一种6N级大颗粒石英砂及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种6N级大颗粒石英砂及其制备方法，属于无机非金属材料技术领域。该方法包括以下步骤：向衬四氟反应容器中加入高纯水、电子级氨水、超纯电子级C1～C2醇和醇类表面活性剂；开启搅拌，向所述反应容器中滴加有机硅酸酯，在第一温度下进行初级水解，再在第二温度下进行深度水解；所述第二温度高于所述第一温度；水解反应结束后分离出二氧化硅，得到石英砂湿料；将所述石英砂湿料煅烧后粉碎，得到6N级大颗粒石英砂。通过该方法制备的石英砂金属杂质总量低于100ppb，羟基含量低于10ppm，纯度高于99.9999％。纯度高于99.9999％。

【技术实现步骤摘要】
一种6N级大颗粒石英砂及其制备方法


[0001]本专利技术属于无机非金属材料
，尤其涉及石英砂
，具体涉及一种6N级大颗粒石英砂及其制备方法。

技术介绍

[0002]高纯石英砂中SiO2含量≥99.99％，它是高新技术产业发展的物质基础，其应用领域涉及到半导体
、军事领域、航空航天领域等。这些领域对石英砂原料的纯度要求极为严苛，要求石英砂中杂质含量非常低，特别是对Fe、Al等杂质含量要求极高。随着这些高科技领域对高纯石英砂的需求量越来越大，对石英砂产品的品质要求也越来越高。例如，用于单晶硅棒拉制用的石英坩埚的石英砂，甚至要求所有杂质含量小于6ppm。而目前国内在制备5N级以上级别的石英砂技术方面还未发展成熟，主要依赖于国外进口，除技术受制于人外，成本也太高。因此，开发出低成本的制备高纯石英砂甚至是超高纯石英砂的技术，是国内石英砂市场的迫切需求。
[0003]目前，高纯合成石英砂的制备主要来自含硅元素的前躯体，如四氯化硅或有机硅烷四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷等的水解反应。中国专利CN1314608C公开了一种使用高频等离子气相合成石英玻璃的方法，通过将持续的等离子体电弧作为热源，将氧气和四氯化硅气体混合并以持续稳定的流量投入生产炉内靶面上方，生成二氧化硅微粒并沉积至靶面上形成玻璃。该方法合成的石英玻璃中羟基含量低于5ppm，金属杂质含量可达到1ppm以下，但是氯离子含量到达200ppm，只能用于高质量石英摆片和特种光学材料的要求，不能用于半导体等
中国专利CN10862091B中公开了一种高纯石英砂的制备方法，将有机硅烷和氯硅化合物的混合物在酸性或碱性条件下水解得到硅酸溶液，将硅酸溶液除杂后烘干，得到的粉体在氧气氛围下煅烧除碳，然后在更高温度下煅烧除羟基，得到高纯石英砂粉体。该方法合成的高纯石英砂中单一碱金属杂质含量小于1ppm，羟基含量小于10ppm，但产品纯度只能达到99.999％(5N级)。根据其合成方法分析，其合成的石英砂产品含量达不到6N的主要原因是含氯杂质和有机硅烷未纯化处理。美国专利申请号为US07485954的公开文本中公开了一种高纯度合成石英玻璃制品的制造方法，其中实施例1合成的石英砂产品纯度可达到99.9999％(6N)，羟基可达到10ppm以下，但粉碎、筛分后的石英砂产品还需要使用酸二次纯化，同时副产废水，且工艺比较复杂。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种6N级大颗粒高纯合成石英砂及其制备方法，该制备方法工艺简单且环保，能耗低，制备的石英砂中金属杂质总量低于100ppb，羟基含量低于10ppm，纯度高于99.9999％。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术具体采用如下技术方案：
[0006]一种6N级大颗粒石英砂的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1、向衬四氟反应容器中加入高纯水、电子级氨水、超纯电子级C1～C2醇和醇类表
面活性剂；
[0008]S2、开启搅拌，向所述反应容器中滴加有机硅酸酯，在第一温度下进行初级水解，再在第二温度下进行深度水解；所述第二温度高于所述第一温度；
[0009]S3、步骤S2中反应结束后分离出二氧化硅，得到石英砂湿料；将所述石英砂湿料煅烧后粉碎，得到6N级大颗粒石英砂。
[0010]本专利技术中通过在不同的温度下两步水解有机硅酸酯，同时加入醇类表面活性剂，能显著提高大颗粒石英砂的收率。醇类表面活性剂能促进无机相和有机相的混溶，且只含C、H、Q三种元素，残留在石英砂湿料中的表面活性剂在后续的煅烧过程中分解为CO2和H2O，不会给石英砂产品中带入杂质。
