RU2773514C2 - Method for production of granules of especially pure silicon dioxide - Google Patents
Method for production of granules of especially pure silicon dioxide Download PDFInfo
- Publication number
- RU2773514C2 RU2773514C2 RU2020127985A RU2020127985A RU2773514C2 RU 2773514 C2 RU2773514 C2 RU 2773514C2 RU 2020127985 A RU2020127985 A RU 2020127985A RU 2020127985 A RU2020127985 A RU 2020127985A RU 2773514 C2 RU2773514 C2 RU 2773514C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- acid
- silicon dioxide
- nitric acid
- teos
- aqueous solution
- Prior art date
Links
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 49
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 title claims abstract description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 239000008187 granular material Substances 0.000 title claims abstract description 11
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 12
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N Silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 5
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims abstract description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 3
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 claims abstract description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 10
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 abstract description 6
- 230000003287 optical Effects 0.000 abstract description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004821 distillation Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 abstract 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 238000001879 gelation Methods 0.000 description 3
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N HCl Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 229910017855 NH 4 F Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004018 SiF Inorganic materials 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 229910052904 quartz Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к способам получения кварцевого стекла высокой степени чистоты по золь-гель-процессу и может быть использован для производства изделий электронной и оптической, в частности лазерной, промышленности.The invention relates to methods for producing high purity quartz glass by the sol-gel process and can be used for the production of electronic and optical products, in particular laser, industry.
Известен способ получения высокочистого кварцевого стекла путем применения золь-гель метода с использованием тонкодисперсного распыленного порошка кремнезема, который гомогенизируют с деионизированной водой, а затем полученный золь подвергают гелеобразованию либо изменяя кислотность среды, либо вводя специальные гелеобразующие реагенты, в частности HF, NH4F, (NH4)2SiF6 и, возможно, полимеры - во избежание растрескивания монолитных образцов с последующим высушиванием полученного материала и затем спеканием с получением оптического кварцевого стекла (см. патент US 6698054 В2, кл. С03В 37/06, опубл. 02.03.2004),A known method for producing high-purity quartz glass by using the sol-gel method using finely dispersed atomized silica powder, which is homogenized with deionized water, and then the resulting sol is subjected to gelation, either by changing the acidity of the medium, or by introducing special gel-forming reagents, in particular HF, NH 4 F, (NH 4 ) 2 SiF 6 and, possibly, polymers - in order to avoid cracking of monolithic samples, followed by drying of the resulting material and then sintering to obtain optical quartz glass (see US patent 6698054 B2, class C03B 37/06, publ. 02.03. 2004),
Основным недостатком данного способа является большой размер пор образующихся при гелеобразовании материала в процессе производства кварцевого стекла с использованием золь-гель метода.The main disadvantage of this method is the large size of the pores formed during the gelation of the material during the production of quartz glass using the sol-gel method.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения кварцевого стекла высокой степени чистоты по золь-гель процессу, при котором монолитное кварцевое стекло получают гидролизом тетраэтоксисилана (ТЭОС) водным раствором соляной кислоты, введением в золь-гель систему наполнителя - высокодисперсного кремнезема, гелированием системы посредством добавления аммиака (до рН 4,5÷6), промывкой образованного геля, высушиванием и термообработкой его до состояния кварцевого стекла (см. авторское свидетельство SU 1749185 А1, кл. С03В 8/02).The closest to the invention in terms of technical essence and the achieved result is a method for producing high-purity quartz glass by the sol-gel process, in which monolithic quartz glass is obtained by hydrolysis of tetraethoxysilane (TEOS) with an aqueous solution of hydrochloric acid, introducing a filler - highly dispersed silica into the sol-gel system , gelation of the system by adding ammonia (up to pH 4.5÷6), washing the formed gel, drying it and heat treating it to the state of quartz glass (see copyright certificate SU 1749185 A1, class C03B 8/02).
