SU1653541A3 - Способ получения высокочистои окиси кренш1я - Google Patents

Description

Изобретение относится к способам получения окиси кремния с низким содержанием примесей из водного раствора щелочного силиката.

Цель изобретения - повыиение степени чистоты продукта до содержания щелочного металла менее 10 ч/млн.

Изобретение включает четыре варианта: вариант, в котором указанным коагулянтом является водорастворимая органическая среда (способ А-1); тот же вариант, что и способ А-1, за исключением того, что в качестве коагу2

выполненную из сплава золота с платиной или имеющую покрытие из тетрафторэтилена и диаметр отверстий 0,051,0 мм, в ванну для коагуляции, содержащую коагулянт, выбираемый из группы ‘диметилацетамид, метанол, этанол, диметилсрормамид, 0,1-4 н. раствор серной или азотной кислоты, и обработки полученного геля минеральной кислотой при 20-120°С в течение 1-360 мин, при этом концентрация минеральной кислоты на первой стадии обработки равна 0,5-30 ο6.Ζ и на второй стадии обработки - 10-70 об„% при получении геля с применением в качестве коагулянта диметилацетамида, метанола, эта- с пола или диметилформамида, или концентрация минеральной кислоты при обработке равна 0,5-4 н. при получении геля в случае использования в качестве коагулянта серной или азотной кислот. Полученную окись кремния можно дополнительно термообработать при 1000-1400°С. 1 з.п.ф-лы, 20 табл. _и

лянта вместо водорастворимой органической среды применяют кислоту (способ В-1); и варианты, в которых полученную способом А-1 или способом В-1 окись кремния подвергают тепловой обработке при температуре 1000°С или выше, в результате чего понижают гигроскопичность и получают плотную окись кремния с небольшой удельной поверхностью (соответственно способ А-2 и способ В-2) (способ А-1 и способ А-2 объединяются под общим названием способ А, способ В-1 и

Би 1653541

>

(Л

3

165354 1

4

способ В-2 объединяются под общим названием способ В).

Способ А-1 - это способ получения окиси кремния высокой чистоты, который включает: стадию (1) экструдирования водного раствора щелочного силиката, имеющего общую формулу М₂0х χηδΐθ₂, где И является щелочным металлом и η - числом молей 51.0^ в преде- , д лах от 0,5 до 5, с вязкостью в интервале 2-500 П в водорастворимую органическую среду через прядильную фильеру диаметром отверстая 1 мм или менее с целью коагуляции раствора ив 15 результате превращением его в волокнистый гель и стадию (2) обработки -полученного волокнистого геля содержащим кислоту раствором с последующим промыванием геля водой с целью ₂0 извлечения и удаления примесей и получения в результате окиси кремния.

Способ А-2 - это способ получения окиси кремния высокой чистоты, который включает: стадию (1) экструдиро- 25 вания водного раствора щелочного силиката, имеющего общую формулу М^О ΜηδΐΟ^, где М является щелочным металлом н н - числом молей 5ί0₂ в пределах от 0,5 до 5, с вязкостью в интервале 2-500 П в водорастворимую органическую среду через прядильную фильеру диаметром отверстия 1 мм или менее' с целью коагуляции раствора и в результате превращением его в волокнистый гель и стадию (2) обработки ^5 полученного волокнистого геля содержащим кислоту раствором и последующйм промыванием геля водой с целью

извлечения и удаления примесей и полу40

чением в результате окиси кремния и стадию (3) тепловой обработки полученной окиси кремния при 1000 С иди выше»

Способ В—1 - это способ получения окиси кремния высокой чистоты, который включает: стадию (1) экструдирования водного раствора,щелочного силиката общей формулы Μ 0<ηδί0₂, где М является щелочным металлом и η - числом молей 3ΐθ£ в пределах от 0,5 до 5, с вязкостью в интервале 2-500 П в раствор кислоты концентрацией 4 н. или меньше через прядильную: /фильеру, диаметр отверстия которой 1 мм или менее, с целью коагуляции раствора и

в результате превращением его в волокнистый гель и стадию (2) обработки . полученного волокнистого геля содер45

55

жащим кислоту раствором с. последующим промыванием геля водой с целью извлечения и удаления примесей и получением в результате окиси кремния.

Способ В-2 - это способ получения окиси кремния высокой чистоты, который включает: стадию (1) экструдирования водного раствора щелочного силиката общей формулы М^О· пЗгО^где И является щелочным металлом и η является числом молей 8ί0₂ в пределах от 0,5 до 5, с вязкостью в интервале 2-500 П в раствор кислоты концентрацией 4 н„ или меньше через прядильную фильеру, диаметр отверстия которой 1 мм или менее, с целью коагуляции раствора и в результате превращением его в волокнистый гель и стадию (2) обработки полученного волокнистого геля содержащим кислоту раствором с последующим промыванием геля водой с целью извлечения и удаления примесей и получением в результате окиси кремния и стадию (3) тепловой обработки полученной окиси кремния при 1000°С или выше о

Пример А-1, 3000 г водного раствора силиката натрия #3 (соответствует силикату натрия № 3 по Л.5 К1408, в дальнейшем та же привязка) (8Ю_г28%; На₂0 9%; V 36 ч₀ на биллион) нагревают при пониженном давлении при 50°С с целью обезвоживания и концентрирования и получения исходного раствора, содержащего 32% 5ΐθ₂, для приготовления волокон. Исходный раствор имеет при 30°С вязкость примерно 100 II и обладает хорошей способностью образовывать нити. Исходный раствор отфильтровывают, после чего фильтрат экструдируют в ванну для коагуляции (коагулянт ДМАА) при 30 С со скоростью 3 м/мин с помощью экструдера через фильеру с покрытием из ПТФЗ-полимера, имеющую 200 отверстий с диаметрам 0,1 мм.

