JPH0468246B2 - - Google Patents

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JPH0468246B2
JPH0468246B2 JP21222185A JP21222185A JPH0468246B2 JP H0468246 B2 JPH0468246 B2 JP H0468246B2 JP 21222185 A JP21222185 A JP 21222185A JP 21222185 A JP21222185 A JP 21222185A JP H0468246 B2 JPH0468246 B2 JP H0468246B2
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silica
water
mineral acid
alkali metal
amount
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JP21222185A
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Hiroyuki Tamenori
Akihiko Hatsutori
Mitsugi Yoshagawa
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Sheet Glass Co Ltd
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【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本考案はシリカの微細粉末の製造方法に関し、
さらに詳しくは、例えば太陽電池用シリコンの製
造原料として使用可能な高純度のシリカの微細粉
末を簡単な操作で効率よく製造する方法に関す
る。 太陽電池用シリコンは、太陽エネルギーの電気
エネルギーへの変換の効率をよくするため、一般
に5ナインないし7ナインのオーダーの高純度の
シリコンであることが要求されている。このよう
な高純度のシリコンの製造法として、従来、高純
度のシリカを原料として用い、これを還元して高
純度シリコンを製造する方法は既に知られている
〔例えば、米国特許第4247528号明細書(=特開昭
55−136116号公報)参照〕。 上記還元法で太陽電池用の高純度シリコンを製
造するためには、原料として使用されるシリカは
一般に4ナイン以上の純度を有してしることが要
求されており、特に、ホウ素、リン及び遷移金属
のような不純物の濃度は各々1ppm以下であるこ
とが望まれている。 このような高純度の原料シリカとしては、高品
質の水晶などの天然資源を利用することもできる
が、そのような天然資源には限度がありまた高価
であもあるので、工業的な大量生産には不向きで
ある。そのため、入手が容易で安価なケイ酸塩か
ら高純度のシリカを製造する方法が従来から種々
検討されている。そのような従来法の一例とし
て、シリカ含有物質(例えばケイ砂、長石など)
融剤を加えて溶融し、ケイ酸塩ガラスの繊維状体
を形成し、この繊維状ガラスを酸によつてリーチ
ングし、粉末状シリカ(SiO2)多孔質体を得る
方法が提案されている(米国特許第4294811号明
細書、DE−OS3123009参照)。しかし、リーチン
グによつて高純度のシリカを得るためには、ガラ
ス組成をリーチングしやすい組成に限定しなけれ
ばならず、その結果二酸化ケイ素以外に多量の酸
化アルミニウムやアルカリ土類金属塩をガラス成
分として加える必要があり、その結果、ガラスを
繊維化したあと、これら二酸化ケイ素以外の多量
の成分をすべて除去しなければならないという不
合理がある。また、ケイ酸塩ガラスの繊維に太径
の繊維が混入している時などには、得られるシリ
カ中にリーチングの行なわれていないケイ酸塩ガ
ラスが混入して不純物となる危険もある。 一方、アルカリケイ酸塩(通称、水ガラス)を
酸と反応させてシリカゲルを得るという方法が知
られている〔例えば、ジエイ・ジー・バイル(J.
G.Vail)、「ソルユブル・シリケーツ」(“Soluble
Silicates”)(ACS monograph series),
Reinhold,New York,1952,Vol.2,p549等参
照)。シリカゲルは比較的純度の高いSiO2から構
成されており、このようなシリカゲルを上記還元
法によるシリコンの製造用原料として使用するこ
とも考えられるが、これらシリカゲルは通常
SiO2純度が99.5wt%程度、高純度と言われる等
級のものでもせいぜい99.95wt%程度であり、そ
のままでは4ナイン以上の純度が要求されている
太陽電池用シリコンの製造原料としては使用する
ことができない。 しかして、本発明の目的は、太陽電池用シリコ
ンの製造原料として使用可能な高純度のシリコン
微細粉末を製造するための簡便で効率のよい方法
を提供することである。 本発明によれば、 (a) SiO2濃度が9〜20重量%のアルカリ金属ケ
イ酸塩水溶液に、固体の沈殿が生じて溶液がち
ようど濁り始めるか又はその直前まで水混和性
の1価及び2価アルコールから選ばれる水混和
