JP7074350B2 - Method for manufacturing high-purity silica - Google Patents

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Description

本発明は、高純度シリカ(例えば、不純物濃度が0.01ppm以下)の調整方法に関し、更に詳述すれば、光起電性の太陽電池産業において使用するのに好適の珪藻土原料の高純度化に関する。本願発明の要旨は、低コストの珪藻土原料から高純度シリカ(例えば、8N)を抽出して、低コストで高純度シリカを製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for adjusting high-purity silica (for example, an impurity concentration of 0.01 ppm or less), and more specifically, to purify a diatomaceous earth raw material suitable for use in the photovoltaic solar cell industry. Regarding. The gist of the present invention relates to a method for producing high-purity silica at low cost by extracting high-purity silica (for example, 8N) from a low-cost diatomaceous earth raw material.

化石燃料に置き換わるクリーンな太陽エネルギに対する全世界的な関心は、太陽熱エネルギを低コスト電力へ変換するときの変換効率にある。シリコン太陽電池の主要なコストは、PV(光電変換)セルに使用される高純度シリコン(Si)にある。高純度シリコンの製造コストを大きく低下させることが、太陽電池の価格を低下させ、その用途を拡張させることになり、太陽電池が従来の伝統的な電力源と競争可能となる応用分野を拡大させる。高純度シリコンのコストに占める重要な因子は、原材料源であるシリカの製造工程における固有のコストである。この製造工程の固有のコストとは、原材料を分離し、高純度化して、太陽電池に使用される高純度シリコン用の高純度シリカを製造する方法に固有のコストである。 A global concern for clean solar energy to replace fossil fuels is the conversion efficiency when converting solar thermal energy to low-cost electricity. The main cost of silicon solar cells lies in the high purity silicon (Si) used in PV (photoelectric conversion) cells. Significantly lowering the cost of manufacturing high-purity silicon will lower the price of solar cells and expand their applications, expanding the fields of application that will allow solar cells to compete with traditional traditional power sources. .. An important factor in the cost of high-purity silicon is the inherent cost of the manufacturing process of silica, the source of raw materials. The inherent cost of this manufacturing process is the inherent cost of a method of separating and purifying raw materials to produce high-purity silica for high-purity silicon used in solar cells.

高純度シリコン製造に使用される原料としての高純度シリカの需要は、近い将来に供給の限界に到達する。このため、これにとって代わる太陽電池製造に適した材料の供給方法、濾過工程、及び電子コンポーネントにおける絶縁物が要望されている。 The demand for high-purity silica as a raw material for the production of high-purity silicon will reach its supply limit in the near future. Therefore, there is a demand for an alternative method of supplying a material suitable for manufacturing a solar cell, a filtration process, and an insulator in an electronic component.

シリコン光起電性電池への応用のための原材料を製造するための効率的な方法の調査は、この30年間以上で進歩してきている。これらの方法のための原材料源は、第1に、結晶質のシリカと、シリコンの揮発性化合物に限定されている。これは、米殻及び珪藻土のような他の材料源に対する研究が限られていたからである。 The search for efficient methods for producing raw materials for application to silicon photovoltaic batteries has progressed over the last three decades. Raw material sources for these methods are primarily limited to crystalline silica and volatile compounds of silicon. This is due to limited research on other sources of material such as rice husks and diatomaceous earth.

機能材料、光学材料、又は電子材料としてのシリカに対する要求は、急速に増大しており、天然シリカを、純度、形状又は性質がそのままで、使用することをますます難しくしている。特に、太陽電池グレードのシリコンの製造のために提供される原材料としては、天然シリカは使用することが困難である。 The demand for silica as a functional, optical, or electronic material is growing rapidly, making it increasingly difficult to use natural silica in its purest, shape, or properties. In particular, natural silica is difficult to use as a raw material provided for the production of solar cell grade silicon.

なお、高純度シリカの製造方法として、特許文献1乃至7が提案されており、高純度シリコンの製造方法として、特許文献8乃至14が提案されている。 Patent Documents 1 to 7 have been proposed as a method for producing high-purity silica, and Patent Documents 8 to 14 have been proposed as a method for producing high-purity silicon.

特開昭63-291808号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-291808 特開平3-218914号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 3-218914 特開平5-36366号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-36366 特開平5-35086号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-35086 特開平5-35087号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-35087 特公平7-106890号公報Special Fair 7-106890 Gazette 特公平7-57685号公報Special Fair 7-57685 Gazette 特開昭55-67519号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 55-67519 特開昭56-32319号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 56-323319 特公昭61-27323号公報Special Publication No. 61-27323 特開平10-265214号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-265214 特開平10-324514号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-324514 特開平10-324515号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-324515 特許第4436904号公報Japanese Patent No. 4436904

シリコン太陽電池に基づく光起電性電力生成の更なる発展は、大量のハイグレードなクォーツ鉱石を必要とする。これは、通常、十分に天然乾燥したクォーツ鉱脈及び表層堆積物における「がま」又は「ポケット」において生じる。地殻における鉱石堆積物の埋蔵量は、物理的に制限されている。光起電性電力生成の事業においては、他の確実な供給源を考える必要がある。 Further developments in photovoltaic power generation based on silicon solar cells require large amounts of high-grade quartz ore. This usually occurs in "gama" or "pockets" in fully naturally dried quartz veins and superficial deposits. Reserves of ore deposits in the crust are physically limited. In the photovoltaic power generation business, it is necessary to consider other reliable sources.

従来、シリカは、砂岩石英の高純度化により製造されている。この高純度化工程においては、シリカ粒子の大きさをマイクロメータスケール以下に最小化して、高純度化工程の間の化学処理の効率を改善するために、石の研削工程のような複数のサブ工程を有する。更に、その後、99%(2N)に近い純度の最終シリカに酸を添加することにより、シリカゲルを生成して、ケイ酸溶液を形成する工程が続く。 Conventionally, silica has been produced by purifying sandstone quartz. In this purification step, multiple subs, such as a stone grinding step, to minimize the size of the silica particles below the micrometer scale and improve the efficiency of the chemical treatment during the purification step. Has a process. Further, after that, a step of forming silica gel and forming a silicic acid solution by adding an acid to the final silica having a purity close to 99% (2N) is continued.

しかしながら、このシリカの純度レベルは、高変換効率の太陽電池をターゲットとする高純度シリコンの製造のためには、低すぎる。今日まで、太陽電池用途の高純度シリカを得る方法は開発されていない。従来の砂岩石英の高純度化方法の最も不具合な部分は、砂岩の研削工程である。この工程は、時間及びエネルギを消費し、好ましくない。 However, the purity level of this silica is too low for the production of high purity silicon targeting high conversion efficiency solar cells. To date, no method has been developed to obtain high-purity silica for solar cell applications. The most defective part of the conventional sandstone quartz purification method is the sandstone grinding process. This process consumes time and energy and is not preferred.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、太陽電池用の高純度シリコンの製造に好適の高純度シリカを高効率で且つ低コストで製造することができる高純度シリカの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and is a method for producing high-purity silica capable of producing high-purity silica suitable for producing high-purity silicon for solar cells with high efficiency and low cost. The purpose is to provide.

本発明に係る高純度シリカの製造方法は、
珪藻土原料を酸により浸出処理し、純水で洗浄することにより、アルカリ土類金属、アルカリ金属、遷移金属又はポスト遷移金属を含む不純物を除去し、洗浄後の残渣から水溶性シリカを得る工程と、
この水溶性シリカと、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム及びセシウムからなる群から選択された1種以上のアルカリ金属の水酸化物からなるアルカリ水溶液を反応させることにより、そのケイ酸塩水溶液を得る工程と、
前記ケイ酸塩水溶液を、イオンキレート特定剤を収納した第1コラム内に通して、前記ケイ酸塩水溶液中のボロンを除去するボロン除去工程と、
前記ボロンを除去したケイ酸塩水溶液を、アニオンキレート特定剤を収納した第2コラムに通して、前記ケイ酸塩水溶液中のリンを除去するリン除去工程と、
前記リンを除去したケイ酸塩水溶液を、遠心分離して濾過することにより、シリカを回収する工程と、
を有することを特徴とする。
The method for producing high- purity silica according to the present invention is
A step of leaching the diatomaceous earth raw material with an acid and washing it with pure water to remove impurities including alkaline earth metal, alkali metal, transition metal or post-transition metal, and obtaining water-soluble silica from the residue after washing. ,
A step of reacting this water-soluble silica with an alkaline aqueous solution composed of a hydroxide of one or more alkali metals selected from the group consisting of lithium, sodium, potassium, rubidium and cesium to obtain a silicate aqueous solution thereof . When,
A boron removing step of passing the aqueous silicate solution through a first column containing an ion chelate specific agent to remove boron in the aqueous silicate solution.
A phosphorus removing step of removing phosphorus in the silicate aqueous solution by passing the silicate aqueous solution from which the boron has been removed through a second column containing an anion chelate specific agent.
A step of recovering silica by centrifuging and filtering the aqueous silicate solution from which phosphorus has been removed.
It is characterized by having.