Исходный раствор, экструдированный в ДМАА, обезвоживается и коагулируется в прозрачный волокнистый гель„ Волокнистый гель нарезается резательным устройством в короткие волокна длиной примерно 1 см.

. 3 500 мл рабочего раствора (5%-ный по объему водный раствор серной кислоты) погружают 10 г полученного геля в виде коротких волокон и обрабатывают 1 ч перемешиванием при 100 С. Затем рабочий раствор заменяют 500 мл

1ΟΖ-ного по объему раствора водной серной кислоты и проводят обработку на второй стадии так, как показано выше»

Полученную в результате окись кремния в виде коротких волокон промывают кипящей водой и фильтруют с целью нейтрализации и обезвоживания, после ‘чего остаток предварительно высуши- , д вают при 150°С и затем подвергают тепловой обработке при 1200°С в течение I ч.

В результате тепловой обработки короткие волокна окиси кремния рас- ι 5 калываются с образованием мелкозернистой окиси кремния»

С целью получения однородных ло размеру частиц, мелкозернистую окись кремния подвергают размолу в дробил- 20 ке, изготовленной из агата, с получением частиц окиси кремния целевого размера»

Пример А-2. К 5000 г водного раствора силиката натрия & 3 (той 25 же партии, что и в примере А-1) при 30°С и при перемешивании небольшими порциями медленно добавляют мелкоизмельченный гидросульфат натрия. Вязкость раствора силиката натрия 30

увеличивается с увеличением количества добавленного гидросульфата натрия и в результате получают исходный раствор с вязкостью в 30 II»

I

В ходе получения исходного раствора в него засасывается воздух,пузырьками которого он заполнен» Исходный раствор с пузырьками воздуха в нем экструдируют в таком виде в ванн/ ₄₀ для коагуляции с использованием в качестве коагулянта ДМАА» Экструдирование проводят экструдером через фильеру, изготовленную из сплава золота с платиной и имеющую 200 отверстий 45 диаметром 0,1 мм, с получением волокнистого геля» В полученном волокнистом геле имеются многочисленные пузырьки» Волокнистый гель, все еще содержащий пузырьки, нарезают на ко- 59 роткие волокна и затем подвергают той же обработке, что в примере А-1, с получением частиц окиси кремния»

В табл» 1 и 2 приведены данные по содержанию примесей в окиси кремния, 55 полученной в вышеприведенных примерах А-1 и А-2, до тепловой обработки, а также физические свойства частиц окиси кремния после тепловой обработки»

Анализ на С1, V, Τΐι проведен анализом на радиоактивность.

- Во всех примерах использованы кислоты гарантированного качества производства фирмы Бакага1 СЬеш£са1 Со,Ыс1 и деионизированная вода с электропроводностью 1 мкСм/см (25°С).

Содержание примесей в окиси кремния до тепловой обработки дано в табл» 1»

Физические свойства частиц окиси кремния после тепловой обработки даны в табл» 2.

Абсорбция воды, 2 = ~ V₀) х

х 1ОО/и_о, где 11^ - вес каждого образца после выдерживания в течение 72 ч при 20°С и относительной влажности 802, г; - вес каждого образца, охлажденного до комнатной температуры в эксикаторе после тепловой обработки, г»

Пример А-3» 5000 г водного раствора силиката натрия 3 (той же партии, что и в примере А-1) обезвоживают и концентрируют при пониженном давлении, устанавливаемом с помощью вакуумного насоса, с замешиванием в клеемеиалке при 50^аС до концентрации 5ΐΟ^ 31,82, с получением в результате прозрачного исходного раствора, имеющего вязкость при ЗО^С 50 П» Исходный раствор экструдируют в различные коагулянты экструдером, снабженным фильерой с покрытием из ПТФЭ, имеющей 50 отверстий диаметром 0,1 мм, с получением прозрачного волокнистого геля» Полученный волокнистый гель обрабатывают так же, как в примере А-1, результаты обработки приведены в табл» 3»

Содержание примесей в окиси кремния до тепловой обработки дано в · табл» 3»

Физические свойства кремния после тепловой дующие:

Средний размер 15

частиц, мкм 1

Объемный вес, г/см³

Абсорбция вода

Пример А-4 и < пример А-1 „ 1_о 10 г ге.;

ротких волокон, полученного по методике примера А-1, помещают в 500 мл рабочих растворов первой стадии, т.е, в водную серную кислоту с концентрачастиц окиси обработки следля всех примеров А-3-1А-3-3

0,55

0,0

сравнительный тя в випе ко—

1653541

8

дней кислоты 0,5, 10, _'0 нлнЗОобД, а также для сравнения в рабочие растворы с концентрацией кислоты 40 или 70 об₀%, после чего по методике примера А-1 проводят обработку с целью’ извлечения примесей (примеры от А-4-1 до А-4-4 и сравнительные примеры А-1-1 и А-1-2).

