JPH11139818A - Manufacturing method of high purity silica powder - Google Patents
Manufacturing method of high purity silica powderInfo
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- JPH11139818A JPH11139818A JP30522197A JP30522197A JPH11139818A JP H11139818 A JPH11139818 A JP H11139818A JP 30522197 A JP30522197 A JP 30522197A JP 30522197 A JP30522197 A JP 30522197A JP H11139818 A JPH11139818 A JP H11139818A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】光学用石英ガラスなどの光学関連分野、半導体
封止剤、Si単結晶引き上げ用ルツボなど半導体関連分
野で使用できるような高純度のシリカ粉末を安価に製造
する方法を提供する。
【解決の手段】珪酸ソーダより高純度シリカ粉末を製造
するにあたり、(a)珪酸ソーダに酸を加えてpH2未
満に調整し、SiO2として4〜12重量%の酸性珪酸
ソーダ溶液を得る工程;(b)(a)で得られる酸性珪
酸ソーダ溶液の陽イオン量に対して2.5倍以上のイオ
ン交換容量を有した水素型陽イオン交換繊維に該酸性珪
酸ソーダ溶液を通液して高純度活性珪酸の水性コロイド
溶液を得る工程;(c)(b)で得られる高純度活性珪
酸の水性コロイド溶液にアルカリを加えてpHを4〜7
に調整し、分離、洗浄を行い高純度のシリカケーキを得
る工程;(d)(c)で得られる高純度シリカケーキを
乾燥後、粉砕して高純度シリカ粉末を得る工程;を含む
高純度シリカ粉末の製造法を用いる。(57) Abstract: A method for inexpensively producing high-purity silica powder that can be used in optical-related fields such as optical quartz glass, semiconductor encapsulants, and semiconductor-related fields such as crucibles for pulling Si single crystals. I will provide a. In producing high-purity silica powder from sodium silicate, (a) a step of adding an acid to sodium silicate to adjust the pH to less than 2 to obtain an acidic sodium silicate solution of 4 to 12% by weight as SiO 2 ; (B) passing the acidic sodium silicate solution through a hydrogen-type cation exchange fiber having an ion exchange capacity 2.5 times or more the cation amount of the acidic sodium silicate solution obtained in (a), A step of obtaining an aqueous colloidal solution of pure active silicic acid; (c) adding an alkali to the aqueous colloidal solution of high-purity active silicic acid obtained in (b) to adjust the pH to 4 to 7;
(D) drying the high-purity silica cake obtained in (c) and then pulverizing it to obtain a high-purity silica powder. A method for producing silica powder is used.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光学用石英ガラ
ス、フォトマスク用合成石英ガラス板、光ファイバー用
透明石英ガラスなどの光学関連分野、半導体封止材、S
i単結晶引き上げ用ルツボなど半導体関連分野などに用
いられる高純度なシリカ粉末の製造方法に関するもので
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to optical-related fields such as quartz glass for optical use, synthetic quartz glass plate for photomask, and transparent quartz glass for optical fiber, semiconductor encapsulant,
The present invention relates to a method for producing a high-purity silica powder used in a semiconductor-related field such as a crucible for pulling an i-single crystal.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より高純度シリカ粉末の製造法とし
て種々検討されており、例えば、原料として四塩化珪素
を使用する方法としては、塩酸水溶液中に四塩化珪素を
供給し、得られたスラリーを濾過、水洗、乾燥してシリ
カを得る方法(特開昭62−30613号公報)、珪素
アルコキシドを加水分解し、得られたゾルをゲル化し、
これを乾燥してシリカを得る方法(特開平5−4827
号公報)が提案されている。しかしながら、特開昭62
−30613号公報に記載の方法は、原料である四塩化
珪素が高価であり、また加水分解時に大量に発生する塩
化水素を中和するために大量のアルカリが必要であるた
め、安価な製品は得られないという課題があった。ま
た、特開平5−4827号公報に記載の方法は、原料で
ある珪素アルコキシドが高価であるため、安価な製品は
得られないという課題があった。2. Description of the Related Art Conventionally, various methods have been studied for producing high-purity silica powder. For example, as a method of using silicon tetrachloride as a raw material, a method in which silicon tetrachloride is supplied into an aqueous hydrochloric acid solution and the resulting slurry is used. Is filtered, washed with water, and dried to obtain silica (Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-30613), the silicon alkoxide is hydrolyzed, and the obtained sol is gelled.
A method of drying this to obtain silica (JP-A-5-4827)
Publication). However, Japanese Patent Application Laid-Open
In the method described in JP-A-30613, silicon tetrachloride as a raw material is expensive, and a large amount of alkali is required to neutralize a large amount of hydrogen chloride generated during hydrolysis. There was a problem that it could not be obtained. Further, the method described in JP-A-5-4827 has a problem that an inexpensive product cannot be obtained because silicon alkoxide as a raw material is expensive.