性アルコールの少なくとも1種を添加し、 (b) 得られる混合物に、上記アルカリ金属ケイ酸
塩を中和するための化学量論量の35〜80%の量
の鉱酸を添加してシリカを微細粉末として沈殿
させ、 (c) 次いで、生ずるスラリーを少なくとも1規定
以上の酸性度において鉱酸と接触させる ことを特徴とする微細粉末状のシリカの製造方法
が提供される。 なお、本明細書で用いる「シリカ」なる語に
は、無水のSiO2のみならずシリカ水和物
(SiO2・xH2O)をも包含されることを了解すべ
きである。 本発明の方法において出発原料として使用され
るアルカリ金属ケイ酸塩には、ケイ酸リチウム、
ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム等が包含され
るが、中でもケイ酸ナトリウムが好適である。こ
れらケイ酸塩におけるSiO2/M2O比(ここでM
はアルカリ金属を表わす)は特に制限はなく、広
い範囲から自由に選ぶことができるが、一般には
2〜4、好ましくは2.5〜3.5の範囲内のSiO2/M2
O比(重量)をもつものが適当である。特に、ケ
イ酸ナトリウム水溶液であるJIS3号規格のケイ酸
ナトリウム(SiO2:28〜30wt%、Na2O9〜10wt
%、比重:1.385以上)が安価で工業的に人手し
やすく好都合である。さらに、水溶液の形態で人
手しうるアルカリ金属ケイ酸塩として、アルカリ
金属ケイ酸塩の溶融成形物を高圧下で水に溶かし
たもの、あるいは非晶質珪酸塩(シリコン製造時
に生ずる無定形シリカ又はケイソウなど)を水酸
化アルカリに溶解したものなども、本発明の方法
における出発原料として使用することができる。 本発明の方法に従えば、先ず、上記の如きアル
カリ金属ケイ酸塩の水溶液を調製する。その際の
アルカリ金属ケイ酸塩の濃度は、該水溶液中の
SiO2濃度が9〜20重量%、好ましくは11〜17重
量%、さらに好ましくは12〜16重量%の範囲内と
なるような濃度である。しかして、上記範囲内の
SiO2濃度をもつアルカリ金属ケイ酸塩の水溶液
が工業的に人手できる場合にはそのままで又はさ
らに適当に水で希釈して使用でき、或いは高い
SiO2濃度をもつアルカリ金属ケイ酸塩の水溶液
が工業的に人手できる場合はそれを水で希釈して
本発明に従うアルカリ金属ケイ酸塩水溶液とする
ことができる。例えば、前述のJIS3号規格のケイ
酸ナトリウム水溶液は水で容積が1.5〜5倍にな
るように希釈することにより、本発明において好
適に使用できるアルカリ金属ケイ酸塩水溶液が得
られる。 このようにして調製されるアルカリ金属ケイ酸
塩水溶液には、先ず、水混和性の1価及び2価ア
ルコールから選ばれる水混和性アルコールが添加
される。本明細書において「水混和性アルコー
ル」とは、25℃の水(蒸留水)に対する溶解度が
少なくとも50g/以上、好ましくは100g/以
上であるものをいう。 しかして、水混和性1価アルコールとしては、
例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、
n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコー
ル、n−ブチルアルコール、sec−ブチルアルコ
ール、2−ヘキサノール等のアルカノールが挙げ
られるが、これらのうち炭素原子数の1〜4個の
アルカノールが好適であり、就中、炭素原子数1
〜3個のアルカノールが好ましい。また、水混和
性2価アルコールは低分子量のもののいずれのタ
イプのものであつてもよく、例えば、エチレング
リコール、プロピレングリコール、1,3−ブタ
ンジオール、1,4−ブタンジオール等のアルカ
ンジオール;及び平均分子量が1000以下、好まし
くは200〜600のポリエチレンオキシド、平均分子
量が900以下、好ましくは200〜400のポリプロピ
レンオキシド等のポリアルキレンオキシドが包含
され、そのうち炭素原子数2〜4個のアルキレン
ジオール及び平均分子量が200〜600のポリアルキ
レンオキシドが好ましく、殊に平均分子量200〜
400のポリエチレンオキシドが好適である。以上
に述べた水混和性アルコールはそれぞれ単独で使
用することができ又は2種もしくはそれ以上併用
してもよい。特に有利に使用しうる水混和性アル
コールとしては、平均分子量が200〜400のポリエ
チレンオキシドが挙げられる。 アルカリ金属ケイ酸塩水溶液に上記の水混和性
アルコールを徐々に添加していくと、ある一定量
添加したところで固体の沈殿が生じて溶液に濁り
が生じ、さらに添加を続けると沈殿が次第に増え
ていく。本発明の1つの大きな特徴は、アルカリ
金属ケイ酸塩水溶液に対する水混和性アルコール
の添加を、固体の沈殿が生じて溶液がちようど濁
り始める(この時点を本明細書では「濁り点」と
定義する)か又はその直前まで行ない、その時点
でストツプすることにある。これにより、引続い
て行なわれる工程(b)のシリカ微細粉末の沈殿及び
工程(c)における上記シリカ微細粉末からの鉱酸に
よる不純物のリーチングを円滑に効率行なうこと
ができ、過性に優れた高純度のシリカの微細粉
末を取得することが可能となる。 水混和性アルコールを「濁り点」よりもはるか
に少ない量しか添加しないときには、工程(b)で鉱