2» Приведена обработка, аналогии- , д ная обработке в сравнительном примере А-1 за тем исключением, что изменен порядок концентрации кислоты в рабочем растворе при обработке кислотой (примеры А-4-5 и А-4-6)„ 15

Полученные данные по содержат®) примесей в окиси кремния приведены в табл» 4 вместе с результатами примера А-1»

Обычные условия обработки кисло- 20 той - температура 100°С, время обработки 1 ч„

Дополнение к примеру А-4„

З_о 10 г каждого из гелей в виде коротких волокон, полученных в ходе 25 процесса по примеру А-1, обрабатывали 500 см³ каждого из водных растворов серной кислоты,применявшихся на первой стадии обработки, с концентрацией 10 об,%, изменяя температуру и зс длительность обработки, после чего проводили вторую стадию обработки для извлечется примесей в соответствии с процессом примера А-1 (примеры А-4-1 1 ло 1 5 и А-4с1 с 1 ло 1с4) .

4о Ю г каждого из гелей в виде коротких волокон, полученных в ходе такого же процесса, как и в примере А-1, обрабатывали 500 см³ каждого из водных растворов серной кислоты, при-40 менявшихся на первой стадии обработки, с концентрацией 10 об»% при 100 С в течение 1 ч. после чего проводили вторую стадию обработки для извлечения примесей, помещая обработанный 45 таким образом гель в 500 см³ каждого из свежих водных растворов серной кислоты с концентрацией 10% (по объему) , изменяя температуру и период (пример: А-4-2 по 2 5; А-4-2с1 по _5С 2с4).

Содержание примесей в обработанных таким образом частицах окиси кремния показано в табл» 5 и 6,

И р и м е ρ А-5 и сравнительный $$ пример А-2„

1, Гель в форме коротких волокон получен с использованием той же самок технологии, что и в примере А-1,

за исключением использования исходного раствора, Полученного в примере А-3. 10 г геля в виде коротких волокон поместили в 500 см³ каждого из растворов для обработки на первой стадии, а именно водных растворов азотной кислоты с концентрацией 0,5,

5, 10, 20 или 30 об. %, и водных раствор азотной кислоты с концентрацией 40 или 60 об<>% для сравнения, и обрабатывали с перемешиванием при 100 С в течение 1 ч„ Затем каждый обрабатывающий раствор заменили 500 см³ 10%-ным (по объему) водным раствором азотной кислоты, и таким же образом, как описано выше, осуществили вторую стадию обработки. Последующую обработку осуществляли в соответствии с примером А-1»

Содержание примесей в окиси кремния перед термообработкой и физические свойства частиц окиси кремния после термообработки приведены в табл о 7„

Физические свойства частиц окиси кремния после термообработки следующие. Следний размер частиц: 15 мкм для всех номеров А—5—1 дс 3 весовой Объемная плотность 0,55 г/см³, водопоглоцение 0,0%.

Дополнеюте к примеру А-5.

2, 10 г каждого из гелей в виде коротких волокон, полученных, как указано выше, обрабатывали в 500 см³ каждого из водных растворов азотной кислоты, имеющего концентрацию кислоты 5% (по объему') и применявшегося на первой стадии обработки, меняя температуру и период обработки, после чего проводили вторую стадию обработки (пример А-5-1Ы по 1Ь4, А-5-1с1 по 1Ь4)

Зо .? г каждого из гелей в виде коротких волокон, полученных по такому же процессу, как описано выше в примере 1, обрабатывали в 500 см³ каждого из водных растворов азотной кислоты, применявшегося на первой стадии обработки, при концентрации кислоты 5% (по объему), температуре ЮС С в течение 1 ч, после чего проводили вторую стадию обработки для извлечения примесей, помещая обработанный таким образом гель в 500 см³ каждого из партии свежих водных растворов азотной кислоты с определенной концентрацией по объему и изменяя температуру и период обработки

! 653 541

I ο

(пример А-5~2а1 по 2аЗ, А-5-2 ί по 2 4 и А-5-2с1 по 2с4)„

Содержание примесей в обработанных таким образом частицах окиси кремния показано в табл, 8 и 9 соответственно.

Пример А-6 и сравнительный пример А-3, 6000 г водного раствора силиката натрия ФЬ 3 (той же партии, что и в примере А-1) обезвоживают и концентрируют при пониженном давлении, устанавливаемом с помощью вакуумного насоса, с замешиванием при 70°С в клеемешалке и получением в результате исходных растворов с различней вязкостью.

Из таких исходных растворов по отдельности получают волокна по методике примера А-1. Состояние волокон в каждом отдельном случае показано в табл.10.

Полученный в результате волокнисть'й гель обрабатывают по методике примера А-1. Результаты извлечения примесей приведены в табл.А-5 в виде содер жания примеси Да, как показателя для каждой окиси кремния до ее тепловой обработки.

