JPH0230628A - 石英ガラス用原料の精製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ＩＣやＬＳＩプラスチックパッケージ用フィ
ラー剤として使用される高純度石英ガラスの製造に際し
て不可欠な、純度の高い石英ガラス用原料を精製する方
法に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、高純度の石英ガラスは、石英、水晶。

けい石などの天然に存在するシリカ質原料を、いわゆる
ベルヌーイ法などの溶融法を適用して、高純度溶融石英
ガラスとしている。

この従来方法は、天然ガラス質原料を、粉砕しただけで
そのままハロゲンを含む調整雰囲気中で処理し、その後
酸処理を施す方法であるから、該天然ガラス質原料中に
含まれるＦｅやＮａ、　Ｋなどのアルカリ金属、あるい
はウランなどの不純物がそのまま残留することが多い。

その結果、例えば、この原料を使った石英ガラスを半導
体用に供給した場合には、不純物として含む上記放射性
元素などの影響によりソフトエラーが起こるという問題
点があった。

こうした実情に鑑み、従来、上記問題点を解決するため
の幾つかの提案がなされている。例えば、特開昭６２−
３０６３２号公報では、天然シリカ質粉末原料を、まず
ハロゲンもしくはその化合物を含む雰囲気中で高温加熱
処理し、次に弗化水素酸と硝酸との混合溶液で浸漬処理
するという順序で精製する方法を提案している。

〔発明が解決しようとする課題〕

この特開昭６２−３０６３２号公報に記載の従来技術は
、それまで大きな問題点とされていた、アルカリ金属や
ウランなどの不純物をある程度は低下することができた
。しかしながら、純化の程度は前述のソフトエラーを完
全に克服するまでには至っていないのが実情である。

とくに、天然シリカ質原料中のアルカリ金属が５００ｐ
ｐＨ１以上、ウラン５００ｐｐｍ以上という極端に高い
不純物含有量の原料を出発材料とする場合には、この不
純物含有量の低下はそれほど期待できない。

しかも、この傾向は、上記従来技術による限り、上記不
純物含有量が５０ｐｐｍと低い原料を出発原料とすると
きにも、同じように、目標とするレベル（アルカリ金属
＜０．１、ウラン＜１ｐｐｂ）の石英ガラス用原料とな
らないという問題点を抱えていた。

本発明の目的は、天然シリカ質原料中の不純物；とりわ
けウラン等の放射性元素やアルカリ元素などを可能な限
り除去することにより、従来品に比べてより高純度の石
英ガラス用原料を調整することのできる精製技術を確立
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、不純物含有量が極端に高いか低い天然シリカ
質原料であっても、高純度の石英ガラスを製造するのに
好適な、いわゆるアルカリ金属が１　ｐｐｍ以下でウラ
ン等の放射性元素が０．３ＰＰｂ以下の石英ガラス用原
料を調整する方法であって、天然シリカ質粉末原料を調
整雰囲気中で加熱すると共に酸処理して原料の精製を行
うに当り、前記天然シリカ質原料を、まず５００〜７０
０℃の温度で加熱後急冷し、ひきつづき得られた焼成物
を６０〜２００メツシュに粉砕する工程、次に、上記焼
成粉砕物を、弗化水素酸と塩酸との混合溶液に浸漬する
工程、そして、上記浸漬処理粉砕物を、ノ＼ロゲンもし
くはその化合物を含む調整雰囲気中で、１０００〜１２
００℃の温度で加熱処理する工程、を、順次に行うこと
を特徴とする石英ガラス用原料の精製方法、 である。

〔作　用〕

本発明において処理対象となる天然シリカ質原料として
は、石英、水晶、けい石などを用いる。

本発明では、第１段階の工程として、まずこの天然シリ
カ質原料を加熱炉中に装入し、５００〜７００℃の温度
にて過熱（焼成）し、ついで水中などに投入することに
より急冷する。このように、上記原料をまず加熱−急冷
する理由は、後につづく酸処理や雰囲気加熱処理の段階
で不純物を低下させやすくするためである。これはおそ
らく、−旦加熱した後に急冷することで、本来は除去の
難しい天然シリカ質原料中の不純物、すなわち、三次元
網状構造中に直接配位していて除去しにくくなっている
不純物を変成することができるためと考えられる。

そして、この工程では、さらに急冷した焼成物（シリカ
質原料）を、６０〜２００メツシュの大きさにに粉砕し
、分級する。ここで、この焼成原料を６０〜２００メツ
シュの大きさに粉砕１分級する理由は、粒子径を６０メ
ツシュ以下とすると不純物が除去できず、また２００メ
ツシュ以上だと後処理での溶解損失が大きいことと、ベ
ルヌーイ法などの方法により溶融石英ガラスを製造する
際に、歩留りが悪くなるためである。

次に、本発明における第２段階の工程は、前工程で得ら
れた焼成天然シリカ質原料粉を、弗化水素酸と塩酸（硝
酸）との混合溶液中に浸漬処理することである。この酸
化処理に当たって用いる弗化水素酸と塩酸の混合溶液は
、弗化水素酸を５〜２０ｖｏ１％、塩酸を１０〜３Ｑ　
ｖｏ１％の範囲で混合したものとすることが望ましい。

また、この酸中への浸漬処理の時間は、画一的には決め
られないが、混合液への浸漬処理により生ずる原料の溶
解損失（重量減少）を考慮し、酸溶液中に焼成天然シリ
カ質原料が５〜２０−ｔ％溶解するような処理時間とす
ることが好ましい。すなわち、このような処理時間とし
た理由は、焼成天然シリカ質原料が酸溶液中に２０−Ｌ
％以上溶解しても不純物除去にこれ以上の効果がなく、
一方では溶解損失が大きく経済的に不利となるためであ
る。

