JP2542797B2 - Method for producing high-purity silica - Google Patents

Method for producing high-purity silica

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JP2542797B2
JP2542797B2 JP6235374A JP23537494A JP2542797B2 JP 2542797 B2 JP2542797 B2 JP 2542797B2 JP 6235374 A JP6235374 A JP 6235374A JP 23537494 A JP23537494 A JP 23537494A JP 2542797 B2 JP2542797 B2 JP 2542797B2
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acid
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purity silica
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2201/00Type of glass produced
    • C03B2201/02Pure silica glass, e.g. pure fused quartz
    • C03B2201/03Impurity concentration specified

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、珪酸アルカリから造ら
れる高純度シリカの製造方法に関する。更に詳しくは、
IC封止剤用樹脂の充填材、基板、電子材料や半導体製
造装置用高純度シリカガラス及び石英ガラス、光学ガラ
スの原料等の用途に適する低放射性で極めて高純度のシ
リカの製造方法に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing high-purity silica made from alkali silicate. For more details,
The present invention relates to a method for producing low-emission and extremely high-purity silica suitable for applications such as fillers for resins for IC sealants, substrates, high-purity silica glass and quartz glass for electronic materials and semiconductor manufacturing equipment, and raw materials for optical glass.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電子産業の急速な発展につれて電
子材料用や半導体製造用などに高純度シリカが使用され
るようになったが、製品の高度化につれてシリカに対す
る高純度化への要望は一層強まっている。例えば、LS
Iあるいは超LSIの封止剤用のエポキシ樹脂の充填剤
として純度のよいシリカ粉末が使用されているが、IC
の高性能化すなわち集積度の増大に伴って封止剤中のU
(ウラン)やTh(トリウム)から放射されるα−線に起因
するICの誤動作すなわちソフトエラーの問題が重要視
されるようになった。このトラブルを回避するためには
エポキシ樹脂組成物中に50〜90%もの比率で配合さ
れる充填剤としてのシリカ中のα−放射線源となる放射
性元素、特にU及びThの低減が不可欠の要件となる。
2. Description of the Related Art In recent years, high-purity silica has come to be used for electronic materials, semiconductor manufacturing, etc. with the rapid development of the electronic industry. It is getting stronger. For example, LS
Although silica powder of high purity is used as a filler of epoxy resin for I or VLSI encapsulant, IC
U in the encapsulant with higher performance of
The problem of malfunction of IC, that is, soft error caused by α-rays emitted from (uranium) and Th (thorium) has come to be emphasized. In order to avoid this trouble, it is indispensable to reduce radioactive elements, particularly U and Th, which are α-radiation sources in silica as a filler mixed in the epoxy resin composition at a ratio of 50 to 90%. Becomes

【0003】従来、この種のエポキシ樹脂用充填剤のシ
リカとしてはU、Th等の放射性元素の含有率が低い良
質の天然珪砂を化学的に処理したものや良質の天然水晶
を溶融粉砕したものが主として使用されていたが、天然
の珪砂や水晶中には酸処理や精製処理を施した後でもU
やThがそれぞれ数10〜100ppb程度含まれてお
り、このようなシリカはソフトエラーのために256キ
ロビット以上の高集積度を対象とするICの封止剤用の
充填剤には全く不適当となる。
Conventionally, silica of this type of filler for epoxy resin is one obtained by chemically treating high-quality natural silica sand having a low content of radioactive elements such as U and Th, and one obtained by melting and crushing high-quality natural quartz. Was mainly used, but in natural silica sand and quartz, even after acid treatment or purification treatment, U
And Th, respectively, are contained in the range of several tens to 100 ppb, and due to soft error, such silica is completely unsuitable as a filler for an IC encapsulant targeted for high integration of 256 kilobits or more. Become.

【0004】天然の水晶の中にはU、Thの含有量の特
に少ないものも希には産出するが、その入手は年々困難
になりつつある。
Among the natural crystals, rare ones containing particularly low contents of U and Th are rarely produced, but their availability is becoming difficult year by year.