また、本発明に係る他の高純度シリコンの製造方法は、
珪藻土原料を酸により浸出処理し、純水で洗浄することにより、アルカリ土類金属、アルカリ金属、遷移金属又はポスト遷移金属を含む不純物を除去し、洗浄後の残渣から水溶性シリカを得る工程と、
前記水溶性シリカと水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムを反応させることにより、ケイ酸ナトリウム水溶液又はケイ酸カリウム水溶液を得る工程と、
前記ケイ酸ナトリウム水溶液又はケイ酸カリウム水溶液を、イオンキレート特定剤を収納した第1コラム内に通して、前記ケイ酸ナトリウム水溶液又はケイ酸カリウム水溶液中のボロンを除去するボロン除去工程と、
前記ボロンを除去したケイ酸ナトリウム水溶液又はケイ酸カリウム水溶液を、アニオンキレート特定剤を収納した第2コラムに通して、前記ケイ酸ナトリウム水溶液又はケイ酸カリウム水溶液中のリンを除去するリン除去工程と、
前記リンを除去したケイ酸ナトリウム水溶液又はケイ酸カリウム水溶液を、遠心分離して濾過することにより、シリカを回収する工程と、
を有することを特徴とする。
Further, another method for producing high-purity silicon according to the present invention is
A step of leaching the diatomaceous earth raw material with an acid and washing it with pure water to remove impurities including alkaline earth metal, alkali metal, transition metal or post-transition metal, and obtaining water-soluble silica from the residue after washing. ,
A step of obtaining an aqueous solution of sodium silicate or an aqueous solution of potassium silicate by reacting the water-soluble silica with sodium hydroxide or potassium hydroxide.
A boron removing step of passing the sodium silicate aqueous solution or the potassium silicate aqueous solution through the first column containing an ion chelate specific agent to remove boron in the sodium silicate aqueous solution or the potassium silicate aqueous solution.
A phosphorus removing step of removing phosphorus in the sodium silicate aqueous solution or the potassium silicate aqueous solution by passing the sodium silicate aqueous solution or the potassium silicate aqueous solution from which the boron has been removed through a second column containing an anion chelate specifying agent. ,
A step of recovering silica by centrifuging and filtering the sodium silicate aqueous solution or the potassium silicate aqueous solution from which phosphorus has been removed.
It is characterized by having.

これらの高純度シリカの製造方法において、
前記第1コラム内を通過した水溶液の一部を第1キレート再生タンクに供給して前記第1キレート再生タンク内で前記キレートを再生し、前記第1コラムに供給するように構成することができる。
In the method for producing these high-purity silicas,
It is possible to supply a part of the aqueous solution that has passed through the first column to the first chelate regeneration tank to regenerate the chelate in the first chelate regeneration tank and supply the chelate to the first column. ..

また、
前記第2コラム内を通過した水溶液の一部を第2キレート再生タンクに供給して前記第2キレート再生タンク内で前記キレートを再生し、前記第2コラムに供給するように構成することができる。
again,
It is possible to supply a part of the aqueous solution that has passed through the second column to the second chelate regeneration tank to regenerate the chelate in the second chelate regeneration tank and supply the chelate to the second column. ..

本発明によれば、低廉で世界中に広く存在する珪藻土を原料として、低廉な処理コストの湿式処理により、高純度のシリカを製造することができるので、高価で枯渇が予想される太陽電池グレードの高純度シリコンを製造するのに適した高純度シリカを、低コストで安定的に製造することができる。 According to the present invention, high-purity silica can be produced by wet treatment at a low treatment cost using diatomaceous earth, which is inexpensive and widely available all over the world, and is therefore expensive and expected to be exhausted. High-purity silica suitable for producing high-purity silicon can be stably produced at low cost.

図1は本発明の実施形態の方法の第1工程を示す図である。この第1工程は、珪藻土からシリカを抽出し、ケイ酸ナトリウム水溶液を生成する。FIG. 1 is a diagram showing a first step of the method of the embodiment of the present invention. In this first step, silica is extracted from diatomaceous earth to produce an aqueous sodium silicate solution. 図2は本発明の実施形態の方法の第2工程を示す図である。この第2工程は、特定イオン交換キレート樹脂CRB03/05を使用して水ガラス水溶液からボロンを除去する。FIG. 2 is a diagram showing a second step of the method of the embodiment of the present invention. In this second step, boron is removed from the aqueous glass solution using the specific ion exchange chelate resin CRB03 / 05. 図3は本発明の実施形態の方法の第3工程を示す図である。この第3工程は、アニオン交換キレート樹脂WA20/21Jを使用して水ガラス水溶液からリンを除去する。FIG. 3 is a diagram showing a third step of the method of the embodiment of the present invention. In this third step, phosphorus is removed from the aqueous glass solution using the anion exchange chelate resin WA20 / 21J. 図4は本発明の実施形態の方法の最終第4工程を示す図である。この第4工程は、本発明を使用して濾過及び乾燥することにより、水ガラス水溶液からシリカを回収する。FIG. 4 is a diagram showing a final fourth step of the method of the embodiment of the present invention. This fourth step recovers silica from the aqueous glass solution by filtering and drying using the present invention.

以下、本発明の実施形態について、図1乃至図4を参照して具体的に説明する。本発明は、珪藻土の精製により高純度シリカを製造する方法である。この方法は、酸処理、水ガラス生成、ボロン及びリンの除去並びに精製シリカの回収の各工程を有する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to FIGS. 1 to 4. The present invention is a method for producing high-purity silica by purifying diatomaceous earth. This method comprises the steps of acid treatment, water glass formation, removal of boron and phosphorus and recovery of purified silica.

本発明は、太陽電池応用のための高純度シリコンの製造のために有効な約8N以上の高純度なシリカを製造することを目的とする。先ず、シリカは、予備高純度化工程を介して、珪藻土から水溶液中へ抽出される。このときの目標とするボロン濃度は、ppbレベル、好ましくは5ppb以下、より好ましくは1ppb以下、更に好ましくは0.3ppb以下の低濃度である。この予備高純度化シリカは、好ましくは珪藻土を酸で溶出する処理により、水溶性シリカとして、水溶液内に溶解したシリカの形態で得られる。 An object of the present invention is to produce high-purity silica of about 8 N or more, which is effective for producing high-purity silicon for solar cell applications. First, silica is extracted from diatomaceous earth into an aqueous solution through a preliminary purification step. The target boron concentration at this time is a low concentration of ppb level, preferably 5 ppb or less, more preferably 1 ppb or less, still more preferably 0.3 ppb or less. This pre-purified silica is preferably obtained in the form of silica dissolved in an aqueous solution as water-soluble silica by a treatment of eluting diatomaceous earth with an acid.

珪藻土は全世界で広範囲に分布し、主に珪藻土珪殻として存在する。これは、少量の粘土及び低コストのオープンピット採鉱から茎を取り除いた砕岩質の岩に関連する珪藻土殻(非晶質シリカ)からなる。軽く色が付いた軟らかく砕けやすい岩は、高吸収性の多孔質で、相対的に良好な化学安定性を有し、それ故、濾過材、吸収材、充填材及び絶縁材のために主として使用される。 Diatomaceous earth is widely distributed all over the world and mainly exists as diatomaceous earth diatomaceous earth. It consists of a small amount of clay and diatomaceous earth crust (amorphous silica) associated with crushed rock with stalks removed from low cost open pit mining. Lightly colored, soft and fragile rocks are highly absorbent porous and have relatively good chemical stability, and are therefore primarily used for filters, absorbents, fillers and insulators. Will be done.

このように、珪藻殻は腐食性アルカリ溶液に容易に溶解するという特徴をもつ。このことは、高純度シリカは、水溶性化学工程を使用して、珪藻土から製造できることを示唆している。しかしながら、この珪藻土を原料として使用して高純度シリカを得る高純度シリカの製造方法は、未だ、開発されていない。本発明は、この珪藻土を原料として高純度シリカを製造する低コストの方法を提供するものである。 As described above, the diatom shell has a characteristic that it is easily dissolved in a corrosive alkaline solution. This suggests that high-purity silica can be produced from diatomaceous earth using a water-soluble chemical process. However, a method for producing high-purity silica using this diatomaceous earth as a raw material to obtain high-purity silica has not yet been developed. The present invention provides a low-cost method for producing high-purity silica using this diatomaceous earth as a raw material.

水溶性シリカは、好ましくは、ケイ酸ナトリウム又はケイ酸カリウムであるが、この水溶性シリカは、次順の工程でボロン除去剤と接触させる。このボロン除去剤は、N-メチルグルカミンの官能基をもつイオン交換樹脂である。水溶性シリカを含む水溶液は、次に、リン除去剤により処理される。このリン除去剤は、好ましくは、ポリアミンの官能基を有するアニオン交換樹脂である。 The water-soluble silica is preferably sodium silicate or potassium silicate, and the water-soluble silica is brought into contact with the boron remover in the following steps. This boron remover is an ion exchange resin having a functional group of N-methylglucamine. The aqueous solution containing the water-soluble silica is then treated with a phosphorus remover. The phosphorus remover is preferably an anion exchange resin having a polyamine functional group.

本発明は、8N純度レベルの高純度シリカを製造するための方法であり、先ず、酸浸出により珪藻土からシリカ水溶液を作り、水溶液の濾過により金属不純物成分が除去された水溶性シリカの水溶液を抽出する。更に、濾過後の水溶液を、ボロン特定イオン樹脂コラム及びアニオンリン特定アニオン樹脂コラムに接触させ、シリカゲルを沈殿させ、ケイ酸塩を、ボロン及びリンの不純物が低濃度レベルに低減したシリカに変換する。 The present invention is a method for producing high-purity silica having an 8N purity level. First, an aqueous solution of silica is prepared from diatomaceous earth by acid leaching, and an aqueous solution of water-soluble silica from which metal impurity components have been removed is extracted by filtering the aqueous solution. do. Further, the filtered aqueous solution is brought into contact with the boron specific ion resin column and the anionic phosphorus specific anion resin column to precipitate silica gel, and the silicate is converted into silica gel in which impurities of boron and phosphorus are reduced to a low concentration level. ..

換言すれば、本発明は、低B量及び低P量の高純度シリカを製造する方法に関する。この本発明方法は、第1に珪藻土を酸で浸出して珪藻土からケイ酸塩の水溶液を得ると共に、水溶液を濾過して金属ベースの不純物を除去する工程と、濾過後の溶液をボロン及びリンの特定イオン及びアニオン樹脂コラムに接触させる工程と、水を蒸発させる工程とを含む複数の工程を有する。更に、得られたシリカゲルをシリカに変換する。 In other words, the present invention relates to a method for producing high-purity silica having a low B amount and a low P amount. In the method of the present invention, first, the diatomaceous soil is leached with an acid to obtain an aqueous solution of silicate from the diatomaceous soil, and the aqueous solution is filtered to remove metal-based impurities, and the filtered solution is prepared with boron and phosphorus. It has a plurality of steps including a step of contacting with the specific ion and anion resin column of the above and a step of evaporating water. Further, the obtained silica gel is converted into silica.