Основным существенным недостатком данного способа получения кварцевого стекла является то, что, во-первых, он включает стадии диспергирования и центрифугирования, а, во-вторых, применяются операции - выдержка геля перед сушкой в деионизованной воде, а затем выдержка в растворе щавелевой кислоты с продолжительностью выдержки геля в деионизованной воде 10-16 ч.The main significant disadvantage of this method for producing quartz glass is that, firstly, it includes the stages of dispersion and centrifugation, and, secondly, operations are used - exposure of the gel before drying in deionized water, and then exposure to a solution of oxalic acid with a duration of exposure of the gel in deionized water for 10-16 hours.
Технической проблемой, решаемой в изобретении, является преодоление выявленных недостатков известных способов получения кварцевого стекла (диоксида кремния).The technical problem solved in the invention is to overcome the identified shortcomings of the known methods for producing quartz glass (silicon dioxide).
Технический результат заключается в том, что достигается возможность получения гранул особо чистого диоксида кремния с выходом не менее 93% (масс) при сокращении времени его получения и, как результат, повышение производительности получения гранул особо чистого диоксида кремния.The technical result consists in the fact that it is possible to obtain granules of highly pure silicon dioxide with a yield of at least 93% (mass) while reducing the time of its production and, as a result, increasing the productivity of obtaining granules of highly pure silicon dioxide.
Техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что способ получения гранул особо чистого диоксида кремния заключается в том, что гидролиз тетраэтоксисилана (ТЭОС) проводят с особо чистым водным раствором неорганической кислоты, отличающийся тем, что в качестве неорганической кислоты используют азотную кислоту, при этом вначале в раствор азотной кислоты предварительно добавляют этанол, затем при перемешивании в течение 10-25 мин проводят гидролиз тетраэтоксисилана (ТЭОС) в соотношении ТЭОС : водный раствор азотной кислоты с этанолом 1:(2-2,5) с рН от 3,5 до 6, в который, далее добавляют разбавленный раствор аммиака, с доведением рН до 9-10 и продолжают перемешивание в течение 8-15 мин при температуре 20-60°С, после чего проводят сушку полученной в виде геля гидроокиси кремния при перемешивании с одновременной отгонкой водно-спиртовой смеси с образованием твердых частиц ортокремневой кислоты, после чего удаляют остатки органических веществ и основной массы гидроксильных групп веществ путем термообработки ортокремневой кислоты при температуре от 200 до 250°С в течение 50-80 мин, а затем проводят отсев твердых частиц ортокремневой кислоты с размером менее 0,05 мм, а оставшиеся твердые частицы прокаливают при температуре от 1100 до 1300°С в течение от 3 до 5 ч с получением гранул особо чистого диоксида кремния размером от 0,05 до 0,50 мм.The technical problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the method for obtaining granules of highly pure silicon dioxide consists in the fact that the hydrolysis of tetraethoxysilane (TEOS) is carried out with a highly pure aqueous solution of an inorganic acid, characterized in that nitric acid is used as an inorganic acid , at the same time, ethanol is first added to the nitric acid solution, then, with stirring, tetraethoxysilane (TEOS) is hydrolyzed for 10-25 minutes in the ratio TEOS : aqueous solution of nitric acid with ethanol 1: (2-2.5) with a pH of 3 ,5 to 6, to which, then, a dilute ammonia solution is added, with the pH adjusted to 9-10 and stirring is continued for 8-15 minutes at a temperature of 20-60 ° C, after which the silicon hydroxide obtained in the form of a gel is dried with stirring with simultaneous distillation of the water-alcohol mixture with the formation of solid particles of orthosilicic acid, after which the remains of organic substances and the main mass are removed hydroxyl groups of substances by heat treatment of orthosilicic acid at a temperature of 200 to 250 ° C for 50-80 minutes, and then screening out solid particles of orthosilicic acid with a size of less than 0.05 mm, and the remaining solid particles are calcined at a temperature of 1100 to 1300 °C for 3 to 5 hours to obtain highly pure silicon dioxide granules with a size of 0.05 to 0.50 mm.