【0003】一方、珪酸ソーダを原料とする高純度シリ
カ粉末の製造法としては、特開昭61−270209号
公報には、希釈した珪酸ソーダに酸を加えてpH3.5
〜2に調整し、これを水素型強酸性陽イオン交換樹脂及
びOH型弱酸性陰イオン交換樹脂に通し高純度活性珪酸
溶液を得、これを濃縮、乾固、焼成する方法が示されて
いる。しかしながら、この方法では、pH3.5〜2で
溶液を調整するためイオン交換樹脂内でのゲル化を防ぐ
ため高濃度の珪酸アルカリを流すことは不可能で珪酸濃
度2重量%未満の希薄な酸性珪酸しか得られず、かつ後
工程で大量の水を蒸発させる必要が有り製造プロセスと
しては効率的ではないという問題があった。さらに、特
開平1−126216号公報には、珪酸ソーダを原料と
し、これとシリカゾルまたは珪酸水溶液の混合液を水素
型イオン交換繊維に通液するシリカゾルの製造方法が示
されている。しかしながら、この方法では、珪酸ソーダ
とシリカゾルまたは珪酸水溶液の混合物をイオン交換繊
維に通液する方法であり、アルカリ性を示す珪酸ソーダ
がゾル化する際に不純物元素の内含を防止できずFe,
Alなどの不純物を除去できないという問題があった。On the other hand, as a method for producing high-purity silica powder using sodium silicate as a raw material, Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 61-270209 discloses a method in which an acid is added to diluted sodium silicate to pH 3.5.
22, which is passed through a hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin and an OH-type weakly acidic anion exchange resin to obtain a high-purity active silicic acid solution, which is concentrated, dried and calcined. . However, in this method, it is impossible to flow a high concentration of alkali silicate to prevent gelation in the ion exchange resin because the solution is adjusted to pH 3.5 to 2, and a dilute acid having a silicic acid concentration of less than 2% by weight is impossible. There is a problem that only silicic acid can be obtained and a large amount of water needs to be evaporated in a subsequent step, which is not efficient as a production process. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-126216 discloses a method for producing a silica sol in which a mixed solution of sodium silicate and a silica sol or an aqueous solution of silicic acid is passed through hydrogen-type ion exchange fibers. However, in this method, a mixture of sodium silicate and silica sol or an aqueous solution of silicic acid is passed through the ion-exchange fiber. When sodium silicate showing alkalinity is turned into a sol, the inclusion of impurity elements cannot be prevented, so that Fe,
There is a problem that impurities such as Al cannot be removed.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】本願発明はこれらの課
題を解決することを目的としてなされたものであり、そ
の目的は、上記に記載した従来の課題等を解決する光学
用石英ガラスなどの光学関連分野、半導体封止剤、Si
単結晶引き上げ用ルツボなど半導体関連分野で使用でき
るような高純度のシリカ粉末を安価に製造する方法を提
供するものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made for the purpose of solving these problems, and an object of the present invention is to provide an optical system such as an optical quartz glass for solving the above-mentioned conventional problems. Related fields, semiconductor encapsulants, Si
An object of the present invention is to provide a method for inexpensively producing high-purity silica powder that can be used in semiconductor-related fields such as a crucible for pulling a single crystal.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明者等は上記の課題
を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、工業用珪酸ソーダ
より高純度シリカを製造するに当たり、珪酸ソーダ溶液
等に酸を加えてpH2未満に調整して高濃度の酸性珪酸
ソーダ溶液を得、これを水素型陽イオン交換繊維を用い
てナトリウムイオン及び他の金属不純物を除去した高純
度活性珪酸の水性コロイド溶液を得、さらにNH3を加
えてpHを4〜7に調整し、分離、洗浄して、高純度の
シリカケーキを得た後に、これを乾燥、粉砕することで
高純度シリカ粉末を得られること、さらにこの高純度シ
リカ粉末を粉砕後に、焼成又は粉砕品を造粒後焼成する
ことで溶融ガラスなどの各種用途の原料として有用とな
ることを見出し、本発明を完成するに至った。The present inventors have conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, when producing high-purity silica from industrial sodium silicate, an acid was added to a sodium silicate solution or the like. By adjusting the pH to less than 2, a high-concentration acidic sodium silicate solution was obtained, and this was used to obtain an aqueous colloidal solution of high-purity active silicic acid from which sodium ions and other metal impurities were removed using hydrogen-type cation exchange fibers. After adding 3 to adjust the pH to 4-7, separating and washing to obtain a high-purity silica cake, drying and pulverizing it to obtain a high-purity silica powder. After crushing the silica powder and firing or sintering the crushed product after granulation, they have found that they are useful as raw materials for various uses such as molten glass, and have completed the present invention.
【0006】以下に本発明方法を詳細に説明する。Hereinafter, the method of the present invention will be described in detail.
【0007】先ず本発明において原料とする珪酸ソーダ
について述べる。例えば、市販工業用珪酸ソーダには特
1、1号、2号、3号、4号とあり、Na2OとSiO2
の比率が異なるだけで、すべての工業用珪酸ソーダに適
用できるものである。市販工業用珪酸ソーダの化学分析
値の一例を示すと、大阪曹達製珪酸ソーダ3号ではSi
O2 29.02%、Na2O 9.39%、Al2O3
0.13%、Fe2O30.01%である。また、本発明
の方法において原料とする珪酸ソーダとしては、このよ
うな液状のもののみならず固形状のものも用いることが
できる。珪酸ソーダの濃度としては、製造工程をコンパ
クトにし、またゲル化を容易にし最終的に得られる高純
度シリカ粉末の収量を多くするためにはSiO2濃度と
して高いことが好ましい。First, sodium silicate used as a raw material in the present invention will be described. For example, commercially available sodium silicates for industrial use include No. 1, No. 2, No. 3, No. 4, and Na 2 O and SiO 2.
Is only applicable to all industrial sodium silicates. An example of the chemical analysis value of commercial industrial sodium silicate is as follows.