また、５ｗｔ％以下では不純物が除去しきれないためで
ある。

最後に、本発明における第３段階の工程は、前工程まで
に得られた浸漬処理後の天然シリカ質原料を、さらにハ
ロゲンもしくはその化合物を含む高温雰囲気中の１００
０〜１２００℃の温度で加熱処理を施すことである。

本発明において用いるハロゲンもしくはその化合物とし
ては、弗素ガス、塩素ガス、臭素ガスのほか、塩化水素
や四塩化けい素などハロゲン化合物を用いることができ
るが、塩素、塩化水素などのガスを用いることが有利で
ある。なお、これらのガスまたはその化合物は、空気ま
たは不活性ガスの担体ガスとして混合して使用すること
ができる。ここで温度を１０００〜１２００℃とすルの
は、１０００℃未満では不純物の除去が困難であり１．
また１２００℃を超える温度では不純物除去についての
効果が変わらないためである。

このような調整雰囲気過熱を施すことにより、本発明で
は、アルカリ金属を１　ｐｐｍ以下、ウランを５　ｐｐ
ｍ以下の石英ガラス用原料を精製することができる。要
するに、本発明は、最後にハロゲンなどの雰囲気中で高
温加熱処理することとしたので、その前段階の浸漬処理
でも除去できなかった内部にある不純物も極めて効率的
にかつ経済的に除去できるのである。

〔実施例および比較例〕

ブラジル３級水晶（Ａ　：　　２７．Ｏｐｐｍ、　Ｆｅ
　：　１０．０Ｐｐａ＋。

Ｎａ　：　２０．Ｏｐｐｔｓ、　Ｋ　：　１５．Ｏｐｐ
ｍ、　　Ｕ　：　１０ｐｐｂ）を、７００℃にて３時間
加熱焼成し、次いで水中に投下して急冷し、その急冷焼
成物を乾燥、粉砕２分級して６０〜２００メツシュの大
きさにした。

次に、かような処理によって得られた焼成粉体１Ｋｇを
、弗化水素酸５　ｖｏ１％、塩酸１５ｖｏ１％の混合溶
液１０００−に３時間浸漬し、その後蒸留水にて充分洗
浄してから乾燥した。

次に、この焼成−酸処理後の粉体を、石英るつぼの中に
入れ、高温加熱炉中にセットし、塩素ガス５　ｖｏ１％
含有する窒素ガス中に入れて１０００℃。

３時間の雰囲気加熱処理を行った。

処理後（上述の如き処理工程を経て得られた石英ガラス
用原料）の不純物量を第１表に示す。

これに対し、比較例として、塩素ガスを含有しない窒素
ガス中で加熱処理し、他の処理は実施例１と同様に行っ
た例（比較例１）、 弗化水素酸５　ｖｏ１％液のみで浸漬処理し、他の処理
は実施例１と同様に行った例（比較例２）、塩素ガス処
理した後に酸処理を施した例（比較例３）、加熱処理せ
ずに粉砕機によって粉砕し、６０〜２００メツシュに分
級した例（比較例４）、及び出発原料の不純物含有量が
Ａ１３２ｐｐｍ、　Ｆｅ　１２．Ｏｐｐｍ。

Ｎａ　２００ｐｐｍ、　Ｋ　２５０ｐｐｍ、　Ｕ　５０
０ｐｐｂのものを、実施例１と同様の処理を行ったもの
（実施例２）および、実施例２と同様の原料を用い、加
熱急冷処理を行うことなく直接に粉砕機で粉砕し、６０
〜２００メツシュに分級し、実施例１と同様の処理を施
したもの（比較例５）を併せて同表に示す。

第１表から、本発明の処理を行うことによって鉄、アル
ミニウム、アルカリ金属およびウランを望ましい量にま
で低下させることができた。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明方法によれば、天然シリカ
質原料の鉄、アルカリ金属、ウランなどの不純物を極め
て低くすることができる。とくに、本発明においては、
出発原料中のアルカリ金属が５００ρＰｆｆｉｔ　ウラ
ンが５００ｐｐｂという極端に高い含有量であるもの、
およびアルカリ金属が５０ＰＰ！１　、ウラン５０ｐｐ
ｂという低い含有量のものについて、これらの不純物を
半導体や光学の分野で使うのに十分な高純度の石英ガラ
ス用原料（アルカリ金属くｌｐｐｍ、　　ウラン＜　０
．３ｐｐｂ）とし得るまで低下させるのに有用である。

特許出願人　日本重化学工業株式会社 代理人　弁理士　　小　川　順　玉 量　　弁理士　　中　村　盛　夫

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、天然シリカ質粉末原料を調整雰囲気中で加熱すると
   共に酸処理して原料の精製を行うに当り、前記天然シリ
   カ質原料を、まず５００〜７００℃の温度で加熱後急冷
   し、ひきつづき得られた焼成物を６０〜２００メッシュ
   に粉砕する工程、次に、上記焼成粉砕物を、弗化水素酸
   と塩酸との混合溶液に浸漬する工程、 そして、上記浸漬処理粉砕物を、ハロゲンもしくはその
   化合物を含む調整雰囲気中で、１０００〜１２００℃の
   温度で加熱処理する工程、 を、順次に行うことを特徴とする石英ガラス用原料の精
   製方法。