Пример В-1. 6000 г водного раствора силиката натрия 4ЙЗ (соответствует силикату натрия 3 по Л8 К1408, в дальнейшем используют то же самое) (3ΐ0₂ 28%, Да,, О 0,9%,

V 36 р.р.Ь.) нагревают с целью обезвоживания и концентрирования при 60°С и пониженном давлении с получением исходного раствора для приготовления волокон, содержащего 32% 8ί0₂„ Исходный раствор имеет вязкость примерно 100 П при 30° С и обладает хорошей способностью вытягиваться в нити.

Исходный раствор отфильтровывают, после чего фильтрат экструдируют в 20 л коагулянта (1 н. водный раствор серной кислоты), содержащихся в ванне дпя коагуляции, с температурой 30°С. Экструдирование проводят со скоростью 6 м/мин с помощью экструдера, снабженного фильерой из сплава золота с платиной, имеющей 200 отверстий диаметром 0,1 мм.

Экструдируемый исходный раствор за счет нейтрализации коагулируется в ванне с превращением в прозрачный волокнистый гель. Волокнистый гель имеет полую структуру и закрученную форму с чередованием толстых отрезков и тонких отрезков и на поверхности

отрезков имеет мнегечнсленлые чешуеподобные трещины.

Волокнистый гель выбирают из рннны для коагуляции с помощью ленточного конвейера. Скорость ленточного конвейера 1 м/мин и время погружения волокнистого геля в ванне для коагуляции примерно 1 мин.

В 500 мл рабочего раствора (1 н„ водный раствор серной кислоты) погружают полученный волокнистый гель и перемешивают 3 ч при Ю0°С. В результате такой обработки волокнистый гель расщепляется на короткие волокна длиной 2-5 мм.

I

Затем полученную окись кремния в виде коротких волокон помещают в 500 мл воды и после перемешивания 10 мин окись кремния высушивают на воронке Бюхнера. Концентрация анионов серной кислоты 30^ после пятикратной промывки водой составляет 1 ч.на 1 млн»

Полученную окись кремния сушат сутки при 150° С и затем нагревают 1 ч при 1200°С.

В результате тепловой обработки окись кремния в виде коротких волокон расщепляется в мелкодисперсную окись кремния. Для достижения равномерного распределения частиц по размеру мелкодисперсную опись кремния размалывают в дробилке, изготовленной из агата, с получением целевого размера частиц»

Данные по содержанию примесей в полученной окиси кремния и физические свойства частиц окиси кремния приведены в таблице 11.

Физические свойства частиц после тепловой обработки следующие: распределение частиц по размеру, 1- ,

100 (15 средний размер, мкм), объемный вес 0,55 г/см³, адсорбция воды, 0,02%.

Дополнение к примеру В-1.

2. Исходный раствор, приготовленный в соответствии с процессом примера В-1, экструдировали в 20 л 1 н» водного раствора Н₂80₄ для получения волокнистого геля.

40 г калщого полученного таким образом волокнистого геля погружали в 500 см³ каждого из водных растворов серной кислоты* имеющих концентрацию Н^ЗО^, указанную в табл. 12, и обрабатывали перемешиванием в течение 1 ч при 100°С» Затем каждый из обработанных таким образом гелей обраба—

1 1

1653541

12

тывали в соответствии с процессом, описанным в примере В-1; полученные результаты приведены в табл» 12 ниже»

Зо 40 г каждого из волокнистых ге- $ лей, полученных экструзией исходного раствора в 1 н. водный раствор Н^ЗОц. так же, как описано выше, погружали в 1 Но водный раствор 11^504 с температурой и на период, указанные в ,θ

табл» 13_о ,

Затем каждый из обработанных таким образом гелей обрабатывали так же, как в примере В-1»

Пример В—2 и сравнительный 15 пример В-1 о 5000 г водного раствора силиката натрия &3 (той же партии, что и в примере В-1) обезвоживают и концентрируют при пониженном давлении, устанавливаемом с помощью вакуум-20 ного насоса, с замешиванием в клеемешалке при 50 С до получения концентрации <5ΐθ₂ 31,8Ζ и образовании прозрачного исходного раствора» Вязкость исходного раствора 50 П при 30°С. 25

Исходный раствор экструдируют каждый раз в 20 л водного раствора серной кислоты различной концентрации»

Для экструдирования применяют экструдер с фильерой из Зи5-1б с покрытием 30 из Тефлона® , имеющей 50 отверстий диаметром 0,2 мм, и получают в результате волокнистый гель» Во всех случаях волокнистый гель прозрачен ((&) - зарегистрированная фирменная 35 марка фирмы Дю Понт для полимера политетрафторэтилена [ПТФЭ] ) .

Полученные волокнистые обрабатывают по отдельности по методике примера В-1, полученные результаты приве- дд дены в табл» 14«

При использовании фильеры из 5115-16, не имеющей покрытия из Тефлона® , исходный раствор имеет склонность налипать на фильеру, в резуль- 45 тате получают только сгустки геля и становится затруднительным получить волокнистый гель»

Физические свойства частиц окиси кремния после тепловой обработки еледующие: средний размер частиц 15 мкм для всех примеров от В-2-1 до В-2-5, объемный вес 0,55 г/см³, абсорбция воды 0,02%»

Пример В-3 и сравнительный $$ пример В-2. Исходный раствор примера В-2 экструдируют в 20 л 2 г водного раствора серной кислоты с помощью экструдера через фильерц, имеющие

