RU2786525C2 - Способ получения особо чистого синтетического кристобалита фракцией 74-390 мкм - Google Patents
Способ получения особо чистого синтетического кристобалита фракцией 74-390 мкм Download PDFInfo
- Publication number
- RU2786525C2 RU2786525C2 RU2021117829A RU2021117829A RU2786525C2 RU 2786525 C2 RU2786525 C2 RU 2786525C2 RU 2021117829 A RU2021117829 A RU 2021117829A RU 2021117829 A RU2021117829 A RU 2021117829A RU 2786525 C2 RU2786525 C2 RU 2786525C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- cristobalite
- ppm
- nitrogen
- content
- Prior art date
Links
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 27
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 27
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N HCl Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052904 quartz Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 3
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 claims abstract description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims abstract 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 15
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 7
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract 1
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 4
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- QEHKBHWEUPXBCW-UHFFFAOYSA-N Nitrogen trichloride Chemical compound ClN(Cl)Cl QEHKBHWEUPXBCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 238000001636 atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- QDHHCQZDFGDHMP-UHFFFAOYSA-N monochloramine Chemical compound ClN QDHHCQZDFGDHMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing Effects 0.000 description 1
Abstract
Изобретение может быть использовано в оптике, светотехнике, приборостроении при получении кристобалита особой чистоты для материалов оптоволоконных компонентов. Способ термической обработки порошка синтетической двуокиси кремния, полученного золь-гель технологией, с содержанием Li до 1 ppm включает высушивание порошка от остаточной влаги при 150-300°С в кварцевом реакторе во вращающейся печи с покачиванием. Затем проводят равномерный прогрев порошка до 1200°С в среде кислорода и азота и высокотемпературную обработку с целью перевода порошка в кристобалит при температуре не ниже 1300°С в течение 8 ч в среде кислорода. По завершении высокотемпературной обработки проводят очистку в смеси хлороводорода и азота в течение не менее 30 мин. Получают порошок особо чистого синтетического кристобалита фракцией 74-390 мкм, обладающий суммарным содержанием примесей по Al, Са, Fe, K, Na, Ti, Li, Mg, Mo, Cd, Mn, Cr, Zn не более 0,13 ppm, удельной поверхностью не более 1 м2/г, насыпной плотностью в пределах 1,2-1,3 г/см3, содержанием гидроксильных групп не более 1 ppm. Изобретения позволяют сократить продолжительность обработки порошка в среде хлористого водорода и азота, повысить чистоту синтетического кристобалита. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.
Description
По литературным данным кристобалит считается оптимальным вариантом кварцевого порошкообразного сырья для получения «сухого» кварцевого стекла [Боганов А.Г., Дианов Е.М., Корниенко Л.С.и др. // Квантовая электроника, 4, №5 (1977), с. 996-1003]. Благодаря правильной исходной подготовке порошка СДК, кристобалит как готовый продукт обладает набором наилучших физико-химических свойств. Эти свойства и определяют область применения порошкообразного кристобалита.
Известна работа [Патент RU 2308416 Установка для непрерывного получения кристобалита], в которой проточному рафинированию в среде активных газов (атмосфера хлора и фтора) подвергается кварцевая крупка 0,1-5 мм при температурах 1470-1550°С.
Известен патент [Патент RU 2692391 Способ создания особо чистой крупки кристобалита], в котором крупку высокочистого кварцевого концентрата с суммарным содержанием контролируемых примесей 10-20 ppm пропитывают раствором хлористого аммония. Далее крупку высушивают при 120±10°С и нагревают до 1350±10°С и облучают ультрафиолетом для атомизации и ионизации молекул хлора и водорода. Остатки хлористого аммония выводят продувкой печи аргоном высокой чистоты. Далее при температуре 1350±10°С проводят продувку реактора кислородом с включенном ультрафиолетовым излучением в течение определенного времени. В конце реактор продувают аргоном высокой чистоты. Реактор охлаждают до комнатной температуры и выгружают порошкообразное кварцевое сырье.
