高純度二氧化矽的製備方法

2023-05-02 15:54:41

專利名稱：高純度二氧化矽的製備方法
技術領域：
本發明涉及無機化工原料製備領域，特別是涉及一種高純度二氧化矽的製備方法。
背景技術：
高純度二氧化矽(5N以上)(N代表小數點後9的位數，如5N表示純度為99. 99999%。)是多晶矽、光電子工業等行業不可缺少的重要基礎材料，也是應用日益廣泛的高新技術材料。傳統的生產高純度二氧化矽的方法主要有矽石精製法、氣相合成法(幹法)和沉澱法(溼法)等。矽石精製法是採用天然的純度很高的石英、矽石通過精製得到高純二氧化矽。此方法受制於原料的限制，不僅數量有限，而且質量上也難以滿足高新材料領域的要求。氣相法以矽的滷化物或矽醇為原料，價格較高，且有可燃性、強腐蝕性，對生產裝置要求高、投資大，生產成本高，不適宜大規模生產。沉澱法通常以矽酸鈉或氟矽酸銨為原料，價格較低，操作相對安全，但是提純的難度較大，產品品質易受原料純度的影響，生產過程有汙染物排放。

發明內容
本發明的目的是提供一種原料成本低廉、操作工藝簡單且生產過程無汙染物排放的高純度二氧化矽的製備方法。為此，本發明的技術方案如下一種高純度二氧化矽的製備方法，包括以下步驟I)硅藻土和氟化銨水溶液在8(T9(TC下反應生成氟矽酸銨溶液和氨氣，所述氟矽酸銨溶液經過濾、離心提純後除去雜質；所述氨氣經純水吸收，製成高純氨水；2)將初步提純後的氟矽酸銨溶液經過多次蒸髮結晶實現固液分離，然後通過洗滌得到高純度氟矽酸銨固體，所述高純度氟矽酸銨固體純度最好不低於4N ；3)將所述高純度氟矽酸銨固體加熱到10(T15(TC，使其分解生成四氟化矽氣體和氟化銨氣體；4)將所述四氟化矽和氟化銨氣體導入到反應設備中，使其與高純氨水進行氨解反應，生成二氧化矽沉澱；5)將所述二氧化矽沉澱通過高速離心脫水、洗滌和真空乾燥，得到純度大於6N高純度二氧化矽粉體。在上述的步驟2)中，將所述提純後的氟矽酸銨溶液放入三效蒸髮結晶器中，經過三次蒸髮結晶實現固液分離；在上述的步驟3)中，將所述高純度氟矽酸銨固體放入熱分解反應器中加熱分解。所述硅藻土中SiO2的含量為95%左右。本發明的方法原料成本較低、操作工藝簡單，生產過程產生的氨氣被水吸收，所以無汙染物產生。用該方法製備的二氧化矽粉體純度大於6N，所以能夠滿足高新技術材料對其純度的要求。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明的方法進行詳細說明。本發明的方法以硅藻土(SiO2含量約為95wt%)為原料，用氟化銨水溶液在一定溫度下溶解、反應，經過沉澱、過濾、離心得到氟矽酸銨溶液；通過蒸髮結晶得到高純度氟矽酸銨固體；高純度氟矽酸銨固體通過熱分解得到高純四氟化矽；四氟化矽氣體與高純度氨水反應，生成二氧化矽沉澱，通過固液分離、洗滌、真空乾燥，製備出高純度二氧化矽粉體。在此過程中，高純氨水由第一步反應得到，最後一步反應生成二氧化矽和氟化銨，氟化銨可繼續循環使用。實施例I
