JP6141710B2 - Method for producing high purity synthetic silica powder - Google Patents

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Description

本発明は、高純度石英の原料となる高純度シリカ粉末の製造方法に関し、特に現在行われている石英ガラスの製造方法である電気溶融、酸水素溶融、真空溶融などに用いられる高純度石英の原料となる高純度シリカ粉末の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing high-purity silica powder that is a raw material for high-purity quartz, and in particular, high-purity quartz used for electric melting, oxyhydrogen melting, vacuum melting, and the like, which are currently used for producing quartz glass. The present invention relates to a method for producing a high-purity silica powder as a raw material.

天然石英ガラスの製造方法である電気溶融、酸水素溶融あるいは真空溶融では、天然の鉱脈を掘り、浮遊選考などの精製をしてできる天然石英粉末が使われている。また、合成石英ガラスは、四塩化ケイ素などのシリカ含有液体を原料として用いられてきた。   Natural quartz powder, which is produced by digging natural veins and refining them by floating selection, is used in the production methods of natural quartz glass, such as electric melting, oxyhydrogen melting or vacuum melting. Synthetic quartz glass has been used as a raw material with a silica-containing liquid such as silicon tetrachloride.

ところで、天然石英粉末は、高純度品位の枯渇が心配されている。また、採掘による環境破壊、作業員の珪肺疾患、大量のフッ酸廃液による環境汚染の問題がある。一方、四塩化ケイ素は、火炎中で石英ガラスとするときの成長速度が遅く、コスト的に高いという問題がある。   By the way, natural quartz powder is worried about depletion of high purity grade. In addition, there are problems of environmental destruction due to mining, silicosis of workers, and environmental pollution due to a large amount of hydrofluoric acid waste liquid. On the other hand, silicon tetrachloride has a problem that its growth rate is slow when it is made into quartz glass in a flame, and its cost is high.

上記問題を解決するため、日本化成(株)より、メトキシシランの加水分解より製造した合成シリカ粉末が販売されているが、価格が非常に高く、一部用途にしか使用されていない。また、メトキシシラン中に含まれる炭素による品質の問題も解決されていない。   In order to solve the above problem, Nippon Kasei Co., Ltd. sells synthetic silica powder produced by hydrolysis of methoxysilane, but the price is very high and it is used only for some applications. Further, the problem of quality due to carbon contained in methoxysilane has not been solved.

また、水ガラスをイオン交換樹脂に通して、合成シリカやコロイダルシリカを製造することが提案されている(特許文献1〜6)。
しかしながら、これらの方法では、最初の陽イオン交換中にゲル化が起こり、生産効率が落ち、歩留まりが低下する問題、および原料中に含まれるチタンやボロンなどを除去するために、酸と過酸化水素を加えて再度、イオン交換する工程が必要であり、さらにその後に過酸化水素を含んだ塩酸で酸処理する必要があった。
It has also been proposed to produce synthetic silica or colloidal silica by passing water glass through an ion exchange resin (Patent Documents 1 to 6).
However, in these methods, gelation occurs during the initial cation exchange, the production efficiency is lowered, the yield is reduced, and the acid and peroxide are removed to remove titanium and boron contained in the raw material. A process of ion exchange again after adding hydrogen was necessary, and further an acid treatment with hydrochloric acid containing hydrogen peroxide was required thereafter.

特許第4504491号明細書Japanese Patent No. 4504491 特開2001−233628号公報JP 2001-233628 A 特開2002−173314号公報JP 2002-173314 A 特開2002−173315号公報JP 2002-173315 A 特開2002−173316号公報JP 2002-173316 A 特開2002−173317号公報JP 2002-173317 A

本発明は、高純度の合成シリカ粉末を安価に製造することができる高純度合成シリカ粉末の製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method for producing a high-purity synthetic silica powder, which can produce a high-purity synthetic silica powder at a low cost.

本発明は、下記工程を含む、高純度合成シリカ粉末の製造方法に関する。
(1)フュームドシリカを水酸化アルカリ金属塩水溶液と反応させて、ケイ酸アルカリ金属塩水溶液を生成させる工程。
(2)得られたケイ酸アルカリ金属塩水溶液を脱アルカリ処理してpHを9〜11の範囲となしてシリカ水溶液を得る工程。
(3)得られたシリカ水溶液を陽イオン交換処理し、該水溶液のpHを2〜3にする工程。
(4)得られたシリカ水溶液を濃縮し、ゲル化させる工程。
(5)得られたゲル化物を乾燥させる工程。
(6)乾燥したゲル化物を粉砕して粉砕物を得る工程。
(7)粉砕物を酸水溶液で処理する工程。
(8)酸水溶液で処理された粉砕物を乾燥ガス中で焼成する工程。
The present invention relates to a method for producing a high purity synthetic silica powder including the following steps.
(1) A step of reacting fumed silica with an alkali metal hydroxide aqueous solution to produce an alkali metal silicate aqueous solution.
(2) A step of dealkalizing the obtained alkali metal silicate aqueous solution to obtain a silica aqueous solution having a pH in the range of 9-11.
(3) A step of subjecting the obtained aqueous silica solution to cation exchange treatment to adjust the pH of the aqueous solution to 2 to 3.
(4) A step of concentrating and gelling the obtained aqueous silica solution.
(5) A step of drying the obtained gelled product.
(6) A step of pulverizing the dried gelled product to obtain a pulverized product.
(7) A step of treating the pulverized product with an acid aqueous solution.
(8) A step of firing the pulverized material treated with the acid aqueous solution in a dry gas.

本発明によれば、高純度のシリカ成分からなるフュームドシリカを用いて、これから水ガラスを調製し、さらにシリカ水溶液を経て、シリカ粉末を得るために、高純度の合成シリカ粉末を安価に製造することができる。   According to the present invention, a high-purity synthetic silica powder is manufactured at low cost in order to prepare a water glass from a fumed silica composed of a high-purity silica component and further obtain a silica powder through an aqueous silica solution. can do.

以下、本発明を工程別に説明する。
<第1工程>
この第1工程は、フュームドシリカを水酸化アルカリ金属塩水溶液と反応させて、ケイ酸アルカリ金属塩水溶液を生成させる工程である。この工程は、いわばフュームドシリカからなる高純度シリカを用いて、水ガラスを得る工程である。
Hereinafter, the present invention will be described step by step.
<First step>
This first step is a step of reacting fumed silica with an alkali metal hydroxide aqueous solution to produce an alkali metal silicate aqueous solution. This step is a step of obtaining water glass using so-called high-purity silica made of fumed silica.

ここで、フュームドシリカは、火炎加水分解法により製造される非晶質シリカであり、煙霧シリカともよばれる。かかるフュームドシリカは、例えば、四塩化ケイ素を酸水素炎中で高温加水分解させることで、液相を経ることなく製造することができる。フュームドシリカは、透過型電子顕微鏡で測定した任意の100粒の平均1次粒径が5〜100nm程度である。   Here, fumed silica is amorphous silica produced by a flame hydrolysis method and is also called fumed silica. Such fumed silica can be produced without going through a liquid phase, for example, by hydrolyzing silicon tetrachloride at high temperature in an oxyhydrogen flame. As for fumed silica, the average primary particle size of 100 arbitrary particles measured with a transmission electron microscope is about 5 to 100 nm.

