2を
得る方法である。
０．１質量％以上必要で、好ましくは、１質量％以上必
要である。一方、Ｓｉの残留率が大きくなりすぎると、
ＳｉＯ2中の不純物濃度が下がらなくなる上に、ＳｉＯ
気体化によるロスも大きくなるため、Ｓｉ残留率は３０
質量％以下がよい。本発明の第二の方法は、純化された
ＳｉＯ気体から、酸化性気体により高純度のＳｉＯ2を
得る方法である。
【００２０】まず、ＳｉＯ気体の高純度化方法を述べ
る。原料として、主としてＳｉとＳｉＯ2を、例えば、
モル比で１：１の割合で混合し、１０００℃以上、好ま
しくは１２５０℃以上２０００℃程度以下で反応させる
と気体が発生してくる。この気体の成分としては、Ｓｉ
とＳｉＯ2が反応して生成したＳｉＯが主成分である
が、この他に、原料に含まれている各種不純物元素およ
び不純物元素の酸化物の気体も、当然、発生してくる。
例えば、ホウ素およびホウ素酸化物が原料に混入してい
れば、これらの気体が発生してくる。
る。原料として、主としてＳｉとＳｉＯ2を、例えば、
モル比で１：１の割合で混合し、１０００℃以上、好ま
しくは１２５０℃以上２０００℃程度以下で反応させる
と気体が発生してくる。この気体の成分としては、Ｓｉ
とＳｉＯ2が反応して生成したＳｉＯが主成分である
が、この他に、原料に含まれている各種不純物元素およ
び不純物元素の酸化物の気体も、当然、発生してくる。
例えば、ホウ素およびホウ素酸化物が原料に混入してい
れば、これらの気体が発生してくる。
【００２１】しかし、図１に示すように、ホウ素酸化物
は、ＳｉＯより蒸気圧および蒸発速度が小さく、ホウ素
も、ホウ素酸化物以上に蒸気圧および蒸発速度が小さい
ので、気体中に含まれる量はＳｉＯ気体に比べて少な
い。鉄および鉄の酸化物の蒸気圧および蒸発速度も小さ
いので、気体中に含有される量は少ない。つまり、図１
に示すように、ＳｉＯと同程度の析出温度を有する物質
は、一般に、ＳｉＯより蒸気圧および蒸発速度が小さい
ので、発生する気体に含有される量は、原料よりも少な
く、この蒸発過程で、ＳｉＯ気体と分離される。
は、ＳｉＯより蒸気圧および蒸発速度が小さく、ホウ素
も、ホウ素酸化物以上に蒸気圧および蒸発速度が小さい
ので、気体中に含まれる量はＳｉＯ気体に比べて少な
い。鉄および鉄の酸化物の蒸気圧および蒸発速度も小さ
いので、気体中に含有される量は少ない。つまり、図１
に示すように、ＳｉＯと同程度の析出温度を有する物質
は、一般に、ＳｉＯより蒸気圧および蒸発速度が小さい
ので、発生する気体に含有される量は、原料よりも少な
く、この蒸発過程で、ＳｉＯ気体と分離される。
【００２２】実際は、このような不純物も少量は蒸発す
るが、ＳｉとＳｉＯ2から成る原料を加熱する部位と、
ＳｉＯ2が析出する部位の間に位置させた、ＳｉＯ2の析
出温度より高温に保持した高温析出の不純物除去部を設
置することにより、例えば、図１に示しているアルミニ
ウム酸化物等を析出・除去できる。また、リンおよびリ
ン酸化物はＳｉＯよりも蒸気圧が高く、析出温度も低い
ので、ＳｉＯ2の析出温度を３００℃以上にして、析出
したＳｉＯ2以外の気体を排気することにより、リンの
ＳｉＯ2中への混入を防ぐことができる。
るが、ＳｉとＳｉＯ2から成る原料を加熱する部位と、
ＳｉＯ2が析出する部位の間に位置させた、ＳｉＯ2の析
出温度より高温に保持した高温析出の不純物除去部を設
置することにより、例えば、図１に示しているアルミニ
ウム酸化物等を析出・除去できる。また、リンおよびリ
ン酸化物はＳｉＯよりも蒸気圧が高く、析出温度も低い
ので、ＳｉＯ2の析出温度を３００℃以上にして、析出
したＳｉＯ2以外の気体を排気することにより、リンの
ＳｉＯ2中への混入を防ぐことができる。
【００２３】次に、ＳｉＯ2の析出方法を述べる。原料
から発生したＳｉＯ気体が、原料を加熱する部位で酸化
性気体と反応してしまうと、ＳｉＯ2は、ＳｉＯよりも