酸を添加した時にゲル化が起り、微細粉末の沈殿
が得難く、その代りにペースト状の過性著るし
く劣つた沈殿が生じやすい。他方、「濁り点」よ
りかなり多い量添加すると、高純度のシリカを得
ることが困難となる。その理由はおそらく、アル
コール類の脱水作用により、鉱酸でのリーチング
が充分に行なわずにケイ酸塩の沈殿が多量に生成
するためであろうと考えられる。 しかして、水混和性アルコールの好適な添加量
は「濁り点」を中心にして、「濁り点」のアルコ
ールの量の±30%以下の範囲内、さらに好ましく
は±20%以下の範囲内、最も好ましくは±10%以
下の範囲内である。 本明細書において、「濁り点」は本発明の方法
が適用される出発アルカリ金属ケイ酸塩水溶液に
ついて以下に述べる方法により決定することがで
きる。 すなわち、出発原料のSiO2濃度が9〜20%の
該アルカリ金属ケイ酸塩水溶液をSiO2として約
100g相当量とり、2リツトル容量のビーカーに
入れ、マグネツチイツクターラー(攪拌子の長
さ:40mm)を用いて回転攪拌による渦が攪拌子に
ちようど届く程度の回転数で攪拌しながら、水混
和性アルコールを約10ml/分の速度で添加する。
途中で溶液中に希薄な濁りを生ずることもある
が、水混和性アルコールの添加を続け、肉眼で観
察して、DIN38404のC2−5に規定する濁度
(TURVIDITY)TE/F=100に相当する
STANDARD FORMAZINE SUSPENSION溶
液と比較し、同じ濁度に達した時点でアルコール
の添加を停止する。この時点までに添加した水混
和性アルコールの量をもつて「濁り点」とする。
「濁り点」を越えたあとは濁度の変化は急激に起
るため計器によらなくても充分判定できる。 アルカリ金属ケイ酸塩水溶液への水混和性アル
コールの添加は、一般に15〜50℃、好ましくは20
〜40℃の範囲内において、局部的に沈殿ができる
だけ生じないように均一に攪拌しながら行なうの
が望ましい。また、均一な攪拌混合のため、場合
により該水混和性アルコールを予め水で希釈して
から添加してもよい。その際の水混和性アルコー
ルは連続的又は間欠的に添加することができ、そ
の添加速度は臨界的ではなく、アルカリ金属ケイ
酸塩の種類又は濃度、アルコールの種類、攪拌の
程度等に応じて変えることができ、局部的な沈殿
の生成を避けることが望ましい。また、静止形ミ
キサー等を使用して混合しながら添加してもよ
い。 以上の如くして水混和性アルコールが添加混合
されたアルカリ金属ケイ酸塩水溶液には、次いで
鉱酸を添加してシリカを微細粉末として沈殿させ
る。この沈殿に使用しうる鉱酸としては、例え
ば、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、又はこれらの2
種もしくはそれ以上の混合物が挙げられ、これら
の中で硫酸及び硝酸、殊に硫酸が好ましく、これ
らの酸は通常2〜18規定、より好ましくは3〜12
規定の濃度で使用することができる。 これら鉱酸の添加量は前記アルカリ金属ケイ酸
塩を中和するのに必要な化学量論量の35〜80%の
範囲内で用いた鉱酸の種類やアルカリ金属ケイ酸
塩、水混和性アルコールの種類、濃度等に応じて
変えることができるが、好適には該化学量論量の
50〜70%の範囲内とすることができる。 鉱酸の添加量が化学量論量の35%よりも少ない
時にはシリカ沈殿量が少なく目的とする微細粉末
のシリカの収率が低下する。沈殿していないシリ
カはコロイド状又はゾル状シリカであり、過操
作で捕捉できないために微細粉末シリカの収率が
下るものと考えられる。 一方、鉱酸の添加量が化学量論量の80%をこす
場合には、反応溶液のPHが中性に近づきゲル化速
度が早くなるため、粉粒状沈殿以外にゲル状シリ
カが生じ、過性を悪くすると共に、高純度のシ
リカが得られ難くなる。 鉱酸の添加は攪拌を行ないながら、ゲルの生成
をできるだけ抑制しつつ(混合液の実質的な粘度
上昇が起らないように注意しながら)、シリカが
固体微細粉末として析出するようにコントロール
しながら、或る程度の時間をかけて徐々に行なう
のが望ましい。特に、アルカリ金属ケイ酸塩を中
和するのに必要な化学量論量の35%に達するまで
の量の鉱酸の添加は、特に時間をかけてゆつくり
行なうことが望ましく、その速度は前記水溶液中
のアルカリ金属ケイ酸塩の濃度や添加する鉱酸の
濃度などにもよるが、一般には少なくとも5分
間、好ましくは10分間以上かけて行なうのが好都
合である。より具体的に、出発原料として用いた
アルカリ金属ケイ酸塩水溶液中のSiO2濃度が12
〜16重量%のときには、少なくとも10分間、通常
15〜60分間かけて添加するのが最適であり、ま
た、アルカリ金属ケイ酸塩水溶液中のSiO2濃度
が高くなるほど時間をかけて添加することが望ま
しい。 さらに鉱酸の添加は前述したように局部的にし
ろゲルの生成ができるだけ起らないように強力に
攪拌しながら行なうことが望ましく、特に混合液
のPHが10より低くならないように、より好ましく
は10.5以下にならないように、必要に応じてPHメ
ーターでモニタリングしながら、連続的又は間欠
的に行なうことが望ましい。また、この添加の間
における混合液の温度は一般に15〜50℃、より好
ましくは20〜40℃の範囲内の比較的低温に保持す