なお、本発明のフュームドシリカに用いられる出発原料である四塩化ケイ素は、ポリシリコン製造工程から発生する副生成物でもよい。純度は問わない。これを蒸発させ火炎で加水分解するが、通常のフュームドシリカ製造工程では水素ガスと酸素ガスを使用して高温の火炎を作り出し、非常に微粉のフュームドシリカを生成する。本発明では、火力の弱い天然ガスやシェールガスを使用してもよい。すなわち、フュームドシリカの粒径にこだわる必要がない。   In addition, the silicon tetrachloride which is a starting material used for the fumed silica of the present invention may be a by-product generated from the polysilicon manufacturing process. Purity does not matter. This is evaporated and hydrolyzed with a flame. In the normal fumed silica production process, hydrogen gas and oxygen gas are used to create a high-temperature flame to produce very fine fumed silica. In the present invention, weak natural gas or shale gas may be used. That is, it is not necessary to stick to the particle size of fumed silica.

次に、このフュームドドシリカを水酸化アルカリ金属塩水溶液、すなわち、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、あるいは水酸化リチウム水溶液で溶解させて、ケイ酸アルカリ金属塩水溶液、すなわち、水ガラスとする。対応するケイ酸アルカリ金属塩水溶液は、ケイ酸ナトリウム水溶液、ケイ酸カリウム水溶液、あるいはケイ酸リチウム水溶液である。水酸化アルカリ金属塩としては、コスト的には水酸化ナトリウムのほうが安いため、水酸化ナトリウムを使用したほうが良い。通常のアルカリ金属塩水溶液による溶解でケイ酸アルカリ金属塩水溶液(水ガラス)を作るときはオートクレーブ中で行うが、本発明に用いられるフュームドシリカは、常圧で反応温度として60〜100℃で溶解する。反応温度が60℃未満では、反応速度が遅く、実用的ではない。一方、常圧での反応であるため、100℃を超えることはないが、反応速度は十分早い。このときのSiO:M(ここで、MはNaなどのアルカリ金属をさす)の重量比率は20から40%程度、好ましくは25〜35%がよい。アルカリが20重量%未満では水ガラスになるための反応が十分ではなく、一方40重量%を超えると後工程でのイオン交換の負荷が大きくコスト的に不利となる。 Next, the fumed silica is dissolved in an alkali metal hydroxide aqueous solution, that is, a sodium hydroxide aqueous solution, a potassium hydroxide aqueous solution, or a lithium hydroxide aqueous solution to obtain an alkali metal silicate aqueous solution, that is, water glass. . The corresponding alkali metal silicate aqueous solution is a sodium silicate aqueous solution, a potassium silicate aqueous solution, or a lithium silicate aqueous solution. As an alkali metal hydroxide, sodium hydroxide is better because it is cheaper in terms of cost. When making an alkali metal silicate aqueous solution (water glass) by dissolution with an ordinary aqueous alkali metal salt solution, it is carried out in an autoclave, but the fumed silica used in the present invention has a reaction temperature of 60 to 100 ° C. at normal pressure. Dissolve. When the reaction temperature is less than 60 ° C., the reaction rate is slow, which is not practical. On the other hand, since the reaction is performed at normal pressure, the reaction rate does not exceed 100 ° C., but the reaction rate is sufficiently fast. At this time, the weight ratio of SiO 2 : M (where M represents an alkali metal such as Na) is about 20 to 40%, preferably 25 to 35%. If the alkali is less than 20% by weight, the reaction for forming water glass is not sufficient. On the other hand, if it exceeds 40% by weight, the load of ion exchange in the subsequent process is large, which is disadvantageous in cost.

反応は、1〜3時間、例えば2時間ほどで終了するので、反応終了後、5から15重量%に純水で希釈する。好ましくは7から10重量%である。5重量%未満の場合、あとでゲル化するときに時間がかかり、一方15重量%を超える場合、ゲル化が早く起きるなどの現象があり好ましくない。好ましくは、次にこの溶液を例えば1μmのろ紙でろ過を行う。このとき、減圧でろ過したほうが短時間で行われることは言うまでもない。   Since the reaction is completed in 1 to 3 hours, for example, about 2 hours, it is diluted with pure water to 5 to 15% by weight after completion of the reaction. Preferably it is 7 to 10% by weight. When the amount is less than 5% by weight, it takes time to gel later, while when it exceeds 15% by weight, there is a phenomenon that gelation occurs quickly, which is not preferable. Preferably, the solution is then filtered through, for example, 1 μm filter paper. At this time, it goes without saying that filtration under reduced pressure is performed in a shorter time.

<第2工程>
第2工程は、第1工程で得られたケイ酸アルカリ金属塩水溶液(水ガラス)を脱アルカリ処理してpHを9〜11の範囲となしてコロイド状のシリカ水溶液(コロイダルシリカ)を得る工程である。
本発明では、シリカを得るために、フュームドシリカから水ガラスを合成し、この水ガラスを、例えば陽イオン交換樹脂に通して一気に脱アルカリすると、ゲル化してしまう。本発明では、これに先立ち、第1工程で得られたケイ酸アルカリ金属塩水溶液(水ガラス)を、得られるコロイド状のシリカ水溶液のpHが9〜11となるような条件で脱アルカリ処理するものである。この第2工程を経ることにより、第3工程での陽イオン交換樹脂による本格的な脱アルカリ処理の際に、コロイド状のシリカ水溶液がゲル化することがない。
<Second step>
The second step is a step of dealkalizing the alkali metal silicate aqueous solution (water glass) obtained in the first step to obtain a colloidal silica aqueous solution (colloidal silica) by adjusting the pH to the range of 9-11. It is.
In this invention, in order to obtain a silica, if water glass is synthesize | combined from fumed silica and this water glass is passed through a cation exchange resin and dealkalized at a stretch, it will gelatinize. In the present invention, prior to this, the alkali metal silicate aqueous solution (water glass) obtained in the first step is dealkalized under conditions such that the resulting colloidal silica aqueous solution has a pH of 9-11. Is. By passing through the second step, the colloidal silica aqueous solution is not gelled during the real dealkalization treatment with the cation exchange resin in the third step.

ここで用いられる脱アルカリ処理としては、特に限定されるものではなく、例えば陽イオン交換樹脂法、電気泳動法、電解透析法などを用いることができ、好ましくはバッチ式のH型陽イオン交換樹脂である。ここでの脱アルカリ処理により殆どのアルカリを除去し、シリカ水溶液となすが、この際の系のpHを9〜11となるような条件で脱アルカリ処理する。
すなわち、例えば上記のようにしてろ過したケイ酸アルカリ金属塩水溶液に、例えばH型陽イオン交換樹脂を加えていき、pHが11から9の範囲になるまで加える。pHが11を超える場合では多量のアルカリが残ってしまうし、9未満になるとゲル化をしてしまう。これをカラムにH型陽イオン交換樹脂を充填したイオン交換塔に当該溶液を通すと、カラム中でゲル化を起こしてしまい、イオン交換樹脂の再生時に洗浄が必要となる。
かくて、この第2工程により、ケイ酸ソーダなどのケイ酸アルカリ金属塩水溶液は、脱アルカリ処理により、実質的にシリカ水溶液となる。
The dealkalization treatment used here is not particularly limited, and for example, a cation exchange resin method, an electrophoresis method, an electrodialysis method, or the like can be used, preferably a batch type H-type cation exchange resin. It is. Alkali is removed by the dealkalization treatment here to obtain a silica aqueous solution, but dealkal treatment is carried out under such conditions that the pH of the system is 9-11.
That is, for example, an H-type cation exchange resin is added to the alkali metal silicate aqueous solution filtered as described above, for example, until the pH is in the range of 11 to 9. When the pH exceeds 11, a large amount of alkali remains, and when the pH is less than 9, gelation occurs. When this solution is passed through an ion exchange column in which a column is filled with an H-type cation exchange resin, gelation occurs in the column, and washing is necessary when the ion exchange resin is regenerated.
Thus, by this second step, the alkali metal silicate aqueous solution such as sodium silicate becomes a silica aqueous solution substantially by the dealkalization treatment.