蒸気圧が低く析出温度も高いので、前記の高温析出の不
純物除去部に析出してしまい、ＳｉＯ2と不純物とを分
離することができない。また、原料自体が酸化性気体と
反応してしまい、ＳｉＯ気体が発生しなくなってしまっ
たり、酸化性気体の圧力により、ＳｉＯ気体の発生が抑
制されてしまう。
から発生したＳｉＯ気体が、原料を加熱する部位で酸化
性気体と反応してしまうと、ＳｉＯ2は、ＳｉＯよりも
蒸気圧が低く析出温度も高いので、前記の高温析出の不
純物除去部に析出してしまい、ＳｉＯ2と不純物とを分
離することができない。また、原料自体が酸化性気体と
反応してしまい、ＳｉＯ気体が発生しなくなってしまっ
たり、酸化性気体の圧力により、ＳｉＯ気体の発生が抑
制されてしまう。
【００２４】したがって、酸化性気体は、原料加熱部や
高温析出部に流入しないように制御して、不純物除去部
よりも低温に設定された部位で、ＳｉＯ気体と酸化性気
体を反応させることが必要である。なお、ここでは、Ｓ
ｉＯ気体と酸化性気体の反応と述べたが、ＳｉＯ2析出
部表面でのＳｉＯ固体と酸化性気体との反応も考えられ
るため、それらを区別することはできない。
高温析出部に流入しないように制御して、不純物除去部
よりも低温に設定された部位で、ＳｉＯ気体と酸化性気
体を反応させることが必要である。なお、ここでは、Ｓ
ｉＯ気体と酸化性気体の反応と述べたが、ＳｉＯ2析出
部表面でのＳｉＯ固体と酸化性気体との反応も考えられ
るため、それらを区別することはできない。
【００２５】酸化性気体を原料加熱部や高温析出部に流
入しないようにする方法としては、酸化性気体の導入管
を、高温析出の不純物除去部とＳｉＯ2析出部の間に配
置したり、該導入管を、酸化性気体がＳｉＯ気体の流れ
に逆らわないように流れる形状にすることが挙げられ
る。また、酸化性気体の圧力が高い場合には、酸化性気
体の圧力によって、原料からのＳｉＯ気体の発生が抑制
されて、生産性の低下を招くので、酸化性気体の圧力
は、ＳｉＯ気体の圧力以下にすることが望ましい。
入しないようにする方法としては、酸化性気体の導入管
を、高温析出の不純物除去部とＳｉＯ2析出部の間に配
置したり、該導入管を、酸化性気体がＳｉＯ気体の流れ
に逆らわないように流れる形状にすることが挙げられ
る。また、酸化性気体の圧力が高い場合には、酸化性気
体の圧力によって、原料からのＳｉＯ気体の発生が抑制
されて、生産性の低下を招くので、酸化性気体の圧力
は、ＳｉＯ気体の圧力以下にすることが望ましい。
【００２６】ＳｉＯ気体の圧力は、原料の加熱温度、反
応容器の形状等で決まるので、これに合わせて、酸化性
気体の圧力を、適宜所望の圧力に設定すればよい。次
に、本発明の方法を実行する装置を図２に示す。原料１
からＳｉＯを主として含有する気体２を発生させる原料
充填部３、高温で析出する不純物５を析出させる高温析
出不純物除去部６、ＳｉＯ2固体７を析出させるＳｉＯ2
析出部８と、酸化性気体導入部９からなる。
応容器の形状等で決まるので、これに合わせて、酸化性
気体の圧力を、適宜所望の圧力に設定すればよい。次
に、本発明の方法を実行する装置を図２に示す。原料１
からＳｉＯを主として含有する気体２を発生させる原料
充填部３、高温で析出する不純物５を析出させる高温析
出不純物除去部６、ＳｉＯ2固体７を析出させるＳｉＯ2
析出部８と、酸化性気体導入部９からなる。
【００２７】主として、ＳｉとＳｉＯ2からなる原料１
を、ヒータ４により１６００℃に加熱し、酸素を酸化性
気体導入部９から、その圧力がＳｉＯの１６００℃での
蒸気圧以下になるように導入すると、ＳｉＯ2固体７
は、例えば、１２００℃で、ＳｉＯ2析出部８に析出
し、ホウ素やホウ素酸化物、アルミニウムの酸化物など
の不純物は、１６００℃以下１２００℃以上の温度にな
っていると、高温析出不純物除去部６に析出する。