本発明の目的は、8N以上のシリカを製造する方法を提供することにある。そして、本発明は、低廉な珪藻土資源を原材料として、高純度化されたシリカを得る方法であり、この高純度シリカにより、光起電性の用途に使用できる高純度のシリコンの製造を可能とする。この方法は、好ましくは、以下の工程を有する。 An object of the present invention is to provide a method for producing silica of 8N or more. The present invention is a method for obtaining highly purified silica using inexpensive diatomaceous earth resources as a raw material, and this high-purity silica enables the production of high-purity silicon that can be used for photoelectrostatic applications. do. This method preferably has the following steps.

(1)シリカの予備高純度化工程
(a)シリカが豊富な珪藻土材料を選択する。
(b)珪藻土から湿式化学処理によりシリカを抽出する工程、
この工程においては、酸浸出により、アルカリ土類金属(Mg,Ca,Sr及びBa)、アルカリ金属(Na,Li,K及びCs)、遷移金属(Fe,Ti,Co,Ni,Cu,V,Mn及びCr)及びポスト遷移金属(Al,Bi,In,Ga及びZn)といった不純物を除去する。
(2)シリカの高純度化工程
(a)水ガラス(ケイ酸ナトリウム)の水溶液を得た後、その溶液を濾過する。
(b)濾過後の水ガラスの溶液をボロン及びリンの特定イオン及びアニオン樹脂コラムに接触させ、その後、水分を乾燥させる。
(3)シリカの回収
得られたシリカゲルをシリカに変換する。このシリカは、好ましくは、ボロン(B)が0.3質量ppb未満、リン(P)が0.3質量ppb未満であり、金属不純物が0.3質量ppb以下である最終シリカ製品である。
(1) Preliminary purification step of silica (a) Select a diatomaceous earth material rich in silica.
(B) Step of extracting silica from diatomaceous earth by wet chemical treatment,
In this step, alkaline earth metals (Mg, Ca, Sr and Ba), alkali metals (Na, Li, K and Cs), transition metals (Fe, Ti, Co, Ni, Cu, V,) due to acid leaching, It removes impurities such as Mn and Cr) and post-transition metals (Al, Bi, In, Ga and Zn).
(2) High purification step of silica (a) After obtaining an aqueous solution of water glass (sodium silicate), the solution is filtered.
(B) The filtered water glass solution is brought into contact with specific ions of boron and phosphorus and an anionic resin column, and then the water is dried.
(3) Recovery of silica The obtained silica gel is converted into silica. This silica is preferably a final silica product in which boron (B) is less than 0.3 mass ppb, phosphorus (P) is less than 0.3 mass ppb, and metal impurities are 0.3 mass ppb or less.

次に、本発明の実施形態について具体的に説明する。先ず、図1に示す本実施形態の第1工程においては、珪藻土原料を酸により浸出処理し、純水で洗浄することにより、アルカリ土類金属、アルカリ金属、遷移金属又はポスト遷移金属を含む不純物を除去し、洗浄後の残渣からケイ酸ナトリウム水溶液を得る。本実施形態においては、珪藻土を原料として使用する。珪藻土は、従来、濾過材、吸収材、充填材及び絶縁材として、主として使用されているが、この珪藻土は世界中に大量に存在すると共に、水溶性化学工程を経て高純度シリカの製造に使用することができるため、低コストで高純度シリカの製造を可能とする。即ち、低コストで、純粋なシリカを抽出し、その構造の故に時間がかからず、主に、天然のコロイド状構造と、珪藻類の藻(珪藻)の化石珪殻(外層の硬く多孔質のセル壁)から生じる高比表面積を持つ。 Next, an embodiment of the present invention will be specifically described. First, in the first step of the present embodiment shown in FIG. 1, the diatomaceous earth raw material is leached with an acid and washed with pure water to carry out impurities containing an alkaline earth metal, an alkali metal, a transition metal or a post-transition metal. Is removed, and an aqueous sodium silicate solution is obtained from the residue after washing. In this embodiment, diatomaceous earth is used as a raw material. Diatomaceous earth has conventionally been mainly used as a filter material, an absorbent material, a filler and an insulating material, but this diatomaceous earth is present in a large amount all over the world and is used for producing high-purity silica through a water-soluble chemical process. Therefore, it is possible to produce high-purity silica at low cost. That is, pure silica is extracted at low cost, and it does not take time because of its structure. Mainly, it has a natural colloidal structure and fossil diatom shells of diatoms (diatoms) (hard and porous outer layer). Has a high specific surface area resulting from the cell wall).

本実施形態の方法は、原材料資源である珪藻土を処理することにより、高効率及び高速度変換効率をもつ光起電性電池を直接的に製造することができる高純度グレードのシリコンの製造のために使用される高純度原材料としての高純度シリカを製造することを可能とするものである。 The method of this embodiment is for producing high-purity grade silicon capable of directly producing a photovoltaic battery having high efficiency and high speed conversion efficiency by treating diatomaceous earth, which is a raw material resource. It is possible to produce high-purity silica as a high-purity raw material used in the above.

原材料の珪藻土内に存在する不純物は、アルカリ水溶液中におけるシリカの溶解を阻止することが知られている。このため、浸出プロセスは、アルカリ溶液中へのシリカの効率的な溶解のために重要な工程である。シリカに関連する不純物は、独立の鉱物として存在し、3分野に再編成される。(1)緊密に結合している鉱物に見られるシリカの構造といかなる化学結合もなしに、(2)シリカの構造に対して表面結合、化学結合及び物理結合を有し、鉱物の破断部として見ることができ、(3)シリカ粒子又は相互に結合して円環状に凝塊形成したシリカ粒子内に含まれる鉱物、(4)SiO三次元格子内で、Si+4を置換するAl+3、Fe+3のように、シリカ粒子自体内の置換型格子間イオンとして、再編成される。これが生じると、シリカの電気的中立性を維持するために、Li+4、K+1、Na+1,又はH+1等の他のイオンの存在が要求される。 Impurities present in the raw material diatomaceous earth are known to prevent the dissolution of silica in an alkaline aqueous solution. For this reason, the leaching process is an important step for the efficient dissolution of silica in alkaline solutions. Silica-related impurities exist as independent minerals and are reorganized into three areas. It has (1) no chemical bonds with the structure of silica found in tightly bonded minerals, and (2) has surface bonds, chemical bonds and physical bonds with respect to the structure of silica, as breaks in the mineral. As can be seen, (3) minerals contained in silica particles or silica particles bonded to each other to form agglomerates in an annular shape, (4) Al + 3 which replaces Si + 4 in a SiO 2 three-dimensional lattice, Like Fe + 3 , it is reorganized as a substituted interstitial ion in the silica particles themselves. When this occurs, the presence of other ions such as Li + 4 , K + 1 , Na + 1 , or H + 1 is required to maintain the electrical neutrality of the silica.

これらの不純物は、種々の方法を使用してシリカから除去することができる。従来の方法は、粉砕、研削、及び洗浄のような機械的処理で始まり、湿式化学処理のような化学処理が必要である。しかしながら、珪藻土の場合は、その高多孔度のために、珪藻土におけるシリカ粒子の大きさとして、機械的処理は何ら必要ではない。このシリカ粒子の大きさは、平均15μmであり、これは、化学処理において、高い反応効率を得るのに十分に小さなものである。 These impurities can be removed from the silica using a variety of methods. Conventional methods begin with mechanical treatments such as grinding, grinding, and cleaning and require chemical treatments such as wet chemical treatments. However, in the case of diatomaceous earth, due to its high porosity, no mechanical treatment is required for the size of silica particles in diatomaceous earth. The size of the silica particles averages 15 μm, which is small enough to obtain high reaction efficiency in chemical treatment.

図1に示す本発明の第1工程によれば、珪藻土からシリカを抽出する予備高純度化工程が示されている。珪藻土の天然構造は、保持される。最初に、シリカの抽出のための珪藻土の湿式化学処理について述べる。タンク1内には、珪藻土が収納されており、タンク2内には、無機酸又は有機酸が貯留されている。この酸は、塩酸(HCl)、硫酸(HSO)又は硝酸(HNO)などの無機鉱物酸であるか、又は有機酸である。酸浸出タンク2の下部には、撹拌プロペラ4が設置されている。この撹拌プロペラ4はタンク外部の磁気駆動装置(図示せず)に磁気的に連結されており、この磁気駆動装置により、タンク2内で磁気的に回転駆動される。このプロペラ4の回転により、タンク2内の珪藻土及び無機酸又は有機酸が撹拌混合される。また、この磁気攪拌において、タンク2内の被撹拌物は、加熱装置5により加熱される。よって、タンク2内の珪藻土及び無機酸又は有機酸は、加熱装置5により所定の温度に加熱された状態で撹拌混合される。 According to the first step of the present invention shown in FIG. 1, a preliminary purification step of extracting silica from diatomaceous earth is shown. The natural structure of diatomaceous earth is preserved. First, a wet chemical treatment of diatomaceous earth for the extraction of silica will be described. Diatomaceous earth is stored in the tank 1, and an inorganic acid or an organic acid is stored in the tank 2. This acid is an inorganic mineral acid such as hydrochloric acid (HCl), sulfuric acid (H 2 SO 4 ) or nitric acid (HNO 3 ), or an organic acid. A stirring propeller 4 is installed in the lower part of the acid leaching tank 2. The stirring propeller 4 is magnetically connected to a magnetic drive device (not shown) outside the tank, and is magnetically rotationally driven in the tank 2 by this magnetic drive device. By the rotation of the propeller 4, the diatomaceous earth in the tank 2 and the inorganic acid or the organic acid are stirred and mixed. Further, in this magnetic stirring, the object to be agitated in the tank 2 is heated by the heating device 5. Therefore, the diatomaceous earth and the inorganic acid or organic acid in the tank 2 are stirred and mixed in a state of being heated to a predetermined temperature by the heating device 5.

