JP3225549B2 - Production method of high purity aqueous silica sol - Google Patents

Production method of high purity aqueous silica sol

Info

Publication number
JP3225549B2
JP3225549B2 JP24587591A JP24587591A JP3225549B2 JP 3225549 B2 JP3225549 B2 JP 3225549B2 JP 24587591 A JP24587591 A JP 24587591A JP 24587591 A JP24587591 A JP 24587591A JP 3225549 B2 JP3225549 B2 JP 3225549B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
aqueous solution
sio
silicic acid
silica
solution
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP24587591A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0585718A (en
Inventor
淑胤 渡部
博水 鈴木
幹夫 安藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Chemical Corp
Original Assignee
Nissan Chemical Corp
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
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=17140108&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP3225549(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Nissan Chemical Corp filed Critical Nissan Chemical Corp
Priority to JP24587591A priority Critical patent/JP3225549B2/en
Publication of JPH0585718A publication Critical patent/JPH0585718A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3225549B2 publication Critical patent/JP3225549B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C01B33/14Colloidal silica, e.g. dispersions, gels, sols
    • C01B33/141Preparation of hydrosols or aqueous dispersions
    • C01B33/142Preparation of hydrosols or aqueous dispersions by acidic treatment of silicates
    • C01B33/143Preparation of hydrosols or aqueous dispersions by acidic treatment of silicates of aqueous solutions of silicates
    • C01B33/1435Preparation of hydrosols or aqueous dispersions by acidic treatment of silicates of aqueous solutions of silicates using ion exchangers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

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、30〜50重量%のSiO2
度を有し、コロイダルシリカの平均粒子径は10〜30ミリ
ミクロンであって、しかも、シリカ以外の多価金属酸化
物を実質的に含まない所謂高純度を有する安定な水性シ
リカゾルの製造法の改良に関する。特に、本発明の方法
により得られたシリカゾルは、鉄、アルミニウム等多価
金属の酸化物の含有率が極度に低いので、シリカゾル中
これら多価金属分の不存在が望まれる用途、例えば、半
導体の研磨剤として用いられる。
The present invention relates to a polyvalent metal oxide having a SiO 2 concentration of 30 to 50% by weight, an average particle diameter of colloidal silica of 10 to 30 mm, and a non-silica polyvalent metal oxide. The present invention relates to an improvement in a method for producing a stable aqueous silica sol having a so-called high purity substantially containing no. In particular, the silica sol obtained by the method of the present invention has an extremely low content of oxides of polyvalent metals such as iron and aluminum. Therefore, applications where the absence of these polyvalent metals in the silica sol is desired, for example, semiconductors Used as an abrasive.

【0002】[0002]

【従来の技術】種々の用途に用いられる工業製品の安定
な水性シリカゾルは、水溶性のアルカリ金属珪酸塩、特
に、安価に入手できる工業製品の水ガラスから製造され
ている。けれども、この水ガラスから製造された安定な
水性シリカゾルに対し、幾つかの用途、例えば、半導体
表面の研磨剤、石英ファイバー用原料、その他高純度の
ゾルが望まれる用途においては、それら分野の技術の高
度化と共に、そのシリカゾル中に通常微量に存在する金
属酸化物、特に、多価金属酸化物に原因して、しばしば
問題が起っている。
2. Description of the Related Art Stable aqueous silica sols of industrial products used for various applications are produced from water-soluble alkali metal silicates, especially water glass, an industrial product which is available at low cost. However, the stable aqueous silica sol produced from the water glass may be used in several applications, such as abrasives for semiconductor surfaces, raw materials for quartz fibers, and other applications where high-purity sols are desired. With the sophistication of silica, problems often arise due to metal oxides usually present in trace amounts in the silica sol, especially polyvalent metal oxides.

【0003】アルカリ金属酸化物を実質的に含まない水
性シリカゾルの製造法は既に知られている。例えば、米
国特許第 4054536号明細書には、アルカリ金属酸化物を
実質的に含まない水性シリカゾルの製造法として、アル
カノールアミンの熱水溶液に2〜10%の珪酸水溶液をア
ミンに対するSiO2のモル比として 1〜100 の比率に加え
ながら水を蒸留除去することによって得られたpH 8〜1
0、SiO25〜55%の水性ゾルを、イオン交換樹脂中を通過
させることによってアルカリ金属含量 200ppm以下、pH
2〜5 の水性シリカゾルを生成させ、これにアンモニア
をpH 9〜10となるように加えることによって、アルカリ
金属含量 200ppm 以下のシリカゾルを得る方法が開示さ
れている。
[0003] Processes for producing aqueous silica sols substantially free of alkali metal oxides are already known. For example, U.S. Pat. No. 4054536, as a production method of an aqueous silica sol substantially free of alkali metal oxides, the molar ratio of SiO 2 to amine 2 to 10% of the silicate solution to a hot aqueous solution of the alkanolamine PH 8 to 1 obtained by distilling off water while adding to a ratio of 1 to 100 as
0, an aqueous sol of 5 to 55% of SiO 2 is passed through an ion exchange resin to obtain an alkali metal content of 200 ppm or less, pH
A method is disclosed in which an aqueous silica sol having an alkali metal content of 200 ppm or less is obtained by forming an aqueous silica sol having a pH of 2 to 5 and adding ammonia to the aqueous silica sol to a pH of 9 to 10.

【0004】更に、特開昭61−158810号公報には、濃度
0.5〜7 重量%のアルカリ珪酸塩の水溶液を強酸型陽イ
オン交換樹脂と接触させて脱アルカリすることにより得
られた珪酸液に、酸を加えてpH 2.5以下、温度 0〜98℃
でその珪酸液を処理し、次いでこの処理後の液中の不純
物を限外濾過膜を通過させることにより除いた後、陰陽
イオン交換樹脂の混床、キレート樹脂層等を通過させ、
得られたオリゴ珪酸溶液の一部にアンモニア、アミン等
を加えてpH 7〜10のヒールゾルとなし、60〜98℃でこの
ヒールゾルにオリゴ珪酸溶液の残部を徐々に滴下するこ
とによりコロイダルシリカの粒子を成長させることによ
って、シリカ以外の多価金属酸化物含有率が低いシリカ
ゾルを得る方法が提案されている。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-158810 discloses that
An acid is added to a silicate solution obtained by contacting an aqueous solution of 0.5 to 7% by weight of an alkali silicate with a strong acid type cation exchange resin to remove alkali, pH 2.5 or less, temperature 0 to 98 ° C
The silicate solution is treated with, then, impurities in the solution after the treatment are removed by passing through an ultrafiltration membrane, and then passed through a mixed bed of an anion and cation exchange resin, a chelate resin layer, and the like.
Ammonia, amine, etc. are added to a part of the obtained oligosilicic acid solution to form a heel sol having a pH of 7 to 10.Colloidal silica particles are obtained by gradually dropping the rest of the oligosilicic acid solution into the heel sol at 60 to 98 ° C. There has been proposed a method of obtaining a silica sol having a low content of a polyvalent metal oxide other than silica by growing a sol.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】市販工業製品の水ガラ
スを原料として、その希釈水溶液を陽イオン交換樹脂層
に通すことによって得られた活性珪酸の水溶液を用い
て、上記米国特許第 4054536号明細書に記載の方法で水
性シリカゾルを製造すると、シリカに対するアルカリ金
属含有率 200ppm以下の水性シリカゾルを得ることがで
きるが、他の金属、例えば、鉄、アルミニウム等多価金
属の含有率はシリカに対し 300ppm 以上含有する水性シ
リカゾルしか得られない。この高い含有率で存在する多
価金属は、原料である水ガラス中に約 300ppm 以上含ま
れていた多価金属酸化物に由来するものである。
The above-mentioned U.S. Pat. No. 4,045,536 describes the use of an aqueous solution of activated silicic acid obtained by passing a dilute aqueous solution through a cation exchange resin layer using water glass as a commercial industrial product as a raw material. When an aqueous silica sol is produced by the method described in this document, an aqueous silica sol having an alkali metal content of 200 ppm or less based on silica can be obtained.However, the content of other metals, for example, iron and polyvalent metals such as aluminum is higher than that of silica. Only an aqueous silica sol containing 300 ppm or more can be obtained. The polyvalent metal present at this high content is derived from the polyvalent metal oxide contained in the raw water glass at about 300 ppm or more.

【0006】上記特開昭61−158810号公報に記載の方法
では、水ガラス等原料のアルカリ金属珪酸塩中に存在す
るアルカリ金属及び珪素以外の多価金属のいずれも、シ
リカゾルを製造する過程において除去することが行われ
る。けれども、この除去の方法は、加えられた酸を含有
する活性珪酸の水溶液から、その中に含まれている不純
物を限外濾過膜を通過させて除く際に、活性珪酸の水溶
液にこの液の20倍〜1万倍に相当する量の別途調製の酸
液を補給せねばならず、シリカゾルの工業生産プロセス
としては効率的でない。更に、この特開昭61−158810号
公報に記載の方法では、コロイダルシリカの粒子成長の
ため 760時間もの長時間を要し、そしてこの粒子成長を
終えた後にシリカゾルの濃縮が行われるから、シリカゾ
ルの工業生産プロセスとしてはやはり効率的でない。
In the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-158810, both alkali metals and polyvalent metals other than silicon present in the alkali metal silicate as a raw material such as water glass are used in the process of producing silica sol. Removal is performed. However, the method of this removal is to remove the impurities contained therein from the aqueous solution of active silicic acid containing the added acid by passing the solution through an ultrafiltration membrane. It is necessary to supply a separately prepared acid solution in an amount corresponding to 20 to 10,000 times, which is not efficient as an industrial production process of silica sol. Further, in the method described in JP-A-61-158810, it takes a long time of 760 hours for the growth of colloidal silica particles, and after completion of the particle growth, the silica sol is concentrated. Is still inefficient as an industrial production process.

【0007】シリカゾルを結合剤として用いる場合に
は、用いられるゾルのコロイダルシリカの粒子径が小さ
い程、ゾルはより高い結合力を示すが、その反面 、用
いられるゾルのコロイダルシリカの粒子径が小さい程、
ゾルは安定性に乏しくなるので、これを補うにはゾルの
SiO2濃度を低めねばならない。けれども、一般に結合剤
として用いる場合には、高いSiO2濃度であってしかも結
合力の充分なものが望まれる。また、粒子径が揃ってい
るコロイダルシリカからなるゾルよりも、粒子径に分布
を有するコロイダルシリカからなるゾルの方が一層高い
結合力を示す。
[0007] When silica sol is used as a binder, the smaller the colloidal silica particle size of the sol used, the higher the binding force of the sol, but on the other hand, the smaller the colloidal silica particle size of the sol used. About
The sol becomes less stable, so to compensate for this,
The SiO 2 concentration must be reduced. However, in general, when used as a binder, a binder having a high SiO 2 concentration and sufficient binding strength is desired. Further, a sol made of colloidal silica having a distribution of particle diameters has a higher binding force than a sol made of colloidal silica having a uniform particle diameter.