Наиболее близким по технической сущности является патент [Ru 2041173 Способ получения порошкообразного кристобалита], в котором порошкообразный СДК, полученный низкотемпературным осаждением из золя поликремниевой кислоты, смачивают в растворе гидроксида лития и далее проводят термическую обработку в кварцевом контейнере. Цикл термической обработки включает следующее: последовательное повышение температуры до 1030°С в течении 8 часов в среде кислорода, далее повышение температуры до 1200°С. Вторую термическую обработку проводят при 1200-1350°С в течении 8 часов с попеременной продувкой кислородом и хлористым водородом. Суммарное содержание примесей по заявленному в патенте лежит от 0,35 ppm до 0,41 ppm. Из патента известно, что кристобалитизация СДК проходит на 100%. Недостатком данного способа является длительность процесса очистки порошка с применением хлороводорода и завышенное содержание остаточных примесей в готовом продукте.
Технической задачей настоящего изобретения является сокращение продолжительности термической обработки при очистке порошка в среде смеси хлористого водорода и азота при высокотемпературной обработке и получение готового продукта с параметрами: фракция 74-390 мкм, суммарное содержание примесей по контролируемым элементам (Al, Са, Fe, K, Na, Ti, Li, Mg, Mo, Cd, Mn, Cr, Zn) не более 0,13 ppm, удельная поверхность не более 1 м2/г, насыпная плотность в пределах от 1,2-1,3 г/см3, содержание гидроксильных групп не более 1 ppm.
Поставленная задача решается путем применения термической обработки в атмосфере технологических газов, что обеспечивает необходимый уровень свойств порошка, а также сокращает время, необходимое для термической обработки в атмосфере технологических газов.
Порошок СДК, полученный методом золь-гель технологии, с рабочей фракцией 74-390 мкм, содержащий литий в количестве до 1 ppm, подвергают термической обработке в кварцевом реакторе во вращающихся печах с покачиванием. Введение лития приводит к ускорению процесса кристобалитизации порошка СДК. Полная термическая обработка состоит из нескольких этапов. На первом этапе порошок высушивается от остаточной влаги при температурах от 150 до 300°С. Далее происходит равномерный прогрев порошка до температуры 1200°С в среде кислорода и азота ОСЧ. Последний этап термической обработки - перевод порошка СДК в кристаллическую фазу и его очистка. Для этого термическую обработку проводят при температуре не ниже 1300°С в течении 8 часов с продувкой кислородом, по завершению процесса порошок продувают смесью хлороводорода и азота ОСЧ в интервале времени не менее 30 мин с целью оптимальной обработки газами всего объема порошка. Продувка смесью газов из азота и хлороводорода обеспечивает более интенсивный вынос образовавшихся в ходе реакции продуктов (хлоридов примесных металлов) за счет большей подачи азота в смеси, в тоже время расход хлороводорода как дорогостоящего газа остается минимальным.
Авторами был получен порошок СДК, подвергнутый вышеупомянутой термической обработке, с параметрами указанными в Таблице 1. Химический состав порошка определяли методом оптико-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой.
Новизна данного изобретения заключается в том, что подобранный способ термической обработки, включающий температурные режимы и атмосферу обработки обеспечивает получение 100% кристобалита из СДК с высоким уровнем чистоты.
Отличие заявленного изобретения от прототипа заключается в сокращении времени при проведении этапа очистки СДК в присутствии хлористого водорода при высокотемпературной обработке. Признаки изобретения, совпадающие с прототипом - использование в качестве исходного сырья порошок, полученный методом золь-гель синтеза.
Claims (2)
1. Способ термической обработки порошка синтетической двуокиси кремния, полученного золь-гель технологией, с содержанием Li до 1 ppm, включающий высушивание порошка от остаточной влаги при температурах 150-300°С в кварцевом реакторе во вращающейся печи с покачиванием, равномерный прогрев порошка до температуры 1200°С в среде кислорода и азота, высокотемпературную обработку с целью перевода порошка в кристобалит при температуре не ниже 1300°С в течение 8 ч в среде кислорода, отличающийся тем, что очистка происходит в смеси хлороводорода и азота не менее 30 мин с целью оптимальной обработки газами всего объема порошка.
2. Порошок особо чистого синтетического кристобалита фракцией 74-390 мкм, отличающийся тем, что он получен способом термической обработки по п. 1 и обладает суммарным содержанием примесей по Al, Са, Fe, K, Na, Ti, Li, Mg, Mo, Cd, Mn, Cr, Zn не более 0,13 ppm, удельной поверхностью не более 1 м2/г, насыпной плотностью в пределах 1,2-1,3 г/см3, содержанием гидроксильных групп не более 1 ppm.