そして、タンク1内の珪藻土を酸浸出タンク2内に投入する。この珪藻土粉末は、ICP-OES(Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometry)分析において、90質量%以上のシリカを含み、他は金属不純物であるものを使用することが好ましい。次いで、タンク2内の原材料の珪藻土の粉末は、タンク3から無機酸又は有機酸の添加を受けて熱酸処理される。好ましくは、この処理の酸は、塩酸、硫酸及び硝酸などの強無機酸である。ほとんどの場合、酸は、濃酸又は水溶液として使用することができる。それ故、強い無機酸を使用する場合は、その酸が塩酸の場合はHCl:35乃至37質量%、硫酸の場合は、HSO:95乃至99質量%、硝酸の場合は、HNO:65乃至75質量%であるときに、処理効率が高い。好ましくは、濃縮された無機酸溶液を、少なくとも3倍の体積の水で薄めた溶液を使用する。他の溶媒からの不純物汚染を回避するために、脱イオン化された水、即ち純水を、酸の希釈に使用することが好ましい。なお、珪藻土の溶解度は、500g/dm未満であり、酸と混和性を有する。 Then, the diatomaceous earth in the tank 1 is put into the acid leaching tank 2. In ICP-OES (Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometry) analysis, it is preferable to use this diatomaceous earth powder containing 90% by mass or more of silica and other metal impurities. Next, the raw material diatomaceous earth powder in the tank 2 is treated with a thermal acid by receiving the addition of an inorganic acid or an organic acid from the tank 3. Preferably, the acid for this treatment is a strong inorganic acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid. In most cases, the acid can be used as a concentrated acid or an aqueous solution. Therefore, when a strong inorganic acid is used, HCl: 35 to 37% by mass when the acid is hydrochloric acid, H 2 SO 4 : 95 to 99% by mass when the acid is sulfuric acid, and HNO 3 when the acid is nitric acid. : The processing efficiency is high when it is 65 to 75% by mass. Preferably, a concentrated inorganic acid solution diluted with at least 3 times the volume of water is used. Deionized water, i.e. pure water, is preferably used to dilute the acid in order to avoid impurity contamination from other solvents. The solubility of diatomaceous earth is less than 500 g / dm 3 , and it is miscible with acid.

酸処理の間、珪藻土の酸可溶性不純物が酸溶液中に溶解する。この酸浸出工程においては、内容物は、酸可溶性不純物の溶解温度と、酸又は希釈酸の沸点との間の温度に加熱される。そして、プロペラ4により内容物が撹拌される。このようにして、大気圧下で、珪藻土と酸とが不純物の溶解温度と酸又は希釈酸の沸点との間の温度にて、酸浸出処理を受ける。好ましくは、酸浸出の温度は、酸試薬の沸点に近いものである。特に、酸試薬混合物の沸点において、酸処理を実行することが、好ましい。 During the acid treatment, acid-soluble impurities in diatomaceous earth dissolve in the acid solution. In this acid leaching step, the contents are heated to a temperature between the dissolution temperature of the acid-soluble impurities and the boiling point of the acid or diluted acid. Then, the contents are stirred by the propeller 4. In this way, under atmospheric pressure, the diatomaceous earth and the acid undergo an acid leaching treatment at a temperature between the dissolution temperature of the impurities and the boiling point of the acid or the diluting acid. Preferably, the acid leaching temperature is close to the boiling point of the acid reagent. In particular, it is preferable to carry out the acid treatment at the boiling point of the acid reagent mixture.

より好ましくは、図1に示す磁気回転プロペラ4及び加熱装置5によりタンク2内の内容物を加熱・撹拌しつつ原材料を酸浸出する間に、内容物に超音波を放射する。この超音波放射は、40乃至50rpmの適宜の周波数範囲である。また、連続的な又はパルス状の超音波パワーは、60乃至70Wであり、熱酸処理の期間は、ICP-OES(Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometry)分析により予想された不純物除去の効率に依存して最適化される。 More preferably, ultrasonic waves are radiated to the contents while the raw materials are acid-leached while heating and stirring the contents in the tank 2 by the magnetic rotation propeller 4 and the heating device 5 shown in FIG. This ultrasonic radiation is in an appropriate frequency range of 40 to 50 rpm. Also, the continuous or pulsed ultrasonic power is 60-70 W, and the duration of the thermal acid treatment depends on the efficiency of impurity removal predicted by ICP-OES (Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometry) analysis. Is optimized.

珪藻土の浸出工程のために使用される無機酸の選択は、下記3つのキー要素に依存する。(1)原料の珪藻土内に存在するアルミナ及び鉄酸化物のような主要な金属酸化物に与える酸反応効果、(2)金属酸化物による浸出後に生成したアニオンの水中への溶解度、(3)無機酸又はその希釈溶液の最適量及び珪藻土構造的特性を維持するための添加量である。注意深く酸浸出工程を適用して、珪藻土原材料から、アルカリ土類金属、アルカリ金属、遷移金属及びポスト遷移金属に関連する金属由来不純物を除去することが重要である。 The choice of inorganic acid used for the diatomaceous earth leaching process depends on the following three key factors: (1) Acid reaction effect on major metal oxides such as alumina and iron oxide present in the raw material diatomaceous soil, (2) Solubility of anions generated after leaching by the metal oxide in water, (3) The optimum amount of the inorganic acid or its diluted solution and the amount added to maintain the structural properties of the diatomaceous soil. It is important to carefully apply acid leaching steps to remove metal-derived impurities associated with alkaline earth metals, alkali metals, transition metals and post-transition metals from diatomaceous soil raw materials.

その後、タンク2内の酸浸出溶液は、水ガラス生成タンク8内に移送される。この移送の間に、酸浸出溶液は濾過され、金属不純物を含む水溶液は、排出路7から排出される。一方、濾過後のシリカは、タンク6内に収納した純水をシリカの移送経路に供給することにより、この移送経路で純水によって数回洗浄される。その後、この洗浄後のシリカは、水ガラス生成タンク8に送出される。つまり、タンク2から排出される酸水溶液中に、金属不純物が溶け込んでおり、シリカはこの水溶液中に固体として存在して、タンク8に供給される。そして、その途中で、水溶液が濾過されることで、濾過後の固体のシリカは、タンク8に供給され、金属不純物が溶け込んだ水溶液は、排出路7から廃棄される。シリカは水溶性ではあるが、固体の状態でタンク8に装入される。そして、このタンク8内でシリカに水酸化ナトリウムが添加されて、化学式1によりケイ酸ナトリウム(水ガラス)の水溶液が生成する。 After that, the acid leaching solution in the tank 2 is transferred into the water glass generation tank 8. During this transfer, the acid leaching solution is filtered and the aqueous solution containing the metal impurities is discharged from the discharge channel 7. On the other hand, the silica after filtration is washed with pure water several times in this transfer path by supplying the pure water stored in the tank 6 to the silica transfer path. Then, the washed silica is sent to the water glass generation tank 8. That is, metal impurities are dissolved in the acid aqueous solution discharged from the tank 2, and silica exists as a solid in the aqueous solution and is supplied to the tank 8. Then, in the middle of the process, the aqueous solution is filtered, so that the filtered solid silica is supplied to the tank 8, and the aqueous solution in which the metal impurities are dissolved is discarded from the discharge passage 7. Although silica is water-soluble, it is charged into the tank 8 in a solid state. Then, sodium hydroxide is added to silica in the tank 8, and an aqueous solution of sodium silicate (water glass) is produced according to Chemical Formula 1.

図1に示す第1工程の後半の部分は、水溶液である水ガラスから高純度シリカを得るためのキーとなる工程である。珪藻土から抽出されたシリカは、水ガラス生成タンク8内に装入される。そして、このタンク8内のシリカには、タンク9から、水酸化ナトリウム溶液が2乃至5モル濃度だけ添加され、水酸化ナトリウムとシリカとの間に、下記反応(化学式1)が生じて、ケイ酸ナトリウム又は水ガラスとして知られているNaSiOが得られる。 The latter half of the first step shown in FIG. 1 is a key step for obtaining high-purity silica from water glass which is an aqueous solution. Silica extracted from diatomaceous earth is charged into the water glass generation tank 8. Then, a sodium hydroxide solution is added from the tank 9 to the silica in the tank 8 at a concentration of 2 to 5 mol, and the following reaction (chemical formula 1) occurs between the sodium hydroxide and the silica. Na 2 SiO 3 known as sodium silicate or water glass is obtained.

Figure 0007074350000001
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この反応において、タンク8内の収容物は、加熱装置11により所定の温度65乃至85℃に加熱しつつ磁気回転プロペラ10により撹拌される。また、超音波発振器(図示せず)により、超音波がタンク8内の収容物に照射される。この超音波照射は、シリカと水酸化ナトリウムとの完全な反応を達成するために極めて有効である。水の沸点に近い温度で連続的に撹拌すること及び水酸化ナトリウムをゆっくりと添加することは、水ガラス(NaSiO)を生成する反応にとって、極めて有効である。 In this reaction, the contents in the tank 8 are agitated by the magnetic rotation propeller 10 while being heated to a predetermined temperature of 65 to 85 ° C. by the heating device 11. In addition, ultrasonic waves are applied to the contents in the tank 8 by an ultrasonic oscillator (not shown). This ultrasonic irradiation is extremely effective in achieving a complete reaction between silica and sodium hydroxide. Continuous stirring at a temperature close to the boiling point of water and slow addition of sodium hydroxide are extremely effective for the reaction to produce water glass (Na 2 SiO 3 ).

水ガラス溶液のpHは、約11.2であると考えられる。よって、鉄、マグネシウム、コバルト、亜鉛、及びニッケルのように、高レベルのpH溶液中では低溶解度であるために、酸浸出工程では除去されない金属を、濾過工程でほとんど除去する。水ガラス溶液は、A+3及びFe+3のようなイオンの金属を抑制するために、例えば、三菱ケミカルにより開発された金属イオン除去キレート樹脂(タイプDIAION CR11(三菱ケミカル製のイオン交換樹脂)等)を含む精製コラムを使用して、付加的な高純度化処理を行うことができる。水ガラス生成タンク8内で生成された水ガラスは、pH調整タンク13に向けて移送される。この移送の過程で、水ガラスは、ICP-MS(Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry)12により、ボロン及びリンの最終的な不純物レベルが検出される。このICP-MSは、高純度の物質の純度を測定するものである。このボロン及びリンは、シリコン材料の電子的な機能性に影響する2つの主要な不純物であり、これらの不純物レベルを知ることが、次順の精製工程の前に必要である。 The pH of the water glass solution is considered to be about 11.2. Thus, most of the metals that are not removed in the acid leaching step due to their low solubility in high pH solutions, such as iron, magnesium, cobalt, zinc, and nickel, are removed in the filtration step. The water glass solution is a metal ion-removing chelate resin (type DIAION CR11 (ion exchange resin manufactured by Mitsubishi Chemical), etc.) developed by Mitsubishi Chemical, for example, in order to suppress ionic metals such as A + 3 and Fe + 3 . Purification columns containing the above can be used for additional purification treatments. The water glass generated in the water glass generation tank 8 is transferred toward the pH adjusting tank 13. In the process of this transfer, the water glass is detected by ICP-MS (Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry) 12 at the final impurity levels of boron and phosphorus. This ICP-MS measures the purity of a high-purity substance. Boron and phosphorus are two major impurities that affect the electronic functionality of silicon materials, and it is necessary to know the levels of these impurities prior to the next purification step.