【0008】このように、シリカゾルを使用して得られ
る製品の性能の向上に適合する如き改良されたシリカゾ
ルを安価な工業製品として提供することが課題となって
いる。本発明は、このような課題及び上記従来のシリカ
以外の多価金属酸化物含量の低いシリカゾル製造法の問
題を解決しようとするものであって、シリカ以外の多価
金属酸化物含量がシリカに対し 300ppm より少なく、30
〜50重量%のSiO2濃度を有し、そしてコロイダルシリカ
の平均粒子径が10〜30ミリミクロンである安定な水性シ
リカゾルを、多価金属酸化物を不純物として含むアルカ
リ金属珪酸塩から効率よく製造する方法を提供しようと
するものである。
[0008] As described above, it is an object to provide an improved silica sol as an inexpensive industrial product suitable for improving the performance of a product obtained by using the silica sol. The present invention is intended to solve such a problem and the problem of the above-mentioned conventional method for producing a silica sol having a low content of polyvalent metal oxides other than silica. Less than 300 ppm, 30
It has a SiO 2 concentration of 50 wt%, and a stable aqueous silica sol which is the average particle size of 10-30 millimicrons colloidal silica, efficiently from alkali metal silicate containing polyvalent metal oxides as impurities produced To provide a way to do so.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の、30〜50重量%
のSiO2濃度を有し、シリカ以外の多価金属酸化物を実質
的に含まない、かつ、コロイダルシリカの平均粒子径が
10〜30ミリミクロンである安定な水性シリカゾルの製造
法は、下記工程(a) 、(b) 、(c) 、(d) 、(e)、(f) 及
び(g) からなることを特徴とする。
Means for Solving the Problems 30 to 50% by weight of the present invention
Has a SiO 2 concentration of substantially no polyvalent metal oxide other than silica, and the average particle size of the colloidal silica
A method for producing a stable aqueous silica sol having a diameter of 10 to 30 mm is characterized by comprising the following steps (a), (b), (c), (d), (e), (f) and (g). And

【0010】(a) シリカ以外の多価金属酸化物をシリカ
に対し 300〜10000ppmの比率に含有する水溶性のアルカ
リ金属珪酸塩がこの珪酸塩に由来するSiO2分として 1〜
6 重量%の濃度に溶解しているアルカリ金属珪酸塩の水
溶液を、水素型強酸性陽イオン交換樹脂と接触させるこ
とによりSiO2濃度 1〜6 重量%の活性珪酸の水溶液を生
成させ、この生成液を回収する工程、 (b) (a) 工程で回収された活性珪酸の水溶液に強酸を加
えることにより該水溶液をpH 0〜2.0 に調整した後、 0
〜100 ℃に 0.1〜120 時間保持する工程、 (c) (b) 工程で得られた水溶液を水素型強酸性陽イオン
交換樹脂と接触させた後、この接触によって生成した液
を水酸基型強塩基性陰イオン交換樹脂と接触させること
により、実質的に活性珪酸以外の溶解物質を含まず、か
つ、SiO2濃度が1〜6 重量%である活性珪酸の水溶液を
生成させ、この生成液を回収する工程、 (d) (c) 工程で回収された活性珪酸の水溶液に、ナトリ
ウム又はカリウムの水酸化物の水溶液を、この水酸化物
に由来する M2O (但し、M はナトリウム原子又はカリウ
ム原子を表す。) と上記活性珪酸の水溶液に含まれるSi
O2とのSiO2/M2Oモル比が50〜250 となるように加えるこ
とにより、 1〜6 重量%のSiO2濃度と 7〜9 のpHを有す
る安定化された活性珪酸の水溶液を生成させる工程、 (e) (d)工程で得られた安定化された活性珪酸の水溶液
をヒール液として1重量部容器中に投入し、この容器内
液温を70〜100 ℃に保つと共に、上記 (d)工程で得られ
た安定化された活性珪酸の水溶液 5〜20重量部をフィー
ド液として上記容器中に50〜200 時間の間に連続的に供
給しながら、この時間の間上記容器内を常圧又は減圧に
保ち、そして上記容器内液量が一定に保たれるように上
記容器から水を蒸発により除くことにより、30〜50重量
%のSiO2濃度を有し、かつ、コロイダルシリカの平均粒
子径が10〜30ミリミクロンである安定な水性シリカゾル
を生成させる工程、 (f) (e)工程で得られた安定な水性シリカゾルを水素型
強酸性陽イオン交換樹脂と接触させた後、この接触によ
り生成した水性シリカゾルを水酸基型強塩基性陰イオン
交換樹脂と接触させることによりシリカ以外の多価金属
酸化物を実質的に含まない酸性の水性シリカゾルを生成
させる工程、及び (g) (f)工程で生成した酸性の水性ゾルに、そのゾルのp
Hが 8〜10.5となるようにアンモニアを加えることによ
り、30〜50重量%のSiO2濃度を有し、シリカ以外の多価
金属酸化物を実質的に含まず、そしてコロイダルシリカ
の平均粒子径が10〜30ミリミクロンである安定な水性シ
リカゾルを生成させる工程 。
(A) A water-soluble alkali metal silicate containing a polyvalent metal oxide other than silica in a ratio of 300 to 10,000 ppm based on silica is converted into 1 to 2 parts of SiO 2 derived from the silicate.
An aqueous solution of an alkali metal silicate dissolved at a concentration of 6% by weight is brought into contact with a hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin to form an aqueous solution of activated silicic acid having a SiO 2 concentration of 1 to 6% by weight. (B) adjusting the aqueous solution to pH 0 to 2.0 by adding a strong acid to the aqueous solution of active silicic acid recovered in step (a);
(C) keeping the aqueous solution obtained in step (b) in contact with a strongly acidic cation exchange resin of hydrogen type, and subjecting the resulting solution to a strong base of hydroxyl type. By contacting with a reactive anion exchange resin, an aqueous solution of activated silicic acid containing substantially no dissolved substance other than activated silicic acid and having a SiO 2 concentration of 1 to 6% by weight is generated, and the generated liquid is recovered. (D) An aqueous solution of sodium or potassium hydroxide is added to the aqueous solution of active silicic acid recovered in step (c) by adding M 2 O derived from the hydroxide (where M is a sodium atom or potassium Represents an atom.) And Si contained in the aqueous solution of the active silicic acid.
SiO 2 / M 2 O molar ratio of O 2 is by adding so that 50 to 250, the aqueous solution of the stabilized active silicic acid having a pH of SiO 2 concentration of 1-6 wt% and 7-9 (E) charging the aqueous solution of stabilized activated silicic acid obtained in the step (d) into a 1 part by weight container as a heel solution, keeping the temperature of the container solution at 70 to 100 ° C. While continuously supplying 5 to 20 parts by weight of the aqueous solution of stabilized activated silicic acid obtained in the step (d) as a feed solution into the vessel for 50 to 200 hours, the vessel By keeping the inside at normal pressure or reduced pressure, and removing water from the container by evaporation so that the liquid volume in the container is kept constant, it has a SiO 2 concentration of 30 to 50% by weight, and has a colloidal A step of producing a stable aqueous silica sol having an average particle diameter of silica of 10 to 30 millimicrons, obtained in steps (f) and (e) After contacting a stable aqueous silica sol with a hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin, the aqueous silica sol generated by this contact is contacted with a hydroxyl-type strong basic anion exchange resin to convert polyvalent metal oxides other than silica. (G) forming an acidic aqueous silica sol substantially free of, and (g) adding the p of the sol to the acidic aqueous sol generated in the step (f).
By adding ammonia so that H becomes 8 to 10.5, it has an SiO 2 concentration of 30 to 50% by weight, is substantially free of polyvalent metal oxides other than silica, and has an average particle size of colloidal silica. Forming a stable aqueous silica sol having a particle size of 10-30 millimicrons.

【0011】本発明の製造方法の(a) 工程に用いられる
アルカリ金属珪酸塩としては、市販工業製品として入手
されるものでよいが、それに含まれるアルカリ金属と珪
素とがSiO2/M2O( 但し、Mはアルカリ金属原子を表わ
す。)モル比として 0.5〜4.5程度である水溶性のもの
が適当である。特に、安価な工業製品としてシリカゾル
を大規模に生産するには、安価な工業製品である SiO2/
Na2Oモル比が 2〜4 程度のナトリウム水ガラスを用いる
のが好ましい。けれども、この市販工業製品の水ガラス
中には、通常、シリカ以外の多価金属酸化物がその水ガ
ラス中のSiO2分に対し 300〜10000ppm程度不純物として
含有されている。その含有率が比較的に高い多価金属の
主なものはアルミニウム、鉄、カルシウム、マグネシウ
ム等である。
As the alkali metal silicate used in step (a) of the production method of the present invention, commercially available industrial products may be used, and the alkali metal and silicon contained therein are SiO 2 / M 2 O (However, M represents an alkali metal atom.) A water-soluble compound having a molar ratio of about 0.5 to 4.5 is suitable. In particular, in order to produce silica sol on a large scale as an inexpensive industrial product, the inexpensive industrial product SiO 2 /
It is preferable to use sodium water glass having a Na 2 O molar ratio of about 2 to 4. However, the water glass of this commercial industrial product usually contains polyvalent metal oxides other than silica as impurities of about 300 to 10,000 ppm based on the SiO 2 content in the water glass. The main polyvalent metals whose content is relatively high are aluminum, iron, calcium, magnesium and the like.

【0012】(a) 工程では、このようなシリカ以外の多
価金属酸化物を不純物として含有するアルカリ金属珪酸
塩を、この珪酸塩に由来するSiO2分として 1〜6 重量
%、好ましくは 2〜6 重量% の濃度に水に溶解させるこ
とによって得られたアルカリ金属珪酸塩水溶液が用いら
れる。この水としては工業用水を陽イオン除去処理した
ものでよい。
In the step (a), the alkali metal silicate containing such a polyvalent metal oxide other than silica as an impurity is contained in an amount of 1 to 6% by weight, preferably 2 to 6% by weight as SiO 2 derived from the silicate. An aqueous alkali metal silicate solution obtained by dissolving in water to a concentration of 66% by weight is used. This water may be industrial water obtained by removing cations.

【0013】本発明の(a) 工程に用いられる水素型強酸
性陽イオン交換樹脂は、従来から水ガラス水溶液のアル
カリ金属イオン除去用に用いられているものでよく、市
販の工業製品として容易に入手される。その例として
は、商品名アンバーライトIR−120Bが挙げられる。本発
明の(a) 工程では、上記アルカリ金属珪酸塩水溶液を上
記水素型強酸性陽イオン交換樹脂に接触させることが行
われる。この接触は、このイオン交換樹脂充填のカラム
中を通液させることにより好ましく行うことができ、カ
ラム通過液は、SiO2濃度 1〜6 重量% 、好ましくは 2〜
6 重量%の活性珪酸の水溶液として回収される。用いら
れる水素型陽イオン交換樹脂の量としては、アルカリ金
属珪酸塩水溶液中のアルカリ金属イオンの全量を水素イ
オンで交換するに充分な量でよい。カラムを通過させる
速度は1時間当たり 1〜10程度の空間速度が好ましい。
The hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin used in the step (a) of the present invention may be one conventionally used for removing alkali metal ions from an aqueous solution of water glass, and is easily used as a commercially available industrial product. Obtained. An example is Amberlite IR-120B. In the step (a) of the present invention, the aqueous alkali metal silicate solution is brought into contact with the hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin. This contact can be preferably performed by passing the solution through a column filled with the ion exchange resin, and the solution passing through the column has an SiO 2 concentration of 1 to 6% by weight, preferably 2 to 6% by weight.
It is recovered as an aqueous solution of 6% by weight active silicic acid. The amount of the hydrogen-type cation exchange resin used may be an amount sufficient for exchanging the total amount of alkali metal ions in the aqueous alkali metal silicate solution with hydrogen ions. The speed of passage through the column is preferably a space velocity of about 1 to 10 per hour.