を、ヒータ４により１６００℃に加熱し、酸素を酸化性
気体導入部９から、その圧力がＳｉＯの１６００℃での
蒸気圧以下になるように導入すると、ＳｉＯ2固体７
は、例えば、１２００℃で、ＳｉＯ2析出部８に析出
し、ホウ素やホウ素酸化物、アルミニウムの酸化物など
の不純物は、１６００℃以下１２００℃以上の温度にな
っていると、高温析出不純物除去部６に析出する。
【００２８】ＳｉＯ2析出部８は、高蒸気圧を有するリ
ン酸化物などの低温で析出する不純物１０を、ＳｉＯ2
析出部８に析出させず排気し除去するために、３００℃
以上に保持できる装置であることが好ましい。また、Ｓ
ｉＯ2を粉体で得ようとする場合には、図３に示すよう
な、ＳｉＯ2析出部構造にして、この粉末ＳｉＯ2固体を
回収する装置を配置すれば、ＳｉＯ2粉体を容易に取り
出すことが可能である。
ン酸化物などの低温で析出する不純物１０を、ＳｉＯ2
析出部８に析出させず排気し除去するために、３００℃
以上に保持できる装置であることが好ましい。また、Ｓ
ｉＯ2を粉体で得ようとする場合には、図３に示すよう
な、ＳｉＯ2析出部構造にして、この粉末ＳｉＯ2固体を
回収する装置を配置すれば、ＳｉＯ2粉体を容易に取り
出すことが可能である。
【００２９】
【実施例】(実施例１)純度９９．９％、平均粒径５０μ
ｍ程度のＳｉＯ固体１００ｇを石英製の円筒状容器に充
填し、これを、大気圧のアルゴン雰囲気で、１５００
℃、３０分加熱した。不均化反応により生成・分離した
ＳｉとＳｉＯ2を回収したところ、Ｓｉは２７ｇ、Ｓｉ
Ｏ2は６３ｇであった。このＳｉＯ2中には、Ｓｉが４ｇ
程度残存していると考えられ、残存率は６質量％であ
る。
ｍ程度のＳｉＯ固体１００ｇを石英製の円筒状容器に充
填し、これを、大気圧のアルゴン雰囲気で、１５００
℃、３０分加熱した。不均化反応により生成・分離した
ＳｉとＳｉＯ2を回収したところ、Ｓｉは２７ｇ、Ｓｉ
Ｏ2は６３ｇであった。このＳｉＯ2中には、Ｓｉが４ｇ
程度残存していると考えられ、残存率は６質量％であ
る。
【００３０】回収したＳｉＯ2を、真空容器の中で、圧
力０．１Ｐａの減圧下で１５００℃、３０分加熱したと
ころ、白色の固体が４９ｇ生成した。この固体の酸素濃
度は５２．８％であり、不純物は、ホウ素が０．８ｐｐ
ｍ、リンが０．３ｐｐｍ、アルミニウムが１．６ｐｐ
ｍ、鉄が０．５ｐｐｍであった。なお、ＣｌとＯＨは検
出することができなかった。 (実施例２)純度９９％、平均粒径５０μｍ程度に粉砕し
たＳｉと、純度９９％、平均粒径５０μｍ程度に粉砕し
た珪砂を、モル比１：１．２で混合し、図３に示す装置
の原料充填部３に充填し、装置全体を真空ポンプで減圧
状態にした後、ＳｉＯ2析出部８を５００℃に昇温し、
その後、原料充填部３を１６００℃まで昇温し、酸化性
気体導入部９から、酸素を、真空ポンプとＳｉＯ2析出
部８の間の排気管に設置された真空計が５０Ｐａになる
ように導入し、３０分保持した。その結果、ＳｉＯ2析
出部８には、白色の微粉が生成した。この粉体の酸素濃
度は５３．０％であり、不純物は、ホウ素が０．０２ｐ
ｐｍ、リンが０．１ｐｐｍ、アルミニウムが０．２ｐｐ
ｍ、鉄が０．１ｐｐｍであった。なお、ＣｌとＯＨは検
出することができなかった。
力０．１Ｐａの減圧下で１５００℃、３０分加熱したと
ころ、白色の固体が４９ｇ生成した。この固体の酸素濃
度は５２．８％であり、不純物は、ホウ素が０．８ｐｐ
ｍ、リンが０．３ｐｐｍ、アルミニウムが１．６ｐｐ
ｍ、鉄が０．５ｐｐｍであった。なお、ＣｌとＯＨは検
出することができなかった。 (実施例２)純度９９％、平均粒径５０μｍ程度に粉砕し
たＳｉと、純度９９％、平均粒径５０μｍ程度に粉砕し
た珪砂を、モル比１：１．２で混合し、図３に示す装置
の原料充填部３に充填し、装置全体を真空ポンプで減圧
状態にした後、ＳｉＯ2析出部８を５００℃に昇温し、