タンク14内には、硫酸が貯留されており、タンク14内の硫酸をpH調整タンク13内に供給することができるようになっている。このタンク13内には撹拌用プロペラ15が設置されており、pH調整タンク13内に供給された水ガラスに対し、タンク14から硫酸を供給することにより、水ガラスのpHが調整される。このタンク13内で、水ガラスは硫酸を添加されて磁気結合回転プロペラ15により撹拌され、pHが調整される。そして、pHが調整された水ガラスは、pHメータ16により、pHが測定された後、次工程に供給される。 Sulfuric acid is stored in the tank 14, and the sulfuric acid in the tank 14 can be supplied to the pH adjusting tank 13. A stirring propeller 15 is installed in the tank 13, and the pH of the water glass is adjusted by supplying sulfuric acid from the tank 14 to the water glass supplied in the pH adjusting tank 13. In the tank 13, sulfuric acid is added to the water glass and the mixture is stirred by the magnetically coupled rotary propeller 15 to adjust the pH. Then, the pH-adjusted water glass is supplied to the next step after the pH is measured by the pH meter 16.

pHが11以上の水ガラス溶液中のボロンは、ホウ酸塩の形で存在する。この形態では、ボロンはボロン選択キレートイオン交換樹脂の使用により除去することができる。この樹脂は、ホウ酸塩の特定除去キレート樹脂であって、三菱化学により販売されているCRB03/05のようなN-メチルグルカミンの官能基を含む。溶液のpHは、キレート樹脂によるホウ酸塩の除去効率の決定に極めて重要な役割を果たしている。それ故、溶液をイオン交換精製工程に供する前に、水ガラス溶液のpHの最適化が必要である。そこで、水ガラス溶液のpHを調整するために、pH調整タンク13内にタンク14から硫酸を供給し、溶液のpHを、キレート樹脂の最も効率的な実行のために適正な範囲に徐々にコントロールする。このため、pHメータ16でタンク13内の内容物のpHを検出しつつ、このpHが最適なpH値になるように、硫酸の添加量を調整する。最終的に最適なpH値をもつ水ガラスを、次工程の精製工程に供給する。なお、この水ガラスは、図1のpH調整タンク13から図2に示す次順の工程に送られる(ラベルA)。 Boron in a water glass solution having a pH of 11 or higher exists in the form of borate. In this form, boron can be removed by using a boron selective chelate ion exchange resin. This resin is a specific removal chelate resin for borate and contains a functional group of N-methylglucamine such as CRB03 / 05 sold by Mitsubishi Chemical. The pH of the solution plays a crucial role in determining the efficiency of borate removal by the chelating resin. Therefore, it is necessary to optimize the pH of the water glass solution before submitting the solution to the ion exchange purification process. Therefore, in order to adjust the pH of the water glass solution, sulfuric acid is supplied from the tank 14 into the pH adjustment tank 13, and the pH of the solution is gradually controlled to an appropriate range for the most efficient execution of the chelate resin. do. Therefore, while detecting the pH of the contents in the tank 13 with the pH meter 16, the amount of sulfuric acid added is adjusted so that this pH becomes the optimum pH value. Finally, the water glass having the optimum pH value is supplied to the purification step of the next step. The water glass is sent from the pH adjusting tank 13 in FIG. 1 to the next step shown in FIG. 2 (label A).

次に、図2に示す本実施形態の第2工程においては、前記ケイ酸ナトリウム水溶液を、イオンキレート特定剤を収納した第1コラム(脱ボロンコラム18)内に通して、前記ケイ酸ナトリウム水溶液中のボロンを除去する。本実施形態の第2工程によれば、金属成分が除去された水ガラス溶液は、図2に示すイオン交換精製工程に供される。この第2工程においては、脱ボロンコラム18と、pH調整タンク25と、キレート再生タンク31とが配置されている。また、脱ボロンコラム18には、タンク19からCRB03/05イオン交換キレート特定剤が供給されるようになっており、脱ボロンコラム18内の収容物がイオン交換キレート剤を通過することにより、脱ボロン処理される。pH調整タンク25内には水ガラスが供給され、このタンク25内には、タンク26から硫酸が添加されるようになっている。タンク25内には、外部駆動装置に磁気的に連結されて回転駆動される撹拌用プロペラ27が配置されており、タンク25内の収容物が撹拌用プロペラ27により撹拌され、そのpHがpHメータ28により検出されるようになっている。 Next, in the second step of the present embodiment shown in FIG. 2, the sodium silicate aqueous solution is passed through a first column (deboron column 18) containing an ion chelate specifying agent, and the sodium silicate aqueous solution is passed. Remove the boron inside. According to the second step of the present embodiment, the water glass solution from which the metal component has been removed is subjected to the ion exchange purification step shown in FIG. In this second step, the deboron column 18, the pH adjusting tank 25, and the chelate regeneration tank 31 are arranged. Further, the CRB03 / 05 ion exchange chelate specific agent is supplied to the deboron column 18 from the tank 19, and the contents in the deboron column 18 pass through the ion exchange chelate agent to remove the CRB03 / 05 ion exchange chelate. Boron processed. Water glass is supplied into the pH adjusting tank 25, and sulfuric acid is added from the tank 26 into the tank 25. In the tank 25, a stirring propeller 27 that is magnetically connected to an external drive device and is rotationally driven is arranged, and the contents in the tank 25 are stirred by the stirring propeller 27, and the pH thereof is a pH meter. It is designed to be detected by 28.

第1工程からの水ガラスは、ポンプ17により脱ボロンコラム18にくみ上げられ、脱ボロンコラム18から出た水ガラスは、ポンプ21によりpH調整タンク25に供給される。脱ボロンコラム18内の水ガラスの一部は、ポンプ30によりキレート再生タンク31に供給され、タンク32から塩酸がキレート再生タンク31内の収容物に添加され、塩酸によりキレートが再生される。この再生されたキレート剤は濾過後、イオン交換キレート特定剤のタンク19に供給されて、再使用され、不純物は廃路33から除去される。 The water glass from the first step is pumped up to the deboron column 18 by the pump 17, and the water glass from the deboron column 18 is supplied to the pH adjustment tank 25 by the pump 21. A part of the water glass in the deboron column 18 is supplied to the chelate regeneration tank 31 by the pump 30, hydrochloric acid is added to the contents in the chelate regeneration tank 31 from the tank 32, and the chelate is regenerated by the hydrochloric acid. The regenerated chelating agent is filtered and then supplied to the tank 19 of the ion exchange chelate specifying agent for reuse, and impurities are removed from the waste channel 33.

ポンプ21からpH調整タンク25までの経路には、この経路を通過する水ガラス内のボロン及びリンの濃度を検出するICP-MS(Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry)22が設置されている。そして、このICP-MS22からタンク25までの経路の途中から、ポンプ17から脱ボロンコラム18までの経路の途中に至る返戻経路24が設けられており、この返戻経路24に設けられたポンプ23により、pH調整タンク25に供給される水ガラスの一部が脱ボロンコラム18に供給される経路に返戻される。 An ICP-MS (Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry) 22 for detecting the concentration of boron and phosphorus in the water glass passing through this path is installed in the path from the pump 21 to the pH adjusting tank 25. A return path 24 is provided from the middle of the path from the ICP-MS22 to the tank 25 to the middle of the path from the pump 17 to the deboron column 18, and the pump 23 provided in the return path 24 provides. , A part of the water glass supplied to the pH adjusting tank 25 is returned to the route supplied to the deboron column 18.

この第2工程においては、先ず、水ガラス水溶液は、ポンプ17により脱ボロンコラム18にくみ上げられる。タンク19からCRB03/05イオン交換キレート特定剤が、キレート樹脂の最適効果レベルを示すラベル20に到達するまで、コラム18内に投入される。このキレート樹脂は、シリカ構造及び特性に対して何らの影響を与えることなく、ホウ酸塩除去に対して高い親和力を有する。脱ボロン後の水ガラス水溶液の試料のボロン濃度が、ICP-OES(Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometry)22により測定され、その純度が分析される。このICP-OESは、中程度の純度の物質の純度を測定するものである。ICP-OES22の分析結果がボロンの所望の純度レベル以下を示す場合は、脱ボロン水ガラス水溶液はポンプ21を使用して、pH調整タンク25に向けて、くみ出される。脱ボロンコラム18におけるイオン交換精製が、ボロンの所望の規制レベルに到達しない場合は、水ガラス水溶液は、ポンプ23により、脱ボロンコラム18に向けて返戻され、再び、イオン交換キレート剤により脱ボロン処理される。そして、このイオン交換によるボロン除去サイクルが、pH調整タンク25に供給される水ガラス水溶液内のボロン濃度が所望の低値に到達するまで、繰り返される。 In this second step, first, the water glass aqueous solution is pumped up to the deboron column 18 by the pump 17. From the tank 19, the CRB03 / 05 ion exchange chelate specific agent is charged into the column 18 until it reaches the label 20 indicating the optimum effect level of the chelate resin. This chelate resin has a high affinity for borate removal without affecting the silica structure and properties in any way. The boron concentration of the water glass aqueous solution sample after deboronation is measured by ICP-OES (Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometry) 22 and its purity is analyzed. This ICP-OES measures the purity of a medium purity substance. If the analysis result of ICP-OES22 shows below the desired purity level of boron, the deboronized water glass aqueous solution is pumped toward the pH adjustment tank 25 using the pump 21. If the ion exchange purification in the deboron column 18 does not reach the desired regulation level of boron, the aqueous glass solution is pumped back towards the deboron column 18 and again deboroned by the ion exchange chelating agent. It is processed. Then, this boron removal cycle by ion exchange is repeated until the boron concentration in the aqueous glass solution supplied to the pH adjustment tank 25 reaches a desired low value.