<第3工程>
第3工程では、得られたシリカ水溶液を陽イオン交換処理し、さらに脱アルカリ処理して該水溶液のpHを2〜3にとする。
上記脱アルカリ処理は、陽イオン交換樹脂、好ましくはH型陽イオン交換樹脂を用いる。ここで使用されるH型陽イオン交換樹脂は、特に限定されるものではなく、市販の強酸性型のビーズ状、繊維状、クロス状などのH型陽イオン交換樹脂を使用することができる。
これらH型陽イオン交換樹脂に対する上記シリカ水溶液の通液方法もなんら限定されるものではなく、例えばカラムに上記H型陽イオン交換樹脂を充填して通液する方法や、該水溶液とH型陽イオン交換樹脂をバッチ方式で処理するなどの周知の方法を用いることができる。なお、使用済みのH型陽イオン交換樹脂は、通常の方法、すなわち塩酸、硫酸、硝酸などの酸を使用して再生することができる。好ましくは、第3工程で得られたシリカ水溶液を、H型陽イオン交換樹脂を充填したカラムに通液する方法である。
<Third step>
In the third step, the obtained aqueous silica solution is subjected to cation exchange treatment and further subjected to dealkalization treatment so that the pH of the aqueous solution is adjusted to 2 to 3.
The dealkalization treatment uses a cation exchange resin, preferably an H-type cation exchange resin. The H-type cation exchange resin used here is not particularly limited, and commercially available H-type cation exchange resins such as strongly acidic beads, fibers, and cloths can be used.
The method of passing the aqueous silica solution to these H-type cation exchange resins is not limited in any way. For example, a method of filling the column with the H-type cation exchange resin and passing the solution, or the aqueous solution and the H-type cation exchange resin are not limited. Well-known methods, such as processing an ion exchange resin by a batch system, can be used. The used H-type cation exchange resin can be regenerated using an ordinary method, that is, an acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid, or nitric acid. Preferably, the silica aqueous solution obtained in the third step is passed through a column packed with an H-type cation exchange resin.

ここで、シリカ水溶液のpHは、陽イオン交換樹脂の量により、pHが2〜3になるように調整する。pHが2未満になることはまずないが、陽イオン交換樹脂の量が多すぎても効果はない。一方、pHが3を超えると、金属などの不純物が完全に除去できない。本発明は、特許第4504491号明細書のように、H型陽イオン交換樹脂での処理後、酸と過酸化水素を入れて、再度イオン交換をする必要はない。本発明において、原料として用いられるフュームドシリカ自体、精製された原料であるので、当該フュームドシリカ中にはチタンやボロンなどの不純物は含まれていないからである。
このようにして得られる、陽イオン交換樹脂で処理されたコロイダルシリカ水溶液は、pHが2〜3においては安定したゾルである。
Here, the pH of the silica aqueous solution is adjusted so that the pH becomes 2 to 3 depending on the amount of the cation exchange resin. The pH is unlikely to be less than 2, but there is no effect if the amount of cation exchange resin is too large. On the other hand, when pH exceeds 3, impurities, such as a metal, cannot be removed completely. In the present invention, as in Japanese Patent No. 4504491, after the treatment with the H-type cation exchange resin, it is not necessary to add an acid and hydrogen peroxide and perform ion exchange again. This is because in the present invention, fumed silica itself used as a raw material is a purified raw material, and thus the fumed silica does not contain impurities such as titanium and boron.
The colloidal silica aqueous solution treated with the cation exchange resin thus obtained is a stable sol at a pH of 2 to 3.

<第4工程>
第4工程は、このようにして得られるコロイド状のシリカ水溶液を濃縮し、ゲル化させる。この際、濃縮方法としては、加熱、深冷法、限外ろ過膜法などを用いる方法などが挙げられるが、好ましくは限外ろ過膜法である。限外ろ過膜(Ultrafiltration Membrane)における孔径は、約0.01〜0.001μmであり、逆浸透膜(RO膜、NF膜)より大きく、精密ろ過膜(MF膜)よりも小さい。限外ろ過膜は通常のフィルターと同様に液体を全量通過させてろ過を行うことも不可能ではないが、孔の大きさが小さいため阻止された微粒子や不純物により短時間で膜が閉塞する。このため、通常は膜の表面に沿って一定方向に原液を流し続け、微粒子や不純物が濃縮された水(濃縮水)を連続的に排出、または送液側に戻しながら使用することで微粒子や不純物の膜表面への付着を減らしている。この膜表面に沿った流れをクロスフロー、これを使ったろ過膜の使用法をクロスフロー方式と呼ぶ。
<4th process>
In the fourth step, the colloidal silica aqueous solution thus obtained is concentrated and gelled. In this case, examples of the concentration method include a method using heating, a deep cooling method, an ultrafiltration membrane method, and the like, and the ultrafiltration membrane method is preferable. The pore diameter in the ultrafiltration membrane (Ultrafiltration Membrane) is about 0.01 to 0.001 μm, which is larger than the reverse osmosis membrane (RO membrane, NF membrane) and smaller than the microfiltration membrane (MF membrane). Although it is not impossible for ultrafiltration membranes to pass through the entire liquid in the same way as ordinary filters, the pores are small and the membranes are blocked in a short time due to blocked fine particles and impurities. For this reason, normally, the stock solution continues to flow in a certain direction along the surface of the membrane, and the water (concentrated water) in which fine particles and impurities are concentrated is discharged continuously or used while returning to the liquid feed side. The adhesion of impurities to the film surface is reduced. The flow along the membrane surface is called a cross flow, and the method of using a filtration membrane using the flow is called a cross flow method.