その後、原料充填部３を１６００℃まで昇温し、酸化性
気体導入部９から、酸素を、真空ポンプとＳｉＯ2析出
部８の間の排気管に設置された真空計が５０Ｐａになる
ように導入し、３０分保持した。その結果、ＳｉＯ2析
出部８には、白色の微粉が生成した。この粉体の酸素濃
度は５３．０％であり、不純物は、ホウ素が０．０２ｐ
ｐｍ、リンが０．１ｐｐｍ、アルミニウムが０．２ｐｐ
ｍ、鉄が０．１ｐｐｍであった。なお、ＣｌとＯＨは検
出することができなかった。
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、ＳｉＯ2の光透過性や
粘性などに影響を与えるＯＨ、Ｃｌ、金属成分などの不
純物が除去され、不純物の総量が１０ｐｐｍ以下のＳｉ
Ｏ2が得られ、これを、光ファイバーなどの光学製品や
半導体用高純度石英製品の原料として安価に供給するこ
とができる。
粘性などに影響を与えるＯＨ、Ｃｌ、金属成分などの不
純物が除去され、不純物の総量が１０ｐｐｍ以下のＳｉ
Ｏ2が得られ、これを、光ファイバーなどの光学製品や
半導体用高純度石英製品の原料として安価に供給するこ
とができる。
【図１】高温での各種物質の蒸気圧または蒸発速度と、
気相から液体または固体として析出する温度との関係を
示す図である。ＰXＯYの点は、リンおよびリンの酸化物
の大体の位置を示し、ＢXＯYの点は、ホウ素およびホウ
素酸化物の大体の位置を示す。
気相から液体または固体として析出する温度との関係を
示す図である。ＰXＯYの点は、リンおよびリンの酸化物
の大体の位置を示し、ＢXＯYの点は、ホウ素およびホウ
素酸化物の大体の位置を示す。
【図２】高純度ＳｉＯ2を製造する製造装置の一態様を
示す図である。
示す図である。
【図３】高純度ＳｉＯ2を製造する製造装置の他の態様
を示す図である。
を示す図である。
１…原料 ２…ＳｉＯを主として含有する気体 ３…原料充填部 ４…ヒータ ５…高温で析出する不純物 ６…高温析出不純物除去部 ７…ＳｉＯ2固体 ８…ＳｉＯ2析出部 ９…酸化性気体導入部 １０…低温で析出する不純物
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島田 春男 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 平野 兼次 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 Ｆターム(参考） 4G072 AA25 GG01 GG03 HH13 MM03 MM08 MM21
Claims (8)
- 【請求項１】 ＳｉＯ固体を、１０００℃以上１７３０
℃以下の温度に加熱し、固体状態のＳｉＯを、液体また
は固体のＳｉと固体のＳｉＯ2に分解反応させ、生成し
たＳｉＯ2を、大部分のＳｉと分離した後、該ＳｉＯ
2を、さらに加熱することを特徴とする高純度ＳｉＯ2の
製造方法。 - 【請求項２】 前記分離したＳｉＯ2中には、Ｓｉが１
質量％以上３０質量％以下含まれていることを特徴とす
る請求項１記載の高純度ＳｉＯ2の製造方法。 - 【請求項３】 前記ＳｉＯ2の加熱・高純度化を、減圧
状態で１０００℃以上１６００℃以下の温度に加熱して
行なうことを特徴とする請求項１または２記載の高純度
ＳｉＯ2の製造方法。 - 【請求項４】 Ｃ、Ｓｉまたはフェロシリコンの１種ま
たは２種以上とＳｉＯ2との混合物原料を加熱し、Ｓｉ
Ｏ気体を含む気体を発生させ、該ＳｉＯ含有気体を、原
料の加熱温度以下でかつ１４００℃以下に冷却した後
に、該温度にて、酸化性気体を導入してＳｉＯ2を析出
させることを特徴とする高純度ＳｉＯ2の製造方法。 - 【請求項５】 前記混合物原料が充填された部分とＳｉ
Ｏ2を析出させる部分との間に、原料の加熱温度以下で
かつＳｉＯ2を析出させる温度以上の温度を有する領域