I)硅藻土(SiO2含量約95%)和氟化銨(NH4F)水溶液在8(T90°C條件下攪拌溶解，反應生成氟矽酸銨溶液和氨氣。經過沉澱、過濾、離心等步驟除去雜質，得到純度為99以上的氟矽酸銨溶液，氨氣經純水吸收，製成99. 99%以上的高純度氨水。反應方程式如下Si02+6NH4F — (NH4)2SiF6+2H20+4NH3 (I)2)將所製得的氟矽酸銨溶液導入三效蒸髮結晶器中，經過三次蒸髮結晶實現固液分離，然後通過洗滌得到純度不低於4Ν的高純度氟矽酸銨固體，溶液中部分溶解的雜質被去除。3)將所製得的高純度氟矽酸銨固體在熱分解反應器中加熱到10(T15(TC，使其分解生成四氟化娃(SiF4)氣體和氟化銨(NH4F)氣體,固體中微量的雜質被分離出去。反應方程式如下(NH4)2SiF6 — SiF4 t +NH4F t (2)4)將氣態四氟化矽和氣態氟化銨導入到反應設備中，與步驟I中製得的高純度氨水進行氨解反應，生成二氧化矽沉澱。反應方程式如下SiF4+2NH4F+2H20+4NH3 — SiO2 I +6NH4F (3)5)將製得的二氧化矽沉澱通過離心、洗滌兩遍以上，然後真空乾燥，得到純度>6N的高純二氧化矽粉體。如果在上述的步驟4)中，氟矽酸銨固體的純度< 4N，則應觀察其是否影響後續步驟5)的純度，如果影響，則純度< 4N的氟矽酸銨固體需要返回步驟2)重新進行結晶；如果不影響，可不予考慮。步驟5)的洗滌一般不超過3遍，過多遍數的洗滌對純度的影響有限。該方法製得的產品，其成本不足進口同樣純度產品的1/3，與國內現有技術相比，本發明的生產工藝簡便，生產過程沒有汙染物排放，氟化銨可循環利用。
權利要求
1.一種高純度二氧化矽的製備方法，其特徵在於包括以下步驟 1)硅藻土和氟化銨水溶液在8(T90°C下反應生成氟矽酸銨溶液和氨氣，所述氟矽酸銨溶液經過濾和高速離心後除去雜質，實現初步提純；所述氨氣經純水吸收，製成高純氨水； 2)將初步提純後的氟矽酸銨溶液經過多次蒸髮結晶，通過固液分離進行二次提純，然後通過洗滌得到高純度氟矽酸銨固體； 3)將所述高純度氟矽酸銨固體加熱到10(T15(TC，使其分解生成四氟化矽氣體和氟化銨氣體； 4)將所述四氟化矽和氟化銨氣體導入到反應設備中，使其與高純氨水進行氨解反應，生成二氧化矽沉澱； 5)將所述二氧化矽沉澱通過高速離心脫水、洗滌和真空乾燥，得到純度大於6N的高純度二氧化矽粉體。
2.根據權利要求I所述的製備方法，其特徵在於在步驟2)中，將所述提純後的氟矽酸銨溶液放入三效蒸髮結晶器中，經過三次蒸髮結晶實現固液分離。
3.根據權利要求I所述的製備方法，其特徵在於在步驟3)中，將所述高純度氟矽酸 銨固體放入熱分解反應器中加熱分解。
4.根據權利要求I所述的製備方法，其特徵在於所述硅藻土中Si02的含量為95%左右。
5.根據權利要求I所述的製備方法，其特徵在於所述步驟2)中製得的高純度氟矽酸銨固體純度彡4N。
全文摘要
本發明公開了一種高純度二氧化矽的方法，其以硅藻土為原料，與氟化銨水溶液在一定溫度下反應，經過沉澱、過濾、離心得到氟矽酸銨溶液；通過蒸髮結晶得到高純度氟矽酸銨固體；高純度氟矽酸銨固體通過熱分解得到高純四氟化矽；四氟化矽氣體與高純度氨水反應，生成二氧化矽沉澱，通過固液分離、洗滌、真空乾燥，製備出高純度二氧化矽粉體。該方法原料成本較低、操作工藝簡單、生產過程中無汙染物產生且製備的二氧化矽粉體純度大於6N。
文檔編號C01B33/12GK102874821SQ20121042854
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月31日 優先權日2012年10月31日
發明者吳以舜, 李根長, 程志林, 朱文彬, 張冠軍 申請人:天津舜能潤滑科技股份有限公司