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2021117829A RU2021117829A (ru) | 2022-12-16 |
| RU2786525C2 true RU2786525C2 (ru) | 2022-12-21 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1388384A1 (ru) * | 1986-10-15 | 1988-04-15 | МГУ им.М.В.Ломоносова | Способ получени кристаллического кристобалита |
| RU2041173C1 (ru) * | 1987-05-04 | 1995-08-09 | Орлова Галина Федоровна | Способ получения порошкообразного кристобалита |
| RU2154023C2 (ru) * | 1998-05-25 | 2000-08-10 | Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ α-КРИСТОБАЛИТА |
| JP2008162849A (ja) * | 2006-12-28 | 2008-07-17 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 高純度クリストバライト粒子及びその製造方法 |
| CN109052417B (zh) * | 2018-09-11 | 2019-07-26 | 安徽科技学院 | 一种高纯度低温相方石英的合成方法 |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1388384A1 (ru) * | 1986-10-15 | 1988-04-15 | МГУ им.М.В.Ломоносова | Способ получени кристаллического кристобалита |
| RU2041173C1 (ru) * | 1987-05-04 | 1995-08-09 | Орлова Галина Федоровна | Способ получения порошкообразного кристобалита |
| RU2154023C2 (ru) * | 1998-05-25 | 2000-08-10 | Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ α-КРИСТОБАЛИТА |
| JP2008162849A (ja) * | 2006-12-28 | 2008-07-17 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 高純度クリストバライト粒子及びその製造方法 |
| CN109052417B (zh) * | 2018-09-11 | 2019-07-26 | 安徽科技学院 | 一种高纯度低温相方石英的合成方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3909385B2 (ja) | テトラフルオロシランの製造方法およびその用途 | |
| CN1817792A (zh) | 合成硅石粉的处理方法及该方法处理的合成硅石粉 | |
| JP2009173501A (ja) | 炭化ケイ素単結晶製造用高純度炭化ケイ素粉体の製造方法及び炭化ケイ素単結晶 | |
| EP0283933B1 (en) | Process for producing unsintered cristobalite silica | |
| WO2003008332A1 (fr) | Poudre de quartz de grande purete, procede de fabrication et article obtenu a partir de cette poudre | |
| KR100827387B1 (ko) | 볼을 이용한 탄소나노튜브의 정제방법 | |
| JPH10287416A (ja) | 合成石英粉の製造方法 | |
| RU2786525C2 (ru) | Способ получения особо чистого синтетического кристобалита фракцией 74-390 мкм | |
| JPH02289416A (ja) | 低シラノールシリカの製造方法 | |
| RU2692391C1 (ru) | Способ создания особо чистой крупки кристобалита | |
| RU2363667C2 (ru) | Способ золь-гель для получения изделий из стекла | |
| WO2017221642A1 (ja) | 三塩化ホウ素の製造方法 | |
| US20030070606A1 (en) | Preparation of feedstock of alkaline earth and alkali metal fluorides | |
| JPS61227936A (ja) | ガラス体の製造方法 | |
| CN114956078A (zh) | 一种多孔碳材料及其制备方法和应用 | |
| RU2753600C1 (ru) | Способ получения особо чистого порошкообразного кристобалита из диоксида кремния | |
| SU967549A1 (ru) | Способ получени углеродного адсорбента | |
| RU2094370C1 (ru) | Способ получения частиц углерода луковичной структуры | |
| JP3859303B2 (ja) | 合成石英ガラス粉末の製造方法及び石英ガラス成形体 | |
| RU2152364C1 (ru) | Способ получения стекол asxs1-x(x=0,10-0,45), asxse1-x(x=0-0,60) | |
| RU2041173C1 (ru) | Способ получения порошкообразного кристобалита | |
| JPH0986920A (ja) | 合成石英ガラス粉の製造方法 | |
| WO2020170985A1 (ja) | 活性炭およびその製造方法 | |
| JPH0483711A (ja) | 無水シリカの製造方法 | |
| RU2737103C1 (ru) | Способ получения порошка циркония |