【0005】一方、UやThが1ppb以下の極めて高
純度のシリカの製法としては、特に精製した四塩化珪素
やテトラエチルシリケート等のシリカ源を加水分解して
焼成する方法や気相分解する方法があるが、いずれも原
料自体が高価であるとともに腐食性や可燃性を有するた
め取り扱いには特別な配慮を要し、極めて高価となる。
On the other hand, as a method for producing extremely high-purity silica having U or Th of 1 ppb or less, a method of hydrolyzing and firing a silica source such as purified silicon tetrachloride or tetraethyl silicate and a method of vapor phase decomposition are particularly preferable. However, in both cases, the raw material itself is expensive, and since it has corrosiveness and flammability, special handling is required for handling and it is extremely expensive.

【0006】半導体工業用に広く使用されている高純度
シリカガラスはこれまで主に天然水晶を原料とし、化学
的に処理して原石の純度を高め、特殊な粉砕方法により
不純物の混入を防除してその純度を維持しながら精製し
た水晶粉末から造られている。しかしながらこのような
良質の天然水晶はその入手が年々困難になり、代替原料
の出現が期待されている。表1に半導体工業用高純度シ
リカガラスの原料の天然水晶の純度の一例を示すが、A
l以外の不純物は5ppm以下であり、各元素が5pp
m以下であれば、高純度シリカガラスの原料として利用
可能である。
The high-purity silica glass widely used for the semiconductor industry has been mainly made of natural quartz until now, and is chemically treated to increase the purity of the rough stone, and a special crushing method is used to prevent contamination of impurities. It is made from crystal powder purified while maintaining its purity. However, it becomes difficult to obtain such high-quality natural crystals year by year, and it is expected that an alternative raw material will appear. Table 1 shows an example of the purity of natural quartz as a raw material of high-purity silica glass for the semiconductor industry.
Impurities other than 1 are 5 ppm or less, and each element is 5 pp
If it is m or less, it can be used as a raw material of high-purity silica glass.

【0007】[0007]

【表1】 [Table 1]

【0008】また、高純度石英ガラスや光学ガラス用原
料シリカとしては鉄、クロム、マンガン等の遷移金属含
量が1ppm以下であることが要求される。
Further, as a raw material silica for high-purity quartz glass or optical glass, it is required that the content of transition metals such as iron, chromium and manganese is 1 ppm or less.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな高純度シリカは珪酸アルカリと酸との反応による従
来法では得られていない。従来、珪酸アルカリをシリカ
源として高純度のシリカを製造する方法としては、珪
酸アルカリ水溶液をイオン交換して珪酸シリカゾルと
し、これに塩類や界面活性剤を加えてシリカを沈澱状に
析出させて回収する方法(特公昭36−18315号公報、特公
昭37−4304号公報)、珪酸アルカリ水溶液をイオン交
換してシリカゾルとし、これにアンモニアを加えてpH
を調整した後、冷却凍結し、さらに加温融解してシリカ
を析出させて回収する方法(特公昭36−9415号公報)等が
知られている。しかし、何れも析出するシリカ沈澱の含
水率が80%以上にも達し、濾過、洗浄等が困難であっ
て、SiO2純度が99.3〜99.9%程度、不純物含
有量はNa:150〜300ppmとされている。事
実、本発明者等の検討結果ではFe:50〜150pp
m、Th:100〜250ppb程度であって、更に酸
による処理を加えてもFe:5ppm以下、Th:10
ppb以下のシリカを得ることは困難であった。 しかして、最近水素イオン濃度1.5以下の条件でア
ルカリ金属ないしアルカリ土類金属の珪酸塩と鉱酸から
U:1ppb以下の石英ガラスを製造する方法が提案さ
れた(特開昭59−54632号公報)。しかしながら、この発
明には最も除去が困難となっているThを初め他の重金
属の除去手段については全く開示がなされていない。
However, such high-purity silica has not been obtained by the conventional method by the reaction of alkali silicate and acid. Conventionally, as a method for producing high-purity silica using an alkali silicate as a silica source, an aqueous solution of an alkali silicate is ion-exchanged to obtain a silica silicate sol, and a salt or a surfactant is added to the silica sol to precipitate the silica in a precipitation state and the silica is recovered. Method (Japanese Patent Publication No. 36-18315, Japanese Patent Publication No. 37-4304), the alkali silicate aqueous solution is ion-exchanged to form a silica sol, and ammonia is added to this to adjust the pH.
Is adjusted, then cooled and frozen, and then heated and melted to precipitate silica for recovery (Japanese Patent Publication No. 36-9415). However, in all cases, the water content of the precipitated silica is as high as 80% or more, filtration and washing are difficult, the SiO 2 purity is about 99.3 to 99.9%, and the impurity content is Na: 150. It is set to ~ 300 ppm. In fact, according to the examination results of the present inventors, Fe: 50 to 150 pp
m, Th: about 100 to 250 ppb, Fe: 5 ppm or less, Th: 10 even if a treatment with an acid is further added.
It was difficult to obtain silica of ppb or less. Then, recently, a method for producing quartz glass of U: 1 ppb or less from a silicate of an alkali metal or an alkaline earth metal and a mineral acid under the condition of a hydrogen ion concentration of 1.5 or less has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 59-54632). Issue). However, this invention does not disclose any means for removing other heavy metals such as Th, which is the most difficult to remove.