る。 以上に述べた如くしてアルカリ金属ケイ酸塩水
溶液と水混和性アルコールとの混合物に鉱酸を添
加することにより、鉱酸の添加に従つてシリカが
微細粉末状で徐々に析出し、スラリーが生ずる。
鉱酸の添加終了後のスラリーは直ちに次の工程に
移してもよいが、場合により、或る程度の時間、
例えば5〜30分間熟成してもよい、熟成は生成し
たスラリーを攪拌しながら室温に保持することに
より行なうことができる。 このようにして生成したスラリーは次いでさら
に鉱酸と接触させることにより、該スラリー中の
沈殿シリカ粉末から不純物をリーチングする。こ
のリーチングに使用される鉱酸としてはシリカの
微細粉末の沈殿の生成に用いたと同様のものを例
示することができ、必ずしもシリカの微細粉末の
沈殿の生成に用いたと同じ種類の酸である必要は
ないが、通常同じ種類の酸が好ましく、中でも硫
酸、硝酸、殊に前者の硫酸が好適である。 上記スラリーと鉱酸との接触は、該スラリーに
鉱酸を添加するが、或いは鉱酸中にスラリーを添
加し、充分に攪拌混合することにより行なうこと
ができる。この場合の鉱酸又はスラリーの添加速
度は臨界的ではなく任意の速度で、ただし、スラ
リー中のシリカ粉末と鉱酸との緊密な接触が充分
に行なえるようにして行なうのが望ましい。 鉱酸の使用量は混合後のスラリーの酸性度が少
なくとも1規定以上、好ましくは1.5〜4規定、
さらに好ましくは2〜3規定の範囲内になるよう
な量である。該酸性度が1規定より低いと、リー
チングが不充分になり高純度シリカが得られにく
く、また酸性度を高く保つことは経済的に好まし
くない。 スラリー中のシリカ微細粉末と鉱酸との接触は
一般に70℃又はそれ以上の比較的高い温度で行な
い、リーチングを促進することが望ましく、特に
90〜100℃の範囲内の温度が好適である。また、
該接触の時間は通常10分間以上、より好ましくは
30分〜3時間の範囲内である。 以上の如くリーチングにより不純物が抽出され
たスラリーは次いで過し、シリカ微細粉末が回
収される。過ケーキは必要により、さらに鉱酸
及び/又は水で洗浄する。この洗浄に使用する鉱
酸としては、塩酸又は硝酸が好適であり、その濃
度は一般に1〜12規定好ましくは2〜8規定とす
ることができる。この酸洗浄によつて、過ケー
キ中に存在しうるアルミニウム、チタン、ジルコ
ニウムなどの加水分解性の高い不純物をさらに除
去することができ、これによつてより高純度のシ
リカを得ることができる。 上記鉱酸による洗浄は通常60〜100℃、そして
水による洗浄は通常15〜50℃の温度において1回
又は複数回行なうことができる。 最後に生成シリカゲル微細粉末は、例えば約
100〜150℃の温度で乾燥される。これにより一般
に5〜500ミクロンの範囲の粒径をもつ高純度の
シリカ微細粉末が得られる。 以上述べた本発明の方法によれば、シリカの沈
殿析出工程において、シリカが該工程に次ぐ酸リ
ーチング工程でリーチングされやすい状態で沈殿
析出せしめられるので、本発明により得られるシ
リカ微細粉末は、後述する実施例から明らかなと
おり、極めて高純度、すなわち4ナイン以上であ
り、太陽電池用シリコンの製造用原料として充分
に使用することができる。しかも、本発明の方法
により得られるシリカ微細粉末のスラリーは極め
て過性に富み、本発明の方法は操作性が非常に
良好である。 次に実施例により本発明をさらに具体的に説明
する。 実施例 1 SiO2/Na2Oのモル比3.2の水ガラス(SiO2
度約30wt%)375gと水450mlを混合して13.6wt%
のSiO2を含有する原料溶液を調製した。この原
料溶液を攪拌しながらこの溶液に平均分子量200
のポリエチレンオキシドを約10ml/minのスピー
ドでゆつくりと添加した。ポリエチレンオキシド
を73ml迄添加した時溶液が濁り始めたのでポリエ
チレンオキシドの添加を止めた。その後該溶液を
攪拌しながらこの溶液に硫酸水溶液(25wt%)
80mlをゆつくりと(約10ml/minのスピードで)
添加した。硫酸の添加終了後さらに5分間攪拌を
続けPHの不均一が出来るのを防いだ。該溶液には
硫酸の添加によつて沈殿が生じその沈殿量は硫酸
添加にしたがつて増加したが目立つた溶液粘度の
変化はみられなかつた。生成した沈殿物の粒子の
大きさはほぼ1000μm以下であつた。ここ迄の操
作はすべて室温で行ない加熱などの特別の操作は
行なわなかつた。該25wt%の硫酸80mlの添加は
水ガラス375gを中和するのに要する酸の量に対
して50%に相当し混合液のPHは約11であつた。 その後上記操作によつて沈殿を生じた反応液に
不純物を洗浄する目的で硫酸(25wt%)750mlを
加え90℃に加熱して2時間保持した。この時の混
合溶液の酸濃度は約24規定に相当する。混合溶液
中の沈殿の大部分は沈降しているので加熱前及び
加熱中の約30分毎に約5秒間攪拌した。 その後この溶液を吸引過して沈殿物を分離し
て取り出した。この沈殿物はSiO2量100重量部に
対して約200重量部の水を含んだ(含水率約200%
の)シリカであつた。 得られたシリカにさらに塩酸(20wt%)750ml
を加え90℃に加熱して1時間保持した後この溶液
を吸引過して再びシリカを分取した。その後同
様の塩酸洗浄を2回くりかえし、さらに精製水を
