JPH02199015A - 合成石英の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、四塩化珪素またはトリクロルシランと水との
反応によって得る合成石英の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、旧来のガラスのイメージを大幅に変化するような
新しいガラス材料にューガラスとも呼ばれている）の開
発および新製造法の開発が盛んに行われている。

その一つに合成石英ガラスがあり、光ファイバー、フォ
トマスク用基板や各種膜材などに用いられる。この場合
、製造法としては大別して気相法や液相法があるが、四
塩化珪素と水とを合成させ、（１）式のように合成石英
を得ることも知られている。

５ｉＣ１ｉ　＋　２ＨｔＯ→Ｓｉｎ、　＋　４ＨＣＬ・
・・・・・（１）得られる反応液は、たとえば約１５％
の塩酸水溶液中に約１５％の合成石英のシリカゲルを含
んでいる。

このシリカゲルを乾燥すると合成石英粉が得られる。

かかる製造の具体例は、第３図のようなフローが考えら
れていた。すなわち、予め反応晶析槽５０に水を投入し
ておき、そこに四塩化珪素（ＳｉＣＬ４）液を注入し、
（１）式の反応を行う。底部のシリカ分については、た
とえば２段の第１および第２の洗浄槽５１Ａ、５１Ｂに
順次導き、この流れと向流的に洗浄水を流してシリカ分
の洗浄を行い、洗浄剤液については、中和槽５２に導き
、水酸化ナトリウム等により中和し、廃液は排出する。

また、第２洗浄槽５１Ｂのシリカスラリーは水平ベルト
フィルター等の濾過機５３により濾過脱水し、脱水ケー
キ５４を熱風乾燥機５５により乾燥する。

この熱風乾燥＠５５としては、たとえば脱水ケーキをせ
いろ５６に拡げ、これらせいろ５６群を多列乾燥棚に乗
せ、プロワ−５７から空気を供給しスチームによる加熱
器５８により熱風化して各せいろ５６群に送る方式など
を採ることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、前記（１）式の反応から判るように、反応晶
析後のスラリーは、塩酸酸性であるため、これを直接脱
水後、熱風乾燥機５５に供給して乾燥すると、乾燥に伴
う塩酸ガスが熱風乾燥機５５の部材を腐食させ、たとえ
その部材がステンレス等であっても腐食させ、錆を発生
させ、この錆が落下して製品中に混入する。いま得よう
とする製品は、著しく不純物の混入を嫌うものなので、
商品価値が全（無くなる。

そこで、前述のように、反応晶析後のスラリーを、純水
で、洗浄効率の点から好ましくは向流希釈洗浄によって
、スラリー中に塩酸分が無くなるまで洗浄する必要があ
る。

しかし、この洗浄に当って必要とする純水量は、最終洗
浄槽からの沈降ｆｌｌススラリ−約３倍、製品の約７５
倍が必要となり、洗浄設備および洗浄水（純水）使用コ
ストが著しく嵩む。しかも、たとえ７段で向流洗浄を行
っても、残留塩酸をゼロにすることができない。

そこで、塩酸ガスが熱風乾燥機内に滞留することは、防
錆上好ましくないので、乾燥機内を熱風が１回のみ通過
する型式のものが適しており、この場合における加熱用
スチームの消費量は、濾過ケーキ水分の約８倍、製品の
約１１０倍必要となる。しかも乾燥に要する時間は約２
日ときわめて長い。

他方、上記方法では、濾過機の運転時において、特に濾
過ケーキの排出過程で、さらに濾過ケーキのせいろ上へ
の分散、乾燥機内の乾燥棚へのせいろの出し入れの際、
異物が混入しがちである。

さらに、上記例によって最終的に得られる製品の平均粒
径は比較的小さく、ある用途に対しては必ずしも適当で
ないことがある。また、濾過の際、シリカゲルが膠状で
あるため、濾過速度が遅いとともに、濾過後のケーキの
５ｉＯｚ固形分含有量が約７％（したがって含水率が９
３％）と低く、これに伴って乾燥に要する熱エネルギー
量が多くなる。

そこで、本発明の主たる目的は、製造コストが低減する
ばかりでなく、得られる結晶の不純物含有量が少なく、
しかも製品結晶の性状に優れる合成石英の製造方法を提
供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は四塩化珪素またはトリクロルシランと水との
反応によって得た合成石英を水洗した後、冷凍凍結処理
することで解決できる。

この場合、水洗を、水洗後の水洗中の塩酸濃度を１．０
％以下まで行い、その後冷凍凍結処理するとより好まし
い。

〔作用〕

前述のように、反応晶析によって得られるシリカゲルが
膠状で、濾過ケーキ中の含水率は約９３％と高く、乾燥
に伴うコストおよび処理時間が著しく嵩む。

かかるシリカゲルはなんとか改質できないかとの目的を
もって、本発明者らは種々実験を行ったところ、酸で処
理する、加熱するなどの処理では不可能であるが、反応
後のスラリーを、好ましくはある程度水洗した後のスラ
リーを、冷凍凍結処理すると、シリカゲルの結合水分子
が離れ、ゲルが砂状のサラサラした結晶に変化し、その
際、結合水分子の放出に伴って塩酸分や不純物を放出し
、最終的に得られる製品結晶としては、純度が高くかつ
平均粒度が大きいものとなることを知見した。