O 2 29.02%, Na 2 O 9.39%, Al 2 O 3
0.13% and Fe 2 O 3 0.01%. Further, as the sodium silicate used as a raw material in the method of the present invention, not only such a liquid but also a solid silicate can be used. The concentration of sodium silicate is preferably high as the concentration of SiO 2 in order to make the production process compact, facilitate gelation and increase the yield of high-purity silica powder finally obtained.
【0008】次に製造工程に沿って以下に説明する。Next, a description will be given below along a manufacturing process.
【0009】(a)工程 本発明の方法における(a)工程は、酸性でかつSiO
2濃度が高い溶液でも安定であり、後続の(b)工程に
おいて、十分な流動性を与え、かつナトリウム及び他の
不純物を除去可能な酸性珪酸ソーダ溶液を得るものであ
る。ここで、(a)工程で得る4〜12重量%という高
い珪酸濃度でも安定でかつ、アルミニウム、鉄などの不
純物をイオン交換工程で除去するためには、珪酸ソーダ
溶液のpHを2未満に調整することが必須である。この
範囲にあれば、ゲル化が生じたり、次工程のイオン交換
工程において活性珪酸が不純物を内含するのを避けるこ
とができる。逆にpHが2以上の場合にはアルカリ側か
ら酸性側への変化速度が十分ではなく、そのためにゲル
化が起こることがあり、また、イオン交換工程において
活性珪酸が不純物を内含してしまい不純物の除去が不完
全となることがあるため好ましくない。Step (a) In the method of the present invention, the step (a) is carried out under acidic conditions such as SiO 2.
(2 ) An acidic sodium silicate solution which is stable even in a solution having a high concentration and gives sufficient fluidity and can remove sodium and other impurities in the subsequent step (b). Here, the pH of the sodium silicate solution is adjusted to less than 2 in order to be stable even at a high silicic acid concentration of 4 to 12% by weight obtained in the step (a) and to remove impurities such as aluminum and iron in the ion exchange step. It is essential to do. Within this range, it is possible to prevent gelation from occurring and the active silicic acid to contain impurities in the subsequent ion exchange step. On the other hand, when the pH is 2 or more, the rate of change from the alkali side to the acidic side is not sufficient, so that gelation may occur, and the active silicic acid contains impurities in the ion exchange step. It is not preferable because the removal of impurities may be incomplete.
【0010】添加する酸としては、アルカリ側から酸性
側への変化速度が十分となるものであれば特に限定され
ず、塩酸、硫酸、硝酸等の強酸が好ましく用いられ、こ
れらの内でも高純度の酸性珪酸ソーダ溶液を得るために
硝酸が好ましく用いられる。また、酸を珪酸ソーダ溶液
に添加する際には、そのpHがアルカリ側から酸性側へ
の変化速度が十分となって添加時のゲル化を防ぐために
強撹拌した珪酸ソーダ溶液に酸を一気に添加することが
好ましく、その時間としては製造の規模により異なり一
概にはいえないが、数秒〜数分程度で添加することが望
ましい。The acid to be added is not particularly limited as long as the rate of change from the alkaline side to the acidic side is sufficient, and strong acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid are preferably used. In order to obtain an acidic sodium silicate solution, nitric acid is preferably used. When acid is added to the sodium silicate solution, the acid is added to the sodium silicate solution with strong stirring at a stroke in order to prevent the pH from changing from the alkali side to the acid side sufficiently and prevent gelation during the addition. It is preferable that the addition be performed in several seconds to several minutes, although the time varies depending on the scale of production and cannot be unconditionally determined.
【0011】珪酸ソーダ溶液中の珪酸濃度としては、S
iO2として4〜12重量%の範囲が好ましい。この理
由としては、工業的に利用する場合にはその濃度を高く
することで必要な溶液の容量を小さくすることができる
などの生産性の点で、さらに酸性珪酸ソーダ溶液がゲル
化を避けられるといった溶液の安定性の点から好まし
い。この範囲を逸脱し、4重量%未満となる場合には溶
液の容量が大きくなり、後続のイオン交換工程でその処
理に時間がかかるなど生産性が低下し、また12重量%
を超えるとゲル化が起こるため好ましくない。The concentration of silicic acid in the sodium silicate solution is S
range of 4 to 12 wt% is preferred as iO 2. The reason for this is that in the case of industrial use, the acid sodium silicate solution can be further prevented from gelling in terms of productivity such that the volume of the necessary solution can be reduced by increasing its concentration. It is preferable from the viewpoint of the stability of the solution. If the content is out of this range and is less than 4% by weight, the volume of the solution becomes large, and the subsequent ion exchange step takes a long time to perform the treatment.
Exceeding this is not preferred because gelation occurs.
【0012】(b)工程 本発明の方法における(b)工程は、(a)工程で得ら
れる酸性珪酸ソーダ溶液を水素型強酸性陽イオン交換繊
維に通液し、溶液中の陽イオン性の金属不純物を除去し
て高純度の活性珪酸の水性コロイド溶液を得るものであ
る。Step (b) In the step (b) of the method of the present invention, the acidic sodium silicate solution obtained in the step (a) is passed through a hydrogen-type strongly acidic cation exchange fiber, and the cationic property in the solution is reduced. This is to obtain a high-purity aqueous colloidal solution of active silicic acid by removing metal impurities.