CRB03/05イオン交換キレート特定剤による脱ボロン精製後に水ガラス溶液中に存在するホウ酸塩は、ホウ酸として規制される。精製水ガラス溶液は、約10ppb以下の低ボロン量とすべきであり、より好ましくは約5ppb以下であり、更に好ましくは約1ppb以下であり、更に好ましくは0.3ppb以下である。 The borate present in the water glass solution after deboron purification with the CRB03 / 05 ion exchange chelate specific agent is regulated as boric acid. The purified water glass solution should have a low boron content of about 10 ppb or less, more preferably about 5 ppb or less, still more preferably about 1 ppb or less, still more preferably 0.3 ppb or less.

そのような低ボロン量を達成するためには、返戻経路24を介して、CRB03/05イオン交換キレート特定剤による複数回の濾過処理を行うことが好ましい。 In order to achieve such a low boron amount, it is preferable to perform a plurality of filtration treatments with the CRB03 / 05 ion exchange chelate specific agent via the return route 24.

イオン交換濾過工程は、ボロン浸出を抑制するように設計された特定のコラム18内で実行される。このとき、第1工程から供給された水ガラスは、ポンプ17により脱ボロンコラム18に供給されるが、ポンプ17による水ガラスの流量及び流速は、精製工程における極めて重要な要素である。コラム18は、イオン交換樹脂のメーカにより供給され、容易に入手できる。 The ion exchange filtration step is performed within a specific column 18 designed to suppress boron leaching. At this time, the water glass supplied from the first step is supplied to the deboron column 18 by the pump 17, and the flow rate and the flow velocity of the water glass by the pump 17 are extremely important factors in the purification step. The column 18 is supplied by the manufacturer of the ion exchange resin and is easily available.

所望のボロン量を達成した後、後述する第3工程で、アニオン交換キレート樹脂によりリンの所望の量を達成することになる。しかしながら、アニオン交換樹脂を使用してリンを高効率で除去するためには、水ガラス精製溶液のpHは、低減しておく必要がある。このため、タンク26内の硫酸をpH調整タンク25内に添加して、タンク25内の水ガラスを低pHにする。このとき、第3工程のアニオン交換樹脂でリンを高効率で除去するために適した最適化されたpHにするために、水ガラス溶液のpHをpHメータ28により監視しながら、タンク26からの硫酸を水ガラスに添加する。このようにして、第3工程の脱リンに最適な低pHで、最終的にボロンを含まない水ガラス溶液を、図3に示す次順のアニオン交換による精製工程に供給する。 After achieving the desired amount of boron, the desired amount of phosphorus will be achieved by the anion exchange chelate resin in the third step described later. However, in order to remove phosphorus with high efficiency using an anion exchange resin, the pH of the purified water glass solution needs to be reduced. Therefore, sulfuric acid in the tank 26 is added into the pH adjusting tank 25 to lower the pH of the water glass in the tank 25. At this time, in order to obtain an optimized pH suitable for removing phosphorus with high efficiency by the anion exchange resin in the third step, the pH of the water glass solution was monitored by the pH meter 28 from the tank 26. Add sulfuric acid to the water glass. In this way, a boron-free water glass solution at a low pH optimum for dephosphorization in the third step is finally supplied to the purification step by anion exchange in the following order shown in FIG.

CRB03/05イオン交換キレート特定剤は、ホウ酸塩の除去に対して高親和度をもち、シリカの構造に何らの変化又は修正をもたらすことなく、ホウ酸塩を除去することができる。他方、キレート特定剤は、再利用可能である。脱ボロンコラム18から排出された水溶液は、キレート再生タンク31に供給され、このキレート再生タンク31内で、酸浸出/洗浄処理を受けて容易に再生することができる。この場合に、イオン交換キレート樹脂は、ポンプ30によりキレート再生タンク31に向けて送出され、その後、タンク32内で、イオン交換キレート樹脂が浸出及び洗浄処理される。再生されたキレート樹脂は、次いで、イオン交換キレート特定剤を収納したタンク19に供給され、イオン交換樹脂として、脱ボロンコラム18に再度供給される。図2のラベルBは、図3のラベルBに連結され、なお、脱ボロン後の水ガラスは、図2のpH調整タンク25から図3に示す次順の工程に送られる(ラベルB)。 The CRB03 / 05 ion exchange chelate specific agent has a high affinity for the removal of borate and can remove borate without causing any change or modification in the structure of silica. On the other hand, the chelate specific agent is reusable. The aqueous solution discharged from the deboron column 18 is supplied to the chelate regeneration tank 31, and can be easily regenerated in the chelate regeneration tank 31 by undergoing an acid leaching / cleaning treatment. In this case, the ion-exchange chelate resin is sent out to the chelate regeneration tank 31 by the pump 30, and then the ion-exchange chelate resin is leached and washed in the tank 32. The regenerated chelate resin is then supplied to the tank 19 containing the ion exchange chelate specific agent, and is again supplied to the deboron column 18 as an ion exchange resin. The label B of FIG. 2 is connected to the label B of FIG. 3, and the water glass after deboronation is sent from the pH adjustment tank 25 of FIG. 2 to the next step shown in FIG. 3 (label B).

次に、図3に示す本実施形態の第3工程においては、前記ボロンを除去した水溶液を、アニオンキレート特定剤を収納した第2コラム(脱リンコラム35)に通して、前記水溶液中のリンを除去する。本実施形態の第3工程によれば、金属及びボロンを含まない水ガラス溶液が、図3に示すように、アニオン交換精製工程を受ける。図3に示すアニオン交換精製工程においては、脱リンコラム35と、pH調整タンク42と、キレート再生タンク48とが配置されている。また、脱リンコラム35には、タンク36からWA20/21Jアニオン交換キレート特定剤が供給されるようになっており、脱リンコラム35内の収容物がアニオン交換キレート剤を通過することにより、脱リン処理される。pH調整タンク42内には水ガラスが供給され、このタンク42内には、タンク43から硫酸が添加されるようになっている。タンク42内には、磁気的に連結された駆動装置により回転駆動される撹拌用プロペラ44が配置されており、タンク42内の収容物がプロペラ44により撹拌され、タンク42内の収容物のpHがpHメータ45により検出されるようになっている。 Next, in the third step of the present embodiment shown in FIG. 3, the aqueous solution from which the boron has been removed is passed through a second column (dephosphorus column 35) containing an anion chelate specificizing agent, and phosphorus in the aqueous solution is passed. To remove. According to the third step of the present embodiment, the water glass solution containing no metal and boron undergoes an anion exchange purification step as shown in FIG. In the anion exchange purification step shown in FIG. 3, a dephosphorization column 35, a pH adjustment tank 42, and a chelate regeneration tank 48 are arranged. Further, the WA20 / 21J anion exchange chelate specific agent is supplied to the dephosphorization column 35 from the tank 36, and the contained material in the dephosphorization column 35 passes through the anion exchange chelate agent to dephosphorize. It is treated with phosphorus. Water glass is supplied into the pH adjusting tank 42, and sulfuric acid is added from the tank 43 into the tank 42. A stirring propeller 44 that is rotationally driven by a magnetically connected drive device is arranged in the tank 42, and the contents in the tank 42 are stirred by the propeller 44, and the pH of the contents in the tank 42 is adjusted. Is detected by the pH meter 45.

第2工程からの水ガラスは、ポンプ34により脱リンコラム35にくみ上げられ、脱リンコラム35から出た水ガラスは、ポンプ38によりpH調整タンク42に供給される。脱リンコラム35内の水ガラスの一部は、ポンプ47によりキレート再生タンク48に供給され、タンク49から水酸化ナトリウムがキレート再生タンク48内の収容物に添加され、水酸化ナトリウムによりキレートが再生される。この再生されたキレート剤は濾過後、イオン交換キレート特定剤のタンク36に供給されて、再使用され、不純物は廃路50から除去される。 The water glass from the second step is pumped up to the dephosphorization column 35 by the pump 34, and the water glass from the dephosphorization column 35 is supplied to the pH adjustment tank 42 by the pump 38. A part of the water glass in the dephosphorization column 35 is supplied to the chelate regeneration tank 48 by the pump 47, sodium hydroxide is added to the contents in the chelate regeneration tank 48 from the tank 49, and the chelate is regenerated by the sodium hydroxide. Will be done. The regenerated chelating agent is filtered and then supplied to the tank 36 of the ion exchange chelate specifying agent for reuse, and impurities are removed from the waste channel 50.

ポンプ38からpH調整タンク42までの経路には、この経路を通過する水ガラス内のリンの濃度を検出するICP-OES(Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometry)39が設置されている。そして、このICP-OES39からタンク42までの経路の途中から、ポンプ34から脱リンコラム35までの経路の途中に至る返戻経路41が設けられており、この返戻経路41に設けられたポンプ40により、pH調整タンク42に供給される水ガラスの一部が脱リンコラム35に対する供給経路に返戻される。 An ICP-OES (Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometry) 39 for detecting the concentration of phosphorus in the water glass passing through this path is installed in the path from the pump 38 to the pH adjusting tank 42. A return path 41 is provided from the middle of the path from the ICP-OES 39 to the tank 42 to the middle of the path from the pump 34 to the dephosphorization column 35, and the pump 40 provided in the return path 41 provides a return path 41. , A part of the water glass supplied to the pH adjustment tank 42 is returned to the supply path for the dephosphorization column 35.