また、凍結処理した後の結晶は、砂状でサラサラしたも
のとなるため、その後の濾過の際、きわめて円滑な濾過
操作を行うことができ、次いで乾燥を行う際においても
、熱風が速やかに結晶ベツドを通過し、迅速な乾燥操作
を行うことができる。

したがって、後記実施例で示すように、凍結処理に要す
る電力エネルギーが必要だとしても、凍結処理後の濾過
洗浄水量が削減されるとともに、乾燥用熱エネルギーが
大幅に削減されるから、全体の処理コストからすれば、
有利であり、処理コストが約２／３程度となる。しかも
、乾燥時間が大幅に短縮し、量産に適す。また、出発物
質が四塩化珪素のばかトリクロルシランであっても同様
な効果があることが判明している。

〔発明の具体的構成〕

本発明においても、第１図に示すように、前述の（１１
式の反応を反応晶析槽５０で行い、その後適宜数の洗浄
槽、実施例では第１および第２洗浄槽５１Ａ、５１Ｂで
、洗浄用純水により向流洗浄を行い、洗浄用液について
は中和槽５２に導き、水酸化ナトリウム等により中和し
、廃液として排出する。

本発明における特徴の主要点は、洗浄後のスラリーを冷
凍機１において冷凍凍結処理することである。冷凍ｖｉ
Ｉの種類は種々のものを使用でき、図示例では、１つの
駆動部ＩＡに対して冷凍部ＩＢ。

ＩＣを並設しである。この冷凍機１における冷凍部ＩＢ
、ＩＣで生成した結晶は、シックナー２に導き、沈降濃
縮を図る。シックナ−２の上部約１／３は清澄液となり
、残り約２７３を回分反転式濾過乾燥機３（たとえば特
開昭５８−３４０４８号公報記載のもの）に導き、濾過
および乾燥を行う。濾過は、真空ポンプ４によって吸引
することによって行うことができるとともに、乾燥はプ
ロワ−５により空気を加熱器６に送り込んで加熱した後
、濾過乾燥機３に吹き込むことで操作できる。

乾燥後、濾過板３ａを反転すると、サラサラした製品結
晶７を容易に排出できる。

一方、濾過と乾燥は、それぞれ専用の機械によって行っ
てもよい。

また、濾過操作後、または乾燥後、真空引きを停止した
状態で、濾過板３ａ上の結晶に洗浄用純水を散布し、主
に塩酸分の除去を行った後において、再度濾過すると、
塩酸含有量がより低減することが判っている。

〔実施例〕

次に実施例を示し本発明の効果をさらに明らかにする。

（実施例１） 本発明に係る第１図に示す設備で行った場合（実施例）
と、第３図による方法（比較例）とで比較を試みた。

反応晶析後のスラリーは、約１５％の塩酸水溶液中に、
約１５％の合成石英骨を含むもので、実質的に同一の原
料を用いて処理した。なお、洗浄は５段向流洗浄とした
。

その結果、それぞれ１時間当り２０．８３Ｋｇの合成石
英粉を製造するときに要するコスト（単位は相対値）は
、第１表の通りであった。

第　　１　　表 この結果から、本発明法によると、製造コストが約２７
３となることが判る。

また、得られる製品の純度を調べたところ、第２表の通
りであった。

第２表 第３表 （実施例） 第１図のプロセスを、実験室レベルの設備において実施
し、その際、凍結処理した場合としない場合とで、その
後の濾過時間や製品結晶性状がどのような差異を有する
か調べたところ、第３表に示す結果が得られた。なお、
凍結処理前の水洗は、５段向流洗浄によった。凍結処理
後については、合成石英結晶１００ｇに対して洗浄水を
１００ｇの割合で用いたもので、第３表の「洗浄時間」
とは、この凍結処理後の洗浄時間を意味している。

（実施例３） 次に、第１図に示す純水による向流洗浄段数の相異によ
って、最終段における沈降スラリー中の塩酸濃度、濾過
ケーキ中の含水率を調べたところ、第２図の結果が、乾
燥後の製品結晶の平均粒径を調べたところ、第４表の結
果が得られた。

第４表 塩酸濃度および合成石英濾過ケーキ含水率との相関図、
第３図はは比較例の概要図である。

１・・・冷凍機、２・・・シンフナ−，３・・・濾過乾
燥機、４・・・真空ポンプ、６・・・加熱器、７・・・
結晶、５０・・・反応晶析槽、５１Ａ、５１Ｂ・・・洗
浄槽、５２・・・中和槽 かかる結果によると、凍結処理に先立って洗浄を行うほ
ど良品の結晶が得られ、最終洗浄段の沈降スラリー中の
塩酸濃度が１．０％以下であると、実用上十分に優れた
合成石英結晶が得られることが判る。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明によれば、製造コストが著しく低減
するばかりでなく、得られる製品中に異物や不純物の混
入がきわめて少なくなる。

【図面の簡単な説明】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）四塩化珪素またはトリクロルシランと水との反応
   によって得た合成石英を水洗した後、冷凍凍結処理する
   ことを特徴とする合成石英の製造方法。
2. （２）水洗を、水洗後のスラリー中の塩酸濃度を１．０
   ％以下になるまで行う請求項１記載の方法。