專利名稱：高純度二氧化硅的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無機(jī)化工原料制備領(lǐng)域，特別是涉及一種高純度二氧化硅的制備方法。
背景技術(shù)：
高純度二氧化硅(5N以上)(N代表小數(shù)點(diǎn)后9的位數(shù)，如5N表示純度為99. 99999%。)是多晶硅、光電子工業(yè)等行業(yè)不可缺少的重要基礎(chǔ)材料，也是應(yīng)用日益廣泛的高新技術(shù)材料。傳統(tǒng)的生產(chǎn)高純度二氧化硅的方法主要有硅石精制法、氣相合成法(干法)和沉淀法(濕法)等。硅石精制法是采用天然的純度很高的石英、硅石通過精制得到高純二氧化硅。此方法受制于原料的限制，不僅數(shù)量有限，而且質(zhì)量上也難以滿足高新材料領(lǐng)域的要求。氣相法以硅的鹵化物或硅醇為原料，價(jià)格較高，且有可燃性、強(qiáng)腐蝕性，對(duì)生產(chǎn)裝置要求高、投資大，生產(chǎn)成本高，不適宜大規(guī)模生產(chǎn)。沉淀法通常以硅酸鈉或氟硅酸銨為原料，價(jià)格較低，操作相對(duì)安全，但是提純的難度較大，產(chǎn)品品質(zhì)易受原料純度的影響，生產(chǎn)過程有污染物排放。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種原料成本低廉、操作工藝簡(jiǎn)單且生產(chǎn)過程無污染物排放的高純度二氧化硅的制備方法。為此，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種高純度二氧化硅的制備方法，包括以下步驟I)硅藻土和氟化銨水溶液在8(T9(TC下反應(yīng)生成氟硅酸銨溶液和氨氣，所述氟硅酸銨溶液經(jīng)過濾、離心提純后除去雜質(zhì)；所述氨氣經(jīng)純水吸收，制成高純氨水；2)將初步提純后的氟硅酸銨溶液經(jīng)過多次蒸發(fā)結(jié)晶實(shí)現(xiàn)固液分離，然后通過洗滌得到高純度氟硅酸銨固體，所述高純度氟硅酸銨固體純度最好不低于4N ；3)將所述高純度氟硅酸銨固體加熱到10(T15(TC，使其分解生成四氟化硅氣體和氟化銨氣體；4)將所述四氟化硅和氟化銨氣體導(dǎo)入到反應(yīng)設(shè)備中，使其與高純氨水進(jìn)行氨解反應(yīng)，生成二氧化硅沉淀；5)將所述二氧化硅沉淀通過高速離心脫水、洗滌和真空干燥，得到純度大于6N高純度二氧化硅粉體。在上述的步驟2)中，將所述提純后的氟硅酸銨溶液放入三效蒸發(fā)結(jié)晶器中，經(jīng)過三次蒸發(fā)結(jié)晶實(shí)現(xiàn)固液分離；在上述的步驟3)中，將所述高純度氟硅酸銨固體放入熱分解反應(yīng)器中加熱分解。所述硅藻土中SiO2的含量為95%左右。本發(fā)明的方法原料成本較低、操作工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)過程產(chǎn)生的氨氣被水吸收，所以無污染物產(chǎn)生。用該方法制備的二氧化硅粉體純度大于6N，所以能夠滿足高新技術(shù)材料對(duì)其純度的要求。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的方法進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)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(yīng)，經(jīng)過沉淀、過濾、離心得到氟硅酸銨溶液；通過蒸發(fā)結(jié)晶得到高純度氟硅酸銨固體；高純度氟硅酸銨固體通過熱分解得到高純四氟化硅；四氟化硅氣體與高純度氨水反應(yīng)，生成二氧化硅沉淀，通過固液分離、洗滌、真空干燥，制備出高純度二氧化硅粉體。在此過程中，高純氨水由第一步反應(yīng)得到，最后一步反應(yīng)生成二氧化硅和氟化銨，氟化銨可繼續(xù)循環(huán)使用。實(shí)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(yīng)生成氟硅酸銨溶液和氨氣。經(jīng)過沉淀、過濾、離心等步驟除去雜質(zhì)，得到純度為99以上的氟硅酸銨溶液，氨氣經(jīng)純水吸收，制成99. 99%以上的高純度氨水。