Предпочтительно в водный раствор азотной кислоты со спиртом дополнительно вводят тонкодисперсный диоксид кремния с размером частиц менее 0,05 мм в количестве 5-7% (масс) от количества водного раствора азотной кислоты с этанолом.Preferably, finely dispersed silicon dioxide with a particle size of less than 0.05 mm is additionally introduced into an aqueous solution of nitric acid with alcohol in an amount of 5-7% (mass) of the amount of an aqueous solution of nitric acid with ethanol.
Предпочтительно в водным раствор азотной кислоты добавляют особо чистый этанол с концентрацией 95% об.Preferably, highly pure ethanol with a concentration of 95% vol. is added to an aqueous solution of nitric acid.
Примеры осуществления способа получения гранул особо чистого диоксида кремния золь-гель методом.Examples of the method for producing highly pure silicon dioxide granules by the sol-gel method.
Пример 1. В кварцевую емкость загружали 336 г ТЭОС с содержанием примесей металлов, указанном в таблице 1, и при перемешивании добавляли 60 г воды (соотношение ТЭОС : вода = 1:2) с рН=3,5 в течение 15 мин. Смесь выдерживали при перемешивании 40 мин., после чего доводили рН гидролизующегося раствора до 9 и проводили процесс при перемешивании и температуре 25°С в течение 10 мин. Удаление водно-спиртовой фазы проводили выпариванием и последующей конденсацией при перемешивании смеси. Образовавшуюся твердую фазу прогревали в течение 60 мин при температуре 200°С и удаляли из нее рассеиванием частицы размером менее 0,05 мм для последующего их использования при гидролизе. Оставшуюся твердую фазу прокаливали при температуре 1250°С в течение 3,5 ч. Получено 93 г диоксида кремния с содержанием примесей, указанном в таблице 2. Выход по ТЭОС 96%.Example 1. 336 g of TEOS with the content of metal impurities indicated in Table 1 was loaded into a quartz container, and 60 g of water (TEOS:water ratio = 1:2) with pH=3.5 was added with stirring for 15 minutes. The mixture was kept under stirring for 40 min, after which the pH of the hydrolyzable solution was adjusted to 9, and the process was carried out under stirring at a temperature of 25°C for 10 min. The removal of the water-alcohol phase was carried out by evaporation and subsequent condensation with stirring of the mixture. The resulting solid phase was heated for 60 min at a temperature of 200°C and removed from it by dispersion of particles smaller than 0.05 mm for their subsequent use in hydrolysis. The remaining solid phase was calcined at a temperature of 1250°C for 3.5 hours. 93 g of silicon dioxide were obtained with the impurity content indicated in table 2. Yield according to TEOS 96%.
Пример 2. Проводят пример аналогично Примеру 1, отличающийся тем, что на первой стадии рН воды 3,0. Получено 91 г диоксида кремния с содержанием примесей, указанном в таблице 2. Выход по ТЭОС 94%.Example 2. An example is carried out similarly to Example 1, characterized in that at the first stage the pH of the water is 3.0. Received 91 g of silicon dioxide with the impurity content indicated in table 2. Yield according to TEOS 94%.
Пример 3. Проводят процесс аналогично Примеру 1, отличающийся тем, что на первой стадии рН воды 2,0. Получено 90 г диоксида кремния с содержанием примесей, указанном в таблице 2. Выход по ТЭОС 93%.Example 3. The process is carried out analogously to Example 1, characterized in that at the first stage the pH of the water is 2.0. Received 90 g of silicon dioxide with the impurity content indicated in table 2. Yield according to TEOS 93%.
