[发明专利]高纯度二氧化硅的制备方法

说明书

本发明是关于高纯度二氧化硅的制备方法。具体地讲，本发明是关于杂质，例如碱金属类、氯和放射性杂质例如，碱性硅酸盐水溶液中所含的铀，含量极低的高纯度二氧化硅的制备方法。

高纯度二氧化硅可用作填料、放射剂及其类似物和作为透明玻璃状二氧化硅、专用陶瓷以及其类似物的原料，也可用作密封电子元件的树脂组份的填料。

作为密封电子元件用材料，可使用含无机填料（例如二氧化硅）的合成树脂组分。从热膨胀系数、热导率、透湿率等物理性能以及机械性能和成本的观点看问题，只要模塑性允许，尽可能多地掺入无机填料被认为是十分有利的，而二氧化硅其填料被认为是最佳填料。然而，随着电子元件集成度的增加，会产生电子元件工作误差的问题，这似乎是由于所使用的密封材料中，特别是二氧化硅类填料中含有的微量放射性元素（例如铀、钍以及诸如此类，几十到几百ppb）放射出的α-射线所致。因此要求进一步降低二氧化硅中这类杂质的含量。

本发明的目的在于满足这种要求。

已知的高纯度二氧化硅的制备方法有以下几种：

1）一种方法为，使经过蒸馏、吸收、液相抽取等步骤提纯的四氯化硅在氧氢焰中反应;以及

2）另一种方法，使用碱性硅酸盐水溶液作为原料制备高纯度二氧化硅。

随着后一方法，又提出如下方法：

2-1）一种方法，采用离子交换树脂处理碱性硅酸盐水溶液纯化二氧化硅（日本专利申请公开，未决）42217/85和42218/85，等等）;以及

2-2）一种方法，采用酸处理碱性硅酸盐水溶液纯化二氧化硅（日本专利申请公开，未决）54632/84，191016/85和204612/85等等）。

细颗粒的高纯度二氧化硅可通过这些方法制备，在方法（1）的情况下，得到的二氧化硅颗粒是细颗粒，平均粒径为mμ级，具有很大的比表面积，很难用作密封电子元件的树脂组份的填料。

由于提纯处理步骤的实施总是在把碱性硅酸盐水溶液中SiO₂的浓度降低到10%（以重量计）或更低时进行，所以方法（2-1）的仪器效率是低的。同样，由于从硅溶胶中沉淀析出二氧化硅以及从母液中分离并回收二氧化硅的操作条件复杂，所以方法（2-1）的产率也低。

虽然（2-2）方法简单并经过种种不同的试验，但杂质的抽提却很困难，原因是甚至用一种浓酸处理碱性硅酸盐水溶液时，也会出现局部的相分离现象。进一步讲，甚至当为了表面产生局部相分离，而将碱性酸盐水溶液挤入稀酸溶液时，挤入的碱性硅酸盐会相互粘合，形成大块，结果杂质抽提率大大降低。

因此，上述方法不足以用于实际。

本发明者致力于研究，克服传统方法中的不足，使用碱性硅酸盐水溶液，高效经济地生产出杂质含量极低的高纯度二氧化硅，完成了本发明。

本发明的一个目的是，提供使用廉价的碱金属硅酸盐水溶液作为原料，利用比较简单的工艺，生产高纯度二氧化硅的方法。

本发明的又一个目的是，提供生产出具有吸湿性低、松密度高以及比表面积小的高纯度二氧化硅的方法。

本发明的方法是生产高纯度二氧化硅的工艺，包括：在促凝剂中，将碱性硅酸盐水溶液制成细纤维状凝胶;用含酸溶液处理制得的纤维凝胶;然后用水抽提出并除去其中的杂质。

本发明包括四个方面：即一种工艺，其中所述的促凝剂是一种水溶性有机介质（以下称之为工艺A-1）;除了使用一种酸溶液作为促凝剂来代替水溶性有机介质外，其它与工艺A-1相同的工艺（下文称之为工艺B-1）;以及另外的两项工艺：即在1000℃或者更高的温度下加热处理由工艺A-1或B-1所制得的二氧化硅和由此降低吸湿率，得到一种具有很小比表面的密实的二氧化硅（下文分别称之为工艺A-2和工艺B-2）（工艺A-1和工艺A-2统称工艺A，工艺B-1和工艺B-2统称工艺B）。

每一工艺的要点如下。

工艺A-1：制备高纯度二氧化硅的方法，包括，1）挤出步骤。通过一个纺丝喷头（孔径为1mm或更小），将分子通式为M₂O·nSiO₂，其中M是一种碱金属元素，n为SiO的摩尔数（0.5～5），粘度范围为2～500泊的碱性硅酸盐水溶液挤入水溶性有机介质，使其凝结，从而使其成为纤维状凝胶，以及

2）处理步骤，即用一种含酸溶液处理制得的纤维状凝胶，接着用水冲洗凝胶，抽提并除去其中的杂质，由此得到二氧化硅。

工艺A-2：制备高纯度二氧化硅的方法，包括：