【0010】ところで鉱酸中に珪酸アルカリ水溶液を添
加してシリカゲルを沈澱させる方法は高純度シリカゲル
を製造する手段としては、その逆の添加方法に比べて不
純物が著しく少なくなる有利な方法であるが、反応条件
の微妙な差異によってシリカゲルの沈澱性状に著しい差
異が認められて分離回収の際の操作に大きな影響がある
と同時に不純物含有量についてもppmやppbの単位
で論ずる場合に、反応条件により著しいバラツキが生
じ、洗浄操作では分離し得ない不純物が残留し、再現性
にも欠ける。
By the way, a method of precipitating silica gel by adding an aqueous solution of alkali silicate to mineral acid is an advantageous method as a means for producing high-purity silica gel, in which impurities are remarkably reduced as compared with the reverse addition method. A significant difference in the precipitation properties of silica gel was observed due to subtle differences in the reaction conditions, which had a great effect on the operation during separation and recovery. At the same time, when the impurity content was discussed in terms of ppm or ppb, depending on the reaction conditions. Remarkable variation occurs, impurities that cannot be separated by the washing operation remain, and reproducibility is poor.

【0011】一方、錯体形成剤を使用してシリカまたは
シリカゲル中の不純物を低減しようとする考え方が特開
昭55−42294号公報、特開昭58−41713号公報に開示され
ているが、これらの方法により得られるシリカ中の不純
物はFeを例にとれば50ppm以上残留しており、本
発明者等の目的とする高純度シリカは得られてはいな
い。
On the other hand, the idea of reducing impurities in silica or silica gel by using a complex forming agent is disclosed in JP-A-55-42294 and JP-A-58-41713. In the silica obtained by the method (1), 50 ppm or more of Fe remains as an example, and high-purity silica intended by the present inventors has not been obtained.

【0012】このように、シリカ中の不純物金属元素が
いずれも1ppm以下であり、且つ放射性不純物が1p
pb以下の極めて高純度のシリカを珪酸アルカリ水溶液
から再現性良く製造することについては、従来の方法に
は全く開示されていなかった。
As described above, the impurity metal elements in silica are all 1 ppm or less, and the radioactive impurities are 1 p or less.
The reproducible production of extremely high-purity silica of pb or less from an aqueous alkali silicate solution has not been disclosed at all in the conventional method.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は、珪酸ナトリウ
ム水溶液と鉱酸との反応によりシリカを生成させる方法
において、キレート剤及び過酸化水素が存在する酸濃度
1規定以上の酸性領域中でシリカの沈澱を生成させ、次
いで分離回収したシリカをキレート剤及び過酸化水素を
含有する鉱酸にて洗浄処理することを特徴とするAl、
B、Ba、Ca、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、M
n、Na、Ni、Pb、Sr、Ti、Zn及びZr不純
物含有量がいずれも1ppm以下であり、且つU及びT
h不純物含有量がいずれも1ppb以下である高純度シ
リカの製造方法である。
The present invention relates to a method for producing silica by reacting an aqueous sodium silicate solution with a mineral acid, wherein the silica is present in an acidic region where the chelating agent and hydrogen peroxide are present and the acid concentration is 1 N or more. And then washing the separated and recovered silica with a mineral acid containing a chelating agent and hydrogen peroxide.
B, Ba, Ca, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, M
n, Na, Ni, Pb, Sr, Ti, Zn and Zr impurity contents are all 1 ppm or less, and U and T
This is a method for producing high-purity silica having an h impurity content of 1 ppb or less.