加えての洗浄と過をくり返して液のPHが4以
上になるようにした。 得られたシリカを150℃で10時間乾燥して秤量
すると約100gのシリカとなつた。得られたシリ
カ中の不純物濃度をプラズマ発光分析および質量
分析により測定した。その結果を後記第1表に示
す。 又従来、高純度と云われている市販のクロマト
分析用シリカゲル(和光純薬C−100)および工
業用シリカゲル中の不純物量を同様に測定した結
果を比較例1および比較例2として後記第1表に
あわせて示す。 第1表から明らかなように本発明の製造方法に
より作成したシリカは従来市販のシリカとくらべ
てはるかに高純度であることが分る。 実施例 2 ポリエチレンオキシド(平均分子量200)の添
加量を75mlとし(濁り点73mlであるので濁り点の
1.03倍量)硫酸(25wt%)添加量を112mlとした
以外は実施例1と同様の操作を行ない約105gの
シリカを得た。(硫酸の添加量(112ml)は中和に
要する量の70%である。)得られたシリカ中の不
純物量を後記第1表に示す。実施例1と同様高純
度であつた。 実施例 3 ポリエチレンオキシドに変えてメチルアルコー
ルを「濁り点」である90ml添加した以外は実施例
1と同様に操作してシリカの沈殿を作成した。実
施例1同様の硫酸を用いてリーチングをした後
過した所含水率245%のシリカが得られた。この
得られたシリカに塩酸750mlを加え90℃に1時間
保つ洗浄を2回くり返し更に精製水で実施例1同
様洗浄液のPHが4になる迄洗浄した。得られたシ
リカを150℃で10時間乾燥した時の重量は101gで
あつた。不純物含有率を後記第1表に示す。 ここで太陽電池用シリコンの製造原料として使
用可能なシリカは高純度であると共に製造コスト
が安いことが要求される。言い換えれば高い生産
性が要求される。高純度の微粉シリカを製造する
ためには、不純物の確実な除去のためにシリカと
洗浄液の分離をくり返し行なうことが必要であ
り、通常数回にわたる過操作が必要とされる。
この時過時間が短かい方が生産性がよいことは
言うまでもない。本発明は微粉状シリカが高純度
であると共に過性のよいすなわち生産性の高い
沈殿が得られる特徴を持つている。そこで以下の
実施例により本発明の製造方法によるシリカの
過性を調べた。 実施例 4〜15 SiO2/Na2O比のモル比3.2の水ガラス(SiO2
濃度約30wt%)375gと水450mlを混合したSiO2
濃度13.6wt%の原料溶液を12個作成し、各々に第
2表に示す各種の水混和性アルコールを「濁り
点」の0.7倍〜1.3倍量に相当する各分量添加し
た。その後硫酸(25wt%)80mlを約15分間かけ
て添加してシリカを沈殿させ、さらに硫酸
(25wt%)210mlを加えて混合液のPHを1とし、
90℃に1時間保つたのち吸引過した。過には
内径11cmのブフナー型斗と、同径の化学分析用
紙を用い、水流アスピレーターで吸引過して
液が切れる迄の時間を測定した。各種水混和性
アルコールの添加量と過に要した時間を第2表
に示す。過時間が短かいことは工業生産の上で
大きなメリツトとなるが、「濁り点」の±30%量
の水混和性アルコールを添加したものは過時間
が短かいことが分る。 比較例 3 平均分子量200のポリエチレンオキシド添加量
を「濁り点」の約50%である38mlとした他は実施
例1と同様にシリカを作成した。 硫酸(25wt%)80mlを添加し終つた時シリカ
の沈殿は粉粒状ではなくペースト状であつた。更
にくわしく言うなら粉粒状沈殿とペースト状のゲ
ルの混合物であつた。 続けて硫酸(25wt%)750mlを加えて実施例1
同様90℃2時間の加熱処理をしたあと吸引過を
行なつた。 しかしながら本溶液はペースト状沈殿を含むた
め吸収過不能であつた。 また、第1段反応の硫酸添加量を56ml及び94ml
に変化させたが、両者ともペースト状沈殿が混じ
り吸収過不能であつた。 比較例 4 平均分子量200のポリエチレンオキシド添加量
を「濁り点」の約150%に相当する112ml添加し、
実施例1と同様に操作した。得られたシリカ中の
不純物量を後記第1表に示す。本比較例ではポリ
エチレンオキシド添加量が多すぎたため純度が悪
くなつている。 比較例 5〜10 第2表に示す各種水混和性アルコールを各々の
「濁り点」の±30%の範囲外に相当する第2表に
示す各分量を添加した以外は実施例4と同様の操
作を行なつて90℃1時間処理後のシリカ含有溶液
の過時間を測定した。 上記水混和性アルコールの種類、「濁り点」お
よび各々の添加量と過時間とを後記第2表に示
す。 上記結果から「濁り点」の±30%より外では
過性のよい沈殿が得られないことが分る。また、
グリセリン、ソルビトールは300ml以上加えても
白濁せず効果のないことが分る。 比較例 11 実施例1と同じ水ガラス190gを温水800mlでう
すめ54℃(130°F)に調製した。この溶液を800ml
のメチルアルコールと100mlの水の混合液中に強
く攪拌しながら注いだ。ケイ酸塩の細かな粒が生
成し溶液は強く濁つた。この懸濁液に炭酸ガスを
懸濁液の底からバブリングする様に約2/min
で通じた。40分後に溶液のPHは約9、50分後にPH
約8、60分後にPH約7となつた。U.S.