限外ろ過膜の構造としては、中空糸膜〔直径0.5〜30mm程度の太さで中が空胴の糸状に成型し、通常は糸の外側から内側へろ過する(逆のタイプもある)〕、スパイラル膜[1枚のろ過膜を、強度を保つための網など(サポート)と重ね合わせ、2つ折りにして袋状に接着した後、縦一直線に切れ目を入れた集水管で袋の口を挟み、これを芯にして伊達巻き状に巻く。伊達巻きの断面方向から加圧し、反対側の断面から濃縮水を、集水管から透過水を得る〕、チューブラー膜[中空円筒状で中空糸膜より太いもの。直径は最大10センチ程度のものまである。濃縮水の流速を高くでき不純物の膜表面への付着を防ぎやすい反面、これが仇ともなってエネルギーコストが高くなる上、設置面積が大きくなる。]、平膜[平らな膜。クロスフロー方式で使用するためには水槽や容器に入れて内を高流速で流動させる必要がありエネルギーコストは高いが、膜の清掃がしやすい利点がある。]などが挙げられ、本発明では、いずれの構造のものも採用することができる。   The structure of the ultrafiltration membrane is a hollow fiber membrane (formed into a hollow thread with a diameter of about 0.5 to 30 mm in diameter, and usually filtered from the outside to the inside of the thread (the reverse type is also available)) , Spiral Membrane [A single filtration membrane is superposed on a mesh (support) to maintain strength, folded in two and bonded into a bag shape, and then the bag mouth is opened with a water collecting tube that has a cut in a straight line. It is sandwiched and rolled into a Date roll with this as the core. Pressurized from the cross-sectional direction of Date winding, obtain concentrated water from the opposite cross-section and permeate from the water collecting pipe], tubular membrane [hollow cylindrical shape, thicker than hollow fiber membrane. The diameter is up to about 10 cm. Although the flow rate of concentrated water can be increased and it is easy to prevent the impurities from adhering to the film surface, this increases the energy cost and the installation area. ], Flat membrane [flat membrane. In order to use it in the cross flow method, it is necessary to make it flow in the water tank or container at a high flow rate, and the energy cost is high, but there is an advantage that the membrane can be easily cleaned. In the present invention, any structure can be adopted.

上記のようにして、陽イオン交換樹脂で処理したコロイダルシリカ水溶液は、pHが2〜3においては安定したゾルである。これを、例えば限外ろ過膜を通液させることにより、水分を除去して濃縮する。この通過後のシリカ濃度は10〜20重量%である。この濃度でシリカゾルはゲル化してゆく。この方法は、加熱して濃縮する方法や冷凍して解凍する方法に比べてエネルギー効率が非常に良い。   As described above, the colloidal silica aqueous solution treated with the cation exchange resin is a stable sol at a pH of 2 to 3. This is concentrated by removing water by passing through an ultrafiltration membrane, for example. The silica concentration after passing is 10 to 20% by weight. At this concentration, the silica sol gels. This method is very energy efficient compared to the method of concentrating by heating or the method of freezing and thawing.

<第5工程>
第5工程は、得られたゲル化物を乾燥させる工程である。
第5工程は、次の粉砕に先立ち、シリカ粒子を乾燥させるものである。乾燥方法は特に限定されないが、例えば40〜200℃の温度で乾燥させることができる。
すなわち、第4工程で得られるゲル溶液は自然に熟成してゆき、十分な強度を持つシリカモノリシスへと変化する。これを粉砕に先立ち、加熱乾燥させる。乾燥手段は特に限定されず、ゲル化物を、熱風乾燥炉、高周波加熱、赤外線ランプなどの加熱手段により、例えば40〜200℃、好ましくは80〜120℃で加熱・乾燥させればよい。加熱時間は、通常、1〜2時間程度である。加熱温度が40℃未満では、水分の蒸発速度が遅く、一方200℃を超えると、急激な水分の蒸発により気泡が生じる。
かくて、第4工程で得られたゲル化物は、加熱乾燥後、無定形のシリカとなり、その水分率は、通常、10〜50重量%、好ましくは15〜30重量%程度である。
<5th process>
The fifth step is a step of drying the obtained gelled product.
In the fifth step, the silica particles are dried prior to the next pulverization. Although a drying method is not specifically limited, For example, it can be made to dry at the temperature of 40-200 degreeC.
That is, the gel solution obtained in the fourth step naturally ripens and changes to silica monolysis having sufficient strength. Prior to grinding, this is heated and dried. The drying means is not particularly limited, and the gelled product may be heated and dried at a temperature of, for example, 40 to 200 ° C., preferably 80 to 120 ° C. by a heating means such as a hot air drying furnace, high frequency heating, or an infrared lamp. The heating time is usually about 1 to 2 hours. If the heating temperature is less than 40 ° C., the water evaporation rate is slow, while if it exceeds 200 ° C., bubbles are generated due to rapid water evaporation.
Thus, the gelled product obtained in the fourth step becomes amorphous silica after heat drying, and the water content is usually about 10 to 50% by weight, preferably about 15 to 30% by weight.

<第6工程>
第6工程では、乾燥したゲル化物を粉砕し、粉砕物を得る。
第6工程は、次の第7工程の酸水溶液による処理に先立ち、シリカ粒子を粉砕して微粒子化させて洗浄効果を向上させるものである。粉砕方法は特に限定されず、通常、シリカ粒子の粉砕に用いられる方法を使用できる。
この工程では、乾燥したゲル化物を、既知の汚染がない方法で粉砕し、希望粒径に篩別する。例えば、石英ルツボを製造する場合は、0.3から0.1mm程度であり、酸水素や真空溶融に使われる場合は、0.05から0.2mm程度であり、EMCフィラー用であれば、できるだけ細かいほうが良い。一般的な用途としては、粒径は好ましくは0.1から0.4mmとする。粒子は後の焼成工程で収縮するため、この範囲にすることが好ましい。なお、焼成後の粒径は0.07から0.30mmである。ここで、粒径とは篩別する時の網の目開きとして定義される粒径である。
粉砕手段としては、ロールミル、ボールミル、ディスクミル、ジェットミルなどが挙げられるが、粉砕媒体はコンタミの問題から石英ガラス製とするのが良い。
粉砕時の粒径は用途に合わせて、篩網の目開きを変えたほうが良い。
<6th process>
In the sixth step, the dried gelled product is pulverized to obtain a pulverized product.
In the sixth step, prior to the treatment with the acid solution in the next seventh step, the silica particles are pulverized to form fine particles to improve the cleaning effect. The pulverization method is not particularly limited, and a method usually used for pulverization of silica particles can be used.
In this step, the dried gelled product is pulverized by a method without known contamination and sieved to the desired particle size. For example, when manufacturing a quartz crucible, it is about 0.3 to 0.1 mm. When used for oxyhydrogen or vacuum melting, it is about 0.05 to 0.2 mm. For an EMC filler, It is better to be as fine as possible. For general applications, the particle size is preferably 0.1 to 0.4 mm. Since the particles shrink in the subsequent firing step, it is preferable to set the particle in this range. The particle size after firing is 0.07 to 0.30 mm. Here, the particle size is a particle size defined as a mesh opening when sieving.
Examples of the pulverizing means include a roll mill, a ball mill, a disk mill, and a jet mill. The pulverizing medium is preferably made of quartz glass because of contamination.
The particle size at the time of pulverization should be changed according to the application.

<第7工程>
第7工程では、粉砕物(合成シリカ粉末)を酸水溶液で処理する。
本発明の第7工程は、上述の第6工程で得られたシリカを洗浄することにより、シリカに付着している不純分を除去するものである。洗浄は、水洗などにおいて通常行われている方法を用いることができるが、シリカ粒子の粉砕時に鉄分が混入することがあるので、好ましくは酸の水溶液で洗浄するのがよい。なお、この場合、酸の水溶液による洗浄後、水(好ましくは超純水)ですすぎを行うことが好ましい。
<Seventh step>
In the seventh step, the pulverized product (synthetic silica powder) is treated with an acid aqueous solution.
The seventh step of the present invention is to remove the impurities adhering to the silica by washing the silica obtained in the sixth step. The washing can be carried out by a method usually performed in water washing or the like. However, since iron may be mixed during the pulverization of the silica particles, washing with an acid aqueous solution is preferable. In this case, it is preferable to rinse with water (preferably ultrapure water) after washing with an acid aqueous solution.

