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。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種原料成本低廉、操作工藝簡單且生產(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：

1)硅藻土和氟化銨水溶液在80～90℃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100～150℃，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SiO 2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(SiO 2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1

1)硅藻土(SiO 2含量約95％)和氟化銨(NH 4F)水溶液在80～90℃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：

SiO 2+6NH 4F→(NH 4)2 SiF 6+2H 2 O+4NH 3↑ (1)

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4N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100～150℃，使其分解生成四氟化硅(SiF 4)氣體和氟化銨(NH 4F)氣體，固體中微量的雜質(zhì)被分離出去。反應(yīng)方程式如下：

(NH 4)2 SiF 6→SiF 4↑+NH 4 F↑ (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1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：

SiF 4+2NH 4F+2H 2 O+4NH 3→SiO 2↓+6NH 4 F (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，與國內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的生產(chǎn)工藝簡便，生產(chǎn)過程沒有污染物排放，氟化銨可循環(huán)利用。