【0014】即ち、本発明にかかる高純度シリカの製造
方法は、本発明者らの出願になる特願昭60−15279号(特
開昭61−178414号公報)発明の改良にかかるものであ
る。本発明方法により得られた高純度シリカは、従来電
子材料用や高純度シリカガラス用の原料として使用され
ていた良質の天然珪砂や水晶の純度を上回るものである
ため、それらに代わって使用可能であるばかりでなく、
より高純度を必要とする高集積度IC用の封止剤、充填
剤などの高性能電子材料用に、あるいは石英ガラス、光
学ガラス用としても安定供給が可能となる点で良質のシ
リカ資源に恵まれぬ我国にとって画期的な意義を有する
ものである。
That is, the method for producing high-purity silica according to the present invention is an improvement of the invention of Japanese Patent Application No. 60-15279 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-178414) filed by the present inventors. . The high-purity silica obtained by the method of the present invention exceeds the purity of high-quality natural silica sand and quartz that have been conventionally used as raw materials for electronic materials and high-purity silica glass, and therefore can be used in place of them. Not only
A high-quality silica resource because it can be stably supplied for high-performance electronic materials such as encapsulants and fillers for highly integrated ICs that require higher purity, or for quartz glass and optical glass. It is of great significance to our poor country.

【0015】[0015]

【作用】本発明の方法で使用する珪酸ナトリウムとして
は、モル比SiO2/Na2Oが1〜4の市販の珪酸ナト
リウム溶液(水ガラス)を使用することができるが、モル
比の値が比較的大きいものが反応に必要とする鉱酸の量
が少なくてすむので経済的である。珪酸ナトリウム溶液
は水または鉱酸のナトリウム塩水溶液で適宜希釈して使
用してもよい。使用濃度は、SiO2として20重量%
以上、好ましくは25重量%以上が好適である。
As the sodium silicate used in the method of the present invention, a commercially available sodium silicate solution (water glass) having a molar ratio of SiO 2 / Na 2 O of 1 to 4 can be used. The relatively large ones are economical because the amount of mineral acid required for the reaction is small. The sodium silicate solution may be appropriately diluted with water or an aqueous sodium salt solution of a mineral acid before use. Used concentration is 20% by weight as SiO 2.
Above, preferably 25% by weight or more is suitable.

【0016】一方、本発明の方法で使用する鉱酸として
は塩酸、硝酸、硫酸などがあげられる。鉱酸は単独また
は二種以上の混酸として使用できる。更に、鉱酸は適宜
希釈して使用することができる。
On the other hand, examples of the mineral acid used in the method of the present invention include hydrochloric acid, nitric acid and sulfuric acid. The mineral acids can be used alone or as a mixed acid of two or more kinds. Further, the mineral acid can be used after being appropriately diluted.