PATENT2386337の実施例ではここで終了して
シリカを得ているが、本比較例では上記シリカの
純度を上げるためこの溶液に硫酸(25%)336ml
を加えて90℃で2時間保つ洗浄操作をさらに行な
つた。同溶液を過した後更に塩酸(20%)380
ml、90℃1時間での洗浄を2回くり返した。硫酸
及び塩酸添加量が実施例3と濃度が一致するよう
に定めた。得られたシリカを洗浄液PHが4になる
迄精製水で洗浄し、150℃で10時間乾燥した。不
純物含有率分析結果を後記第1表に示す。 本比較例においてはミチルアルコールを濁り点
の約5倍と大量に使用しているため高純度のシリ
カが得られていない。 比較例 12 ポリエチレンオキシドの替りに界面活性剤であ
るラウリルペンゼンスルフオン酸ナトリウム3g
を水にとかして添加したほかは実施例3と同様に
操作した。得られたシリカの分析結果を後記第1
表に示す。 本比較例より界面活性剤を添加しても高純度の
シリカが得られないことがわかる。
The present invention relates to a method for producing fine silica powder.
More specifically, the present invention relates to a method for efficiently producing fine powder of high-purity silica, which can be used as a raw material for producing silicon for solar cells, through simple operations, for example. Silicon for solar cells is generally required to be highly pure silicon on the order of 5 nines to seven nines in order to improve the efficiency of converting solar energy into electrical energy. As a method for producing such high-purity silicon, a method is already known that uses high-purity silica as a raw material and reduces it to produce high-purity silicon [for example, U.S. Pat. No. 4,247,528] Calligraphy (= Tokukaisho
55-136116)]. In order to produce high-purity silicon for solar cells using the above reduction method, the silica used as a raw material is generally required to have a purity of 4 nines or more, and in particular, boron, phosphorus and It is desired that the concentration of each impurity such as a transition metal is 1 ppm or less. Natural resources such as high-quality crystal can be used as raw material silica with high purity, but such natural resources are limited and expensive, so industrial mass production is not possible. It is not suitable for Therefore, various methods of producing high-purity silica from easily available and inexpensive silicates have been studied. As an example of such conventional methods, silica-containing materials (e.g. silica sand, feldspar, etc.)
A method has been proposed in which a flux is added and melted to form a fibrous silicate glass, and this fibrous glass is leached with acid to obtain a powdered silica (SiO 2 ) porous material. (See US Pat. No. 4,294,811, DE-OS3123009). However, in order to obtain high-purity silica by leaching, it is necessary to limit the glass composition to one that facilitates leaching, and as a result, in addition to silicon dioxide, large amounts of aluminum oxide and alkaline earth metal salts are added to the glass components. As a result, it is unreasonable to have to remove all large amounts of components other than silicon dioxide after the glass is made into fibers. Furthermore, when large-diameter fibers are mixed in with the silicate glass fibers, there is a risk that unleached silicate glass will mix into the obtained silica and become an impurity. On the other hand, a method is known in which silica gel is obtained by reacting an alkali silicate (commonly known as water glass) with an acid [for example, J.G. Beil (J.
G.Vail), “Soluble Silicates”
Silicates” (ACS monograph series),
(See Reinhold, New York, 1952, Vol. 2, p549, etc.) Silica gel is composed of SiO 2 with relatively high purity, and it is possible to use such silica gel as a raw material for producing silicon by the reduction method described above, but these silica gels are usually
The purity of SiO 2 is around 99.5wt%, and even if it is of a grade called high purity, it is around 99.95wt% at most, and it cannot be used as it is as a raw material for manufacturing silicon for solar cells, which requires a purity of 4 nines or more. I can't. Therefore, an object of the present invention is to provide a simple and efficient method for producing high-purity silicon fine powder that can be used as a raw material for producing silicon for solar cells. According to the present invention, (a) a water-miscible monovalent silicate is added to an aqueous solution of an alkali metal silicate having a SiO 2 concentration of 9 to 20% by weight until solid precipitation occurs and the solution becomes cloudy or just before that. and (b) adding to the resulting mixture at least one water-miscible alcohol selected from dihydric alcohols in an amount of 35 to 80% of the stoichiometric amount for neutralizing the alkali metal silicate. (c) The resulting slurry is then brought into contact with the mineral acid at an acidity of at least 1N or more. provided. It should be noted that it should be understood that the term "silica" used in this specification includes not only anhydrous SiO 2 but also hydrated silica (SiO 2 xH 2 O). The alkali metal silicates used as starting materials in the process of the invention include lithium silicate,
These include sodium silicate, potassium silicate, and the like, with sodium silicate being particularly preferred. The SiO 2 /M 2 O ratio in these silicates (where M
represents an alkali metal) is not particularly limited and can be freely selected from a wide range, but generally SiO 2 /M 2 is within the range of 2 to 4, preferably 2.5 to 3.5.