を設け、発生するＳｉＯ気体中の不純物気体を析出・除
去することを特徴とする請求項４記載の高純度ＳｉＯ2
の製造方法。 - 【請求項６】 前記ＳｉＯ2の析出温度を３００℃以上
にして、該ＳｉＯ2の析出温度では凝縮・析出しない残
りの気体成分を排気することを特徴とする請求項４また
は５記載の高純度ＳｉＯ2の製造方法。 - 【請求項７】 前記酸化性気体の圧力をＳｉＯ気体の圧
力以下にして、ＳｉＯ2を析出させることを特徴とする
請求項４、５または６記載の高純度ＳｉＯ2の製造方
法。 - 【請求項８】 原料を加熱してＳｉＯ気体を含有する気
体を発生させる加熱反応部と、ＳｉＯ気体以外の不純物
を析出させるための不純物析出部、および、ＳｉＯ2を
析出させるためのＳｉＯ2析出部を順次接続し、該Ｓｉ
Ｏ2析出部には、酸化性気体を導入する反応性気体導入
管を付設し、さらに、ＳｉＯ2が析出した後の残りの気
体を排気するための排気機構を少なくとも備えたことを
特徴とする高純度ＳｉＯ2製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001115773A JP2002316814A (ja) | 2001-04-13 | 2001-04-13 | 高純度ＳｉＯ２の製造方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001115773A JP2002316814A (ja) | 2001-04-13 | 2001-04-13 | 高純度ＳｉＯ２の製造方法および装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002316814A true JP2002316814A (ja) | 2002-10-31 |
Family
ID=18966618
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001115773A Pending JP2002316814A (ja) | 2001-04-13 | 2001-04-13 | 高純度ＳｉＯ２の製造方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002316814A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009224168A (ja) * | 2008-03-17 | 2009-10-01 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 非水電解質二次電池負極材及びそれを用いた非水電解質二次電池 |
| CN111908476A (zh) * | 2020-08-19 | 2020-11-10 | 昆明理工大学 | 一种石英砂加压氯化浸出的提纯方法 |
-
2001
- 2001-04-13 JP JP2001115773A patent/JP2002316814A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009224168A (ja) * | 2008-03-17 | 2009-10-01 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 非水電解質二次電池負極材及びそれを用いた非水電解質二次電池 |
| CN111908476A (zh) * | 2020-08-19 | 2020-11-10 | 昆明理工大学 | 一种石英砂加压氯化浸出的提纯方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20061019 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20070725 |