【0013】ここで、(b)工程で用いられる水素型強
酸性陽イオン交換繊維としては、(a)工程で得られる
高濃度の酸性珪酸ソーダ溶液を速やかにかつ効率的に高
純度の活性珪酸へと変換しうるものであることが重要で
ある。従って、例えばスルホン酸基のような強酸性の基
を有したイオン交換体により速やかにかつ効率的に珪酸
ソーダを水素型の活性珪酸へ変換することで処理中にゲ
ル化が生じることを避けることができるのである。これ
に対し、強酸性の基の代わりにスルホン酸基のような弱
酸性の基を有したイオン交換体により処理すると、イオ
ン交換の効率が落ちることがあったり処理中にゲル化が
起こることがあり好ましくない。Here, as the hydrogen-type strongly acidic cation exchange fiber used in the step (b), the high-concentration acidic sodium silicate solution obtained in the step (a) can be quickly and efficiently purified with high-purity active silicate. It is important that it can be converted to Therefore, it is possible to avoid the occurrence of gelation during the treatment by rapidly and efficiently converting sodium silicate to active silicic acid in a hydrogen form by an ion exchanger having a strongly acidic group such as a sulfonic acid group. You can do it. In contrast, treatment with an ion exchanger having a weakly acidic group such as a sulfonic acid group instead of a strongly acidic group may reduce the efficiency of ion exchange or cause gelation during the treatment. There is not preferred.
【0014】さらに、イオン交換体としてイオン交換繊
維を用いるのは、その比表面積が大きいためにイオン交
換速度が大きいことや、イオン交換樹脂に比べ小さな細
孔がなく圧力損失が小さいために通液速度を大きくとれ
ることにより、イオン交換処理を迅速にでき、またゲル
化を避けることができるからである。これに対し、
(b)工程において陽イオン交換樹脂を用いた場合、高
濃度の酸性珪酸ソーダ溶液を通液すると樹脂内にゲル状
物が析出することがあり好ましくない。このような
(b)工程に適した水素型強酸性陽イオン交換繊維とし
ては、例えば市販の工業製品として容易に入手でき、そ
の例としてはニチビ製 IEF−SCが挙げられる。Further, the ion exchange fiber is used as the ion exchanger because the specific surface area is large and the ion exchange rate is high. This is because by increasing the speed, the ion exchange treatment can be performed quickly and gelation can be avoided. In contrast,
When a cation exchange resin is used in the step (b), it is not preferable that a high-concentration acidic sodium silicate solution is passed through, so that a gel-like substance may precipitate in the resin. The hydrogen-type strongly acidic cation exchange fiber suitable for the step (b) can be easily obtained, for example, as a commercially available industrial product, and an example thereof is IEF-SC manufactured by Nichibi.
【0015】また、本発明の方法において用いられるイ
オン交換繊維の交換容量としては、通液する酸性珪酸ソ
ーダ溶液中のナトリウムイオン、鉄イオン、アルミニウ
ムイオンなどの陽イオンの総当量の2.5倍以上である
ことが好ましい。2.5倍未満ではイオン交換が不十分
で通液後の不純物量がppm以上となり高純度酸性珪酸
は得られないため好ましくない。さらに、イオン交換容
量としては、高濃度の珪酸ソーダ溶液を速やかにかつ効
率的に高純度の活性珪酸へと変換するためには、イオン
交換繊維の単位重量当たりのイオン交換容量が大きいこ
とが好ましい。The exchange capacity of the ion-exchange fiber used in the method of the present invention is 2.5 times the total equivalent of cations such as sodium ions, iron ions and aluminum ions in the acidic sodium silicate solution passing therethrough. It is preferable that it is above. If the ratio is less than 2.5 times, ion exchange is insufficient and the amount of impurities after passing the solution is not less than ppm, so that high-purity acidic silicic acid cannot be obtained. Further, as the ion exchange capacity, it is preferable that the ion exchange capacity per unit weight of the ion exchange fiber is large in order to quickly and efficiently convert the high-concentration sodium silicate solution to high-purity active silicic acid. .
【0016】(b)工程における通液の条件としては、
高濃度の酸性珪酸ソーダ溶液を前記した水素型強酸性陽
イオン交換繊維に通液すればよいのであるが、通液の速
度として空間速度によりイオン交換処理を制御すること
ができる。ここで、空間速度とは、例えば次式(1)に
より求められる。The conditions for liquid passing in the step (b) are as follows:
What is necessary is just to pass a high-concentration sodium silicate solution through the above-mentioned hydrogen-type strongly acidic cation exchange fiber, and the ion exchange treatment can be controlled by the space velocity as the passing speed. Here, the space velocity is obtained by, for example, the following equation (1).
【0017】 空間速度((時間)-1))=通液量(L/時間)/イオン交換繊維の充填体積 (L) (1) この空間速度としては、イオン交換繊維の充填された充
填塔の形状や酸性珪酸ソーダ溶液中の珪酸濃度などによ
り変動し一概にはいえないが、通常1.5〜10(時
間)-1程度で実施される。この数値が小さすぎるとイオ
ン交換処理の時間がかかりすぎ、また大きすぎるとイオ
ン交換繊維の細孔内においてゲル化が起こることがあ
り、好ましくない。Space velocity ((hour) −1 )) = flow rate (L / hour) / filled volume of ion exchange fiber (L) (1) The space velocity is a packed tower filled with ion exchange fiber. Although it fluctuates depending on the shape of silica and the concentration of silicic acid in the acidic sodium silicate solution, it cannot be said unconditionally, it is usually carried out at about 1.5 to 10 (hour) -1 . If this value is too small, it takes too much time for the ion exchange treatment, while if it is too large, gelation may occur in the pores of the ion exchange fiber, which is not preferable.