酸の水溶液としては特に限定されるものではないが、例えば、塩酸、硫酸、硝酸などを使用すればよく、これらは単独でも複数を組み合わせて使用してもよい。
すなわち、この工程では、合成シリカ粉末を、濃度が2〜7重量%の塩酸水溶液などの酸水溶液で処理する。この際、もちろん過酸化水素酸を入れる必要はない。塩酸などの酸の濃度は好ましくは4〜6重量%である。7重量%より高濃度のばあい、不純物が溶解しにくくなり、一方2重量%より低いと不純物の溶解が不十分になることがある。この酸処理は、好ましくは60℃から90℃で、時間が好ましくは10分〜7時間かけて行われる。合成シリカ粒子はまだ微小な連続気泡が存在し、その中から不純物は溶解する。不純物としては、アルミニウム、鉄、ナトリウム、カリウム、カルシウム、チタン、マグネシウムなどの金属成分であり、この酸処理により、これらの不純物をppbオーダーで除去することができる。
本工程における処理は、溶解というより抽出といったほうが良い。塩酸などの酸処理の後は純水で同じように塩酸などの酸分を抽出すればよい。
ここで、十分に塩酸などの酸成分がなくなっていることをpH計あるいは電導度計で測定し、脱水を行う。脱水は遠心脱水機でもよいが、真空脱水機のほうがより脱水効率が良い。脱水後のシリカ粉末の水分率は、10〜20重量%程度である。
Although it does not specifically limit as aqueous solution of an acid, For example, hydrochloric acid, a sulfuric acid, nitric acid etc. should just be used, and these may be used individually or in combination.
That is, in this step, the synthetic silica powder is treated with an acid aqueous solution such as a hydrochloric acid aqueous solution having a concentration of 2 to 7% by weight. At this time, of course, it is not necessary to add hydrogen peroxide. The concentration of acid such as hydrochloric acid is preferably 4 to 6% by weight. When the concentration is higher than 7% by weight, the impurities are hardly dissolved. On the other hand, when the concentration is lower than 2% by weight, the impurities may not be sufficiently dissolved. This acid treatment is preferably performed at 60 ° C. to 90 ° C. and for a time of preferably 10 minutes to 7 hours. Synthetic silica particles still have fine open cells from which impurities are dissolved. Impurities are metal components such as aluminum, iron, sodium, potassium, calcium, titanium and magnesium, and these impurities can be removed on the order of ppb by this acid treatment.
The treatment in this step is preferably extraction rather than dissolution. After acid treatment such as hydrochloric acid, acid content such as hydrochloric acid may be extracted in the same manner with pure water.
Here, dehydration is carried out by measuring the absence of acid components such as hydrochloric acid with a pH meter or a conductivity meter. The dehydration may be performed by a centrifugal dehydrator, but the vacuum dehydrator has a higher dehydration efficiency. The moisture content of the silica powder after dehydration is about 10 to 20% by weight.

<第8工程>
第8工程では、第7工程の処理後の粉砕物(合成シリカ粉末)を乾燥ガス中で焼成する。
第8工程は、第7工程で得られたシリカを焼成することにより、OH基含有量の極めて少ない高純度の石英粉を得るものである。
ここで、焼成温度及び時間は、従来高純度の石英を得る場合に行われる焼成と同程度の温度及び時間で行えばよい。高純度の石英は極力OH基含有量の少ないことが好ましく、より高温でより長時間の焼成を行えばそれだけOH基含有量の少ない石英を得ることができるので、所望とするOH基含有量になるよう適宜条件を設定すればよい。
<Eighth process>
In the eighth step, the pulverized product (synthetic silica powder) after the seventh step is fired in a dry gas.
In the eighth step, the silica obtained in the seventh step is baked to obtain high-purity quartz powder having an extremely low OH group content.
Here, the baking temperature and time may be the same temperature and time as those used in the conventional baking for obtaining high-purity quartz. High-purity quartz preferably has as little OH group content as possible, and if it is fired at a higher temperature for a longer time, quartz with a lower OH group content can be obtained. Conditions may be set as appropriate.

乾燥ガスとしては、乾燥窒素ガス、乾燥ヘリウムガス、乾燥空気などの深冷法で製造したガスや冷却して水分を除いたガスなどが挙げられる。
焼成温度は、1,100〜1,300℃、好ましくは1,200〜1,250℃であり、焼成時間は、通常、10〜30時間、好ましくは15〜20時間である。焼成温度が1,100℃未満では水分が抜けるのが遅く、効率的ではないし、一方1,300℃を超える温度で焼成すると粒子同士の焼結が起こり、焼成後に粉砕が必要となる。また、焼成時間が10時間未満では、水分の離脱が不十分であり、一方30時間を超えてもそれ以上、OH基含有量は比例的に減少するものでもない。
焼成の具体例としては、第7工程で脱水された合成シリカ粉末を、焼成炉に入れ、乾燥窒素ガスを流して焼成する。この焼成温度は1,200〜1,250℃で、20時間以上行い、水分を十分に抜く
Examples of the dry gas include a gas produced by a deep cooling method such as dry nitrogen gas, dry helium gas, and dry air, and a gas that is cooled to remove moisture.
The firing temperature is 1,100 to 1,300 ° C., preferably 1,200 to 1,250 ° C., and the firing time is usually 10 to 30 hours, preferably 15 to 20 hours. When the firing temperature is less than 1,100 ° C., moisture is slowly released and is not efficient. On the other hand, firing at a temperature exceeding 1,300 ° C. causes the particles to sinter and necessitates pulverization after firing. Further, when the firing time is less than 10 hours, the moisture is not sufficiently detached, and even when it exceeds 30 hours, the OH group content does not decrease proportionally.
As a specific example of firing, the synthetic silica powder dehydrated in the seventh step is placed in a firing furnace and fired by flowing dry nitrogen gas. This firing temperature is 1,200 to 1,250 ° C. for 20 hours or more to sufficiently remove moisture.

かくて、高純度の合成シリカ粉末を安価に得ることができる。得られる高純度合成シリカ粉末は、ICP発光分光分析装置による測定において、不純物である他の金属元素がppbオーダーで少なく、しかもFT−IR分析装置による測定では、OH基含有量が50ppm以下と、シリカ成分が極めて高純度である。   Thus, high purity synthetic silica powder can be obtained at low cost. The obtained high-purity synthetic silica powder has a small amount of other metal elements as impurities in the ppb order in the measurement with the ICP emission spectroscopic analyzer, and the OH group content is 50 ppm or less in the measurement with the FT-IR analyzer, The silica component is extremely pure.

以下、本発明の高純度合成シリカ粉末の製造方法に関し、実施例を挙げて説明するが、この実施例は本発明の一部を示したにすぎない。   Hereinafter, although an Example is given and demonstrated regarding the manufacturing method of the highly purified synthetic silica powder of this invention, this Example only showed a part of this invention.

