[发明专利]高纯度二氧化硅的工业化生产方法

说明书

技术领域

本发明属于二氧化硅制备技术领域，具体涉及以工业氟硅酸和工业液氨为原料制备高纯度二氧化硅的工业化生产方法。

背景技术

高纯度二氧化硅的理化性质：二氧化硅，分子式SiO2，分子量60.08，相对密度2.319～2.635，熔点1750℃。不溶于水；不溶于酸，但溶于氢氟酸及热浓磷酸，能和熔融碱类起作用。自然界中存在有结晶二氧化硅和无定形二氧化硅两种。二氧化硅用途很广泛，主要用于制玻璃、水玻璃、陶器、搪瓷、耐火材料、气凝胶毡、硅铁、型砂、单质硅、水泥等。二氧化硅不含结晶水，不参与被填充物的化学反应，是一种非常稳定的中性无机矿物填料。

高纯石英砂一般是指SiO₂含量高于99.9％的石英(微粉)；超高纯石英砂是指SiO₂含量高于99.99％的石英微粉，其低端产品二氧化硅含量为99.99～99.999％(4N～5N)，高端产品SiO2含量高于99.9999％(≥6N)。

迄今为止，超高纯石英砂的制备方法为物理法和化学法两种工艺。物理法是采用天然水晶或高纯天然石英为原料，经粉碎、浮选、酸处理、高温处理等工序制备超高纯石英砂。采用物理法制备超高纯石英砂，虽然处理工艺非常重要，但高纯度的天然石英或水晶，是决定物理法成功与否的关键。目前，中国国内缺乏高纯度的天然石英或水晶原料。

化学合成法是通过化学反应的方式得到高纯度的二氧化硅产品，再把高纯二氧化硅制成石英产品；化学合成高纯二氧化硅的工艺并不多，一种是采用有机氯硅烷高温水解生成高纯气相白炭黑(即二氧化硅)，再把气相白炭黑熔融得到高纯石英；该方法的主要缺点是去除氯离子难度较大、生产成本较高。另一种是采用高纯硅酸酯水解，制备高纯沉淀白炭黑，然后将高纯白炭黑熔融制备超高纯石英；该工艺的反应需要酸催化、碱沉淀等工序，金属离子去除难度较大，质量很难达到5N，并且成本更高。

用氟硅酸和液氨反应制备高纯二氧化硅也是化学合成高纯二氧化硅的方法之一。该方法理论上可以制备纯度很高的产品，但由于技术问题较多，此前一直没人找到一条合理的工艺路线。

发明内容

为解决现有氟硅酸和液氨反应制备不出高纯度的二氧化硅的问题，本发明提出一种高纯度二氧化硅的工业化生产方法，该方法制备得到的二氧化硅纯度可以达到99.9999％以上，且能够规模化生产。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种高纯度二氧化硅的工业化生产方法，包括以下步骤：

1)以工业氟硅酸为原料，与氧化剂在蒸馏塔釜内进行反应和蒸馏，得到纯品氟硅酸；

2)以工业液氨为原料，将其通过精制塔得到纯品气氨；

3)将步骤1)得到的纯品氟硅酸与步骤2)得到的纯品气氨在氨化反应釜内反应，得到二氧化硅固体和氟化铵溶液，将二氧化硅固体通过固液分离设备分离出来得到二氧化硅粗品；

4)将步骤3)得到的二氧化硅粗品依次进行水洗、酸洗、水洗与煅烧，得到高纯度二氧化硅。

进一步，所述步骤4)的水洗方式均为采用纯水进行逆流式冲洗。

进一步，所述步骤4)的纯水的电导率为0.055～0.1μs/cm。

进一步，所述步骤4)的酸洗所用酸为电子级酸，所述电子级酸选自硫酸、盐酸、氢氟酸、磷酸与氟硅酸中的一种或者多种。

进一步，所述步骤3)中氨化反应的温度为55℃～115℃，反应压力为0.06MPa～0.35MPa。

进一步，所述步骤4)的煅烧温度为350℃～850℃。

进一步，所述步骤1)的氧化剂为高锰酸钾或过氧化氢。

本发明的有益效果

本发明的方法制备得到的二氧化硅纯度可以达到99.9999％以上，且能够规模化生产。

具体实施方式

实施例1

1)以工业氟硅酸为原料，与高锰酸钾在蒸馏塔釜内进行反应和蒸馏，氟硅酸中的金属离子转变为沉淀物，氟硅酸加热后蒸发，在塔顶冷凝为纯品氟硅酸，塔底沉淀物定期排至污水处理站；

2)以工业液氨为原料，将其通过已装有纯水的精制塔，经过纯水洗涤，在塔顶得到纯品气氨，纯水连续进入塔，并连续排出废水去污水处理站；

3)将步骤1)得到的纯品氟硅酸与步骤2)得到的纯品气氨在氨化反应釜内反应，反应温度为110℃～115℃，釜内压力为0.20MPa～0.25MPa，待反应完全后进行固液分离，得到二氧化硅粗品与氟化铵溶液；