【0018】このようにして、高濃度の酸性珪酸ソーダ
溶液をイオン交換処理することで、高純度な活性珪酸が
水中で安定にコロイド状態にて存在した水性コロイド溶
液として得ることができる。In this way, by subjecting a high-concentration acidic sodium silicate solution to an ion exchange treatment, a high-purity active silicic acid can be obtained as an aqueous colloidal solution stably present in water in a colloidal state.
【0019】(c)工程 本発明の方法における(c)工程は、(b)工程で得ら
れた高純度な活性珪酸をゲル化させるためにアルカリを
用いてそのpHを4〜7の範囲にし、得られたゲルを分
離、洗浄して高純度のシリカケーキを得るものであり、
pHを4〜7に調整する理由は、このpHの範囲を逸脱
するとゲル化が起こらないことにある。Step (c) In the step (c) in the method of the present invention, the pH of the high-purity active silicic acid obtained in the step (b) is adjusted to 4 to 7 using an alkali for gelling. The obtained gel is separated and washed to obtain a silica cake of high purity,
The reason for adjusting the pH to 4 to 7 is that gelation does not occur outside of this pH range.
【0020】ここで、添加するアルカリとしては、pH
を4〜7の範囲に調整でき、後工程において添加したア
ルカリ分が最終的に得られる高純度シリカ粉末中に残存
しないものであればよく、好ましくは、乾燥あるいは焼
成により揮発するアンモニアである。また、アルカリの
純度としても混入しうる各元素が0.1ppm以下の高
純度のものが望ましい。さらに、アンモニア水を用いた
場合にはその濃度として5〜28重量%のものが使用し
やすい。Here, the alkali to be added is pH
Can be adjusted in the range of 4 to 7, and any alkali that has been added in the subsequent step does not remain in the finally obtained high-purity silica powder, and is preferably ammonia that is volatilized by drying or firing. In addition, it is preferable that each element that can be mixed in with the purity of the alkali be as high as 0.1 ppm or less. Further, when ammonia water is used, one having a concentration of 5 to 28% by weight is easily used.
【0021】アルカリの添加により得られたゲルを撹拌
羽、カッターなどで破砕させ高純度水の中に浸したの
ち、これを分離して、水洗することにより生成した塩を
除去した、含水粉末あるいは塊状物である高純度シリカ
ケーキを得る。ここで用いられる高純度水としては、大
量に用いられるため混入しうる各元素が1ppb以下の
高純度であることが好ましい。また、ゲルを高純度水に
浸した後に分離する方法としては、濾過、遠心分離、デ
カンテーションなど公知の方法を用いることができる
が、これらの内でも(c)工程で得られるシリカケーキ
の含水率を低くして後工程である乾燥の際の負担を軽減
するために濾過が好ましく用いられる。このようにして
水洗されることで処理中に生じた塩、これは前工程で用
いた酸、アルカリによりその形態は変わるが、この塩を
除去して高純度なシリカケーキを得ることができる。The gel obtained by the addition of the alkali is crushed with a stirring blade, a cutter, or the like, immersed in high-purity water, separated, and washed with water to remove the salt formed. A high-purity silica cake as a lump is obtained. As the high-purity water used here, since it is used in a large amount, it is preferable that each element that can be mixed has a high purity of 1 ppb or less. Known methods such as filtration, centrifugation, and decantation can be used as a method for separating the gel after immersion in high-purity water, and among these methods, the water-containing silica cake obtained in the step (c) can be used. Filtration is preferably used in order to reduce the rate and reduce the burden of drying in the subsequent step. The salt formed during the treatment by washing with water in this manner changes its form depending on the acid and alkali used in the previous step, but this salt can be removed to obtain a high-purity silica cake.
【0022】(d)工程 本発明の方法における(d)工程は、(c)工程で得ら
れた高純度シリカケーキを熱風乾燥、真空乾燥等の公知
の方法で乾燥後、ハンマーミル、乳鉢、らいかい機、ロ
ール粉砕機などにより粉砕して高純度シリカ粉末を得る
ものである。Step (d) In the step (d) in the method of the present invention, the high-purity silica cake obtained in the step (c) is dried by a known method such as hot-air drying or vacuum drying, and then dried with a hammer mill, mortar, A high-purity silica powder is obtained by crushing with a grinder, a roll crusher or the like.
【0023】また、その用途に応じて、粉砕された粉末
に残留するOH基を少なくしたり、また比表面積を小さ
くする場合には、そのまま焼成、あるいは転動造粒など
で造粒後焼成してもよい。焼成する場合の焼成温度とし
ては通常実施される条件でよいが、高純度シリカ粉末中
の吸着水を除去する目的であれば200℃以上が好まし
く、またシリカ表面のシラノール基を除去する目的には
800℃以上の加熱が好ましい。また、焼成の際の雰囲
気としては、大気中、不活性ガス下あるいは真空中のい
ずれでもよい。In order to reduce the OH groups remaining in the pulverized powder or to reduce the specific surface area, depending on the intended use, calcination may be carried out as it is or after granulation such as by rolling granulation. You may. The baking temperature in the case of baking may be a condition usually performed, but is preferably 200 ° C. or more for the purpose of removing adsorbed water in high-purity silica powder, and for the purpose of removing silanol groups on the silica surface. Heating at 800 ° C. or higher is preferred. The firing may be performed in the atmosphere, under an inert gas, or in a vacuum.