В таблице 3 представлены результаты осуществления предлагаемого способа при различных условиях.Table 3 presents the results of the proposed method under various conditions.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020127985A RU2773514C2 (en) | 2020-08-20 | Method for production of granules of especially pure silicon dioxide |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020127985A RU2773514C2 (en) | 2020-08-20 | Method for production of granules of especially pure silicon dioxide |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2020127985A RU2020127985A (en) | 2022-02-21 |
| RU2020127985A3 RU2020127985A3 (en) | 2022-02-28 |
| RU2773514C2 true RU2773514C2 (en) | 2022-06-06 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1749185A1 (en) * | 1990-11-20 | 1992-07-23 | Гомельский государственный университет им.Ф.Скорины | Method of quartz sand production |
| RU2416681C2 (en) * | 2009-07-03 | 2011-04-20 | Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский технологический институт "Техномаш" (ОАО ЦНИТИ "Техномаш") | METHOD OF PRODUCING OPTICAL MEDIUM BASED ON SiO2 NANOPARTICLES |
| RU2426692C1 (en) * | 2010-03-30 | 2011-08-20 | Учреждение Российской академии наук Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения РАН (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН) | Method to produce nanoparticles of silica |
| RU2602859C2 (en) * | 2011-02-22 | 2016-11-20 | Эвоник Дегусса Гмбх | High-purity granular silicon dioxide for use in quartz glass and method of producing this granular silicon dioxide |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1749185A1 (en) * | 1990-11-20 | 1992-07-23 | Гомельский государственный университет им.Ф.Скорины | Method of quartz sand production |
| RU2416681C2 (en) * | 2009-07-03 | 2011-04-20 | Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский технологический институт "Техномаш" (ОАО ЦНИТИ "Техномаш") | METHOD OF PRODUCING OPTICAL MEDIUM BASED ON SiO2 NANOPARTICLES |
| RU2426692C1 (en) * | 2010-03-30 | 2011-08-20 | Учреждение Российской академии наук Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения РАН (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН) | Method to produce nanoparticles of silica |
| RU2602859C2 (en) * | 2011-02-22 | 2016-11-20 | Эвоник Дегусса Гмбх | High-purity granular silicon dioxide for use in quartz glass and method of producing this granular silicon dioxide |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2445277C2 (en) | Sol-gel process | |
| EP2181069B1 (en) | A method for synthesising porous silica microparticles | |
| CA2646043C (en) | Method for the production of glassy monoliths via the sol-gel process | |
| EP1700831B1 (en) | Process for the production of monoliths by means of the sol-gel process | |
| KR102563801B1 (en) | Silica particle dispersion and method for producing same | |
| TWI221149B (en) | Method for producing synthetic quartz glass | |
| RU2773514C2 (en) | Method for production of granules of especially pure silicon dioxide | |
| JP2019116396A (en) | Silica-based particle dispersion and production method thereof | |
| JP2006500211A (en) | Producing a solution for use as a coating in a transparent film of a photocatalyst | |
| JPH01290523A (en) | Production of high purity high density silica having large particle size | |
| JP3758391B2 (en) | High-purity silica aqueous sol and method for producing the same | |
| JP5334398B2 (en) | Method for producing silica fine particle dispersion | |
| JP5905767B2 (en) | Dispersion stabilization method of neutral colloidal silica dispersion and neutral colloidal silica dispersion excellent in dispersion stability | |
| JPH0457604B2 (en) | ||
| JP2003267722A (en) | Nonporous spherical silica and method of manufacturing it | |
| RU2144505C1 (en) | Method of preparing titanium dioxide | |
| RU2790035C1 (en) | Method for obtaining silicon dioxide by heterogeneous synthesis | |
| RU2020127985A (en) | Method for producing highly pure silicon dioxide granules | |
| JP2003520181A (en) | Sol-gel method for producing synthetic silica glass | |
| KR102622058B1 (en) | Manufacturing method of high purity quartz powder | |
| KR100722379B1 (en) | A method of preparing transparent silica glass | |
| JP4993811B2 (en) | Modified sol-gel silica particles and method for producing the same | |
| SU952732A1 (en) | Process for producing silicon dioxide | |
| TWI664014B (en) | Preparation method of high-purity micron-level spherical silicon dioxide fine powder | |
| RU2618735C2 (en) | Method of obtaining lithium silicate solutions |