【0014】(b) 工程に用いられる強酸の例としては、
塩酸、硝酸、硫酸等の無機酸が挙げられるが、アルミニ
ウム分と鉄分の除去率を高めるには硝酸が最も好まし
い。この強酸は、(a) 工程で回収された活性珪酸の水溶
液が変質を起さない前、好ましくは上記回収直後の活性
珪酸の水溶液に添加される。加えられる強酸の量として
は、液のpHが 0〜2 の範囲、好ましくは 0.5〜1.8 とな
る量がよい。(b) 工程では、この添加後、液は 0〜100
℃で 0.1時間以上、好ましくは0.5 〜120 時間保持され
る。
Examples of the strong acid used in the step (b) include:
Inorganic acids such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid and the like can be mentioned, but nitric acid is most preferable to increase the removal rate of aluminum and iron. This strong acid is added to the aqueous solution of active silicic acid before the aqueous solution of active silicic acid recovered in step (a) does not undergo any alteration, preferably immediately after the recovery. The amount of the strong acid to be added is such that the pH of the solution is in the range of 0 to 2, preferably 0.5 to 1.8. In step (b), after this addition, the solution is
It is kept at 0.1 DEG C. for 0.1 hour or more, preferably 0.5 to 120 hours.

【0015】(c) 工程に用いられる水素型強酸性陽イオ
ン交換樹脂は、(a) 工程に用いられたものと同じでよ
い。(c) 工程に用いられる水酸基型強塩基性陰イオン交
換樹脂も、従来からシリカゾル中の陰イオンを除くのに
用いられていたものでよく、市販品として容易に入手で
きる。その例としては、商品名アンバーライト IRA−41
0 が挙げられる。
The hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin used in the step (c) may be the same as that used in the step (a). (c) The hydroxyl group type strongly basic anion exchange resin used in the step may be the one conventionally used for removing anions in silica sol, and is easily available as a commercial product. An example is the trade name Amberlite IRA-41
0 is cited.

【0016】(c) 工程では、(b) 工程で得られた水溶液
を先ず、上記水素型強酸性陽イオン交換樹脂と接触させ
る。この接触は、 0〜60℃好ましくは 5〜50℃で上記水
素型強酸性陽イオン交換樹脂充填のカラム中を1時間当
たり 2〜20の空間速度で通液させることにより好ましく
行うことができる。次いで、この通液によって得られた
水溶液は、好ましくは、得られた直後に、上記水酸基型
強塩基性陰イオン交換樹脂と、 0〜60℃好ましくは 5〜
50℃で接触させる。この接触も、上記水酸基型強塩基性
陰イオン交換樹脂充填のカラム中を1時間当たり 1〜10
の空間速度で通液させることにより好ましく行うことが
できる。この通液によって得られた水溶液は、更に好ま
しくは、得られた直後に、上記水素型強酸性陽イオン交
換樹脂と、 0〜60℃好ましくは 5〜50℃で接触させるの
がよい。この接触もやはり、上記水素型強酸性陽イオン
交換樹脂充填のカラム中を1時間当たり 1〜20の空間速
度で通液させることにより好ましく行うことができる。
この通液後、水溶液は回収され、次の(d) 工程に供され
る。
In the step (c), the aqueous solution obtained in the step (b) is first brought into contact with the hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin. This contact can be preferably carried out by passing the solution through a column packed with the hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin at a space velocity of 2 to 20 per hour at 0 to 60 ° C, preferably 5 to 50 ° C. Next, the aqueous solution obtained by this passage is preferably, immediately after being obtained, the above-mentioned hydroxyl group type strongly basic anion exchange resin, at 0 to 60 ° C., preferably 5 to 60 ° C.
Contact at 50 ° C. This contact also takes place in a column packed with the above-mentioned hydroxyl-type strongly basic anion exchange resin at 1 to 10 per hour.
It can be carried out preferably by passing the solution at a space velocity of It is more preferable that the aqueous solution obtained by this passing is contacted with the hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin at 0 to 60 ° C., preferably 5 to 50 ° C. immediately after being obtained. This contact can also be preferably performed by passing the solution through the column filled with the hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin at a space velocity of 1 to 20 per hour.
After this passage, the aqueous solution is recovered and subjected to the next step (d).

【0017】(d) 工程に用いられる水酸化ナトリウム又
は水酸化カリウムの水溶液は、好ましくは純度95%以上
の市販工業製品の水酸化ナトリウム又は水酸化カリウム
を陽イオンを除去した工業用水に、好ましくは 2〜20重
量%濃度となるように溶かすことにより得られる。 (d) 工程では、(c) 工程で得られた活性珪酸の水溶液
に、好ましくはその回収直後に、上記ナトリウム又はエ
リウムの水酸化物水溶液がSiO2/M2O( 但し、M は上記に
同じ。) モル比として50〜250 、好ましくは60〜200 と
なるように加えられる。この添加は、常温〜60℃で行う
ことができるが、常温でなるべく短時間に行うのが好ま
しい。この添加によってSiO2濃度 1〜6 重量% 、好まし
くは 2〜6重量%を有し、そしてpH 7〜9 を有する安定
化された活性珪酸の水溶液が得られる。この生成液は長
時間安定であるが、30時間以内に(e) 工程に供するのが
特に好ましい。
The aqueous solution of sodium hydroxide or potassium hydroxide used in the step (d) is preferably a commercial industrial product having a purity of 95% or more, which is preferably prepared by removing cations from sodium hydroxide or potassium hydroxide in industrial water. Is obtained by dissolving to a concentration of 2 to 20% by weight. In the step (d), the aqueous solution of sodium or helium hydroxide is added to the aqueous solution of activated silicic acid obtained in the step (c), preferably immediately after the recovery, with SiO 2 / M 2 O (where M is as described above). The same is applied.) The molar ratio is 50 to 250, preferably 60 to 200. This addition can be performed at room temperature to 60 ° C., but is preferably performed at room temperature in as short a time as possible. SiO 2 concentration of 1-6 wt% by the addition, preferably having from 2 to 6 wt%, and the aqueous solution of the stabilized active silicic acid is obtained having a pH 7 to 9. This product liquid is stable for a long time, but it is particularly preferable to subject it to the step (e) within 30 hours.

【0018】(e) 工程に用いられる装置は、通常の、耐
酸性、耐アルカリ性及び耐圧性の容器に攪拌機、温度制
御装置、液面感知装置、減圧装置、液供給装置、上記冷
却装置等が具備されたものでよい。(e) 工程では先ず、
(d) 工程で得られた安定化活性珪酸の水溶液の全部又は
その 1/5〜1/20の量が容器中にヒール液として投入され
る。大規模工業生産では、この全量をヒール液に用い、
別途、上記(a) 工程〜(d) 工程を経てつくられた安定化
活性珪酸の水溶液をこのヒール液の 5〜20倍量フィード
液として用いるのが好ましい。また、上記1/5 〜1/20量
がヒール液として用いられたときは、残部はフィード液
として用いられる。
(E) The equipment used in the process includes a usual acid-resistant, alkali-resistant and pressure-resistant container in which a stirrer, a temperature controller, a liquid level sensing device, a pressure reducing device, a liquid supply device, the above-mentioned cooling device, and the like are used. It may be provided. (e) In the process,
(d) All or 1/5 to 1/20 of the aqueous solution of stabilized activated silicic acid obtained in the step is poured as a heel solution into a container. In large-scale industrial production, this whole amount is used for heel fluid,
Separately, it is preferable to use an aqueous solution of the stabilized activated silicic acid formed through the above steps (a) to (d) as a feed solution in an amount of 5 to 20 times the heel solution. When the above 1/5 to 1/20 amount is used as the heel liquid, the remainder is used as the feed liquid.

【0019】(e) 工程では、容器内は液温70〜100 ℃、
好ましくは80〜100 ℃に保たれると共に、液から水が蒸
発する圧力に保たれる。そしてフィード液の供給速度と
蒸発水の除去速度とが、この容器内液量が一定に保たれ
るように、かつ、フィード液の供給が50〜200時間の間
に終了するように調節される。フィード液の供給と蒸発
水の除去は、(e) 工程の開始から終了までの間、常に連
続的或いは断続的のいずれの方法で行ってもよいが、容
器内液量が一定に保たれるように行うのが好ましく、ま
た、フィード液の供給速度も一定に保つのが好ましい。
In the step (e), the temperature in the container is 70 to 100 ° C.
Preferably, the temperature is maintained at 80 to 100 ° C. and the pressure is such that water evaporates from the liquid. The feed rate of the feed solution and the removal rate of the evaporating water are adjusted so that the amount of the solution in the container is kept constant, and the supply of the feed solution is completed within 50 to 200 hours. . The supply of the feed liquid and the removal of the evaporated water may be performed continuously or intermittently from the start to the end of the step (e), but the liquid amount in the container is kept constant. It is preferable to keep the feed rate of the feed liquid constant.

【0020】(f) 工程に用いられる水素型強酸性陽イオ
ン交換樹脂は(a) 工程及び(c) 工程に用いられるものと
同じでよい。また、水酸基型強塩基性陰イオン交換樹脂
も(c) 工程に用いられる通常のものでよい。(f) 工程に
おける安定な水性ゾルとイオン交換樹脂との接触は、
(c) 工程における接触と同様にして行うことができる。
この陰イオン交換樹脂との接触により生成した液を更に
上記陽イオン交換樹脂と接触させると更に好ましい。
The hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin used in the step (f) may be the same as that used in the steps (a) and (c). Further, the hydroxyl group type strongly basic anion exchange resin may be a usual one used in the step (c). (f) The contact between the stable aqueous sol and the ion exchange resin in the process,
(c) The contact can be performed in the same manner as in the contact in the step.
It is more preferable that the liquid generated by the contact with the anion exchange resin is further contacted with the cation exchange resin.

【0021】(g) 工程に用いられるアンモニアは、市販
工業製品でよいが、高純度のものが好ましく、そして 5
〜28重量%程度のアンモニア水として用いるのが好まし
い。このアンモニアの代りに、第4級アンモニウム水酸
化物、グアニジン水酸化物、水溶性アミン等も用いるこ
とができるが、アンモニアを使うことが特別に不所望で
ある場合を除き、一般にアンモニアの方が好都合であ
る。
The ammonia used in the step (g) may be a commercially available industrial product, but is preferably of high purity.
It is preferable to use about 28% by weight of aqueous ammonia. In place of this ammonia, quaternary ammonium hydroxide, guanidine hydroxide, water-soluble amine, etc. can also be used, but ammonia is generally used unless it is particularly undesirable to use ammonia. It is convenient.

