专利名称：一种高纯二氧化硅的生产方法
技术领域：
本发明涉及二氧化硅，更具体地说，本发明涉及高纯度二氧化硅的生产方法。
背景技术：
众所周知，高纯度二氧化硅具有稳定和独特的物理化学性能，其制品工作状态稳定且寿命高，因而是半导体工业、集成电路、光导纤维和功能陶瓷等高技术领域不可或缺的基础材料。
迄今为止，制备高纯二氧化硅分为天然法和合成法两大类。天然法系采用高纯硅矿石作原料，由于天然水晶资源少、纯度不稳定，而且矿石硬度大，在研磨过程中研磨体的磨损会对矿粉造成污染，导致矿粉中铁等有害杂质升高，严重影响矿粉的质量。合成法又分为干法和湿法两种，干法是以硅的卤化物为原料，通过气相法制造，虽产品质量高，但原料价格昂贵，设备要求高，投资及产品成本均较高。湿法是以硅酸钠为原料，用沉淀法制备，但其涉及到原料的纯化问题，尤其是所用的氟硅酸属液体强酸，要从磷矿石出发制取，杂质极多，要将其中的金属离子去除到1PPm以下极其困难，往往是去除某种离子的同时却又带进一种新的离子，使纯化工序增多，杂质却最终分离不彻底。因此，如何有效地提高二氧化硅的纯度，这是一个长期未能解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种原料价格低，工艺流程合理，操作简便，品质优良的高纯二氧化硅的生产方法。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为重量百分数。
本发明提供了一种高纯二氧化硅的生产方法，该方法采用下述顺序的步骤(1)以工业氟硅酸钠为原料，用去离子水进行溶解，制成饱和溶解液，在-6℃～-3℃下，经3～5次重结晶纯化；(2)加入45～55倍重量的去离子水溶解，煮沸，缓缓滴加浓度为25％～35％氢氧化钠溶液，氢氧化钠与氟硅酸钠重量比为1∶1.1～1.3，在90℃～95℃下搅拌8～12分钟，然后真空抽滤；(3)滤饼用38～42倍重量的去离子水混匀，加入去离子水体积的8％～10％、浓度为25％～35％的硫酸，搅拌均匀，真空抽滤；(4)重复步骤(3)的操作；(5)滤饼用90℃～95℃去离子水洗涤2～4次，在100℃～110℃下干燥20～30分钟，移至电炉中，在940℃～960℃下灼烧40～45分钟，冷却至室温；(6)将步骤(5)的所得物用90℃～95℃去离子水洗涤2～3次，在100℃～110℃下加热干燥20～30分钟，移至电炉中，在940℃～960℃下灼烧30～40分钟；冷至室温，经研磨，即为所需的高纯二氧化硅成品。
其中，所述的去离子水的电导率为1.0～0.1μS/cm。
上述步骤(2)中所述的氢氧化钠溶液为离子膜烧碱溶液。
上述步骤(3)中所述的硫酸为化学纯试剂。
本发明进一步包括将上述步骤(6)中经研磨的物料通过内孔直径为0.149毫米的工业筛进行筛选。
本发明生产过程中还有氟化钠生成，浓度高的溶液经蒸发浓缩结晶得到副产品氟化钠，浓度低的溶液加入石灰乳中和后达标排放。
本发明的产品，经云南省农业科学院植保土肥测试分析中心采用ICP法测定，二氧化硅的含量高达99.992％，测定结果见表1。
表1
与现有技术相比，本发明具有下列突出优点1.现有制备高纯二氧化硅的湿法工艺，一般都是将几种工业品原料放在一起反应，然后在反应系统中再来去除杂质，因系统中同时存在多种离子，除杂过程繁琐，且因多种效应导致杂质不易彻底去除。本发明从一个新的思路出发，把注意力集中在原料上。即在化学反应前，用去离子水先对氟硅酸钠进行3～5次重结晶，将其高度纯化；而采用离子膜烧碱溶液也保证了氢氧化钠的纯净度；从而使生成的二氧化硅具有高纯度，这是本发明的独到之处。
2.本发明首次以氟硅酸钠和氢氧化钠为原料，并通过正交法优化确定了氢氧化钠的浓度及添加量，高于此点，析出的二氧化硅形成逆向溶解，低于此点二氧化硅析出不完整。