【0024】以上のようにして高純度のシリカ粉末を得
ることができ、その純度としてはファイブ9といった高
純度のものを得ることができる。このような高純度品
は、不純物による光吸収が問題となる光学関連分野や、
高温での不純物の揮散が問題となる半導体関連分野に好
適である。As described above, a high-purity silica powder can be obtained, and a high-purity silica powder such as Five 9 can be obtained. Such high-purity products are used in optical-related fields where light absorption by impurities is a problem,
It is suitable for a semiconductor-related field where volatilization of impurities at a high temperature becomes a problem.
【0025】[0025]
【実施例】以下、実施例において本発明をさらに詳細に
説明する。しかし、本発明はこれら実施例のみに限定さ
れるものではない。尚、実施例における各測定方法は以
下の通りである。The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to only these examples. In addition, each measuring method in an Example is as follows.
【0026】<化学組成の測定方法>SiO2について
は試料をそのまま1000℃に加熱後その重量を測定す
ることで、Na、Alについては試料を酸を用い溶解し
た後ICP−MS装置(VGエレメンタル社製、型式:
プラクマクオード2)を用いて、Feについては試料を
酸を用い溶解した後ICP−AES装置(パーキンエル
マー社製、型式:optima 3000DV)を用い
て測定し、これらをNa2O、Al2O3、Fe2O3に換
算して求めた。<Measurement Method of Chemical Composition> For SiO 2 , the sample was heated to 1000 ° C. and the weight was measured. For Na and Al, the sample was dissolved using an acid, and then an ICP-MS device (VG Elemental) was used. Made by company, Model:
The sample was dissolved in an acid using a pharmacode 2) and then Fe was measured using an ICP-AES apparatus (Perkin Elmer, model: optima 3000DV), and these were measured using Na 2 O and Al 2 O. 3 , calculated in terms of Fe 2 O 3 .
【0027】<pHの測定方法>溶液のpHをpHメー
ター(DKK社製、型式:PHL−10)にて測定し
た。<Method for Measuring pH> The pH of the solution was measured with a pH meter (manufactured by DKK, Model: PHL-10).
【0028】実施例1 (a)工程 前述した3号の珪酸ソーダ溶液(組成:SiO2 2
9.02%、Na2O9.39%、Al2O3 0.13
%、Fe2O3 0.01%)35mlにイオン交換水1
05mlを加えて140mlとした(SiO2として
7.25重量%、Na2Oとして2.34重量%)。こ
の希釈した溶液をテフロン製撹拌子で強撹拌しながら、
試薬特級の濃硝酸(HNO3 61.3重量%)8ml
を一気に添加した。得られた溶液は透明でpH1.0を
示した。Example 1 (a) Step The above-mentioned sodium silicate solution No. 3 (composition: SiO 2 2)
9.02%, Na 2 O9.39%, Al 2 O 3 0.13
%, Fe 2 O 3 0.01%) 35 ml of deionized water 1
05 ml was added to make 140 ml (7.25% by weight as SiO 2 , 2.34% by weight as Na 2 O). While vigorously stirring this diluted solution with a Teflon stirring bar,
8 ml of reagent grade concentrated nitric acid (HNO 3 61.3% by weight)
Was added all at once. The resulting solution was clear and showed a pH of 1.0.
【0029】(b)工程 上記酸性珪酸ソーダ溶液80ml(陽イオンとして61
meq)を、水素型陽イオン交換繊維IEF−SC ド
ライベースで53.2g(交換容量として202me
q)を充填したカラムに1時間当たり空間速度1.5で
通液しpH0.2の活性珪酸を回収した。Step (b) 80 ml of the above sodium acid silicate solution (61 cations)
meq) was converted to 53.2 g (202 me as an exchange capacity) on a hydrogen-based cation exchange fiber IEF-SC dry base.
The solution was passed through a column packed with q) at a space velocity of 1.5 per hour to recover activated silicic acid having a pH of 0.2.
【0030】(c)工程 上記活性珪酸に高純度水で希釈した5重量%アンモニア
水を35ml添加し、pHを2に調整した。調整後、1
0分でゲル化した。ゲルをテフロン製棒で細かくつぶし
高純度水200mlに投入し、30分間撹拌した。撹拌
終了後、ブフナー濾過機により減圧ろ過し高純度水20
0mlで洗浄した。Step (c) The activated silica was adjusted to pH 2 by adding 35 ml of 5% by weight aqueous ammonia diluted with high-purity water. After adjustment, 1
It gelled in 0 minutes. The gel was finely crushed with a Teflon rod, poured into 200 ml of high-purity water, and stirred for 30 minutes. After completion of the stirring, the mixture was filtered under reduced pressure using a Buchner filter to remove high-purity water 20.
Washed with 0 ml.
【0031】(d)工程 上記シリカケーキをクリーンオーブン中80℃で12時
間乾燥し、塊状の乾燥品を得た。乾燥物を石英性乳鉢に
より粉末状に粉砕した。吸着水を除去する目的で乾燥粉
を200℃、1時間焼成した。この粉末を化学分析した
ところSiO2に対し、Na2O 0.1ppm、Al2
O3 2.0ppm、Fe2O3 0.8ppmの高純度
シリカ粉末を出発原料の90%となる収率で得た。Step (d) The silica cake was dried in a clean oven at 80 ° C. for 12 hours to obtain a lump dried product. The dried product was pulverized with a quartz mortar into powder. The dried powder was calcined at 200 ° C. for one hour for the purpose of removing adsorbed water. This powder to SiO 2 Chemical analysis, Na 2 O 0.1ppm, Al 2
O 3 2.0 ppm, was obtained in 90% become yield of high purity silica powder starting material of Fe 2 O 3 0.8ppm.