【0017】本発明の方法では、前記の原料を用いて高
純度シリカを製造するに当たり、キレート剤及び過酸化
水素を含有する酸濃度1規定以上の酸性領域中で珪酸ナ
トリウム水溶液と鉱酸を反応させてシリカの沈澱を生成
させることが特徴の1つである。キレート剤としてはシ
ュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、マレイン
酸、フマル酸等のジカルボン酸;トリカルバリル酸、プ
ロパン−1,1,2,3−テトラカルボン酸、ブタン−1,
2,3,4−テトラカルボン酸等のポリカルボン酸;グリ
コール酸、β−ヒドロキシプロピオン酸、クエン酸、リ
ンゴ酸、酒石酸、ピルビン酸、ジグリコール酸等のオキ
シカルボン酸;ニトリルトリ酢酸(NTA)、ニトリロプ
ロピオン酸、エチレンジアミンテトラ酢酸等のアミノポ
リカルボン酸またはそれらの塩などがあげられる。キレ
ート剤としては特にシュウ酸、クエン酸、酒石酸または
それらの可溶性塩等が好適である。キレート剤及び過酸
化水素の添加量はそれぞれ反応系内のシリカ(SiO2)
に対して0.1〜5重量%、好ましくは0.1〜2重量%
である。キレート剤の添加量が0.1重量%未満では添
加効果が充分でなく、また逆に2重量%を超えると添加
効果が飽和する傾向になる。このキレート剤及び過酸化
水素の存在により、特に、ZrやTi等の除去の困難な
不純成分を選択的にシリカから除去することができる。
In the method of the present invention, in producing high-purity silica using the above-mentioned raw materials, a sodium silicate aqueous solution and a mineral acid are reacted in an acidic region containing a chelating agent and hydrogen peroxide and having an acid concentration of 1 N or more. One of the characteristics is that it causes the precipitation of silica. Examples of chelating agents include dicarboxylic acids such as oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, maleic acid and fumaric acid; tricarballylic acid, propane-1,1,2,3-tetracarboxylic acid, butane-1,
Polycarboxylic acids such as 2,3,4-tetracarboxylic acid; oxycarboxylic acids such as glycolic acid, β-hydroxypropionic acid, citric acid, malic acid, tartaric acid, pyruvic acid, diglycolic acid; nitrile triacetic acid (NTA), Examples thereof include aminopolycarboxylic acids such as nitrilopropionic acid and ethylenediaminetetraacetic acid, or salts thereof. As the chelating agent, oxalic acid, citric acid, tartaric acid or their soluble salts are particularly preferable. The amount of chelating agent and hydrogen peroxide added is silica (SiO 2 ) in the reaction system.
0.1 to 5% by weight, preferably 0.1 to 2% by weight
Is. If the amount of the chelating agent added is less than 0.1% by weight, the effect of addition will be insufficient, and if it exceeds 2% by weight, the effect of addition will tend to be saturated. Due to the presence of the chelating agent and hydrogen peroxide, it is possible to selectively remove impurities such as Zr and Ti, which are difficult to remove, from the silica.

【0018】かかる反応では珪酸ナトリウム水溶液を鉱
酸中に添加する方法、あるいは珪酸ナトリウム水溶液及
び鉱酸を同時に添加する方法が考えられるが、いずれの
場合でも、反応系内の酸濃度を常に1規定以上に維持す
ることが重要である。酸濃度1規定未満の領域では不純
物を多量に且つ強固に包含し、固液分離性の不良なシリ
カの沈澱が生成し、引き続く酸による洗浄操作を行って
も不純物を充分に除去することが困難である。
In such a reaction, a method of adding an aqueous solution of sodium silicate to a mineral acid, or a method of simultaneously adding an aqueous solution of sodium silicate and a mineral acid can be considered. In either case, the acid concentration in the reaction system is always 1N. It is important to keep above. In the region where the acid concentration is less than 1 N, a large amount of impurities are strongly contained and a precipitate of silica having poor solid-liquid separation is formed, and it is difficult to sufficiently remove impurities even if the subsequent washing operation with an acid is performed. Is.

【0019】なお、反応時の温度は余り重要ではなく、
常温ないし約100℃の任意の温度の範囲において、所
望の温度を設定すればよく、また反応終了後は暫時熟成
撹拌を続けることが望ましい。
The temperature during the reaction is not so important,
The desired temperature may be set within the range of any temperature from normal temperature to about 100 ° C., and it is desirable to continue the aging stirring for a while after the reaction is completed.

【0020】次に、反応により生成するシリカの沈澱を
常法により分離し、分離したシリカを過酸化水素及びキ
レート剤を含有する鉱酸で酸洗浄することが、本発明で
の不可欠な工程であり、これが他の特徴としてあげられ
る。この場合の酸の種類及びキレート剤の種類について
は、上記と同様であり、処理時の酸の濃度は0.5〜3
規定が望ましい。0.5規定未満ではシリカに付着する
不純物の除去が不充分であり、3規定を超える強酸を使
用する場合では酸処理後の廃酸の中和または有効利用に
問題が生ずる。なお、キレート剤及び過酸化水素の酸へ
の添加量は上記と同様SiO2に対してそれぞれ0.1〜
5重量%の割合となる範囲で含有させておくのがよい。
Next, it is an essential step in the present invention to separate the precipitate of silica produced by the reaction by a conventional method, and to wash the separated silica with a mineral acid containing hydrogen peroxide and a chelating agent. Yes, this is another feature. In this case, the type of acid and the type of chelating agent are the same as above, and the concentration of acid during treatment is 0.5 to 3
Regulation is desirable. If it is less than 0.5 N, impurities adhering to silica are insufficiently removed, and if a strong acid exceeding 3 N is used, problems occur in neutralization or effective utilization of waste acid after acid treatment. The amount of the chelating agent and hydrogen peroxide added to the acid is 0.1 to SiO 2 with respect to each of the above.
It is preferable that the content is 5% by weight.