3.本发明添加了硫酸作精制剂，精制剂的作用是有效防止原料中的其它金属离子与二氧化硅一道析出，进一步提高了产品的纯度。
4.本发明工艺条件温和，易于控制，整个工艺除了真空抽滤外，均在常压下进行，最后的灼烧温度也只需940℃～960℃，工艺简单，操作方便。
5.本发明采用经济可行的工艺路线，用廉价的原料生产出高品质的产品，在销售价为8万元/吨的情况下，每吨产品税后利润在4万元以上，具有良好的开发应用前景。
具体实施例方式
通过下面给出的具体实施例，可以进一步清楚地了解本发明。但它们并不是对本发明的限定。
实施例1以工业氟硅酸钠为原料，用去离子水进行溶解，制成饱和溶解液，在--5℃下，经4次重结晶纯化。加入50倍重量的去离子水溶解，煮沸，缓缓滴加浓度为30％的氢氧化钠溶液，氢氧化钠与氟硅酸钠重量比为1∶1.1～1.3，在90℃下搅拌12分钟，然后真空抽滤。滤饼用40倍重量的去离子水混匀，加入去离子水体积的10％，浓度为30％的硫酸，搅拌均匀，真空抽滤；滤饼再用40倍重量的去离子水混匀，加入100毫升浓度为30％的硫酸，搅拌均匀，真空抽滤。滤饼用95℃去离子水洗涤3次，在105℃下干燥25分钟，移至电炉中，在940℃下灼烧45分钟，冷却至室温。用90℃去离子水洗涤3次，在105℃下加热干燥25分钟，移至电炉中，在950℃下灼烧30分钟；冷至室温，经研磨，即得到纯度为99.992％的二氧化硅产品。
实施例2～9重复实施例1的过程，试验条件的变化及结果见表2。
表2
权利要求
1.一种高纯二氧化硅的生产方法，该方法包括下述顺序的步骤(2)以工业氟硅酸钠为原料，用去离子水进行溶解，制成饱和溶解液，在-6℃～-3℃下，经3～5次重结晶纯化；(2)加入45～55倍重量的去离子水溶解，煮沸，缓缓滴加浓度为25％～35％氢氧化钠溶液，氢氧化钠与氟硅酸钠重量比为1∶1.1～1.3，在90℃～95℃下搅拌8～12分钟，然后真空抽滤；(3)滤饼用38～42倍重量的去离子水混匀，加入去离子水体积的8％～10％、浓度为25％～35％的硫酸，搅拌均匀，真空抽滤；(4)重复步骤(3)的操作；(5)滤饼用90℃～95℃去离子水洗涤2～4次，在100℃～110℃下干燥20～30分钟，移至电炉中，在940℃～960℃下灼烧40～45分钟，冷却至室温；(6)将步骤(5)的所得物用90℃～95℃去离子水洗涤2～3次，在100℃～110℃下加热干燥20～30分钟，移至电炉中，在940℃～960℃下灼烧30～40分钟；冷至室温，经研磨，即为所需的高纯二氧化硅成品。
2.根据权利要求1所述的高纯二氧化硅的生产方法，其中，所述的去离子水的电导率为1.0～0.1μS/cm。
3.根据权利要求1所述的高纯二氧化硅的生产方法，其中在步骤(2)中所述的氢氧化钠溶液为离子膜烧碱溶液。
4.根据权利要求1所述的高纯二氧化硅的生产方法，其中在步骤(3)中所述的硫酸为化学纯试剂。
5.根据权利要求1所述的高纯二氧化硅的生产方法，进一步包括将上述步骤(6)中经研磨的物料通过内孔直径为0.149毫米的工业筛进行筛选。
全文摘要
本发明公开了一种高纯二氧化硅的生产方法。该法以工业氟硅酸钠为原料，用去离子水进行溶解，制成饱和溶解液，经重结晶纯化后，再用去离子水溶解，煮沸，滴加离子膜烧碱溶液，搅拌均匀，真空抽滤；滤饼用去离子水混匀，加入浓度为25％～35％的硫酸，搅拌均匀，真空抽滤；滤饼用90℃～95℃去离子水洗涤2～4次，经数次干燥、灼烧、冷却，研磨，即为所需的高纯二氧化硅成品。本发明原料价廉易得，工艺简单，反应条件温和，成本低，经济效益好。
文档编号C01B33/154GK1579936SQ20041002259
公开日2005年2月16日 申请日期2004年5月21日 优先权日2004年5月21日
发明者翟胤长, 张晓红 申请人:云南化工实业股份有限公司