【0032】実施例2 (a)工程 実施例1と同じ3号の珪酸ソーダ溶液35mlにイオン
交換水70mlを加えて105mlとした(SiO2と
して9.67重量%、Na2Oとして3.13重量
%)。この希釈した溶液をテフロン製撹拌子で強撹拌し
ながら、試薬特級の濃硝酸(HNO3 61.3重量
%)10mlを一気に添加した。得られた溶液は透明で
PH0.9を示した。Example 2 (a) Step 70 ml of ion-exchanged water was added to 35 ml of the same sodium silicate solution of No. 3 as in Example 1 to make 105 ml (9.67% by weight as SiO 2 and 3.13 as Na 2 O). weight%). While the diluted solution was vigorously stirred with a Teflon stirrer, 10 ml of reagent grade concentrated nitric acid (HNO 3 61.3% by weight) was added at once. The resulting solution was clear and showed a pH of 0.9.
【0033】(b)工程 酸性珪酸ソーダ溶液の通液量を48mlとした以外は実
施例1と同様に実施した。Step (b) The same procedure as in Example 1 was carried out except that the flow rate of the acidic sodium silicate solution was changed to 48 ml.
【0034】(c)、(d)工程は実施例1と同一。乾
燥粉末を化学分析したところNa2O 0.2ppm、
Al2O3 0.9ppm、Fe2O3 0.6ppmの高
純度シリカ粉末を出発原料の90%となる収率で得た。The steps (c) and (d) are the same as in the first embodiment. When the dry powder was chemically analyzed, 0.2 ppm of Na 2 O was obtained.
High-purity silica powder of 0.9 ppm of Al 2 O 3 and 0.6 ppm of Fe 2 O 3 was obtained at a yield of 90% of the starting material.
【0035】実施例3 (a)〜(c)工程は実施例1と同様に実施した。Example 3 The steps (a) to (c) were performed in the same manner as in Example 1.
【0036】(d)工程 シリカケーキをクリーンオーブン中80℃、12時間乾
燥し塊状の乾燥物を得た。乾燥物を石英性乳鉢により粉
砕し、粉砕品を石英性ボートに充填し石英製管状で10
00℃、2時間焼成した。得られた焼成物の化学分析を
したところNa2O 1ppm、Al2O3 3ppm、
Fe2O3 2ppmの高純度シリカ粉末を出発原料の9
0%となる収率で得た。Step (d) The silica cake was dried in a clean oven at 80 ° C. for 12 hours to obtain a lump of dried product. The dried product is pulverized with a quartz mortar, and the pulverized product is filled in a quartz boat and made into a quartz tube.
It was baked at 00 ° C. for 2 hours. The calcined product obtained was subjected to chemical analysis to find that 1 ppm of Na 2 O, 3 ppm of Al 2 O 3,
High purity silica powder of 2 ppm Fe 2 O 3 was used as starting material 9
Obtained in a yield of 0%.
【0037】比較例1 (a)工程 前述した3号の珪酸ソーダ溶液35mlにイオン交換水
35mlを加えて70mlとした(SiO2として1
4.51重量%、Na2Oとして4.70重量%)。こ
の2倍に希釈した溶液をテフロン製撹拌子で強撹拌しな
がら、試薬特級の濃硝酸(HNO361.3重量%)1
0mlを一気に添加した。添加後瞬時にゲル化した。Comparative Example 1 Step (a) 35 ml of ion-exchanged water was added to 35 ml of the sodium silicate solution of No. 3 described above to make 70 ml (1 as SiO 2).
4.51% by weight, 4.70% by weight as Na 2 O). While strongly stirring the solution diluted twice with a Teflon stirrer, a reagent grade concentrated nitric acid (HNO 3 61.3% by weight) 1
0 ml was added all at once. It gelled immediately after the addition.
【0038】このようにSiO2の濃度が高い場合には
酸性珪酸ソーダ溶液を得る際にゲル化が起こってしまう
ことが分かった。It has been found that when the concentration of SiO 2 is high, gelation occurs when an acidic sodium silicate solution is obtained.
【0039】比較例2 (a)工程は実施例1と同様に実施した。Comparative Example 2 The step (a) was performed in the same manner as in Example 1.
【0040】(b)工程 上記酸性珪酸ソーダ溶液140ml(陽イオンとして1
07meq)を、水素型陽イオン交換繊維IEF−SC
ドライベースで53.2g(交換容量として202me
q)を充填したカラムに1時間当たり空間速度1.5で
通液しpH0.1の活性珪酸を回収した。Step (b) 140 ml of the above acidic sodium silicate solution (1 cation)
07meq) to hydrogen-type cation exchange fiber IEF-SC
53.2g on a dry basis (202me as replacement capacity)
The solution was passed through a column packed with q) at a space velocity of 1.5 per hour to recover activated silica having a pH of 0.1.
【0041】(c)〜(d)工程は実施例1と同様に実
施した。乾燥粉末を化学分析したところNa2O 10
00ppm、Al2O3 100ppm、Fe2O3 30
ppmの不純物量の多い粉末が得られた。Steps (c) to (d) were performed in the same manner as in Example 1. Chemical analysis of the dried powder revealed that Na 2 O 10
00 ppm, Al 2 O 3 100 ppm, Fe 2 O 3 30
A powder having a high impurity content of ppm was obtained.