【0021】このように、本発明ではシリカの沈澱を生
成させる反応工程及び次の洗浄工程もいずれも酸で処理
するものであるが、必ずキレート剤(必要に応じてその
塩でもよい)及び過酸化水素を含有させて行う必要があ
り、いずれかの工程でこれらを含有させない場合には、
所期の目的とする高純度シリカは得られない。
As described above, in the present invention, both the reaction step for forming a silica precipitate and the subsequent washing step are treated with an acid, but a chelating agent (a salt thereof may be used, if necessary) and a peroxide are used. It is necessary to include hydrogen oxide, and if these are not included in any of the steps,
The desired high-purity silica cannot be obtained.

【0022】即ち、本発明方法では、シリカ中の不純物
金属元素例えばAl、B、Ba、Ca、Co、Cr、C
u、Fe、Mg、Mn、Na、Ni、Pb、Sr、T
i、Zn及びZrを全て1ppm以下に低減させ、且つ
U及びThをいずれも1ppb以下に低減させることを
目的とするが、この中でも特にZr及びTiは似たよう
な挙動を示して除去し難い不純物であるけれども、本発
明の方法によれば、再現性よく高純度シリカを回収する
ことができる。
That is, in the method of the present invention, the impurity metal elements in silica, such as Al, B, Ba, Ca, Co, Cr, C.
u, Fe, Mg, Mn, Na, Ni, Pb, Sr, T
The purpose is to reduce i, Zn, and Zr to 1 ppm or less and U and Th to 1 ppb or less, but among them, Zr and Ti exhibit similar behavior and are difficult to remove. Although it is an impurity, according to the method of the present invention, highly pure silica can be recovered with good reproducibility.

【0023】また、言うまでもないが、この酸洗浄によ
る酸処理工程は1回に限らず、必要に応じてその性質
上、2回以上行っても差し支えなく、処理温度も任意で
行うことができる。
Needless to say, the acid treatment step by acid washing is not limited to one time, and may be performed twice or more depending on the nature, if desired, and the treatment temperature may be arbitrarily set.

【0024】かくして、精製した高純度シリカは濾過、
遠心分離またはその他の方法で充分に洗浄除去した後、
乾燥し、次に焼成または溶融して高純度シリカとして回
収する。
The purified high-purity silica thus obtained is filtered,
After thoroughly washing and removing by centrifugation or other methods,
It is dried and then calcined or melted and recovered as high purity silica.

【0025】[0025]

【実施例】以下、実施例にて本発明方法を更に具体的に
説明する。 実施例1 撹拌機付き反応槽に、硝酸水溶液(HNO3=19.3重
量%)4000gをとり、これにシュウ酸(二水塩:市販
品)6g、35重量%過酸化水素水(市販品)17gを添
加溶解した。この硝酸水溶液に、JIS3号珪酸ソーダ
(Na2O=9.2重量%、SiO2=28.5重量%)21
00gを約30分間を要して添加し、シリカの沈澱を生
成させた。この間、反応槽を充分撹拌し、また液温を7
0〜80℃に保持した。反応終了後、反応スラリーを8
0℃で2時間撹拌して熟成を行った。この時の反応母液
中の硝酸濃度は1.1規定であった。この反応終了スラ
リーからのシリカ沈澱の濾過、洗浄を繰り返した後、分
離回収した。分離回収したシリカを撹拌機付き酸処理槽
にとり、これに水と硝酸を加えてスラリー全量5リット
ル、液中の硝酸濃度1規定となるように調整し、更に、
シュウ酸6g、35重量%過酸化水素水17gを添加し
て撹拌しながら90℃で3時間加熱して酸処理した。こ
のスラリーからシリカを濾過分離し、以下常温で水によ
るリパルプ洗浄、固液分離を行い乾燥した後、更に90
0℃で2時間焼成した。得られたシリカ中の不純物含有
量を表2に示す。
EXAMPLES The method of the present invention will be described more specifically below with reference to examples. Example 1 4000 g of an aqueous nitric acid solution (HNO 3 = 19.3% by weight) was placed in a reaction vessel equipped with a stirrer, and 6 g of oxalic acid (dihydrate: commercially available product) and 35% by weight hydrogen peroxide solution (commercially available product) ) 17 g was added and dissolved. In this nitric acid solution, JIS No. 3 sodium silicate
(Na 2 O = 9.2 wt%, SiO 2 = 28.5 wt%) 21
00g was added over a period of about 30 minutes to form a silica precipitate. During this period, stir the reaction tank well and keep the liquid temperature at 7
Hold at 0-80 ° C. After completion of the reaction, add 8 to the reaction slurry.
The mixture was aged at 0 ° C. for 2 hours for aging. The nitric acid concentration in the reaction mother liquor at this time was 1.1 normal. After repeating filtration and washing of the silica precipitate from this reaction-completed slurry, the silica precipitate was separated and collected. The separated and recovered silica was placed in an acid treatment tank equipped with a stirrer, and water and nitric acid were added to this to adjust the total amount of the slurry to 5 liters and the concentration of nitric acid in the liquid to 1 N.
Oxalic acid (6 g) and 35 wt% hydrogen peroxide solution (17 g) were added, and the mixture was heated at 90 ° C. for 3 hours with stirring for acid treatment. Silica is separated from this slurry by filtration, washed with repulp at room temperature at room temperature, solid-liquid separated, and dried.
It was calcined at 0 ° C. for 2 hours. Table 2 shows the content of impurities in the obtained silica.