この第3工程においては、先ず、脱ボロン後の水ガラス水溶液は、ポンプ34を使用して脱リン化合物生成コラム(脱リンコラム)35内にくみ上げられる。WA20/21Jアニオン交換キレート特定剤が、キレート樹脂の最適効果レベルを示すラベル37に到達するまで、タンク36から脱リンコラム35に添加される。このアニオン交換キレート樹脂は、シリカの構造及び特性に何らの影響を与えることなく、リン除去に対して高い親和性を有する。脱リン後の水ガラス水溶性溶液の試料のリン濃度が、ICP-OES39により測定され、その純度が分析される。ICP-OES39の分析結果が、リンの所望の純度レベルを示している場合は、脱リン水ガラス水溶液はポンプ38を使用して、pH調整タンク42に向けて、くみ出される。脱リンコラム35におけるアニオン交換精製が、リンの所望の規制レベルに到達しない場合は、水ガラス水溶液は、ポンプ40により、脱リンコラム35に向けて返戻され、再び、アニオン交換キレート剤により脱リン処理される。そして、このアニオン交換によるリン除去サイクルが、pH調整タンク42に供給される水ガラス水溶液内のリン濃度が所望の低値に到達するまで、繰り返される。 In this third step, first, the water glass aqueous solution after deboronation is pumped up in the dephosphorus compound generation column (dephosphorus column) 35 by using the pump 34. The WA20 / 21J anion exchange chelate specific agent is added from the tank 36 to the dephosphorus column 35 until the label 37, which indicates the optimum level of effectiveness of the chelate resin, is reached. This anion exchange chelate resin has a high affinity for phosphorus removal without affecting the structure and properties of silica. The phosphorus concentration of the sample of the water glass water-soluble solution after dephosphorization is measured by ICP-OES39, and its purity is analyzed. If the analysis result of ICP-OES39 shows the desired purity level of phosphorus, the dephosphorized water glass aqueous solution is pumped toward the pH adjustment tank 42 using the pump 38. If the anion exchange purification in the dephosphorus column 35 does not reach the desired regulation level of phosphorus, the aqueous glass solution is pumped back towards the dephosphorus column 35 and again dephosphorused with an anion exchange chelating agent. It is processed. Then, this phosphorus removal cycle by anion exchange is repeated until the phosphorus concentration in the water glass aqueous solution supplied to the pH adjustment tank 42 reaches a desired low value.

WA20/21Jアニオン交換キレート特定剤による脱リン精製後に水ガラス溶液内に存在するリンは、リン酸として規制される。精製後の水ガラス溶液は、約10ppb以下の低ボロン量とすべきであり、より好ましくは、約5ppb以下であり、更に好ましくは、約1ppb以下であり、更に好ましくは0.3ppb以下である。リンについては、リン量は、約10ppb以下の低リン量とすべきであり、より好ましくは、約5ppb以下であり、更に好ましくは、約1ppb以下であり、更に好ましくは、0.3ppb以下である。 The phosphorus present in the water glass solution after dephosphorus purification with the WA20 / 21J anion exchange chelate specific agent is regulated as phosphoric acid. The purified water glass solution should have a low boron content of about 10 ppb or less, more preferably about 5 ppb or less, still more preferably about 1 ppb or less, still more preferably 0.3 ppb or less. .. For phosphorus, the amount of phosphorus should be as low as about 10 ppb or less, more preferably about 5 ppb or less, still more preferably about 1 ppb or less, still more preferably 0.3 ppb or less. be.

そのような低リン量を達成するためには、返戻経路41を介して、WA20/21Jアニオン交換キレート特定剤による複数回の濾過処理を行うことが好ましい。 In order to achieve such a low phosphorus content, it is preferable to carry out a plurality of filtration treatments with a WA20 / 21J anion exchange chelate specific agent via the return route 41.

イオン交換濾過工程は、リン浸出を抑制するように設計された特定のコラム35内で実行される。このとき、第2工程から供給された水ガラスは、ポンプ34により脱リンコラム35に供給されるが、ポンプ34による水ガラスの流量及び流速は、精製工程における極めて重要な要素である。コラム35は、イオン交換樹脂のメーカにより供給され、容易に入手できる。 The ion exchange filtration step is performed within a specific column 35 designed to suppress phosphorus leaching. At this time, the water glass supplied from the second step is supplied to the dephosphorization column 35 by the pump 34, and the flow rate and the flow velocity of the water glass by the pump 34 are extremely important factors in the purification step. The column 35 is supplied by the manufacturer of the ion exchange resin and is easily available.

WA20/21Jアニオン交換キレート特定剤は、リン酸に対して高い親和性を有し、シリカの構造に対して何らの変化又は修正をもたらすことなくリン酸を除去することができる。他方、アニオン交換キレート特定剤は、再利用可能である。脱リンコラム35から排出された水溶液は、キレート再生タンク48に供給され、このキレート再生タンク48内で、アルカリ浸出/洗浄処理を受けて容易に再生することができる。この場合に、アニオン交換キレート樹脂は、ポンプ47によりキレート再生タンク48に向けて送出され、その後、タンク48内で、アニオン交換キレート樹脂が浸出及び洗浄処理される。再生されたキレート樹脂は、次いで、アニオン交換キレート特定剤を収納したタンク36に供給され、アニオン交換樹脂として、脱リンコラム35に再度供給される。 The WA20 / 21J anion exchange chelate specific agent has a high affinity for phosphoric acid and can remove phosphoric acid without causing any change or modification to the structure of silica. On the other hand, the anion exchange chelate specific agent is reusable. The aqueous solution discharged from the dephosphorization column 35 is supplied to the chelate regeneration tank 48, and can be easily regenerated in the chelate regeneration tank 48 by undergoing an alkali leaching / cleaning treatment. In this case, the anion exchange chelate resin is sent out to the chelate regeneration tank 48 by the pump 47, and then the anion exchange chelate resin is leached and washed in the tank 48. The regenerated chelate resin is then supplied to the tank 36 containing the anion exchange chelate specific agent, and is again supplied to the dephosphorization column 35 as an anion exchange resin.

pH調整タンク42においては、水ガラス溶液に、タンク43から2乃至5Mの硫酸が添加されて滴定される。この場合には、純粋なシリカ粒子をシリカゲル(HSiO)として析出させるために、硫酸が使用される。その後、室温における凝集を回避するために、連続的に撹拌しながら下記反応2を進行させる。 In the pH adjustment tank 42, 2 to 5 M sulfuric acid is added from the tank 43 to the water glass solution and titrated. In this case, sulfuric acid is used to precipitate pure silica particles as silica gel (H 2 SiO 3 ). Then, in order to avoid aggregation at room temperature, the following reaction 2 is allowed to proceed with continuous stirring.

Figure 0007074350000002
Figure 0007074350000002

高純度化された水ガラス溶液を得るために、更なる処理をすることが可能である。この処理は、NaOH又は他の酸材料を介して処理する間に発生する不純物を除去するために、HClを使用した第2の酸浸出をするものである。 Further treatment is possible to obtain a highly purified water glass solution. This treatment involves a second acid leaching using HCl to remove impurities generated during the treatment via NaOH or other acid material.

酸滴定及び連続撹拌の最終製品として、シリカゲル[Si(OH)]が得られ、ラベルCを経由して、図4に示す第4工程に送出される。 Silica gel [Si (OH) 4 ] is obtained as the final product of acid titration and continuous stirring, and is sent to the fourth step shown in FIG. 4 via the label C.

次に、図4に示す本実施形態の第4工程においては、前記リンを除去した水溶液を、遠心分離して濾過することにより、シリカを回収する。本実施形態の第4工程においては、遠心分離機51、脱イオン水による洗浄機52,及び圧搾濾過器53のような従来の装置を使用して、金属、ボロン及びリンを含まないシリカが洗浄され、乾燥される。そして、図4に示すように、シリカは、90乃至120℃の加熱炉54内で、4乃至6時間保持することにより、乾燥される。回収され乾燥されたシリカは、ICP-MS(Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry)55により、ボロン及びリン含有量が検出され、この検出結果が10ppb(8N)以下であるという所望の不純物レベルであることを最終的に確認した後、シリカの還元工程に供給される(ラベルD)。 Next, in the fourth step of the present embodiment shown in FIG. 4, silica is recovered by centrifuging and filtering the aqueous solution from which phosphorus has been removed. In the fourth step of the present embodiment, conventional devices such as a centrifuge 51, a deionized water washer 52, and a squeeze filter 53 are used to wash the metal, boron, and phosphorus-free silica. And dried. Then, as shown in FIG. 4, the silica is dried by holding it in a heating furnace 54 at 90 to 120 ° C. for 4 to 6 hours. The recovered and dried silica has a boron and phosphorus content detected by ICP-MS (Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry) 55, and the detection result is a desired impurity level of 10 ppb (8N) or less. Is finally confirmed and then supplied to the silica reduction step (label D).

次に、本発明の実施例について、本発明の範囲から外れる比較例について説明する。アルジェリア又は日本産の10~30gの珪藻土原料を、2~2.5M無機酸HCl、HSO、又はHNO溶液内で、浸出処理する。この浸出工程では、珪藻土原料の体積は200~500mlであり、70~80℃で3~4時間、周波数が1000~1200rpmの条件で連続的に撹拌する。酸溶液は、完全な分散及び金属汚染の浸出を可能とするために徐々に添加される。 Next, a comparative example outside the scope of the present invention will be described with respect to the embodiment of the present invention. 10-30 g of diatomaceous earth raw material from Algeria or Japan is leached in a solution of 2 to 2.5 M inorganic acid HCl, H 2 SO 4 , or HNO 3 . In this leaching step, the volume of the diatomaceous earth raw material is 200 to 500 ml, and the mixture is continuously stirred at 70 to 80 ° C. for 3 to 4 hours and at a frequency of 1000 to 1200 rpm. The acid solution is added slowly to allow complete dispersion and leaching of metal contaminants.