A material having an O ratio (weight) is suitable. In particular, sodium silicate (SiO 2 : 28-30wt%, Na 2 O 9-10wt%
%, specific gravity: 1.385 or more) is inexpensive and industrially easy to handle. Furthermore, as alkali metal silicates that can be prepared manually in the form of an aqueous solution, melt-molded products of alkali metal silicate dissolved in water under high pressure, or amorphous silicates (amorphous silica or Diatoms, etc.) dissolved in alkali hydroxide can also be used as starting materials in the method of the invention. According to the method of the present invention, first, an aqueous solution of an alkali metal silicate as described above is prepared. At that time, the concentration of alkali metal silicate in the aqueous solution is
The concentration is such that the SiO 2 concentration is in the range of 9 to 20% by weight, preferably 11 to 17% by weight, and more preferably 12 to 16% by weight. However, within the above range
If an aqueous solution of alkali metal silicate with a SiO 2 concentration can be produced industrially, it can be used as it is or further diluted with water, or
If an aqueous solution of an alkali metal silicate having a SiO 2 concentration can be produced industrially, it can be diluted with water to obtain an aqueous alkali metal silicate solution according to the present invention. For example, an alkali metal silicate aqueous solution that can be suitably used in the present invention can be obtained by diluting the aforementioned JIS No. 3 standard sodium silicate aqueous solution with water to a volume of 1.5 to 5 times. A water-miscible alcohol selected from water-miscible monohydric and dihydric alcohols is first added to the alkali metal silicate aqueous solution prepared in this way. As used herein, the term "water-miscible alcohol" refers to an alcohol having a solubility in water (distilled water) at 25° C. of at least 50 g/or more, preferably 100 g/or more. However, as a water-miscible monohydric alcohol,
For example, methyl alcohol, ethyl alcohol,
Examples include alkanols such as n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, sec-butyl alcohol, and 2-hexanol. Among these, alkanols having 1 to 4 carbon atoms are preferred, and especially, Number of carbon atoms: 1
~3 alkanols are preferred. Furthermore, the water-miscible dihydric alcohol may be of any type with low molecular weight, such as alkanediols such as ethylene glycol, propylene glycol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol; and polyalkylene oxides such as polyethylene oxide having an average molecular weight of 1000 or less, preferably 200 to 600, and polypropylene oxide having an average molecular weight of 900 or less, preferably 200 to 400, among which alkylene diols having 2 to 4 carbon atoms. and polyalkylene oxides having an average molecular weight of 200 to 600 are preferred, particularly polyalkylene oxides having an average molecular weight of 200 to 600.
400 polyethylene oxide is preferred. The water-miscible alcohols mentioned above can be used alone or in combination of two or more. Water-miscible alcohols which can be used particularly advantageously include polyethylene oxides having an average molecular weight of 200 to 400. When the above-mentioned water-miscible alcohol is gradually added to an aqueous alkali metal silicate solution, solid precipitation occurs after a certain amount has been added, making the solution cloudy, and as the addition continues, the precipitation gradually increases. go. One major feature of the present invention is that the addition of a water-miscible alcohol to an aqueous alkali metal silicate solution causes precipitation of solids and the solution begins to become cloudy (this point is defined herein as the "turbidity point"). The goal is to stop at that point. As a result, precipitation of the fine silica powder in the subsequent step (b) and leaching of impurities from the fine silica powder with mineral acid in the step (c) can be carried out smoothly and efficiently. It becomes possible to obtain fine powder of high purity silica. When the water-miscible alcohol is added in an amount far below the "cloud point", gelation occurs when the mineral acid is added in step (b), making it difficult to obtain a fine powder precipitate, and instead forming a paste-like mixture. Temperature: Significantly inferior precipitation tends to occur. On the other hand, if the amount is added significantly above the "turbidity point", it becomes difficult to obtain highly pure silica. The reason for this is probably that due to the dehydration effect of alcohols, leaching with mineral acids is not sufficiently carried out and a large amount of silicate precipitates are formed. Therefore, a suitable amount of water-miscible alcohol to be added is within a range of ±30% or less, more preferably within a range of ±20% or less of the amount of alcohol at the "cloudy point", centered on the "cloudy point", Most preferably, it is within a range of ±10% or less. As used herein, the "turbidity point" can be determined by the method described below for the starting aqueous alkali metal silicate solution to which the method of the present invention is applied. That is, the alkali metal silicate aqueous solution having a SiO 2 concentration of 9 to 20% as a starting material is used as SiO 2 and approximately
Take an amount equivalent to 100g, put it in a 2-liter beaker, and stir using a magnetic stirrer (stirring bar length: 40mm) at a speed that allows the vortex generated by the rotation to reach the stirring bar. Add the water-miscible alcohol at a rate of approximately 10 ml/min.