【0026】実施例2〜3 実施例1の操作手順に従い、酸として塩酸、硫酸を用
い、キレート剤としてクエン酸、EDTAを使用した場
合についてそれぞれ高純度シリカを製造した。このとき
の反応条件、得られた高純度シリカの分析結果等を表2
に併記する。
Examples 2 to 3 High-purity silica was produced according to the procedure of Example 1 using hydrochloric acid and sulfuric acid as acids and citric acid and EDTA as chelating agents. Table 2 shows the reaction conditions at this time and the analysis results of the obtained high-purity silica.
Also described in.

【0027】比較例1〜3 実施例1の操作手順に従い塩酸を使用した場合について
シリカを製造した。このときの反応条件、得られたシリ
カの分析結果を比較例1、2及び3として表2に併記す
る。表2から明らかな様に、本発明にかかる製造条件を
満足しないこれらの比較例の場合には、目的とする高純
度シリカが得られないことが分かる。
Comparative Examples 1 to 3 Silicas were produced according to the procedure of Example 1 using hydrochloric acid. The reaction conditions at this time and the analysis results of the obtained silica are also shown in Table 2 as Comparative Examples 1, 2 and 3. As is clear from Table 2, in the case of these comparative examples which do not satisfy the production conditions according to the present invention, it is understood that the desired high-purity silica cannot be obtained.

【0028】実施例4 実施例1で用いた硝酸水溶液及び珪酸ソーダ溶液を撹拌
しながら反応器に同時に連続的に、且つ両液の添加が同
時に終了する様に添加し、75℃でシリカの沈澱を生成
した。尚、反応器には撹拌機の羽根が浸漬する程度に予
め濃度1.1規定の硝酸水溶液を添加しておいた。本実
施例では、反応母液中の硝酸濃度は反応中1.1規定に
保たれた。以後、実施例1と同様の操作により高純度シ
リカを得た。反応条件及び得られたシリカの分析結果を
表2に併記する。
Example 4 The aqueous nitric acid solution and sodium silicate solution used in Example 1 were added to a reactor at the same time while stirring continuously so that the addition of both solutions was completed at the same time, and the silica was precipitated at 75 ° C. Was generated. An aqueous solution of nitric acid having a concentration of 1.1 N was added to the reactor in advance such that the blade of the stirrer was immersed. In this example, the nitric acid concentration in the reaction mother liquor was kept at 1.1 N during the reaction. Thereafter, high-purity silica was obtained by the same operation as in Example 1. The reaction conditions and the analysis results of the obtained silica are also shown in Table 2.