その後、溶液は、ラム開口フィルタ(699/470)で濾過され、珪藻土残留物が、金属不純物の分離に際して酸浸出の影響を除去するために、脱イオン水で4~5回洗浄される。8~25gのシリカが洗浄後の残渣から抽出され、体積が100~300mlで2.2~2.7MのNaOH溶剤を含むプレキシガラスのべーカー内に装入され、150~200℃で、2~3時間、1000~1200rpmの周波数で連続的に撹拌する。これにより、脱イオン水内でシリカ及び水酸化ナトリウムを完全に溶解し、ナトリウムケイ酸塩(水ガラス)を生成することができる。 The solution is then filtered through a lamb opening filter (699/470) and the diatomaceous earth residue is washed 4-5 times with deionized water to remove the effects of acid leaching during the separation of metal impurities. 8-25 g of silica is extracted from the washed residue and placed in a plexiglass baker containing 2.2-2.7 M NaOH solvent in a volume of 100-300 ml and placed at 150-200 ° C. for 2-. Continuously stir at a frequency of 1000-1200 rpm for 3 hours. This makes it possible to completely dissolve silica and sodium hydroxide in deionized water to produce sodium silicate (water glass).

製造された水ガラス溶液のpHは、約11である。試料のpHは、硫酸で10~10.5に調整される。金属を含まない溶液は、誘導結合プラズマ質量計(ICP-MS)を使用してボロン及びリンが分析される。初期のボロン及びリン量は、5ppb以下である。金属を含まない最適されたpHの水ガラス溶液は、CRB03/05キレート樹脂を含む50~150mlの樹脂コラム内を通した。この樹脂は、そのグルカミン官能基を介してボロンに対して極めて親和的であり、シリカ又はナトリウムイオンに影響を与えず、吸収もしない。体積が30mlの試料について、ボロン量を分析した。 The pH of the produced water glass solution is about 11. The pH of the sample is adjusted to 10-10.5 with sulfuric acid. Metal-free solutions are analyzed for boron and phosphorus using an inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS). The initial amount of boron and phosphorus is 5 ppb or less. A metal-free, optimal pH water glass solution was passed through a 50-150 ml resin column containing the CRB03 / 05 chelate resin. This resin is extremely compatible with boron via its glucamine functional group and does not affect or absorb silica or sodium ions. The amount of boron was analyzed for a sample having a volume of 30 ml.

このボロン量は、100ppmから10ppb以下まで減少した。更に、試料のpHは、続くアニオン交換精製のために、硫酸で6~7に調整された。金属及びボロンを含まない最適化されたpHの水ガラス溶液を、50~150mlのWA20/21Jキレート樹脂を含む樹脂コラムに通した。この樹脂は、ポリアミン官能基によりリン酸に対して高い親和性を有し、シリカ又はナトリウムイオンに影響を与えず、吸収することがない。体積が30mlの試料について、リン量を分析した。リン量は、1000ppmから10ppb以下に低下した。コラムからの溶液は、その規格値であるpH=7になるまで硫酸添加による処理がされる。水ガラス溶液の規格化後、シリカゲルが精製され、その後、濾過され、1200℃で乾燥される。乾燥工程後、シリカ粉末が回収され、最終的なICP-MSチェックが実施される。 This amount of boron decreased from 100 ppm to 10 ppb or less. In addition, the pH of the sample was adjusted to 6-7 with sulfuric acid for subsequent anion exchange purification. An optimized pH water glass solution free of metal and boron was passed through a resin column containing 50-150 ml of WA20 / 21J chelate resin. This resin has a high affinity for phosphoric acid due to the polyamine functional group, does not affect silica or sodium ions, and does not absorb them. The amount of phosphorus was analyzed for a sample having a volume of 30 ml. The amount of phosphorus decreased from 1000 ppm to 10 ppb or less. The solution from the column is treated by adding sulfuric acid until the standard value of pH = 7. After normalization of the water glass solution, silica gel is purified, then filtered and dried at 1200 ° C. After the drying step, the silica powder is recovered and a final ICP-MS check is performed.

このようにして得られたシリカ粉末は、8Nの純度を有する。 The silica powder thus obtained has a purity of 8N.

本発明は、湿式処理により、低廉な珪藻土から、高純度のシリカを製造することができるので、この高純度シリカを還元することにより、高純度シリコンを容易に製造することが可能となり、太陽電池等の高純度シリコンの用途分野にとって、極めて有益である。 According to the present invention, high-purity silica can be produced from inexpensive diatomaceous earth by wet treatment. Therefore, by reducing this high-purity silica, high-purity silicon can be easily produced, and a solar cell can be produced. It is extremely useful for the field of application of high-purity silicon such as.

1、3、6,9,14、26、32、43,49:タンク
2:酸浸出タンク
4,10,15,27,44:プロペラ
8:水ガラス生成タンク
12,32,39,55:ICP-MS
13、25、42:pH調整タンク
16,28、45:pHメータ
17,21,23,30,34,38,40,47
18:脱ボロンコラム
19:CRB03/05イオン交換キレート特定剤
31、48:キレート再生タンク
35:脱リンコラム
51:遠心機
52:洗浄機
54:加熱炉
1,3,6,9,14,26,32,43,49: Tank 2: Acid leaching tank 4,10,15,27,44: Propeller 8: Water glass generation tank 12,32,39,55: ICP -MS
13, 25, 42: pH adjustment tank 16, 28, 45: pH meter 17, 21, 23, 30, 34, 38, 40, 47
18: Deboron column 19: CRB03 / 05 Ion exchange chelate specific agent 31, 48: Chelate regeneration tank 35: Dephosphorization column 51: Centrifuge 52: Washer 54: Heating furnace

Claims (4)

珪藻土原料を酸により浸出処理し、純水で洗浄することにより、アルカリ土類金属、アルカリ金属、遷移金属又はポスト遷移金属を含む不純物を除去し、洗浄後の残渣から水溶性シリカを得る工程と、
この水溶性シリカと、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム及びセシウムからなる群から選択された1種以上のアルカリ金属の水酸化物からなるアルカリ水溶液を反応させることにより、そのケイ酸塩水溶液を得る工程と、
前記ケイ酸塩水溶液を、イオンキレート特定剤を収納した第1コラム内に通して、前記ケイ酸塩水溶液中のボロンを除去するボロン除去工程と、
前記ボロンを除去したケイ酸塩水溶液を、アニオンキレート特定剤を収納した第2コラムに通して、前記ケイ酸塩水溶液中のリンを除去するリン除去工程と、
前記リンを除去したケイ酸塩水溶液を、遠心分離して濾過することにより、シリカを回収する工程と、
を有することを特徴とする高純度シリカの製造方法。
A step of leaching the diatomaceous earth raw material with an acid and washing it with pure water to remove impurities including alkaline earth metal, alkali metal, transition metal or post-transition metal, and obtaining water-soluble silica from the residue after washing. ,
A step of reacting this water-soluble silica with an alkaline aqueous solution composed of a hydroxide of one or more alkali metals selected from the group consisting of lithium, sodium, potassium, rubidium and cesium to obtain a silicate aqueous solution thereof . When,
A boron removing step of passing the aqueous silicate solution through a first column containing an ion chelate specific agent to remove boron in the aqueous silicate solution.
A phosphorus removing step of removing phosphorus in the silicate aqueous solution by passing the silicate aqueous solution from which the boron has been removed through a second column containing an anion chelate specific agent.
A step of recovering silica by centrifuging and filtering the aqueous silicate solution from which phosphorus has been removed.
A method for producing high-purity silica, which comprises.
珪藻土原料を酸により浸出処理し、純水で洗浄することにより、アルカリ土類金属、アルカリ金属、遷移金属又はポスト遷移金属を含む不純物を除去し、洗浄後の残渣から水溶性シリカを得る工程と、
前記水溶性シリカと水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムを反応させることにより、ケイ酸ナトリウム水溶液又はケイ酸カリウム水溶液を得る工程と、
前記ケイ酸ナトリウム水溶液又はケイ酸カリウム水溶液を、イオンキレート特定剤を収納した第1コラム内に通して、前記ケイ酸ナトリウム水溶液又はケイ酸カリウム水溶液中のボロンを除去するボロン除去工程と、
前記ボロンを除去したケイ酸ナトリウム水溶液又はケイ酸カリウム水溶液を、アニオンキレート特定剤を収納した第2コラムに通して、前記ケイ酸ナトリウム水溶液又はケイ酸カリウム水溶液中のリンを除去するリン除去工程と、
前記リンを除去したケイ酸ナトリウム水溶液又はケイ酸カリウム水溶液を、遠心分離して濾過することにより、シリカを回収する工程と、
を有することを特徴とする高純度シリカの製造方法。
A step of leaching the diatomaceous earth raw material with an acid and washing it with pure water to remove impurities including alkaline earth metal, alkali metal, transition metal or post-transition metal, and obtaining water-soluble silica from the residue after washing. ,
A step of obtaining an aqueous solution of sodium silicate or an aqueous solution of potassium silicate by reacting the water-soluble silica with sodium hydroxide or potassium hydroxide.
A boron removing step of passing the sodium silicate aqueous solution or the potassium silicate aqueous solution through the first column containing an ion chelate specific agent to remove boron in the sodium silicate aqueous solution or the potassium silicate aqueous solution.
A phosphorus removing step of removing phosphorus in the sodium silicate aqueous solution or the potassium silicate aqueous solution by passing the sodium silicate aqueous solution or the potassium silicate aqueous solution from which the boron has been removed through a second column containing an anion chelate specifying agent. ,
A step of recovering silica by centrifuging and filtering the sodium silicate aqueous solution or the potassium silicate aqueous solution from which phosphorus has been removed.
A method for producing high-purity silica, which comprises.
前記第1コラム内を通過した水溶液の一部を第1キレート再生タンクに供給して前記第1キレート再生タンク内で前記キレートを再生し、前記第1コラムに供給することを特徴とする請求項1又は2に記載の高純度シリカの製造方法。 The claim is characterized in that a part of the aqueous solution that has passed through the first column is supplied to the first chelate regeneration tank, the chelate is regenerated in the first chelate regeneration tank, and the chelate is supplied to the first column. The method for producing high-purity silica according to 1 or 2 . 前記第2コラム内を通過した水溶液の一部を第2キレート再生タンクに供給して前記第2キレート再生タンク内で前記キレートを再生し、前記第2コラムに供給することを特徴とする請求項1又は2に記載の高純度シリカの製造方法。 The claim is characterized in that a part of the aqueous solution that has passed through the second column is supplied to the second chelate regeneration tank, the chelate is regenerated in the second chelate regeneration tank, and the chelate is supplied to the second column. The method for producing high-purity silica according to 1 or 2 .
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