実施例1
ポリシリコン製造において副生成物である四塩化ケイ素を蒸発させ、バーナーの火炎中を通過させた。このときの火炎は天然ガスと酸素である。四塩化ケイ素は窒素ガスをキャリアーとして用いた。窒素ガスの流量は0.4m/H、窒素ガスと四塩化ケイ素の合計量を0.7m/Hとした。また、天然ガス流量を6m/H、酸素ガスの流量を3m/Hとした。これにより微細なフュームドシリカを作り、石英ガラス製のサイクロンで捕集した。700g/Hの収量であった。
Example 1
Silicon tetrachloride, a by-product in the polysilicon production, was evaporated and passed through a burner flame. The flame at this time is natural gas and oxygen. Silicon tetrachloride used nitrogen gas as a carrier. The flow rate of nitrogen gas was 0.4 m 3 / H, and the total amount of nitrogen gas and silicon tetrachloride was 0.7 m 3 / H. The natural gas flow rate was 6 m 3 / H, and the oxygen gas flow rate was 3 m 3 / H. As a result, fine fumed silica was produced and collected by a cyclone made of quartz glass. The yield was 700 g / H.

次いで、加熱装置付きのSUS304の内面にPP(ポリプロピレン)コーティングを施した反応器に、上記で得られたフュームドシリカ500gと純水10リットルと水酸化ナトリウム200gを入れ、80℃に加熱し、撹拌した。2時間後に加熱と撹拌を停止し、室温まで冷却し、目開きが1μmのポリテトラフルオロエチレン(デュポン社 テフロン)製ろ紙を使って減圧ろ過した。   Next, in a reactor in which PP (polypropylene) coating is applied to the inner surface of SUS304 with a heating device, 500 g of the fumed silica obtained above, 10 liters of pure water, and 200 g of sodium hydroxide are placed and heated to 80 ° C., Stir. After 2 hours, heating and stirring were stopped, the mixture was cooled to room temperature, and filtered under reduced pressure using filter paper made of polytetrafluoroethylene (DuPont Teflon) having an opening of 1 μm.

この溶液に撹拌しながらH+型陽イオン交換樹脂(オルガノ社製のIR120B)をゆっくり加えた。pHが11を切った時点でH+型陽イオン交換樹脂を加えるのをやめた。その後、30分ゆっくり撹拌して遠心脱水機に入れてH+型陽イオン交換樹脂を回収し、濾液はPP製のタンクに移動した。pHは10.8であった。   While stirring, H + type cation exchange resin (IR120B manufactured by Organo) was slowly added to the solution. The addition of H + type cation exchange resin was stopped when the pH dropped below 11. Thereafter, the mixture was slowly stirred for 30 minutes and placed in a centrifugal dehydrator to recover the H + type cation exchange resin, and the filtrate was transferred to a PP tank. The pH was 10.8.

この溶液をH+型陽イオン交換樹脂(オルガノ社製のIR120B)150リットルを詰めたカラム中を通過させた。最後は減圧で溶液を回収した。この溶液の重量は10.2kgであった。pHは2.3であった。   This solution was passed through a column packed with 150 liters of H + type cation exchange resin (IR120B manufactured by Organo). Finally, the solution was recovered under reduced pressure. The weight of this solution was 10.2 kg. The pH was 2.3.

この溶液を限外ろ過膜(東レ社製のトレフィル)を通し、水分を除き濃縮した。このときの溶液中のシリカ濃度は10.3重量%であった。この溶液のpHは2.4と変わらなかった。これを100℃に4時間加温し、ゲル化させるとともに、加熱乾燥させた(水分率50重量%)。   This solution was passed through an ultrafiltration membrane (Torefil manufactured by Toray Industries, Inc.) to remove water and concentrated. At this time, the silica concentration in the solution was 10.3% by weight. The pH of this solution was unchanged from 2.4. This was heated to 100 ° C. for 4 hours to be gelled and dried by heating (moisture content of 50% by weight).

硬くなったゲルを石英ガラス製ロールミルで粉砕し、PP製の網で篩別し、石英ゲルの粒径が0.1〜0.4mmのシリカ粉末を得た。歩留まりは75%であった。なお、0.1mm未満の粒子はEMCフィラー(透明封止樹脂)用の原料とすることができる。   The hardened gel was pulverized with a quartz glass roll mill and sieved with a PP mesh to obtain silica powder having a silica gel particle size of 0.1 to 0.4 mm. The yield was 75%. In addition, the particle | grains less than 0.1 mm can be used as the raw material for EMC fillers (transparent sealing resin).

次いで、シリカゲルに重量比5%の塩酸溶液を加え、撹拌しない状態で80℃に加熱した。2時間後、これをPP製網でろ過をした。ここで塩酸を使った理由は、H+型陽イオン交換樹脂の再生に繰り返し使用できるからである。もちろん硫酸を用いてもよい。2時間後、ろ過を行い純水を加えて再度80℃で2時間加熱した。これを二回繰り返した。
このシリカ粉末を、水分を除去して乾燥させるため120℃で2時間加熱して、さらに完全に水分を除去するためと塩酸を蒸発させるため350℃で2時間加熱した。
Next, a 5% by weight hydrochloric acid solution was added to silica gel and heated to 80 ° C. without stirring. After 2 hours, this was filtered through a PP mesh. The reason for using hydrochloric acid here is that it can be used repeatedly for the regeneration of the H + type cation exchange resin. Of course, sulfuric acid may be used. After 2 hours, filtration was performed, pure water was added, and the mixture was heated again at 80 ° C. for 2 hours. This was repeated twice.
This silica powder was heated at 120 ° C. for 2 hours in order to remove moisture and dried, and further heated at 350 ° C. for 2 hours in order to completely remove moisture and evaporate hydrochloric acid.

次いで、これを電気炉に入れ700℃まで1時間で昇温した後、2時間保持し、その後、1,250℃まで乾燥窒素中で2時間で昇温し、そのまま10時間保持した。このシリカ粉末を室温まで降温し、PP製の50目および150目で篩別した。得られた合成シリカ粉末の平均粒径(レーザー式粒度分布計で測定)は、0.19mmであった。
このシリカ粉末の純度をICP発光分光分析装置(島津社製のICPS−7510)で測定した結果を表1に示した。
また、OH基含有量については、FT−IR分析装置(日本分光社製の4100)で測定した結果、38ppmであった。
Next, this was put in an electric furnace and heated up to 700 ° C. over 1 hour, held for 2 hours, then heated up to 1,250 ° C. in dry nitrogen over 2 hours and held there for 10 hours. The silica powder was cooled to room temperature and sieved through PP and 50 meshes. The obtained synthetic silica powder had an average particle size (measured with a laser particle size distribution meter) of 0.19 mm.
Table 1 shows the results of measuring the purity of the silica powder with an ICP emission spectroscopic analyzer (ICPS-7510 manufactured by Shimadzu Corporation).
The OH group content was 38 ppm as a result of measurement with an FT-IR analyzer (4100 manufactured by JASCO Corporation).

比較例1
富士化学社製の3号水ガラスを純水でSiO濃度6.5重量%に希釈して1リットル調製した。これを650ccのH+型陽イオン交換樹脂(オルガノ社製のIR120B)が入ったカラムに通してpHが2.75のコロイダルシリカゾルを得た。このとき、カラムではゲル化が起こり、イオン交換樹脂の再生にかなりの作業を要した。次に、60%硝酸2.3gと30%の過酸化水素水を2.5gを入れ撹拌した。これをもう一度100ccのH+型陽イオン交換樹脂(同上)のカラムに通した。pHは1.75であった。これにアンモニア水溶液を加えpHを4.5としてゲル化させた。
Comparative Example 1
No. 3 water glass manufactured by Fuji Chemical Co., Ltd. was diluted with pure water to a SiO 2 concentration of 6.5% by weight to prepare 1 liter. This was passed through a column containing 650 cc of H + type cation exchange resin (IR120B manufactured by Organo) to obtain a colloidal silica sol having a pH of 2.75. At this time, gelation occurred in the column, and considerable work was required to regenerate the ion exchange resin. Next, 2.3 g of 60% nitric acid and 2.5 g of 30% hydrogen peroxide were added and stirred. This was again passed through a column of 100 cc H + type cation exchange resin (same as above). The pH was 1.75. Aqueous ammonia solution was added thereto for gelation at pH 4.5.