【0022】(g) 工程では、(f) 工程で得られた水性ゾ
ルに、好ましくはその得られた直後に、上記アンモニア
が添加される。この添加は、常温〜100 ℃で行うことが
できるが、常温で行うのが好ましい。アンモニアの添加
量は、シリカゾルのpHが 8〜10.5となる量がよい。場合
によっては、更に金属成分を含まない酸、アンモニウム
塩等をゾル中 1000 ppm 以下の量加えてもよい。
In the step (g), the above-mentioned ammonia is added to the aqueous sol obtained in the step (f), preferably immediately after the step is obtained. This addition can be performed at room temperature to 100 ° C., but is preferably performed at room temperature. The amount of ammonia added is preferably such that the pH of the silica sol becomes 8 to 10.5. In some cases, an acid or ammonium salt containing no metal component may be added in an amount of 1000 ppm or less in the sol.

【0023】シリカゾルのコロイド粒子の大きさは、B
ET法と呼ばれる窒素ガス吸着法により測定される比表
面積(m2/g)から常法により平均粒子径として算出され
る。また、このコロイド粒子の大きさは、電子顕微鏡に
より観測することができ、(g) 工程によって得られたシ
リカゾルは、平均粒子径10ミリミクロンのものでは通
常、最小の粒子径4ミリミクロン程度から、最大20ミリ
ミクロン程度にわたる分布を有し、また、平均粒子径30
ミリミクロンのものでは、最小10ミリミクロン程度から
最大60ミリミクロン程度にわたる分布を有している。
The size of the colloidal particles of silica sol is B
It is calculated as an average particle diameter by a conventional method from a specific surface area (m 2 / g) measured by a nitrogen gas adsorption method called an ET method. The size of the colloid particles can be observed with an electron microscope. The silica sol obtained by the step (g) generally has a minimum particle diameter of about 4 millimicrons for an average particle diameter of 10 millimicrons. Has a distribution over a maximum of about 20 millimicrons, and has an average particle size of 30.
Millimicrons have a distribution ranging from a minimum of about 10 millimicrons to a maximum of about 60 millimicrons.

【0024】[0024]

【作 用】アルカリ金属珪酸塩の水溶液を水素型強酸性
陽イオン交換樹脂と接触させると、アルカリ金属イオン
が除かれた活性珪酸の水溶液が生成するが、この水溶液
中の活性珪酸は、珪酸又はその低重合体からなる3ミリ
ミクロン以下の微粒子の形態にあって、この水溶液は、
アルミニウムの如き多価金属が存在しても常温下で約 1
00時間以内にはゲル状に変る程に不安定である。そし
て、この不安定性は液中SiO2濃度が高い程、また、液温
が高い程大であるから、シリカゾルを大規模に工業生産
する場合には特に、(a) 工程では6重量%程度を越える
SiO2濃度は避けて、その濃度よりも低い濃度の活性珪酸
の水溶液を常温で生成させるのがよい。特に、原料中に
存在するアルカリ金属、多価金属等が珪酸の重合体粒子
の内部に取り込まれると、これら金属は除去し難いか
ら、珪酸の重合が進みにくい低濃度の水溶液が好まし
く、更に、常温下でも避けられない徐々なる珪酸の重合
による粒子化を回避するには、生成した活性珪酸の水溶
液全量を、この生成後少しでも早い時期に使用するのが
好ましい。この活性珪酸の水溶液のSiO2濃度が約 1重量
%より低いと、後で生成するシリカゾルの濃縮において
除去すべき水量が著しく多くなるために効率的でなく、
このSiO2濃度としては 2重量% 以上が好ましい。(a) 工
程では、生成した活性珪酸の水溶液のSiO2濃度が 1〜6
重量%となるように、そしてその生成後直ちに(b) 工程
に回付できるように、水素型強酸性陽イオン交換樹脂と
の接触前のアルカリ金属珪酸塩の水溶液は、SiO2として
1〜6 重量%の濃度に調整される。
[Action] When an aqueous solution of an alkali metal silicate is brought into contact with a hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin, an aqueous solution of activated silicic acid from which alkali metal ions have been removed is generated. In the form of fine particles of 3 mm or less composed of the low polymer, this aqueous solution is
About 1 at room temperature even if polyvalent metals such as aluminum are present
It is unstable enough to turn into a gel within 00 hours. This instability is greater as the SiO 2 concentration in the liquid is higher and as the liquid temperature is higher. Therefore, especially when the silica sol is industrially produced on a large scale, about 6% by weight is required in the step (a). Exceed
It is preferable that an aqueous solution of active silicic acid having a concentration lower than the SiO 2 concentration be generated at room temperature, while avoiding the SiO 2 concentration. In particular, when an alkali metal, a polyvalent metal, or the like present in the raw material is incorporated into the silicic acid polymer particles, since these metals are difficult to remove, a low-concentration aqueous solution in which polymerization of the silicic acid is difficult to proceed is preferable. In order to avoid particle formation due to the gradual polymerization of silicic acid which cannot be avoided even at room temperature, it is preferable to use the entire amount of the generated aqueous solution of active silicic acid as early as possible even after the formation. If the concentration of SiO 2 in the aqueous solution of activated silicic acid is lower than about 1% by weight, the amount of water to be removed in concentrating the silica sol formed later becomes extremely large, which is not efficient.
The SiO 2 concentration is preferably 2% by weight or more. (a) In the step, the SiO 2 concentration of the generated aqueous solution of activated silicic acid is 1 to 6
The aqueous solution of the alkali metal silicate before contact with the hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin is converted to SiO 2 so as to obtain
Adjusted to a concentration of 1-6% by weight.

【0025】(a) 工程において好ましく用いられる水素
型強酸性陽イオン交換樹脂充填カラム中への通液は、な
るべく多くの金属イオンを除くために、1時間当たり 1
〜10程度の空間速度を与えるのが好ましい。そして生成
した活性珪酸の水溶液中で珪酸の重合や、増粘又はゲル
化等が起りにくいように、液温も 0〜60℃程度が採用さ
れる。(a) 工程から(c) 工程までは、活性珪酸の水溶液
を安定化させるための特別の方法は付加されないから、
液のSiO2濃度及び温度は上記濃度及び温度が採用され
る。
The liquid passed through the column packed with a hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin, which is preferably used in the step (a), is added at a rate of 1 hour per hour to remove as much metal ions as possible.
Preferably, a space velocity of about 10 is provided. A liquid temperature of about 0 to 60 ° C. is employed so that polymerization of the silicic acid, thickening or gelling in the aqueous solution of the activated silicic acid thus formed hardly occurs. From step (a) to step (c), no special method for stabilizing the aqueous solution of activated silicic acid is added,
The above concentration and temperature are adopted as the SiO 2 concentration and temperature of the liquid.

【0026】(b) 工程において加えられる強酸は、活性
珪酸又はその重合体内部に結合している解離イオンの状
態にないアルカリ金属、多価金属等の不純物金属成分を
液中解離イオンの状態に変換させる。粒子径の小さい活
性珪酸の粒子程、この強酸による金属成分の溶出は容易
であるから、(a) 工程によって得られた活性珪酸の水溶
液にこの強酸を添加することも、できるだけ短時間に終
了させるのが好ましい。
The strong acid added in the step (b) converts active metal silicic acid or an impurity metal component such as an alkali metal or a polyvalent metal which is not in the state of dissociated ions bound in the polymer into the state of dissociated ions in the liquid. Let it be converted. Since the elution of the metal component by the strong acid is easier as the particles of the activated silicic acid having a smaller particle diameter are added, the addition of the strong acid to the aqueous solution of the activated silicic acid obtained in the step (a) is completed in as short a time as possible. Is preferred.

【0027】けれども、この加えらえる強酸の量を、活
性珪酸の水溶液のpHが0以下となる程に増大させると、
金属成分の溶出効果を高めることはできても、(c) 工程
での陰イオンの除去が困難となり易く、また、液のpHが
2以上となる添加量では、金属成分の溶出効果に乏し
い。強酸の中でも硝酸はアルミニウム分、鉄分等の金属
成分の溶出に特に高い効果を示す。また、この強酸によ
る多価金属成分の溶出効果は、液の温度及び溶出時間に
も依存し、温度 0〜40℃では10〜120 時間、40〜60℃で
は 2〜10時間、60〜100 ℃では 0.1〜2 時間、特に 0.5
〜2 時間程度が好ましく、この溶出時間を越える長時間
の放置は、場合によっては液の増粘、或いはゲル化が起
ることがあるから避けるのがよい。
However, when the amount of the strong acid added is increased so that the pH of the aqueous solution of active silicic acid becomes 0 or less,
Although the elution effect of the metal component can be enhanced, it is easy to remove the anion in the step (c), and the elution effect of the metal component is poor when the amount of addition of the solution becomes 2 or more. Among the strong acids, nitric acid has a particularly high effect on elution of metal components such as aluminum and iron. In addition, the elution effect of the polyvalent metal component by the strong acid also depends on the temperature and elution time of the solution, and is 10 to 120 hours at a temperature of 0 to 40 ° C, 2 to 10 hours at a temperature of 40 to 60 ° C, and 60 to 100 ° C. 0.1 to 2 hours, especially 0.5
It is preferable to avoid standing for a long time exceeding this elution time because the solution may be thickened or gelled in some cases.

【0028】(c) 工程では、(b) 工程において液中に溶
出された金属イオンと加えられた酸による陰イオンが、
水素型強酸性陽イオン交換樹脂及び水酸基型強塩基性陰
イオン交換樹脂によって除かれる。1回目の水素型強酸
性陽イオン交換樹脂処理後の生成液中には、加えられた
酸の陰イオンが存在するために、溶出金属のイオンが液
中に残り易い。場合によっては、水酸基型強塩基性陰イ
オン交換樹脂処理後の残存金属イオンの量は、液が5〜
7のpHを示す程の量となることもあり、このような場合
では、液は約1時間以内にゲル化を起すことがある。水
酸基型強塩基性陰イオン交換樹脂による陰イオンが除か
れた後の2度目に行われる水素型強酸性陽イオン交換樹
脂による処理を行うと、このような不所望の溶出金属イ
オンを更に除くことができるので好ましい。
In the step (c), the metal ion eluted in the liquid in the step (b) and the anion due to the added acid are:
Excluded by strongly acidic cation exchange resins of the hydrogen type and strongly basic anion exchange resins of the hydroxyl group type. In the product liquid after the first hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin treatment, anion of the added acid is present, so that ions of the eluted metal tend to remain in the liquid. In some cases, the amount of residual metal ions after treatment with a hydroxyl-type strongly basic anion exchange resin is 5 to 5 ml for the liquid.
It may be as high as a pH of 7, and in such cases the solution may gel within about 1 hour. If the treatment with the hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin is performed for the second time after the anions have been removed by the hydroxyl-type strong basic anion exchange resin, such undesired eluting metal ions are further removed. Is preferred.