50 отверстий диаметром 0,2, 0,5 или 1 мм, а также для сравнения через фильеру, имеющую 50 отверстий диаметром 3 мм, с получением в результате волокнистых гелей»

Полученные волокнистые гели обрабатывают по методике примера В-1» Результаты по извлечению примесей приведены в табл. 15 в виде показателей для содержания примесей Па в окиси ' кремния для тепловой обработки»

Гель, полученный в примере В-3, во всех случаях прозрачен, однако гель, полученный в сравнительном примере В-2-1, расстеклован и имел бедую окраску, содержание в нем окиси кремния в различных частях различно и неоднородно»

Пример В-4 и сравнительный пример В-3. 6000 г водного раствора силиката натрия 3 (в той же партии, что и в примере В-1) обезвоживают и концентрируют при пониженном давлении, устанавливаемом с помощью вакуумного насоса, с замешиванием в клеемешалке при 70°С и получением исходных растворов различной вязкости»

Методикой примера В-1 иэ каждого исходного раствора получают волокна» Состояние волокна в каждом отдельном случае показано в табл» 16»

Полученные волокнистые гели обрабатывают по методике примера В-1» Результаты извлечения примесей показаны на примере содержания Иа как показателя для каждой окиси кремния до ее тепловой обработки»

Пример В-5. По методике примера В-1 в 20 л 2,1 н» водного раствора азотной кислоты экструдируют исходный раствор примера В-1 с получением волокнистого геля»

Полученный волокнистый гель (40 г) помещают в 500 мл. 1 н„ водного раствора азотной кислоты и обрабатывают перемешиванием 3 ч при 100°С с получением окиси кремния в виде коротких волокон длиной 2-5 мм. Последующую обработку проводят по методике примера В-1 с получением частиц окиси кремния.

Содержание примесей в окиси кремния до ее тепловой обработки следующее:

Ыа 1 р.р.ш», V 2.1 р.р.Ь.

Физические свойства частиц окиси кремния после тепловой обработки следующие: средний размер частиц 15 мкм, весовой объем 0,55 г/см³, абсорбция воды 0,02%„

I 3

1655541

14

Дополнение к примеру В-5

1. Каждый иэ исходных растворов, приготовленных в соответствии с процессом примера В-1, экструдировали в 20 л каждого из водных растворов НМО^, имеющих концентрацию ШТО_а, указанную ниже в табл, 14, для получения волокнистого геля.

Каждый из полученных таким образом волокнистых гелей обрабатывали так же, как в примере В-5, причем полученные результаты приведены в табл, В-5 (1) ниже,

2. Каждый из исходных растворов, приготовленных в соответствии с процессом примера В-1, экструдировали

в 20 л 1 н„ водного раствора ΗΝΟ^ для получения волокнистого геля.

40 г каждого из полученных таким образом волокнистых гелей погружали в 500 см³ водного раствора ΗΝΟ^,имеющего концентрацию ΗΝΟ₅, на период времени и при температуре, указанных в табл, 18, после чего соответствующие образцы, обработанные таким образом, обрабатывали по примеру В-ί и получили результаты, приведенные в табл. 18,

Пример В-6. При пониженном давлении 6000 г водного раствора сидиката калия (δίΟ^ 20,8%, К_г0 8,3%,

V 40 ч./млрд.) нагревали при 50°С для гидратации и концентрации, в результате чего получали исходный раствор для получения волокон, содержащих 33% 2ΐθ2.“ Исходный раствор имел вязкость около 80 П при 30 С и обеспечивал также хорошую волокнистость. Приготовленный таким образом исходный раствор.обрабатывали так же, как и в примере В-1, для получения силикагеля в виде коротких волокон. Указанный силикагел ь предварительно нагревали при 150·Ό и затем нагревали при 1200°С в течение 1 ч.

Содержание примесей в полученных частицах окиси кремния следующее:

Иа 0,8 ч,/млн„; К 0,2 ч_о/млн.; С1 0,4 Чо/млНо; V 1 ч./млрд., ТВ 1 ч./млрд.

Пример А-7 и сравнительный пример А-4.

Окись кремния после экстракции при· месей и промывки водой, полученной в примере 1, подвергали сушке при Ю5°С в течение 4ч,

Шесть участков высушенной окиси кремния массой 10,00 г взвешивали и

подвергали термообработке в течение 1 ч при 400; 600; 800; 900; 1000; 1200; 1300 или 1400°С, соответственно.

Каждый образец после 'термообработки охлаждался до комнатной температуры в эксикаторе, после чего определяли его вес и , Затем каждьгй образец находился в термогидростате, при 20°С и относительной влажности 80%, и определялось изменение веса (массы-прим,пер„) с течением времени.

Результаты измерений Приведены в табл, 19. Образцы, термообработанные при Ю00°С или выше, не изменяются в весе, однако, если обработку проводят при 400-900°С, частички окиси кремния абсорбируют из воздуха влагу и с течением времени увеличивают вес,

Аналогачные результаты получены · для высушенной окиси кремния, после того как окись кремния подвергнута тепловой обработке при 1000°С или выше. После тепловой обработки не наблюдалось абсорбции влаги при стоянии на воздухе,

В табл. 20 ) представлены данные

изменения веса частиц окиси кремния^ подвергнутых термообработке при 1200 С в течение различного периода времени (с учетом времени содержания этих частиц в термогид_Ростате при 20 С и относительной влажности 80%).