【0042】このようにイオン交換繊維のイオン交換容
量が酸性珪酸ソーダ中の珪酸量に比べ少ない場合にはイ
オン交換処理が不完全なものとなることが分かった。As described above, it was found that when the ion exchange capacity of the ion exchange fiber was smaller than the amount of silicic acid in the acidic sodium silicate, the ion exchange treatment was incomplete.
【0043】[0043]
【発明の効果】本発明は珪酸ソーダを原料として珪酸濃
度の高い酸性珪酸ソーダにし、これをイオン交換繊維に
通液し、容易に高濃度で高純度の活性珪酸を得、これを
粉末化するものである。本発明によれば、高い珪酸濃度
であっても効率的にイオン交換して高純度品を得ること
ができるため反応装置をコンパクトにすることができ、
また、ゲル化後に分離して固形分を得ることで乾燥時の
負担が小さくて済み、光学関連分野、半導体関連分野で
使用される高純度なシリカ粉末を安価に製造できるため
産業上有用である。According to the present invention, an acidic sodium silicate having a high silicic acid concentration is prepared from sodium silicate as a raw material, and this is passed through an ion exchange fiber to easily obtain a high-concentration and high-purity active silicic acid, which is powdered. Things. According to the present invention, a high-purity product can be obtained by efficient ion exchange even at a high silicic acid concentration, so that the reaction apparatus can be made compact,
In addition, since separation after gelation to obtain a solid content reduces the burden on drying, it is industrially useful because high-purity silica powder used in optical-related fields and semiconductor-related fields can be produced at low cost. .
Claims (3)
るにあたり、(a)珪酸ソーダに酸を加えてpH2未満
に調整し、SiO2として4〜12重量%の酸性珪酸ソ
ーダ溶液を得る工程;(b)(a)で得られる酸性珪酸
ソーダ溶液の陽イオン量に対して2.5倍以上のイオン
交換容量を有した水素型陽イオン交換繊維に該酸性珪酸
ソーダ溶液を通液して高純度活性珪酸の水性コロイド溶
液を得る工程;(c)(b)で得られる高純度活性珪酸
の水性コロイド溶液にアルカリを加えてpHを4〜7に
調整し、分離、洗浄を行い高純度のシリカケーキを得る
工程;(d)(c)で得られる高純度シリカケーキを乾
燥後、粉砕して高純度シリカ粉末を得る工程;を含むこ
とを特徴とする高純度シリカ粉末の製造法。(1) In producing a high-purity silica powder from sodium silicate, (a) adding acid to sodium silicate to adjust the pH to less than 2 to obtain an acidic sodium silicate solution of 4 to 12% by weight as SiO 2 ; (B) passing the acidic sodium silicate solution through a hydrogen-type cation exchange fiber having an ion exchange capacity 2.5 times or more the cation amount of the acidic sodium silicate solution obtained in (a), (C) obtaining an aqueous colloidal solution of active silicic acid; (c) adjusting the pH to 4 to 7 by adding an alkali to the aqueous colloidal solution of active silicic acid obtained in (b); A method for producing a high-purity silica powder, comprising: a step of obtaining a silica cake; a step of drying and then pulverizing the high-purity silica cake obtained in (d) and (c) to obtain a high-purity silica powder.
ルカリがアンモニアであることを特徴とする高純度シリ
カ粉末の製造法。2. A method for producing high-purity silica powder, wherein the alkali is ammonia in the step (c) according to claim 1.
において、高純度シリカケーキを粉砕後、焼成又は粉砕
品を造粒後焼成することを特徴とする高純度シリカ粉末
の製造法。3. The step (d) according to claim 1 or claim 2.
The method for producing a high-purity silica powder according to any one of claims 1 to 3, wherein the high-purity silica cake is pulverized and then fired or the pulverized product is granulated and then fired.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30522197A JPH11139818A (en) | 1997-11-07 | 1997-11-07 | Manufacturing method of high purity silica powder |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30522197A JPH11139818A (en) | 1997-11-07 | 1997-11-07 | Manufacturing method of high purity silica powder |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11139818A true JPH11139818A (en) | 1999-05-25 |
Family
ID=17942507
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30522197A Pending JPH11139818A (en) | 1997-11-07 | 1997-11-07 | Manufacturing method of high purity silica powder |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11139818A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011241113A (en) * | 2010-05-18 | 2011-12-01 | Taiheiyo Cement Corp | Method for producing high purity silica |
| CN103403124A (en) * | 2011-02-22 | 2013-11-20 | 赢创德固赛有限公司 | Process for the preparation of high-purity aqueous colloidal silica sols from alkali metal silicate solutions |
| JP2015020916A (en) * | 2013-07-16 | 2015-02-02 | ケイ・エス・ティ・ワ−ルド株式会社 | Method for manufacturing high-purity synthetic silica powder |
-
1997
- 1997-11-07 JP JP30522197A patent/JPH11139818A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011241113A (en) * | 2010-05-18 | 2011-12-01 | Taiheiyo Cement Corp | Method for producing high purity silica |
| CN103403124A (en) * | 2011-02-22 | 2013-11-20 | 赢创德固赛有限公司 | Process for the preparation of high-purity aqueous colloidal silica sols from alkali metal silicate solutions |
| CN103403124B (en) * | 2011-02-22 | 2015-09-30 | 赢创德固赛有限公司 | Process for the preparation of high-purity aqueous colloidal silica sols from alkali metal silicate solutions |
| JP2015020916A (en) * | 2013-07-16 | 2015-02-02 | ケイ・エス・ティ・ワ−ルド株式会社 | Method for manufacturing high-purity synthetic silica powder |
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