【0029】この(c) 工程によって得られた活性珪酸の
水溶液は、6時間以内にゲル化が起ることもある程に不
安定であるから、その生成後なるべく早く、好ましくは
直後に(d) 工程に回付される。この不安定な活性珪酸の
水溶液に加えられるナトリウム又はカリウムの水酸化物
の量がSiO2/M2Oモル比として60以下、特に50以下となる
程に多量の場合には、活性珪酸の重合が起こり易く、
(e)工程での粒子成長が抑制さたり、生成ゾルが不安
定となり易く、反対にこのモル比が 200以上、特に250
以上となる少量では、得られた液を(e) 工程と同様に処
理しても、コロイダルシリカの粒子径を増大させること
ができない。(d) 工程によって得られた液は、常温では
かなりの長時間安定であるが、高温では活性珪酸の重合
が起こるために、(d) 工程によって得られた液は、30時
間以内に(e) 工程に回付されることが好ましい。(d) 工
程において加えられるナトリウム又はカリウムの水酸化
物は、(e) 工程においてコロイダルシリカ粒子を平均粒
子径10〜30ミリミクロンの大きさに成長させる際、これ
ら水酸化物に替えて他の塩基、例えば、アンモニア、ア
ミン等を上記水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムと同
モル比に使用した場合に比べ、約2倍以上の速さのコロ
イダルシリカ粒子成長速度を与える。
The aqueous solution of activated silicic acid obtained in the step (c) is unstable to such an extent that gelation may occur within 6 hours. ) It is sent to the process. If the amount of the sodium or potassium hydroxide added to the unstable aqueous solution of activated silicic acid is so large as to be 60 or less, particularly 50 or less as a molar ratio of SiO 2 / M 2 O, polymerization of the activated silicic acid is difficult. Is easy to occur,
(E) The particle growth in the step is suppressed or the produced sol tends to be unstable. On the contrary, the molar ratio is 200 or more, especially 250
With such a small amount, even if the obtained liquid is treated in the same manner as in the step (e), the particle diameter of the colloidal silica cannot be increased. The liquid obtained in step (d) is stable for a long time at room temperature, but at high temperatures polymerization of activated silica occurs. ) It is preferable to be transferred to the process. The sodium or potassium hydroxide added in the step (d) is replaced with another hydroxide when the colloidal silica particles are grown to a size of 10 to 30 mm in the step (e). It provides a colloidal silica particle growth rate about twice or more as fast as when a base such as ammonia or amine is used in the same molar ratio as the above sodium hydroxide or potassium hydroxide.

【0030】この速い粒子成長速度により、(e) 工程で
はフィード液の供給速度を高めることができるから、シ
リカゾルの生産速度が著しく増大する。そして(e) 工程
で行われる高い速度でのフィード液の供給は亦、生成シ
リカゾル中のコロイダルシリカ粒子の粒子径を不揃いに
して、粒子径分布を広げるのに好都合に作用する。(e)
工程では、高濃度シリカゾルの生産速度を高めるため
に、フィード液の供給と同時に生成ゾルから水を蒸発さ
せ、この蒸発水の除去が行われる。
By the high particle growth rate, the feed rate of the feed solution can be increased in the step (e), so that the production rate of the silica sol is remarkably increased. The supply of the feed solution at a high rate performed in the step (e) also advantageously acts to make the particle size of the colloidal silica particles in the formed silica sol irregular and broaden the particle size distribution. (e)
In the process, in order to increase the production rate of the high-concentration silica sol, water is evaporated from the produced sol simultaneously with the supply of the feed liquid, and the evaporated water is removed.

【0031】(e) 工程における液温が70℃以下では、液
中のコロイダルシリカ粒子の成長が充分に起こらないの
で、液中には平均粒子径10ミリミクロン以下の粒子径の
コロイダルシリカが生成する。このような小粒子径のシ
リカゾルが濃縮されると、液が増粘したりゲル化するこ
とがあり、30重量%以上のSiO2濃度の安定なゾルを得る
ことができない。液の温度は、70℃以上高い温度程高い
粒子成長速度を与えるが、100 ℃以上にも高いと、速過
ぎる粒子成長速度は平均粒子径の調節を困難ならしめ易
い。
If the liquid temperature in the step (e) is 70 ° C. or lower, the growth of colloidal silica particles in the liquid does not sufficiently occur, so that colloidal silica having an average particle diameter of 10 mm or less is formed in the liquid. I do. When the silica sol having such a small particle diameter is concentrated, the liquid may thicken or gel, and a stable sol having a SiO 2 concentration of 30% by weight or more cannot be obtained. The temperature of the liquid gives a higher particle growth rate as the temperature is higher than 70 ° C., but if it is higher than 100 ° C., too high a particle growth rate tends to make it difficult to adjust the average particle diameter.

【0032】70〜100 ℃においてヒール液にフィード液
を加えて行くと、その混合液中でコロイダルシリカの粒
子成長が起こるが、ヒール液の5倍量以下のフィード液
の供給によっては、平均粒子径10ミリミクロン以上の大
きさにまで粒子を成長させることができず、この場合も
やはり30重量%以上に濃縮された安定なゾルは得られな
い。フィード液の供給量の増大と共に、コロイダルシリ
カの平均粒子径は増大するが、ヒール液の20倍量以上に
も多いと、平均粒子径は30ミリミクロンを超えてしま
い、高い結合力を有するゾルが得られない。
When the feed solution is added to the heel solution at 70 to 100 ° C., particles of colloidal silica grow in the mixed solution. However, depending on the supply of the feed solution of 5 times or less the heel solution, the average particle size is increased. Particles cannot be grown to a size of more than 10 millimicrons in diameter, and in this case, too, a stable sol concentrated to more than 30% by weight cannot be obtained. The average particle size of the colloidal silica increases with the supply amount of the feed solution, but if the amount is more than 20 times that of the heel solution, the average particle size exceeds 30 millimicrons, and the sol having a high binding force Can not be obtained.

【0033】けれども、このフィード液量とコロイダル
シリカの平均粒子径との間の関係は、更にフィード液の
供給速度にも影響され、ヒール液の 5〜20倍量のフィー
ド液を50時間以内にヒール液に供給すると平均粒子径10
ミリミクロン以上のコロイダルシリカが生成しない。こ
の点については、恐らく、(e)工程では、供給された
フィード液中の活性珪酸の一部はコロイダルシリカ粒子
表面に沈着しないで、この一部の活性珪酸から新たな核
粒子が液中に生じ、特に、供給速度が大きいときには供
給されるフィード液中の活性珪酸の一部は粒子成長に消
費されるが、その量に対し上記同様にして新たな核粒子
を生み出して行く残部の活性珪酸の量の割合が増加する
ために、平均粒子径10ミリミクロン以上のコロイダルシ
リカ粒子が効率よく生成しないと考えられる。従って、
速過ぎるフィード液の供給は避けるべきであるが、ヒー
ル液の 5〜20倍量のフィード液を 200時間以上もの長い
時間で供給することは、シリカゾルの工業生産には効率
的ではない。また、一定品質のシリカゾルを工業生産す
るには、このフィード液の供給は50〜200 時間の間連続
的に行うのがよい。
However, the relationship between the amount of the feed solution and the average particle size of the colloidal silica is further affected by the feed rate of the feed solution, and the feed solution having a volume of 5 to 20 times the amount of the heel solution can be obtained within 50 hours. Average particle size 10 when supplied to heel fluid
Colloidal silica of millimeters or more is not generated. In this regard, in the step (e), it is probable that in the step (e), a part of the active silicic acid in the supplied feed solution does not deposit on the surface of the colloidal silica particles, and new core particles are formed in the liquid from the part of the active silicic acid. In particular, when the feed rate is high, a part of the activated silicic acid in the supplied feed solution is consumed for the particle growth, but the remaining amount of the activated silicic acid which produces new core particles in the same manner as described above is increased with respect to the amount. It is considered that colloidal silica particles having an average particle diameter of 10 millimicrons or more are not efficiently generated because the ratio of the amount increases. Therefore,
Feeding the feed solution too fast should be avoided, but feeding a feed solution of 5 to 20 times the amount of the heel solution over a long period of 200 hours or more is not efficient for the industrial production of silica sol. Further, in order to industrially produce silica sol of a constant quality, it is preferable to continuously supply the feed solution for 50 to 200 hours.

【0034】(e) 工程でこの供給と、これと同時に行わ
れる濃縮によって、容器内液面が器壁上を変動すること
が起こると、変動した器壁上にシリカゾルのゲル化物の
沈着が起こり易く、好ましい製品ゾルが生成し難いの
で、(e) 工程では、フィード液の供給速度と蒸発水の除
去速度を調節して、容器内液量を常に一定に保つのがよ
い。(e) 工程において生成シリカゾルのSiO2濃度を50重
量%以上にも濃縮すると、ゾルの粘度が好ましくない粘
度にまで高まることがあるので、このような高濃度のゾ
ルは(e)工程では生成させない方がよい。
In the step (e), when the liquid level in the container fluctuates on the vessel wall due to the supply and the concentration performed at the same time, the gelled silica sol deposits on the fluctuated vessel wall. Therefore, in step (e), the feed rate of the feed liquid and the removal rate of the evaporating water are preferably adjusted to keep the amount of liquid in the container constant at step (e). If the SiO 2 concentration of the silica sol formed in the step (e) is concentrated to 50% by weight or more, the viscosity of the sol may be increased to an undesired viscosity. It is better not to let it.

【0035】(e) 工程で生成したゾル中には、(d) 工程
で加えられたナトリウム又はカリウム分が含まれている
ので、(f) 工程での水素型強酸性陽イオン交換樹脂処理
および水酸基型強塩基性陰イオン交換樹脂処理によっ
て、ゾルからその中の陽イオン及び陰イオンが除かれ
る。特にアルカリ金属イオンを更に除くためには、2度
目の水素型強酸性陽イオン交換樹脂処理を行うのがよ
い。(f) 工程で陽イオンが除かれたゾルは、活性珪酸の
水溶液の如き不安定性は示さないが、尚充分な安定性を
有していないから、イオン交換樹脂による処理もなるべ
く高温で行わない方がよく、(f) 工程終了後なるべく早
く、好ましくは直ちに、(g) 工程で安定化させるのがよ
い。この安定化のためにゾルに 8〜10.5のpHを与えるの
に用いられるアンモニアは、高純度でかつ安価にアンモ
ニア水として入手されるのみならず、使用後のシリカゾ
ゾルから容易に揮散させることができ、シリカゾルを種
々の用途に用いるのに好都合である。
Since the sol produced in the step (e) contains the sodium or potassium added in the step (d), the treatment with the hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin in the step (f) and The cations and anions therein are removed from the sol by treatment with a hydroxyl group type strongly basic anion exchange resin. In particular, in order to further remove alkali metal ions, a second hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin treatment is preferably performed. The sol from which the cations have been removed in the step (f) does not exhibit instability like an aqueous solution of activated silicic acid, but it does not have sufficient stability, so that treatment with an ion exchange resin is not performed at as high a temperature as possible. It is better to stabilize in the step (g) as soon as possible after the step (f), preferably immediately. Ammonia used to give the sol a pH of 8 to 10.5 for this stabilization is not only available as high-purity and inexpensive ammonia water, but also can be easily volatilized from the used silica sol. It is convenient to use silica sol for various applications.