Преимущества предлагаемого способа заключаются н следующем.

Согласно способу А-1 или способу В-1 использованием в качестве исход— неге материала водного раствора щелочного силиката могут быть получены частицы окиси кремния высокой степени чистоты с очень низким содержанием примесей, в том числе примесей ' радиоактивных элементов, например урана.

Частицы окиси кремния, полученные такими способами, имеют более высокую степень чистоты по сравнению с частицами, полученными известной технологией, и вследствие этого могут быть использованы не только в качестве наполнителей, диспергирующих средств и ТоП., но также в качестве материала для получения прозрачной стеклообразной, окиси кремния, специальной керамики и т,п. Более того, можно ожидать возможность их применения в качестве материтла для наполнителей в полимерных композициях,

15

1653541

16

предназначенных для капсулирования частей электронного оборудования»

Кроме того, использованием в качестве исходного материала водного раствора щелочного силиката способом ⁵ А-2 или способом В-2 предлагаемого изобретения могут быть получены частицы окиси кремния размером 1-100 мкм,, обладающие такой высокой степенью' чистоты, что содержание в них примесей, в том числе примесей радиоактивных элементов, например урана, очень низко, и характеризующиеся низкой гигроскопичностью и небольшой удельной поверхностью.

Частицы окиси Кремния, полученные этими способами, обладают более высокой степенью чистоты, имеют более низкую гигроскопичность и более плотную структуру по сравнению с частицами, полученными известной технологией, и вследствие этого могут быть использованы для изготовления прозрачной стеклообразной окиси кремния, специ- 25 альной херамнхи и т.п., и особенно в качестве наполнителя для полимерных композиций, предназначенных для капсулирования высокоиктвгрнрованных цепей.

30

Формула изобретения

1, Способ получения высокочистой окиси кремния, включающий обработку окиси кремния минеральной кислотой, промывку деионизированной водой и ι сушку,, о тличающийся тем, мто, с целью повышения степени чистоты продукта до содержания щелочного металла менее 10 ч/млн., используют ₄θ окись кремния, полученную в виде волокнистого геля путем экструдирования водного раствора силиката щелочного металла Ме^О.п 5ΐ0₂, где η » 0,5-5,0, с вязкостью 2-500 П через прядильную фильеру, выполненную из сплава золота с платиной или с покрытием из политетрафторэтилена и с диаметром отверстий 0,05-1,0 мм, в ванну для коагуляции, заполненную водорастворимой органической средой, ⁵⁰ выбранной из группы: диметипацетамид, метинол, этанол, диметилформамид, или 0,1-4,0 н. водным раствором серной или азотной кислот, обработку минеральной кислотой ведут при 20- ₍ 55

120°С, при этом кислотную обработку геля, полученного коагуляцией в органической среде, ведут в две стадии в течение 1-360 мин на каждой стадии, используя на первой стадии 0,5 30,0 об.2-ный раствор азотной или серной кислот, а на второй - 10 70 об»2-ный, а кислотную обработку геля, полученного коагуляцией в растворе кислоты, ведут в течение 1360 мин 0,5-4,0 н, раствором азотной или серной кислоты»

2. Способ поп. ^отличающийся тем, что окись кремния дополнительно термообрабатывают при 1000-1400°С в течение 0,1-10,0 ч.

			т	а б л и ц а 1
Пример	Содержание примесей
	На	К	С1	. V | ТЬ
	р»р»т	р.р.ь

А-1 0,9 0,4 1,2 1 4

А-2 0,5 0,4 1,4 1 4

Таблица 2

Наблюдаемое свойство	Пример
А-1	А-2
Распределение частиц		—
по размеру*, мкм' 1-	-100(15)	1-100(15)
Объемный вес, г’/см3	0,55	0,55
Абсорбция воды**, 2 ,	0,0	0,0

*Число в скобках указывает вес средних по размеру частиц

**В каждом случае после тепловой обработки окись кремния оставлялась в термогидростате при 20^вС и относительной влажности 802, после чего измерялось изменение в весе, при этом изменение в весе может указывать на абсорбцию воды.

Таблица 3

Обозначение позиции	Коагулянт	Содержание примесей
Ка,р.р.ш	V,р.р.Ь
А-3-1	ДОФА	1,5	1
А-3-2	Метанол	1,2	1
А-3-3	Этанол	2,3	2

17

1653541

16

Таблица 4

Пример

Концентрация * кислоты на стадии

Содержание примесей

Первая

Вторая

Ыа, ρ.ρ.τη.^ν, р.р.Ь.

