[发明专利]高纯度二氧化硅的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机化工原料制备领域，特别是涉及一种高纯度二氧化硅的制备方法。

背景技术

高纯度二氧化硅（5N以上）（N代表小数点后9的位数，如：5N表示纯度为99.99999%。）是多晶硅、光电子工业等行业不可缺少的重要基础材料，也是应用日益广泛的高新技术材料。

传统的生产高纯度二氧化硅的方法主要有：硅石精制法、气相合成法（干法）和沉淀法（湿法）等。硅石精制法是采用天然的纯度很高的石英、硅石通过精制得到高纯二氧化硅。此方法受制于原料的限制，不仅数量有限，而且质量上也难以满足高新材料领域的要求。气相法以硅的卤化物或硅醇为原料，价格较高，且有可燃性、强腐蚀性，对生产装置要求高、投资大，生产成本高，不适宜大规模生产。沉淀法通常以硅酸钠或氟硅酸铵为原料，价格较低，操作相对安全，但是提纯的难度较大，产品品质易受原料纯度的影响，生产过程有污染物排放。

发明内容

本发明的目的是提供一种原料成本低廉、操作工艺简单且生产过程无污染物排放的高纯度二氧化硅的制备方法。

为此，本发明的技术方案如下：

一种高纯度二氧化硅的制备方法，包括以下步骤：

1）硅藻土和氟化铵水溶液在80~90℃下反应生成氟硅酸铵溶液和氨气，所述氟硅酸铵溶液经过滤、离心提纯后除去杂质；所述氨气经纯水吸收，制成高纯氨水；

2）将初步提纯后的氟硅酸铵溶液经过多次蒸发结晶实现固液分离，然后通过洗涤得到高纯度氟硅酸铵固体，所述高纯度氟硅酸铵固体纯度最好不低于4N；

3）将所述高纯度氟硅酸铵固体加热到100~150℃，使其分解生成四氟化硅气体和氟化铵气体；

4）将所述四氟化硅和氟化铵气体导入到反应设备中，使其与高纯氨水进行氨解反应，生成二氧化硅沉淀；

5）将所述二氧化硅沉淀通过高速离心脱水、洗涤和真空干燥，得到纯度大于6N高纯度二氧化硅粉体。

在上述的步骤2）中，将所述提纯后的氟硅酸铵溶液放入三效蒸发结晶器中，经过三次蒸发结晶实现固液分离；在上述的步骤3）中，将所述高纯度氟硅酸铵固体放入热分解反应器中加热分解。所述硅藻土中SiO₂的含量为95%左右。

本发明的方法原料成本较低、操作工艺简单，生产过程产生的氨气被水吸收，所以无污染物产生。用该方法制备的二氧化硅粉体纯度大于6N，所以能够满足高新技术材料对其纯度的要求。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的方法进行详细说明。

本发明的方法以硅藻土（SiO₂含量约为95wt%）为原料，用氟化铵水溶液在一定温度下溶解、反应，经过沉淀、过滤、离心得到氟硅酸铵溶液；通过蒸发结晶得到高纯度氟硅酸铵固体；高纯度氟硅酸铵固体通过热分解得到高纯四氟化硅；四氟化硅气体与高纯度氨水反应，生成二氧化硅沉淀，通过固液分离、洗涤、真空干燥，制备出高纯度二氧化硅粉体。在此过程中，高纯氨水由第一步反应得到，最后一步反应生成二氧化硅和氟化铵，氟化铵可继续循环使用。

实施例1

1）硅藻土（SiO₂含量约95%）和氟化铵（NH₄F）水溶液在80~90℃条件下搅拌溶解，反应生成氟硅酸铵溶液和氨气。经过沉淀、过滤、离心等步骤除去杂质，得到纯度为99以上的氟硅酸铵溶液，氨气经纯水吸收，制成99.99%以上的高纯度氨水。反应方程式如下：

SiO₂+6NH₄F →(NH₄)₂SiF₆+2H₂O+4NH₃↑   （1）

2）将所制得的氟硅酸铵溶液导入三效蒸发结晶器中，经过三次蒸发结晶实现固液分离，然后通过洗涤得到纯度不低于4N的高纯度氟硅酸铵固体，溶液中部分溶解的杂质被去除。

3）将所制得的高纯度氟硅酸铵固体在热分解反应器中加热到100~150℃，使其分解生成四氟化硅（SiF₄）气体和氟化铵（NH₄F）气体，固体中微量的杂质被分离出去。反应方程式如下：

(NH₄)₂SiF₆→SiF₄↑+NH₄F↑      （2）

4）将气态四氟化硅和气态氟化铵导入到反应设备中，与步骤1中制得的高纯度氨水进行氨解反应，生成二氧化硅沉淀。反应方程式如下：