【0036】[0036]

【実施例】【Example】

(a) 工程 原料の水溶性アルカリ金属珪酸塩として、JIS 3号のナ
トリウム水ガラスを用意した。この水ガラスの水以外の
主な成分は、SiO228.8重量%、Na2O 9.47 重量%、Al2O
3 280 ppm 、Fe2O3 45 ppm、CaO 46 ppm、MgO 25 ppmで
あった。
(a) Process As a water-soluble alkali metal silicate as a raw material, JIS No. 3 sodium water glass was prepared. The main components of this water glass other than water are SiO 2 28.8% by weight, Na 2 O 9.47% by weight, Al 2 O
3 280 ppm, Fe 2 O 3 45 ppm, CaO 46 ppm, MgO 25 ppm.

【0037】上記水ガラス5.25kgを純水3675kgに溶かし
て、SiO2濃度 3.6重量%の珪酸ナトリウム水溶液 420kg
を調製した。次いで、25℃の上記珪酸ナトリウム水溶液
を、水素型強酸性陽イオン交換樹脂アンバーライトIR−
120B充填のカラムに1時間当たりの空間速度3で通液し
た後、得られたSiO2濃度3.54重量%、pH2.78、電気伝導
度 667.5μS/cmを有する25℃の活性珪酸の水溶液 357kg
を容器に回収した。
5.25 kg of the above water glass was dissolved in 3675 kg of pure water, and 420 kg of an aqueous solution of sodium silicate having a SiO 2 concentration of 3.6% by weight was dissolved.
Was prepared. Subsequently, the aqueous solution of sodium silicate at 25 ° C. was added to a strongly acidic cation exchange resin Amberlite IR-
After passing through a column packed with 120B at a space velocity of 3 per hour, the obtained aqueous solution of activated silicic acid at 25 ° C. having an SiO 2 concentration of 3.54% by weight, a pH of 2.78 and an electric conductivity of 667.5 μS / cm was obtained at 357 kg.
Was collected in a container.

【0038】(b) 工程 用いられる強酸として、市販品の特級試薬の硝酸 (比重
1.38、HNO361.3重量%)を用意した。(a) 工程で得られ
た直後の活性珪酸の水溶液35.7kgに上記硝酸 121.2g を
加え、pH 1.54 とし、20℃に48時間保持して(b) 工程を
終了した。
(B) Step As a strong acid to be used, a commercially available special-grade reagent nitric acid (specific gravity)
1.38, HNO 3 61.3% by weight). 121.2 g of the above nitric acid was added to 35.7 kg of the aqueous solution of activated silicic acid obtained immediately after the step (a) to adjust the pH to 1.54, and the mixture was kept at 20 ° C. for 48 hours to complete the step (b).

【0039】実施例1 上記(b) 工程終了後、下記(c) 工程〜(g) 工程を順次経
て本発明による安定な水性シリカゾルを製造した。水素
型強酸性樹脂陽イオン交換樹脂としては、アンバーライ
トIR−12Bをその陽イオン交換容量の3倍に相当する水
素イオン含量の硫酸水溶液で処理したものが用いられ
た。また、水酸基型強塩基性陰イオン交換樹脂として
は、アンバーライト IRA−410 をその陰イオン交換容量
の3倍に相当する水酸基含量の水酸化ナトリウム水溶液
で処理したものが用いられた。
Example 1 After completion of the above step (b), a stable aqueous silica sol according to the present invention was produced through the following steps (c) to (g) in order. The hydrogen-type strongly acidic resin used was a cation exchange resin obtained by treating Amberlite IR-12B with a sulfuric acid aqueous solution having a hydrogen ion content equivalent to three times its cation exchange capacity. Further, as the hydroxyl group type strongly basic anion exchange resin, a resin obtained by treating Amberlite IRA-410 with an aqueous sodium hydroxide solution having a hydroxyl group content equivalent to three times the anion exchange capacity was used.

【0040】(c) 工程 上記(b) 工程で得られた直後の活性珪酸の水溶液35.7g
を、上記水素型強酸性陽イオン交換樹脂アンバーライト
IR−120B充填の約25℃のカラムに、1時間当たりの空間
速度5で通液した後、得られた液全量をそのまま引き続
き上記水酸基型強塩基性陰イオン交換樹脂アンバーライ
ト IRA−410 を充填した約25℃のカラムに1時間当たり
の空間速度3で通液した。引き続き、得られた液全量
を、別の上記水素型強酸性陽イオン交換樹脂アンバーラ
イトIR−120Bを充填した約25℃のカラムに、1時間当た
りの空間速度5で通液した後、得られた液全量 30.28Kg
を容器に回収した。この容器に回収された液は、 SiO2
濃度3.52重量%、pH4.38、電気伝導度 27.20μS/cmを有
し、0.25ppm の Al2O3、0.19ppm のFe2O3 、0.08ppmのC
aO 、0.02ppm のMgO を含有していた。
Step (c) 35.7 g of an aqueous solution of activated silicic acid immediately after the step (b)
The above-mentioned hydrogen type strong acidic cation exchange resin Amberlite
After passing through an IR-120B packed column at about 25 ° C. at a space velocity of 5 per hour, the entire amount of the obtained liquid is continued as it is and packed with the above-mentioned hydroxyl-type strongly basic anion exchange resin Amberlite IRA-410. The solution was passed through the column at about 25 ° C. at a space velocity of 3 per hour. Subsequently, the whole amount of the obtained liquid was passed through a column at about 25 ° C. filled with another hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin Amberlite IR-120B at a space velocity of 5 per hour, and then the obtained liquid was obtained. 30.28Kg
Was collected in a container. The liquid collected in this container contains SiO 2
It has a concentration of 3.52% by weight, pH 4.38, electrical conductivity of 27.20 μS / cm, 0.25 ppm of Al 2 O 3 , 0.19 ppm of Fe 2 O 3 , and 0.08 ppm of C
It contained aO and 0.02 ppm of MgO.

【0041】(d) 工程 市販品の特級試薬の水酸化ナトリウム (純度95%) を純
水に溶かすことにより得られた10重量%の水酸化ナトリ
ウム水溶液 178g を(c) 工程で得られた直後の活性珪酸
の水溶液 30.28kgに25℃で加えることにより安定化され
た活性珪酸の水溶液を得た。この水溶液は、SiO2濃度
3.5重量%、SiO2/Na2O モル比80、pH8.20、電気伝導度
732μS/cmを有していた。
Step (d) Immediately after obtaining 178 g of a 10% by weight aqueous sodium hydroxide solution obtained by dissolving a commercially available special-grade reagent sodium hydroxide (purity 95%) in pure water, in step (c) An aqueous solution of activated silicic acid was obtained by adding to 30.28 kg of an aqueous solution of activated silicic acid at 25 ° C. This aqueous solution has a SiO 2 concentration
3.5 wt%, SiO 2 / Na 2 O molar ratio 80, pH 8.20, an electrical conductivity
732 μS / cm.

【0042】(e) 工程 内容積5リットルのガラス製反応器に、攪拌機、冷却
器、減圧装置、液面感知装置、電磁弁、加熱装置等が具
備された反応装置が用いられた。(d) 工程で得られた直
後の安定化された活性珪酸の水溶液 2.67kg をヒール液
として上記反応器に投入し、加熱によってヒール液の温
度を90℃に調節した後、上記(d) 工程で得られた直後の
安定化された活性珪酸の水溶液 27.78kgをフィード液と
して95時間を要して上記容器内に連続的に供給し、容器
内液温を沸点の90℃に保つと共に減圧に保ち、そして蒸
発水を連続的に除くことにより容器内液量を一定に保っ
た。フィード液の供給速度は 292.4g/H であった。この
ようにして全量 27.78kgのフィード液の供給を終了し
た。容器内に生成したシリカゾルは常温に冷却され、全
量3.23kgが器外へ排出された。
(E) Process A reaction apparatus equipped with a stirrer, a cooler, a decompression device, a liquid level sensing device, a solenoid valve, a heating device, and the like was used in a glass reactor having an internal volume of 5 liters. 2.67 kg of the stabilized aqueous solution of activated silicic acid obtained immediately after the step (d) is charged into the reactor as a heel solution, and the temperature of the heel solution is adjusted to 90 ° C. by heating. The stabilized active silicic acid aqueous solution immediately after obtained in step 27 was fed continuously as a feed solution into the above-mentioned vessel over a period of 95 hours as a feed liquid, and the liquid temperature in the vessel was kept at the boiling point of 90 ° C and the pressure was reduced. The liquid content in the container was kept constant by continuously removing the evaporated water. The feed rate of the feed solution was 292.4 g / H. In this way, the supply of the feed liquid having a total amount of 27.78 kg was completed. The silica sol generated in the vessel was cooled to room temperature, and a total amount of 3.23 kg was discharged outside the vessel.

【0043】この得られたシリカゾルは、比重 1.233、
pH9.92、20℃の粘度26.0cp、BET法平均粒子径13.2ミ
リミクロン、電気伝導度3240μS/cmを有し、60℃で1ケ
月以上変質しないという安定性を示し、そしてSiO233.0
重量%、SiO2/Na2O モル比85.2、Al2O3 2.34ppm 、Fe2O
3 1.78ppm を含有していた。 (f) 工程 (e) 工程で得られたシリカゾルを、水素型強酸性陽イオ
ン交換樹脂アンバーライトIR−120Bを充填した約25℃の
カラムに、1時間当たりの空間速度3の通液速度で通過
させ、次いで、この通過により得られたシリカゾルを引
き続き、水酸基型強塩基性陰イオン交換樹脂アンバーラ
イト IRA−410 を充填した約25℃のカラムに、1時間当
たりの空間速度3の速さで通過させ、最後に、この通過
により得られたシリカゾルを引き続き、水素型強酸性陽
イオン交換樹脂アンバーライトIR−120Bを充填した約25
℃のカラムに、1時間当たりの空間速度3の速さで通過
させることにより、酸性の水性シリカゾル3.15kgを得
た。
The silica sol thus obtained has a specific gravity of 1.233,
It has a pH of 9.92, a viscosity of 26.0 cp at 20 ° C., an average particle size of 13.2 millimicrons by the BET method, an electrical conductivity of 3240 μS / cm, and shows stability of not changing for more than one month at 60 ° C., and SiO 2 33.0
Wt%, SiO 2 / Na 2 O molar ratio 85.2, Al 2 O 3 2.34ppm, Fe 2 O
3 It contained 1.78 ppm. (f) Step The silica sol obtained in the step (e) is passed through a column at about 25 ° C. packed with a hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin Amberlite IR-120B at a space velocity of 3 per hour. And then pass the silica sol obtained by this passage onto a column at about 25 ° C. packed with a hydroxyl-type strongly basic anion exchange resin Amberlite IRA-410 at a space velocity of 3 per hour. And finally, the silica sol obtained by this passage was successively filled with hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin Amberlite IR-120B to about 25%.
3.15 kg of an acidic aqueous silica sol were obtained by passing through a column at a rate of 3 hourly space velocity.

【0044】このゾルは、比重 1.205、pH4.72、20℃粘
度3.6cp 、電気伝導度70μS/cm、 SiO2 濃度30.7重量
%、Na2O 190ppm 、SiO2/Na2O モル比1670を有してい
た。 (g) 工程 市販の特級試薬の28%アンモニア水15.0g を上記(f) 工
程で得られた直後の25℃のシリカゾルに撹拌下加えるこ
とにより、2015gのシリカゾルを得た。
This sol has a specific gravity of 1.205, a pH of 4.72, a viscosity of 20 ° C. of 3.6 cp, an electric conductivity of 70 μS / cm, a SiO 2 concentration of 30.7% by weight, a Na 2 O content of 190 ppm, and a SiO 2 / Na 2 O molar ratio of 1670. Was. (g) Step 2015 g of silica sol was obtained by adding 15.0 g of 28% aqueous ammonia, a commercially available special-grade reagent, to the silica sol at 25 ° C. immediately after the above step (f).