[0011]优选的，所述醇类表面活性剂包括乙二醇、丙三醇、聚丙二醇、聚乙二醇、二聚甘油、炔二醇、聚醚多元醇中至少一种。
[0012]优选的，所述高纯水、所述电子级氨水、所述超纯电子级C1～C2醇、所述醇类表面活性剂与所述有机硅酸酯的质量比为(1.0～2.2):(0.1～0.5):(0.1～0.3):(0.004～0.006):1。
[0013]进一步优选的，所述高纯水、所述电子级氨水、所述超纯电子级C1～C2醇、所述醇类表面活性剂与所述有机硅酸酯的质量比为(2.0～2.2):(0.3～0.5):(0.1～0.3):(0.004～0.006):1。
[0014]优选的，所述第一温度为
‑
10～5℃，初级水解的时间为8～12h。
[0015]进一步优选的，所述第一温度为
‑
10～
‑
3℃，初级水解的时间为8～12h。
[0016]更进一步优选的，所述第一温度为
‑
10～
‑
5℃，初级水解的时间为8～12h。
[0017]优选的，所述第二温度为30～70℃，深度水解的时间为8～12h。
[0018]进一步优选的，所述第二温度为50～70℃，深度水解的时间为8～12h。
[0019]优选的，步骤S2中初级水解时的搅拌速度为50～250rpm；进一步优选90～110rpm。
[0020]优选的，步骤S2中深度水解时的搅拌速度为50～250rpm；进一步优选90～110rpm。
[0021]优选的，所述高纯水在25℃下的电阻率＞18MΩ
·
cm。
[0022]优选的，所述电子级氨水中金属杂质总量＜10ppb。
[0023]优选的，步骤S3中煅烧是指在250～350℃下保温3.5～4.5hh，再在630～730℃下保温2.5～3.5hh，最后在1300～1350℃下保温4～4.5h。
[0024]优选的，所述有机硅酸酯包括正硅酸四乙酯、正硅酸四甲酯中至少一种。
[0025]本专利技术还提供根据所述6N级大颗粒石英砂的制备方法制备的6N级大颗粒石英砂。所述6N级大颗粒石英砂中Al含量≤20ppb，B含量≤15ppb，Ca含量≤25ppb，Fe含量≤10ppb，K含量≤10ppb，Na含量≤20ppb，Gr、Cu、Li、Mg、Ni、Mn和Ti未检出；羟基含量≤10ppm；粒径为75～250μm。
[0026]本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术中通过化学合成方法合成了粒径符合GB/T32649
‑
2016中规定的大颗粒石英砂。合成过程中采用醇类表面活性剂和不同温度下水解有机硅酸酯能显著提高大颗粒石英砂的收率，使合成石英砂收率达到90％以上。(2)本专利技术中制备的大颗粒石英砂纯度高于99.9999％，金属杂质总量低于100ppb，羟基含量低于10ppm，粒径为75～250微米，满足了单晶石英坩埚内涂层、石英纤维、半导体用超高纯石英材料、光纤用石英棒等高端行业的使用要求。(3)本专利技术制备大颗粒石英砂的方法工艺简单
且环保，摩尔收率高，能耗低。
具体实施方式
[0027]以下结合实施例对本专利技术技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种6N级大颗粒石英砂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、向衬四氟反应容器中加入高纯水、电子级氨水、超纯电子级C1～C2醇和醇类表面活性剂；S2、开启搅拌，向所述反应容器中滴加有机硅酸酯，在第一温度下进行初级水解，再在第二温度下进行深度水解；所述第二温度高于所述第一温度；S3、步骤S2中反应结束后分离出二氧化硅，得到石英砂湿料；将所述石英砂湿料煅烧后粉碎，得到6N级大颗粒石英砂。2.根据权利要求1所述的6N级大颗粒石英砂的制备方法，其特征在于，所述醇类表面活性剂包括乙二醇、丙三醇、聚丙二醇、聚乙二醇、二聚甘油、炔二醇、聚醚多元醇中至少一种。3.根据权利要求1所述的6N级大颗粒石英砂的制备方法，其特征在于，所述高纯水、所述电子级氨水、所述超纯电子级C1～C2醇、所述醇类表面活性剂与所述有机硅酸酯的质量比为(1.0～2.2):(0.1～0.5):(0.1～0.3):(0.004～0.006):1。4.根据权利要求3所述的6N级大颗粒石英砂的制备方法，其特征在于，所述高纯水、所述电子级氨水、所述超纯电子级C1～C2醇、所述醇...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明锋，袁良杰，吴兵兵，甘俊，甘书官，陈圣云，
申请(专利权)人：湖北江瀚新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：