反應(yīng)方程式如下Si02+6NH4F — (NH4)2SiF6+2H20+4NH3 (I)2)將所制得的氟硅酸銨溶液導(dǎo)入三效蒸發(fā)結(jié)晶器中，經(jīng)過三次蒸發(fā)結(jié)晶實(shí)現(xiàn)固液分離，然后通過洗滌得到純度不低于4Ν的高純度氟硅酸銨固體，溶液中部分溶解的雜質(zhì)被去除。3)將所制得的高純度氟硅酸銨固體在熱分解反應(yīng)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(zhì)被分離出去。反應(yīng)方程式如下(NH4)2SiF6 — SiF4 t +NH4F t (2)4)將氣態(tài)四氟化硅和氣態(tài)氟化銨導(dǎo)入到反應(yīng)設(shè)備中，與步驟I中制得的高純度氨水進(jìn)行氨解反應(yīng)，生成二氧化硅沉淀。反應(yīng)方程式如下SiF4+2NH4F+2H20+4NH3 — SiO2 I +6NH4F (3)5)將制得的二氧化硅沉淀通過離心、洗滌兩遍以上，然后真空干燥，得到純度>6N的高純二氧化硅粉體。如果在上述的步驟4)中，氟硅酸銨固體的純度< 4N，則應(yīng)觀察其是否影響后續(xù)步驟5)的純度，如果影響，則純度< 4N的氟硅酸銨固體需要返回步驟2)重新進(jìn)行結(jié)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(shù)的洗滌對(duì)純度的影響有限。該方法制得的產(chǎn)品，其成本不足進(jìn)口同樣純度產(chǎn)品的1/3，與國(guó)內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)便，生產(chǎn)過程沒有污染物排放，氟化銨可循環(huán)利用。
權(quán)利要求
1.一種高純度二氧化硅的制備方法，其特征在于包括以下步驟 1)硅藻土和氟化銨水溶液在8(T90°C下反應(yīng)生成氟硅酸銨溶液和氨氣，所述氟硅酸銨溶液經(jīng)過濾和高速離心后除去雜質(zhì)，實(shí)現(xiàn)初步提純；所述氨氣經(jīng)純水吸收，制成高純氨水； 2)將初步提純后的氟硅酸銨溶液經(jīng)過多次蒸發(fā)結(jié)晶，通過固液分離進(jìn)行二次提純，然后通過洗滌得到高純度氟硅酸銨固體； 3)將所述高純度氟硅酸銨固體加熱到10(T15(TC，使其分解生成四氟化硅氣體和氟化銨氣體； 4)將所述四氟化硅和氟化銨氣體導(dǎo)入到反應(yīng)設(shè)備中，使其與高純氨水進(jìn)行氨解反應(yīng)，生成二氧化硅沉淀； 5)將所述二氧化硅沉淀通過高速離心脫水、洗滌和真空干燥，得到純度大于6N的高純度二氧化硅粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于在步驟2)中，將所述提純后的氟硅酸銨溶液放入三效蒸發(fā)結(jié)晶器中，經(jīng)過三次蒸發(fā)結(jié)晶實(shí)現(xiàn)固液分離。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于在步驟3)中，將所述高純度氟硅酸 銨固體放入熱分解反應(yīng)器中加熱分解。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述硅藻土中Si02的含量為95%左右。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述步驟2)中制得的高純度氟硅酸銨固體純度彡4N。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高純度二氧化硅的方法，其以硅藻土為原料，與氟化銨水溶液在一定溫度下反應(yīng)，經(jīng)過沉淀、過濾、離心得到氟硅酸銨溶液；通過蒸發(fā)結(jié)晶得到高純度氟硅酸銨固體；高純度氟硅酸銨固體通過熱分解得到高純四氟化硅；四氟化硅氣體與高純度氨水反應(yīng)，生成二氧化硅沉淀，通過固液分離、洗滌、真空干燥，制備出高純度二氧化硅粉體。該方法原料成本較低、操作工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)過程中無污染物產(chǎn)生且制備的二氧化硅粉體純度大于6N。
文檔編號(hào)C01B33/12GK102874821SQ20121042854
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月31日
發(fā)明者吳以舜, 李根長(zhǎng), 程志林, 朱文彬, 張冠軍 申請(qǐng)人:天津舜能潤(rùn)滑科技股份有限公司