【0045】この得られたゾルは、比重 1.205、pH9.2
0、20℃粘度 9.8cp、電気伝導度2820μS/cm、60℃で1
ヶ月以上変質しないという安定性を有し、 SiO230.5 重
量%、SiO2/(NH4)2Oモル比83、Al2O32.16ppm、Fe2O31.6
5ppm、Na2O 190ppm 、Cl 6.0ppm 、SO4 8.2ppmを含有
し、そして電子顕微鏡によるコロイダルシリカの粒子径
は最小4ミリミクロンから最大20ミリミクロンにわたる
広い分布を有していた。
The obtained sol had a specific gravity of 1.205 and a pH of 9.2.
0, viscosity at 20 ° C 9.8cp, electrical conductivity 2820μS / cm, 1 at 60 ° C
It has stability that it does not deteriorate for more than a month, SiO 2 30.5% by weight, SiO 2 / (NH 4 ) 2 O molar ratio 83, Al 2 O 3 2.16 ppm, Fe 2 O 3 1.6
It contained 5 ppm, 190 ppm Na 2 O, 6.0 ppm Cl, 8.2 ppm SO 4 , and the colloidal silica particle size by electron microscopy had a broad distribution ranging from a minimum of 4 millimicrons to a maximum of 20 millimicrons.

【0046】実施例2 この実施例では、実施例1の(c) 工程と同様にしてつく
られた活性珪酸の水溶液から、下記(d) 〜(g) 工程を経
てシリカゾルが製造された。用いられた水酸化ナトリウ
ム水溶液、アンモニア水、イオン交換樹脂、反応装置等
は実施例1に用いられたものと同じものが用いられた。
Example 2 In this example, a silica sol was produced from an aqueous solution of activated silicic acid prepared in the same manner as in step (c) of Example 1 through the following steps (d) to (g). The same aqueous solution of sodium hydroxide, aqueous ammonia, ion exchange resin, reactor and the like as those used in Example 1 were used.

【0047】(d) 工程 (c) 工程で得られた直後の活性珪酸の水溶液40.4kgに25
℃で10重量%の水酸化ナトリウム水溶液146gを加えるこ
とにより安定化された活性珪酸の水溶液 40.55g を得
た。この水溶液は、SiO2濃度 3.5重量%、pH7.82、SiO2
/Na2O モル比 130、電気伝導度 612μS/cmを有してい
た。
Step (d) The aqueous silicic acid solution obtained immediately after the step (c) is added to 40.4 kg of an aqueous solution.
By adding 146 g of a 10% by weight aqueous solution of sodium hydroxide at a temperature of 40 ° C., 40.55 g of an aqueous solution of activated silicic acid stabilized was obtained. The aqueous solution, SiO 2 concentration of 3.5 wt%, pH7.82, SiO 2
/ Na 2 O molar ratio was 130 and electric conductivity was 612 μS / cm.

【0048】(e) 工程 (d) 工程で得られた安定化された活性珪酸の水溶液をヒ
ール液として2.54kg反応器に投入し、容器内液温を沸点
の95℃に保ちながら、(d) 工程で得られた安定化された
活性珪酸の水溶液38kgをフィード液として 180時間を要
して連続的に供給した。この時間の間容器内は減圧に保
ち、連続的に蒸発水を除くことにより、容器内液量を一
定に保った。フィード液の供給速度は 211g/H であっ
た。この反応の終了後、得られたシリカゾルは冷却さ
れ、全量3.33kgが器外へ排出された。
(E) Step The aqueous solution of stabilized activated silicic acid obtained in the step (d) is charged into a 2.54 kg reactor as a heel solution, and while maintaining the liquid temperature in the container at a boiling point of 95 ° C., (d) ) 38 kg of the aqueous solution of stabilized activated silicic acid obtained in the step was continuously supplied as a feed solution over 180 hours. During this time, the inside of the container was kept under reduced pressure, and the amount of liquid in the container was kept constant by continuously removing the evaporated water. The feed rate of the feed solution was 211 g / H. After the completion of the reaction, the obtained silica sol was cooled, and a total amount of 3.33 kg was discharged outside the vessel.

【0049】この得られた水性シリカゾルは、比重 1.3
20、pH9.76、20℃粘度29.6cp、電気伝導度2020μS/cm、
BET法平均粒子径21.0ミリミクロン、60℃で一ケ月以
上変質しないという安定性を有し、SiO242.6重量%、Si
O2/Na2O モル比 147、Al2O3 2.89ppm 、Fe2O3 2.20ppm
を含有していた。 (f) 工程 (e) 工程で得られたシリカゾルを、水素型強酸性陽イオ
ン交換樹脂を充填した約25℃のカラムに、1時間当たり
の空間速度3の速さで通過させ、次いでこの通過により
得られたシリカゾルを引き続き、水酸基型強塩基性陰イ
オン交換樹脂を充填した約25℃のカラムに、1時間当た
りの空間速度3の速さで通過させ、最後に、この通過に
より得られたシリカゾルを引き続き、水素型強酸性陽イ
オン交換樹脂を充填した約25℃のカラムに、1時間当た
りの空間速度3の速度で通過させることにより、酸性の
水性シリカゾル 3.1kgを得た。
The obtained aqueous silica sol had a specific gravity of 1.3
20, pH9.76, 20 ° C viscosity 29.6cp, electrical conductivity 2020μS / cm,
BET average particle size 21.0 millimicron, stable at 60 ° C for no more than one month, SiO 2 42.6 wt%, Si
O 2 / Na 2 O molar ratio 147, Al 2 O 3 2.89ppm, Fe 2 O 3 2.20ppm
Was contained. (f) Step: The silica sol obtained in the step (e) is passed through a column at about 25 ° C. packed with a hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin at a space velocity of 3 per hour. Was passed through a column at about 25 ° C. packed with a hydroxyl group type strongly basic anion exchange resin at a space velocity of 3 per hour, and finally obtained by this passage. Subsequently, the silica sol was passed through a column at about 25 ° C. packed with a hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin at a space velocity of 3 per hour to obtain 3.1 kg of an acidic aqueous silica sol.

【0050】この得られたゾルは、比重 1.293、pH4.7
0、20℃粘度 5.6cp、電気伝導度 120μS/cm、SiO2濃度4
0.7重量%、Na2O 700ppm 、SiO2/Na2O モル比 601を有
していた。 (g) 工程 (f) 工程で得られた直後の水性シリカゾル3000gに撹拌
下、28重量%アンモニア水19gと10重量%硝酸水溶液
9.6gとを液温25℃で加えることにより3030gのシリカ
ゾルを得た。
The obtained sol had a specific gravity of 1.293 and a pH of 4.7.
0, 20 ° C viscosity 5.6cp, electrical conductivity 120μS / cm, SiO 2 concentration 4
It had 0.7% by weight, 700 ppm of Na 2 O, and a SiO 2 / Na 2 O molar ratio of 601. (g) Step 19 g of 28% by weight aqueous ammonia and 10% by weight aqueous nitric acid are added to 3000 g of the aqueous silica sol immediately after the step (f) under stirring.
By adding 9.6 g at a liquid temperature of 25 ° C., 3030 g of silica sol was obtained.

【0051】このゾルは、比重 1.293、pH 9.5、20℃粘
度22cp、電気伝導度3920μS/cm、60℃で1ヶ月以上変質
しないという安定性を有し、SiO2濃度40.3重量%、 SiO
2/(NH4)2O モル比 143、 Al2O32.75ppm 、Fe2O3 2.09pp
m 、Na2O 693ppm 、 Cl 9.7ppm 、SO414.5ppm、NO3 32
0ppmを含有し、電子顕微鏡によるコロイダルシリカの粒
子径は最小約7ミリミクロンから最大約40ミリミクロン
にわたる広い分布を示し、その粒子の形状は歪形状であ
った。
This sol has a specific gravity of 1.293, a pH of 9.5, a viscosity of 20 cp at 22 ° C., an electric conductivity of 3920 μS / cm, a stability of not changing for more than one month at 60 ° C., a SiO 2 concentration of 40.3% by weight,
2 / (NH 4 ) 2 O molar ratio 143, Al 2 O 3 2.75 ppm, Fe 2 O 3 2.09pp
m, Na 2 O 693 ppm, Cl 9.7 ppm, SO 4 14.5 ppm, NO 3 32
It contained 0 ppm, and the particle size of colloidal silica measured by an electron microscope showed a wide distribution ranging from a minimum of about 7 mm to a maximum of about 40 mm, and the shape of the particles was distorted.

【0052】比較例1 この例では、実施例1における(e) 工程におけるフィー
ド液の供給時間が32時間に変更され、フィード液は実施
例1の(e) 工程における供給速度より高い速度で供給さ
れた。容器内液中SiO2濃度が約25%に到った頃、容器内
の液の粘度が上昇し始めた。このとき、容器から少量の
液を抜取り、BET法でコロイダルシリカの平均粒子径
を求めたところ、 6.8ミリミクロンであった。そしてフ
ィード液の供給を更に進めたところ、供給の終点で液の
粘度は著しく高く、明らかにゲルの生成が認められた。
この高粘度の液は容器から円滑に排出させ難く、取り出
された後常温に放置すると非流動性のゲルに変じた。
Comparative Example 1 In this example, the supply time of the feed liquid in the step (e) in Example 1 was changed to 32 hours, and the feed liquid was supplied at a higher speed than the supply rate in the step (e) in Example 1. Was done. When the SiO 2 concentration in the liquid in the container reached about 25%, the viscosity of the liquid in the container began to increase. At this time, a small amount of the liquid was withdrawn from the container, and the average particle size of the colloidal silica was determined by the BET method. When the supply of the feed solution was further advanced, the viscosity of the solution was extremely high at the end of the supply, and the formation of a gel was clearly observed.
This high-viscosity liquid was difficult to discharge smoothly from the container, and when it was taken out and left at room temperature, it turned into a non-flowable gel.

【0053】[0053]

【発明の効果】本発明の方法によると、30〜50重量%の
SiO2濃度を有し、かつ、コロイダルシリカの平均粒子径
が10〜30ミリミクロンである安定な水性シリカゾルを、
不純物として多価金属を含有する通常の工業製品の水ガ
ラス原料から、アルカリ金属酸化物含有量はシリカに対
し2000ppm 以下、そして多価金属酸化物含有量はシリカ
に対し300 ppm より低いという、高純度の工業製品とし
て効率よく生産することができる。
According to the method of the present invention, 30 to 50% by weight
A stable aqueous silica sol having an SiO 2 concentration and having an average particle size of colloidal silica of 10 to 30 mm,
From the water glass raw materials of ordinary industrial products containing polyvalent metals as impurities, the alkali metal oxide content is less than 2000 ppm based on silica, and the polyvalent metal oxide content is lower than 300 ppm based on silica. It can be produced efficiently as an industrial product of purity.