これをオーブンに入れ50℃で2時間保持したのち、−30℃の冷凍庫に5時間保持し、ろ過してシリカ粉末を得た。この時の収量は30gであった。これに5%塩酸200gと30%過酸化水素水を1%になるように加え、80℃で3時間加熱した。これを2回繰り返した。その後、純水で70℃、3時間を二回行った。これを1,200℃で20時間保持し、PP製の網で篩別した。得られたシリカ粉末の平均粒径は、0.23mmであった。このシリカ粉末の純度を実施例1と同様にして測定した結果を表2に示す。
また、OH基含有量についても、実施例1と同様にして測定した結果、60ppmであった。
This was put in an oven and kept at 50 ° C. for 2 hours, then kept in a freezer at −30 ° C. for 5 hours and filtered to obtain silica powder. The yield at this time was 30 g. To this, 200 g of 5% hydrochloric acid and 30% hydrogen peroxide water were added to 1%, and the mixture was heated at 80 ° C. for 3 hours. This was repeated twice. Then, it was performed twice at 70 ° C. for 3 hours with pure water. This was kept at 1,200 ° C. for 20 hours and sieved with a PP mesh. The average particle diameter of the obtained silica powder was 0.23 mm. Table 2 shows the results of measuring the purity of the silica powder in the same manner as in Example 1.
Further, the OH group content was measured in the same manner as in Example 1, and as a result, it was 60 ppm.

以上から明らかなように、本発明の製造方法では、例えば四塩化ケイ素を火炎加水分解してできるフュームドシリカを水酸化ナトリウム水溶液あるいは水酸化カリウム水溶液と60から100℃で反応させケイ酸ナトリウムあるいはケイ酸カリウムを生成させ、これをバッチ式陽イオン交換樹脂と混合し、pHが9〜11の範囲にする工程、次に陽イオン交換樹脂を詰めたカラムを通し、pHが2〜3の範囲とする工程、これを限外ろ過膜を通して濃縮し、ゲル化させる工程、80〜120℃で乾燥する工程、これを粉砕し、0.1から0.4mmの粒径とする工程、これを2〜7wt%の塩酸水溶液に浸し60〜90℃で不純物を抽出する工程、これを1,200〜1,250℃で乾燥窒素ガス中において焼成する。   As apparent from the above, in the production method of the present invention, for example, fumed silica obtained by flame hydrolysis of silicon tetrachloride is reacted with an aqueous sodium hydroxide solution or an aqueous potassium hydroxide solution at 60 to 100 ° C. Producing potassium silicate and mixing it with a batch cation exchange resin to bring the pH in the range 9-11, then passing through a column packed with the cation exchange resin, the pH in the range 2-3. The step of concentrating and gelling this through an ultrafiltration membrane, the step of drying at 80 to 120 ° C., the step of pulverizing this to a particle size of 0.1 to 0.4 mm, 2 A step of immersing in an aqueous solution of ˜7 wt% hydrochloric acid to extract impurities at 60 to 90 ° C., and baking this in dry nitrogen gas at 1,200 to 1,250 ° C.

これにより、水ガラスからのイオン交換法では製造上の効率低下のゲル化問題が解決される。また、もともとシリカとして純度の高いフュームドシリカを原料として用いているため、過酸化水素水を用いたチタンなどの除去精製が不要となる。このことは製造したシリカ粉末の純度が安定して高純度となることを示している。   Thereby, the gelation problem of the efficiency fall in manufacture is solved in the ion exchange method from water glass. In addition, since fumed silica with high purity is originally used as a raw material, removal and purification of titanium or the like using hydrogen peroxide water becomes unnecessary. This shows that the purity of the produced silica powder is stable and high.

本発明の製造方法は、アルカリ水溶液と塩酸などの酸のみで行われるため、中和反応で生成した塩を隔膜を利用することにより、再生して使用することが可能である。例えば、フュームドシリカと水酸化ナトリウムを反応させて、これをイオン交換カラムを通すとイオン交換樹脂にはナトリウムが付着する。これを再生するときに酸処理で使用した塩酸水溶液を利用すると塩化ナトリウムが出てくる。この水溶液を隔膜法で電圧をかけると、また水酸化ナトリウムと塩酸が分離するのである。すなわち、本発明のプロセスは密閉プロセスとなるのであり、環境負荷も非常に低い。
また、本発明の製造方法によって得られるシリカ粉末は高純度で安価なものである。
Since the production method of the present invention is carried out only with an alkaline aqueous solution and an acid such as hydrochloric acid, the salt produced by the neutralization reaction can be regenerated and used by utilizing a diaphragm. For example, when fumed silica and sodium hydroxide are reacted and passed through an ion exchange column, sodium adheres to the ion exchange resin. When this is regenerated, sodium chloride is produced when the aqueous hydrochloric acid solution used in the acid treatment is used. When a voltage is applied to this aqueous solution by the diaphragm method, sodium hydroxide and hydrochloric acid are separated. That is, the process of the present invention is a sealed process, and the environmental load is very low.
The silica powder obtained by the production method of the present invention is highly pure and inexpensive.

本発明により得られる高純度の合成シリカ粉末は、石英ルツボや拡散用部品などの高純度石英製品、EMC用フィラーなどの用途に有用である。   The high-purity synthetic silica powder obtained by the present invention is useful for applications such as high-purity quartz products such as quartz crucibles and diffusion parts, and EMC fillers.

Claims (10)