А-4-1	0,5	10	9,5	з,о
А-1	5	10	0,9	<1
А-4-2	10	10	2,3	1,5
А-4-3	20	10	8,2	2,5
А-4-4	30	10	9,0	2,8
А-1-1	40	10	40	50
А-1-2	70	10	339	110
А-4-5	10	40	2,5	1,7
А—4-6	10	70	3,4	1,8
—— *КонцентраШся кислоты ·	- об Л (мл Конц., серной кисло-
ты/100 мл рабочего раствора).
			Табл	и ц а 5
Пример	Условия цервой стадии	Содержание примесей
	обработки
	Температура,	Период,	1 1 | А 1 се 1 Ζ 1 1 1_	и,
	®С	мин	ч./млн„	ч./мпрд.
А-4- 1Ь1	120	60	1,5	41
А-4- 1Ь2	80	60	2,5	1,8
А-4- 1ЬЗ	60	60	2,8	2,0
А-4-1Б4	40	60	3,0	2,2
А-4-1Ь5	20	60	4,0	2,8
А-4-1с1	100	1	4,0	2,5
А-4-1с2	100	5	2,7	2,0
А-4-1сЗ	100	180	2,2
А—4—1с4	100	360	2,2	41

Примечание. Условия, отличающиеся от приведенных выше: 1-я стадия - обрабатывающий раствор! 1ΟΖ-ный (по объему) водный раствор Н28О4; 2-я стадия - обрабатывающий раствор: 10%-ный по объему водный раствор Η^δΟ^, температура 100®С, период 1 ч.

Таблиц, а 6

Пример	Условия* второй стадии обработки	Содержание примесей
Температура, °с	Период, мин	На, ч./млн.	V, ч./млрд.
А-4- 2Ы	120	60	1,6	41
А-4- 2Ь2	80	60	2,5	1,7
А-4- 2ЬЗ	60	60	3,4	2,3
А-4- 2Ь4	40	60	4,1	2,7

19

1653541

20

Продолжение табл.6

Пример	Условия* второй	стадии	Содержание примесей
	обработки
	Температура, I Период,	Νβ,	V,
	°С [	мин	ч./млн„	Чу/млрдц
А-4- 2Ь5	20	60	5,0	2,9
А-4-2с1	100	1	А,2	2,9
А-4-2с2	100	5	3,1	2,1
А-4-2сЗ	100	180	2,2	<1
А-4-2с4	100	360	2,1	с1

Примечав ие„ Условия, отличающиеся от приведенных выше: 1-я стадия - обрабатывающий раствор: 10%-ный (по объему) водный раствор , температура 100°С,

период 1 ч; 2-я стадия - обрабатывающий раствор: 10%-ный (по объему) водный раствор Н_г30₄.

Таблица 7

Пример	Концентрация кислоты на стадии	Содержание примесей
Первая	Вторая	Ыа,р.р-.т. |	Ζ р ц р о "Ь в
Α-5-4	0,5	10	5,3	2,7
Α-5-1	5	10	2,8	<Г1
Α-5-2	10	10	5,2	н
Α-5-3	20	10	9,3	1«
Α-5-5	30	10	9,8	2,5
Л-2-1	40	10	50	7
А-2-2	60	10	235	20

Примечание. Концентрация кислоты: об„% (содержание азотной кислоты в см’/100 см³ обрабатывающего раствора) . Таблица 8

Пример	1··., | Условия на первой стадии обработки	Содержание примесей
С, °С	Время, мин	Мд у Р е Р о Ш о	У,р.р„Ь.
А-5-1Ы	120	60	1,9	<1
А-5-1Б2	80	60	3,2	<1
А-5- ГЬЗ	50	60	5,6	1,5
А-5- 1Ь4	20	60	8,6	2,2
А-5-1с1	100	1	6,3	1,8
А-5-1с2	100	10	43,6	<1
А-5-1сЗ	100	180	2,5	<1
А-5-1с4	100	360	2,4	<1
При	м е ч а н	и е. Условия:	2 стадия обрабатывающий

раствор: 10 об.% водный раствор ΗΝΟ^, 1 стадия обрабатывающий раствор; 5 об.водный

раствор ΗΝΟ3, температура 100°С,

время 1 ч.

2 ί

•653541

22

Таблица 9

Пример

Условия во второй стадии	Содержание
Концентрация, об Д	с,°С	Время, мин	Ыа, р.р.т.

V, р.роЪ,

А-3-2а1	20	100	60	3,0	<1
А-5-2а2	40	100	60	3,2	<1
А-5-2аЗ	70	100	60	3,8	<Г1
А-5-2Ы	10	120	60	1,7	<1
А-5-282	10	80	60	3,2	<1
А-5-2ЪЗ	10	50	60	5,8	<1
А-5- 2Ь4	10	20	60	9,8	1
А-5-2с1	10	100	1	7,2	1
А-5-2с2	10	100	10	3,8
А-5-2сЗ	10	100	180	2,5	^1
А-5-2с4	10	100	360	2,4	£1

Примечание. Условия: 1 стадия обрабатывающий раствор: 5 об„Я раствор НЛО_а, температура 100°С, время 1 ч.

Таблица 10

Пример	Вязкость исходного раствора, П	Состояние волокна	Содержание примесей Ма * ρ о ρ о ιπ о
А-6-1	2	Отсутствие слипания	4
А—6-2	10	волокон	1,5
А-6-3	50		1,2
А-6-4	100	Возможно устойчи-	0,9
А-6-5	200	вое получение	1,1
А-6—6	500	волокон	3
Λ-3-1	1	Много слипшихся волокон	120
А-3-2	1000	Невозможно устойчи-	-

,вое образование волокон

Примечание. Значения при 30°С.