【0054】この本発明の方法により製造された水性シ
リカゾルは、従来から用いられているシリカゾルの用途
に広く用いられ、特に、半導体表面の研磨剤、触媒用結
合剤、その他高純度が望まれる結合剤としての用途に好
適である。
The aqueous silica sol produced by the method of the present invention is widely used for silica sols which have been conventionally used. Particularly, a polishing agent for a semiconductor surface, a binder for a catalyst, and other binders of which high purity is desired. It is suitable for use as an agent.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−2606(JP,A) 特開 昭63−285112(JP,A) 特開 昭61−158810(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01B 33/12 - 33/193 JICSTファイル(JOIS) WPI/L(QUESTEL)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-4-2606 (JP, A) JP-A-63-285112 (JP, A) JP-A-61-158810 (JP, A) (58) Investigation Field (Int. Cl. 7 , DB name) C01B 33/12-33/193 JICST file (JOIS) WPI / L (QUESTEL)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】下記工程(a) 、(b) 、(c) 、(d) 、(e) 、
(f) 及び(g) からなる、30〜50重量%のSiO2濃度を有
し、シリカ以外の多価金属酸化物を実質的に含まない、
かつ、コロイダルシリカの平均粒子径が10〜30ミリミク
ロンである安定な水性シリカゾルの製造法。 (a) シリカ以外の多価金属酸化物をシリカに対し 300〜
10000ppmの比率に含有する水溶性のアルカリ金属珪酸塩
がこの珪酸塩に由来するSiO2分として 1〜6 重量%の濃
度に溶解しているアルカリ金属珪酸塩の水溶液を、水素
型強酸性陽イオン交換樹脂と接触させることによりSiO2
濃度 1〜6 重量%の活性珪酸の水溶液を生成させ、この
生成液を回収する工程、 (b) (a) 工程で回収された活性珪酸の水溶液に強酸を加
えることにより該水溶液をpH 0〜2.0 に調整した後、 0
〜100 ℃に 0.1〜120 時間保持する工程、 (c) (b) 工程で得られた水溶液を水素型強酸性陽イオン
交換樹脂と接触させた後、この接触によって生成した液
を水酸基型強塩基性陰イオン交換樹脂と接触させること
により、実質的に活性珪酸以外の溶解物質を含まず、か
つ、SiO2濃度が1〜6 重量%である活性珪酸の水溶液を
生成させ、この生成液を回収する工程、 (d) (c) 工程で回収された活性珪酸の水溶液に、ナトリ
ウム又はカリウムの水酸化物の水溶液を、この水酸化物
に由来する M2O( 但し、M はナトリウム原子又はカリウ
ム原子を表す。) と上記活性珪酸の水溶液に含まれるSi
O2とのSiO2/M2Oモル比が50〜250 となるように加えるこ
とにより、 1〜6 重量%のSiO2濃度と 7〜9 のpHを有す
る安定化された活性珪酸の水溶液を生成させる工程、 (e) (d)工程で得られた安定化された活性珪酸の水溶液
をヒール液として1重量部容器中に投入し、この容器内
液温を70〜100 ℃に保つと共に、上記 (d)工程で得られ
た安定化された活性珪酸の水溶液 5〜20重量部をフィー
ド液として上記容器中に50〜200 時間の間に連続的に供
給しながら、この時間の間上記容器内を常圧又は減圧に
保ち、そして上記容器内液量が一定に保たれるように上
記容器から水を蒸発により除くことにより、30〜50重量
%のSiO2濃度を有し、かつ、コロイダルシリカの平均粒
子径が10〜30ミリミクロンである安定な水性シリカゾル
を生成させる工程、 (f) (e)工程で得られた安定な水性シリカゾルを水素型
強酸性陽イオン交換樹脂と接触させた後、この接触によ
り生成した水性シリカゾルを水酸基型強塩基性陰イオン
交換樹脂と接触させることによりシリカ以外の多価金属
酸化物を実質的に含まない酸性の水性シリカゾルを生成
させる工程、及び (g) (f)工程で生成した酸性の水性ゾルに、そのゾルのp
Hが 8〜10.5となるようにアンモニアを加えることによ
り、30〜50重量%のSiO2濃度を有し、シリカ以外の多価
金属酸化物を実質的に含まず、そしてコロイダルシリカ
の平均粒子径が10〜30ミリミクロンである安定な水性シ
リカゾルを生成させる工程。
(1) The following steps (a), (b), (c), (d), (e),
(f) and (g), having a SiO 2 concentration of 30 to 50% by weight, and substantially free of a polyvalent metal oxide other than silica;
A method for producing a stable aqueous silica sol having an average particle size of colloidal silica of 10 to 30 millimicrons. (a) a polyvalent metal oxide other than silica
An aqueous solution of alkali metal silicate water-soluble alkali metal silicate contained in the ratio of 10000ppm is dissolved in a concentration of 1-6 wt% as SiO 2 minutes from the silicate, hydrogen type strongly acidic cation SiO 2 by contact with exchange resin
(B) producing an aqueous solution of active silicic acid having a concentration of 1 to 6% by weight, and collecting the resulting solution; (b) adding an strong acid to the aqueous solution of active silicic acid recovered in step (a) to bring the aqueous solution to pH 0 to After adjusting to 2.0, 0
(C) keeping the aqueous solution obtained in step (b) in contact with a strongly acidic cation exchange resin of hydrogen type, and subjecting the resulting solution to a strong base of hydroxyl type. By contacting with a reactive anion exchange resin, an aqueous solution of activated silicic acid containing substantially no dissolved substance other than activated silicic acid and having a SiO 2 concentration of 1 to 6% by weight is generated, and the generated liquid is recovered. (D) An aqueous solution of sodium or potassium hydroxide is added to the aqueous solution of active silicic acid recovered in step (c) by adding M 2 O derived from this hydroxide (where M is a sodium atom or potassium Represents an atom.) And Si contained in the aqueous solution of the active silicic acid.
SiO 2 / M 2 O molar ratio of O 2 is by adding so that 50 to 250, the aqueous solution of the stabilized active silicic acid having a pH of SiO 2 concentration of 1-6 wt% and 7-9 (E) charging the aqueous solution of stabilized activated silicic acid obtained in the step (d) into a 1 part by weight container as a heel solution, keeping the temperature of the container solution at 70 to 100 ° C. While continuously supplying 5 to 20 parts by weight of the aqueous solution of stabilized activated silicic acid obtained in the step (d) as a feed solution into the vessel for 50 to 200 hours, the vessel By keeping the inside at normal pressure or reduced pressure, and removing water from the container by evaporation so that the liquid volume in the container is kept constant, it has a SiO 2 concentration of 30 to 50% by weight, and has a colloidal A step of producing a stable aqueous silica sol having an average particle diameter of silica of 10 to 30 millimicrons, obtained in steps (f) and (e) After contacting a stable aqueous silica sol with a hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin, the aqueous silica sol generated by this contact is contacted with a hydroxyl-type strong basic anion exchange resin to convert polyvalent metal oxides other than silica. (G) forming an acidic aqueous silica sol substantially free of, and (g) adding the p of the sol to the acidic aqueous sol generated in the step (f).
By adding ammonia so that H becomes 8 to 10.5, it has an SiO 2 concentration of 30 to 50% by weight, is substantially free of polyvalent metal oxides other than silica, and has an average particle size of colloidal silica. Generating a stable aqueous silica sol having a particle size of 10-30 millimicrons.
JP24587591A 1991-09-25 1991-09-25 Production method of high purity aqueous silica sol Expired - Lifetime JP3225549B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24587591A JP3225549B2 (en) 1991-09-25 1991-09-25 Production method of high purity aqueous silica sol

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24587591A JP3225549B2 (en) 1991-09-25 1991-09-25 Production method of high purity aqueous silica sol

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0585718A JPH0585718A (en) 1993-04-06
JP3225549B2 true JP3225549B2 (en) 2001-11-05

Family

ID=17140108

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP24587591A Expired - Lifetime JP3225549B2 (en) 1991-09-25 1991-09-25 Production method of high purity aqueous silica sol

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3225549B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104030300A (en) * 2014-07-09 2014-09-10 中国海洋石油总公司 Preparation method of silica sol for catalytic cracking catalyst binding agent

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5780664A (en) * 1993-08-17 1998-07-14 Asahi Kasei Kogyo Kabushi Kaisha Ammoxidation catalyst composition
CN1315725C (en) 1999-12-28 2007-05-16 株式会社渡边商行 Method for producing silica particles, synthetic quartz powder and synthetic quartz glass
JP4549878B2 (en) * 2005-02-02 2010-09-22 日揮触媒化成株式会社 Method for producing high-purity aqueous silica sol
JP5127452B2 (en) * 2005-08-10 2013-01-23 日揮触媒化成株式会社 Method for producing deformed silica sol
CN100363255C (en) * 2006-05-31 2008-01-23 河北工业大学 Method for purifying Nano silica sol dedicated for super large scale integration
CN103043671B (en) * 2012-12-27 2014-12-03 上海新安纳电子科技有限公司 Production method for polysilicic acid
KR102225433B1 (en) * 2013-05-20 2021-03-08 닛산 가가쿠 가부시키가이샤 Silica sol and silica-containing epoxy resin composition

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104030300A (en) * 2014-07-09 2014-09-10 中国海洋石油总公司 Preparation method of silica sol for catalytic cracking catalyst binding agent
CN104030300B (en) * 2014-07-09 2015-11-04 中国海洋石油总公司 A kind of preparation method of catalytic cracking catalyst binding agent silicon sol

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0585718A (en) 1993-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0504467B1 (en) Method of preparing high-purity aqueous silica sol
JP3367132B2 (en) Production method of high purity aqueous silica sol
EP0525631B1 (en) A stable aqueous alumina sol and method for preparing the same
JP4222582B2 (en) Method for producing high purity silica sol
US4857290A (en) Process for producing silica of high purity
WO2008072637A1 (en) Method for producing colloidal silica
JP3584485B2 (en) Method for producing silica sol
JP3225549B2 (en) Production method of high purity aqueous silica sol
JPH06199515A (en) Production of acidic silica sol
JP3225553B2 (en) Method for producing high-purity aqueous silica sol
JPH04231319A (en) Manufacture of high-purity silica sol
JPH0454617B2 (en)
JP3837754B2 (en) Method for producing crystalline ceric oxide
JPWO2019163992A1 (en) Method for producing silica sol having elongated particle shape
JP2508713B2 (en) Method for producing high purity large particle size silica sol
US3081154A (en) Process for preparing fine size silica
JP3758391B2 (en) High-purity silica aqueous sol and method for producing the same
JP3691048B1 (en) Method for producing high purity colloidal silica
JP3362793B2 (en) Method for producing silica sol
JP4264701B2 (en) Method for producing low alkali metal-containing aqueous silica sol
JP2001002411A (en) Production of aqueous silica sol
JP2694163B2 (en) Method for producing high-purity silica
JPH0124728B2 (en)
JPH0455970B2 (en)
JPH0118006B2 (en)

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080831

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090831

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100831

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100831

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110831

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120831

Year of fee payment: 11

EXPY Cancellation because of completion of term
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120831

Year of fee payment: 11