下記工程を含む、石英ガラス用高純度合成シリカ粉末の製造方法。
(1)フュームドシリカを水酸化アルカリ金属塩水溶液と反応させて、ケイ酸アルカリ金属塩水溶液を生成させる第1工程。
(2)得られたケイ酸アルカリ金属塩水溶液を脱アルカリ処理してpHを9〜11の範囲となしてシリカ水溶液を得る第2工程
(3)得られたシリカ水溶液を陽イオン交換処理し、該水溶液のpHを2〜3にする第3工程。
(4)得られたシリカ水溶液を濃縮し、ゲル化させる第4工程。
(5)得られたゲル化物を乾燥させる第5工程。
(6)乾燥したゲル化物を粉砕して粉砕物を得る第6工程。
(7)粉砕物を酸水溶液で処理する第7工程。
(8)酸水溶液で処理された粉砕物を乾燥ガス中で1,100〜1,300℃で焼成する第8工程。
The manufacturing method of the high purity synthetic silica powder for quartz glass including the following process.
(1) A first step in which fumed silica is reacted with an alkali metal hydroxide aqueous solution to produce an alkali metal silicate aqueous solution.
(2) A second step in which the obtained alkali metal silicate aqueous solution is dealkalized to obtain a silica aqueous solution with a pH in the range of 9 to 11. (3) The resulting silica aqueous solution is subjected to cation exchange treatment, 3rd process which makes pH of this aqueous solution 2-3.
(4) A fourth step of concentrating and gelling the obtained aqueous silica solution.
(5) A fifth step of drying the obtained gelled product.
(6) A sixth step of obtaining a pulverized product by pulverizing the dried gelled product.
(7) A seventh step of treating the pulverized product with an acid aqueous solution.
(8) The 8th process of baking the pulverized material processed with acid aqueous solution at 1,100-1,300 degreeC in dry gas.
フュームドシリカが四塩化ケイ素を火炎加水分解して得られる、請求項1記載の石英ガラス用高純度合成シリカ粉末の製造方法。 The method for producing high-purity synthetic silica powder for quartz glass according to claim 1, wherein the fumed silica is obtained by flame hydrolysis of silicon tetrachloride. 水酸化アルカリ金属塩が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、あるいは水酸化リチウムであり、ケイ酸アルカリ金属塩が、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、あるいはケイ酸リチウムであり、フュームドシリカと水酸化アルカリ金属塩水溶液との反応温度が60〜100℃である、請求項1または2記載の石英ガラス用高純度合成シリカ粉末の製造方法。 The alkali metal hydroxide salt is sodium hydroxide, potassium hydroxide, or lithium hydroxide, the alkali metal silicate salt is sodium silicate, potassium silicate, or lithium silicate, and fumed silica and hydroxide. The manufacturing method of the high purity synthetic silica powder for quartz glass of Claim 1 or 2 whose reaction temperature with alkali metal salt aqueous solution is 60-100 degreeC. 脱アルカリ処理が、バッチ式陽イオン樹脂を用いてpHを9〜11にする、請求項1〜3いずれかに記載の石英ガラス用高純度合成シリカ粉末の製造方法。 The method for producing high-purity synthetic silica powder for quartz glass according to any one of claims 1 to 3, wherein the dealkalization treatment is performed using a batch cation resin to adjust the pH to 9 to 11. 第3工程における陽イオン交換処理が、シリカ水溶液をH型陽イオン交換樹脂を詰めたカラムを通すことによる、請求項1〜4いずれかに記載の石英ガラス用高純度合成シリカ粉末の製造方法。 The method for producing high-purity synthetic silica powder for quartz glass according to any one of claims 1 to 4, wherein the cation exchange treatment in the third step is performed by passing a silica aqueous solution through a column packed with an H-type cation exchange resin. シリカ水溶液を濃縮する手段が、限外ろ過膜である、請求項1〜5いずれかに記載の石英ガラス用高純度合成シリカ粉末の製造方法。 The method for producing high-purity synthetic silica powder for quartz glass according to any one of claims 1 to 5, wherein the means for concentrating the silica aqueous solution is an ultrafiltration membrane. ゲル化物を乾燥する手段がオーブンなどの過熱方式であり、乾燥温度が40〜200℃である、請求項1〜6いずれかに記載の高石英ガラス用純度合成シリカ粉末の製造方法。 The method for producing a pure synthetic silica powder for high quartz glass according to any one of claims 1 to 6, wherein the means for drying the gelated product is an overheating method such as an oven, and the drying temperature is 40 to 200 ° C. ゲル化物の粉砕手段がロールミル、ボールミル、またはジェットミルであり、粉砕物の粒径が0.1〜0.4mmである、請求項1〜7いずれかに記載の石英ガラス用高純度合成シリカ粉末の製造方法。 The high-purity synthetic silica powder for quartz glass according to any one of claims 1 to 7, wherein the pulverizing means for the gelled product is a roll mill, a ball mill, or a jet mill, and the particle size of the pulverized product is 0.1 to 0.4 mm. Manufacturing method. 酸水溶液が、塩酸水溶液、硫酸水溶液、または硝酸水溶液である、請求項1〜8いずれかに記載の石英ガラス用高純度合成シリカ粉末の製造方法。 The manufacturing method of the high purity synthetic silica powder for quartz glass in any one of Claims 1-8 whose acid aqueous solution is hydrochloric acid aqueous solution, sulfuric acid aqueous solution, or nitric acid aqueous solution. 乾燥ガスが乾燥窒素ガス、乾燥ヘリウムガス、乾燥空気であり、焼成温度が1,100〜1,250℃である、請求項1〜9いずれかに記載の石英ガラス用高純度合成シリカ粉末の製造方法。

The production of high-purity synthetic silica powder for quartz glass according to any one of claims 1 to 9, wherein the dry gas is dry nitrogen gas, dry helium gas, and dry air, and the firing temperature is 1,100 to 1,250 ° C. Method.

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200030707A (en) * 2018-09-12 2020-03-23 주식회사 삼에스코리아 Manufacturing method of synthetic quartz powder
JP7114775B2 (en) 2019-11-20 2022-08-08 ハスクバーナ・アーベー intelligent watering system

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6686693B2 (en) * 2015-05-29 2020-04-22 株式会社大林組 Method for producing cured product
JP7174483B2 (en) * 2018-10-17 2022-11-17 太平洋セメント株式会社 Silica purification method and silica particles
CN109437187A (en) * 2018-11-28 2019-03-08 乌兰察布市大盛石墨新材料股份有限公司 The preparation method of graphite material
JP2020138958A (en) * 2019-02-25 2020-09-03 炭プラスラボ株式会社 Method for producing beauty and health composition containing water-soluble silicon and method for producing water-soluble ionized silicon
CN111268686B (en) * 2020-02-08 2022-07-01 昆明理工大学 Method for preparing water glass from silicate minerals and water glass
CN112520746B (en) * 2020-12-10 2023-06-09 江西双龙硅材料科技有限公司 Preparation method of food-grade white carbon black
CN112645340B (en) * 2021-01-15 2022-08-16 宁波璞行半导体材料有限公司 Method for preparing synthetic silicon dioxide powder by using silica sol

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11139818A (en) * 1997-11-07 1999-05-25 Tosoh Corp Production of high purity silica powder
JP4504491B2 (en) * 1999-12-28 2010-07-14 株式会社渡辺商行 Manufacturing method of high purity synthetic quartz powder
JP2002167212A (en) * 2000-09-25 2002-06-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd Porous silica manufacturing method and heat insulating material using the same
JP2002173315A (en) * 2000-11-30 2002-06-21 Watanabe Shoko:Kk Method for manufacturing high purity colloidal silica and high purity synthetic quartz powder
JP2003012331A (en) * 2001-06-27 2003-01-15 Watanabe Shoko:Kk Synthetic quartz glass particle with high purity
JP4841764B2 (en) * 2001-07-23 2011-12-21 信越石英株式会社 Method and apparatus for producing quartz glass crucible for pulling silicon single crystal
US7452518B2 (en) * 2004-12-28 2008-11-18 Momentive Performance Materials Inc. Process for treating synthetic silica powder and synthetic silica powder treated thereof
US20060283095A1 (en) * 2005-06-15 2006-12-21 Planar Solutions, Llc Fumed silica to colloidal silica conversion process

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200030707A (en) * 2018-09-12 2020-03-23 주식회사 삼에스코리아 Manufacturing method of synthetic quartz powder
KR102141829B1 (en) 2018-09-12 2020-08-07 주식회사 삼에스코리아 Manufacturing method of synthetic quartz powder
JP7114775B2 (en) 2019-11-20 2022-08-08 ハスクバーナ・アーベー intelligent watering system

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