Таблица 11

23

1653541

24

Таблица 12

Пример	Концентрация в обрабатывающем 1 растворе, н.	Содержание примесей
Па, I ч./млн I	V, Чо/млрдо
В-1а1	θ,5	2,5	<1
В-1а2	1,5	0,7	<1
В-1аЗ	2,0	0,9	<1
В-1а4	3,0	1,5	<1
В-1а5	4,0	3,0	<1

Таблица 13

Пример	Условия кислотной обра-	Содержание при-
	ботки			месей Иа,
				ч„/млн„
	Температура,	Период	>
	°С	мин
В-1Ы	120	60		0	,2
В-1Ь2	80	60		0	,7
В-163	60	60		1	,5
В-164	40	60		6	,2
В-165	20	60		9	,2
В-1с1	100	1		1	,о
В-1с2	100	5		. 0	,9
В-1сЗ	100	180		0	,5
В-1с4	100	360		0	,4
			т	а б л и ц а 14
Пример	Концентрация	серной	Содержание	примесей
	мом в качестве коа-	Νβ,	Ρ оРо®·	V, р.р.6
	гулянта кислотном
	растворе, н„
В-2-1	0,1			9,5	2,8
В-2-2	0,5			4,0	2,0
В-2-3	1,0			0,6	<1
В-2-4	2,0			0,8	<1
В-2-5	4,0			3,0	2,0
В-1-1 ·	8,0			60	80
В-1-2	16,0			120	100
		Т	1 б	лица	15

Пример	Диаметр отверстий в фильере, мм	Содержание примеси Ыа, р.р.т.
В-3-1	0,2	0,8
В-3-2	0,5	1 ·
В-3-3	1	8
В-3-4	0,05	0,4
Пример
В-2-1	3	100

16?3541

Ζ6

Таблица 16

25

1

Пример

———————,	Г—--------------— ——.
Вязкость	Состояние волокон
исходного
раствора
(паузы),П

Содержание примеси Иа,

р в р оТЛ о

В-4-1	2	Отсутствие слипания	2
В-4-2	10	Возможно устойчивое образование	1
В-4-3	50	волокон	0,6
В-4-4	100		0,6
В-4-5	200		1,5
В-3-1	1	Много слипшихся волокон	50
В-3-2	1000	Невозможно устойчивое образование волокон
Примечание,	Значения при 30°С» Таб	лиц

Пример

Концентрация НПО_? в ра- Содержание приместворе коагулянта, н. сей

Ыа,

V

		Чо/млн,	Чо/млрд
В-5а1	0,1	9,8	2,9
В-5а2	0,5	4,0	2,5
В-5	1,0	1,0	2,1
В-5аЗ	2,0	3,2	2,6
В-5а4	4,0	5,0	2,8
В-4а1	8,0	75	90

Таблица 18

Пример

Условия кислотной обработки

Содержание примесей Νβ,ρ.ρ.ηι

Концентрация кислоты, Но

Темпера- Период, тура,°С мин

4-

В-5Ы	0,5	100	180	5,5
В-5Б2	2,0	100	180	2,5
В-5ЬЗ	з,о	100	180	3,6
В-564 .	4,0	100	180	9,5
В-5с1	1,0	120	180	θ,7
В-5с2	1,0	80	180	1,2
В-5сЗ	1,0	60	180	1,6
В-5с4	1,0	40	180	5,6
В-5с5	1,0	20	180	9,2
В-5-1	1,0	100	1	7,0
В-5-2	1,0	100	5	3,2
В-5-3	1,0	100	60	1,2
В-5-4	1,0	100	360	0,7

««и·

2/

1653541

28

Таблица 19

Пример	Температура термообработки, *С	Продолжительность, ч, и вес, г, образца*	термообработанного
Ч>	μ ι	4 I	6	I -	| 48
А-4-1	400	9,55	9,61	9,68	9,77	9,81	10,00
А-4-2	600	9,42	9,42	9,43	9,45	9,54	9,70
А-4-3	800	9,26	9,28	9,30	9,32	9,45	9,60
А-4-4	900	9,24	9,24	9,26	9,27	9,38	9,50
А-7-1	1000	9,20	9,20	9,20	9,20	9,20	9,20
А-7-2	1200	9,20	9,20	9,20	9,20	9,20	9,20
А-7-3	1300	9,20	9,20	9,20	9,20	9,20	9,20
А-7-4	1400	9,20	9,20	9,20	9,20	9,20	9,20

в котором поддерживается температура 20 С и относитель

*В термогидростате, ная влажность 80Ζ.

Таблица 20

Пример

Время термо- Время выдержки, ч, и масса, г, обработки, термообработанных образцов

		Ч>	2	4 ·			| 48
А-7а1	0,1	9,20	9,20	9,20	9,20	9,20	9,20
А-7а2	0,5	9,20	9,20	9,20	9,20	9,20	9,20
А-7аЗ	2	9,20	9,20	9,20	9,20	9,20	9,20
А-7а4	4	9,20	3,20	9,20	9,20	9,20	9,20
А-7а5	10	9,20	9,20	9,20	9;20	9,20	9,20

Claims (1)

1. Изобр етение относится к способам получения высокочистой окиси кремния и позволяет повысить степень чистоты продукта. Способ предусматривает получение волокнистого геля путем экструдированил водного раствора силиката щелочного металла (МеуУпКхО^) , где число молекул δϊΟ^ равно 0,5-5,0 с вязкостью 2-500 И, через прядильную фильеру,