【0029】[0029]

【表2】 [Table 2]

【0030】実施例5 実施例1で得られた酸処理後、水に分散させた高純度シ
リカスラリーをスプレードライヤー(大川原製作所製、
OC−20)にて噴霧乾燥した。得られたシリカゲル
は、流動性良好で平均粒子径が14.5μmであった。
次いで、この粉末を酸素−プロパンガスによる火炎溶融
炉に連続的に流下させて溶融処理を施して溶融球状シリ
カを得た。このシリカは平均粒子径が14.3μmの高
純度シリカ球状溶融体であった。
Example 5 After the acid treatment obtained in Example 1, a high-purity silica slurry dispersed in water was spray-dried (manufactured by Okawara Seisakusho,
Spray dried with OC-20). The resulting silica gel had good fluidity and an average particle size of 14.5 μm.
Next, this powder was continuously flown down into a flame melting furnace using oxygen-propane gas and subjected to a melting treatment to obtain fused spherical silica. This silica was a high-purity silica spherical melt having an average particle size of 14.3 μm.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上の記載から明らかなように、本発明
の高純度シリカの製造方法によれば、珪酸アルカリ及び
酸との湿式反応により金属元素不純物例えばAl、B、
Ba、Ca、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mn、N
a、Ni、Pb、Sr、Ti、Zn及びZrの含有量が
いずれも1ppm以下であり、且つU及びTh不純物含
有量がいずれも1ppb以下である高純度シリカが比較
的安価な原料から比較的単純な工程によって確実に製造
することが可能となる。本発明方法により製造された高
純度シリカはIC封止剤用樹脂の充填剤、基板、電子材
料や半導体製造装置用高純度シリカガラスの原料等の用
途に好適であり、枯渇しつつある良質の天然珪砂や水晶
等の資源に代わって安定供給を可能とする点で特に有意
義なものである。
As is apparent from the above description, according to the method for producing high-purity silica of the present invention, metal element impurities such as Al, B,
Ba, Ca, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, N
High-purity silica having a content of a, Ni, Pb, Sr, Ti, Zn, and Zr of 1 ppm or less, and U and Th content of 1 ppb or less is relatively inexpensive from relatively inexpensive raw materials. It is possible to surely manufacture by a simple process. The high-purity silica produced by the method of the present invention is suitable for use as a filler for IC encapsulant resins, substrates, raw materials for high-purity silica glass for electronic materials and semiconductor manufacturing equipment, and is of depleting quality. It is particularly significant in that it enables a stable supply in place of resources such as natural silica sand and crystals.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 珪酸ナトリウム水溶液と鉱酸との反応に
よりシリカを生成させる方法において、キレート剤及び
過酸化水素が存在する酸濃度1規定以上の酸性領域中で
シリカの沈澱を生成させ、次いで分離回収したシリカを
キレート剤及び過酸化水素を含有する鉱酸にて洗浄処理
することを特徴とするAl、B、Ba、Ca、Co、C
r、Cu、Fe、Mg、Mn、Na、Ni、Pb、S
r、Ti、Zn及びZr不純物含有量がいずれも1pp
m以下であり、且つU及びTh不純物含有量がいずれも
1ppb以下である高純度シリカの製造方法。
1. A method for producing silica by the reaction of an aqueous sodium silicate solution with a mineral acid, wherein a silica precipitate is produced in an acidic region where an acid concentration is 1 N or more in the presence of a chelating agent and hydrogen peroxide, and then the silica is separated. Al, B, Ba, Ca, Co, C characterized in that the recovered silica is washed with a mineral acid containing a chelating agent and hydrogen peroxide.
r, Cu, Fe, Mg, Mn, Na, Ni, Pb, S
r, Ti, Zn, and Zr impurity contents are all 1 pp
A method for producing high-purity silica having a content of m or less and U and Th impurity contents of 1 ppb or less.
【請求項2】 キレート剤がカルボン酸、ポリカルボン
酸、オキシカルボン酸、アミノポリカルボン酸またはそ
れらの塩である請求項1記載の高純度シリカの製造方
法。
2. The method for producing high-purity silica according to claim 1, wherein the chelating agent is a carboxylic acid, a polycarboxylic acid, an oxycarboxylic acid, an aminopolycarboxylic acid or a salt thereof.
【請求項3】 反応系内に存在するキレート剤及び過酸
化水素がそれぞれSiO2に対して0.1〜5重量%であ
る請求項1または2記載の高純度シリカの製造方法。
3. The method for producing high-purity silica according to claim 1, wherein the chelating agent and hydrogen peroxide present in the reaction system are each 0.1 to 5% by weight with respect to SiO 2 .
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