Dilute turbidity may occur in the solution during the process, but by continuing to add water-miscible alcohol and observing with the naked eye, the turbidity (TURVIDITY) TE/F = 100 is equivalent to C2-5 of DIN38404. do
Compare with the STANDARD FORMAZINE SUSPENSION solution and stop adding alcohol when the same turbidity is reached. The amount of water-miscible alcohol added up to this point is defined as the "turbidity point."
After the turbidity point is exceeded, the turbidity changes rapidly, so it can be determined without using a meter. The addition of water-miscible alcohol to aqueous alkali metal silicate solutions is generally carried out at 15-50°C, preferably at 20°C.
It is desirable to carry out the reaction at a temperature of -40°C with uniform stirring to prevent localized precipitation as much as possible. Further, in order to achieve uniform stirring and mixing, the water-miscible alcohol may be added after being diluted with water in advance in some cases. The water-miscible alcohol can be added continuously or intermittently, and the rate of addition is not critical and depends on the type or concentration of the alkali metal silicate, the type of alcohol, the degree of stirring, etc. It is desirable to avoid the formation of localized precipitates. Alternatively, they may be added while being mixed using a static mixer or the like. To the aqueous alkali metal silicate solution to which the water-miscible alcohol has been added and mixed as described above, mineral acid is then added to precipitate silica as a fine powder. Examples of mineral acids that can be used for this precipitation include hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, or two of these.
Among these, sulfuric acid and nitric acid, especially sulfuric acid, are preferred, and these acids usually have a concentration of 2 to 18N, more preferably 3 to 12N.
Can be used at specified concentrations. The amount of these mineral acids added should be within the range of 35 to 80% of the stoichiometric amount required to neutralize the alkali metal silicate, depending on the type of mineral acid used, the alkali metal silicate, and the water miscibility. Although it can be changed depending on the type and concentration of alcohol, preferably the stoichiometric amount is
It can be within the range of 50-70%. When the amount of mineral acid added is less than 35% of the stoichiometric amount, the amount of silica precipitated is small and the yield of the desired fine powder silica is reduced. It is thought that the unprecipitated silica is colloidal or sol-like silica, and cannot be captured by over-operation, resulting in a decrease in the yield of fine powder silica. On the other hand, when the amount of mineral acid added exceeds 80% of the stoichiometric amount, the pH of the reaction solution approaches neutrality and the gelation rate increases, resulting in formation of gelled silica in addition to granular precipitation. In addition to impairing properties, it becomes difficult to obtain high purity silica. Addition of mineral acid is controlled while stirring to suppress gel formation as much as possible (taking care not to substantially increase the viscosity of the mixture) and to ensure that silica precipitates as a solid fine powder. However, it is desirable to do this gradually over a certain amount of time. In particular, it is desirable to slowly add mineral acid in an amount up to 35% of the stoichiometric amount required to neutralize the alkali metal silicate, and the rate is Although it depends on the concentration of the alkali metal silicate in the aqueous solution and the concentration of the mineral acid added, it is generally convenient to conduct the reaction for at least 5 minutes, preferably for 10 minutes or more. More specifically, the SiO 2 concentration in the alkali metal silicate aqueous solution used as the starting material was 12
~16% by weight, usually for at least 10 minutes
It is optimal to add over 15 to 60 minutes, and it is desirable to add over a longer time as the SiO 2 concentration in the aqueous alkali metal silicate solution increases. Furthermore, as mentioned above, it is preferable to add the mineral acid while stirring strongly to prevent gel formation, even if it is only locally. It is desirable to perform this continuously or intermittently, monitoring with a PH meter as necessary to ensure that the pH does not fall below 10.5. The temperature of the mixed solution during this addition is generally maintained at a relatively low temperature within the range of 15 to 50°C, more preferably 20 to 40°C. As described above, by adding mineral acid to the mixture of aqueous alkali metal silicate solution and water-miscible alcohol, silica is gradually precipitated in the form of fine powder as the mineral acid is added, forming a slurry. arise.
The slurry after addition of mineral acid may be transferred to the next step immediately, but in some cases, it may be transferred for a certain period of time.
For example, the slurry may be aged for 5 to 30 minutes, and the aging can be carried out by maintaining the resulting slurry at room temperature while stirring. The slurry thus produced is then further contacted with a mineral acid to leach impurities from the precipitated silica powder in the slurry. The mineral acid used for this leaching can be the same as that used to generate the precipitate of fine silica powder, and it does not necessarily have to be the same type of acid used to generate the precipitate of fine silica powder. However, acids of the same type are generally preferred, and among these, sulfuric acid and nitric acid, especially the former sulfuric acid, are preferred. The above-mentioned slurry and mineral acid can be brought into contact by adding the mineral acid to the slurry, or by adding the slurry to the mineral acid and thoroughly stirring and mixing the mixture. The rate of addition of the mineral acid or slurry in this case is not critical and is arbitrary, but preferably at a rate sufficient to allow intimate contact between the silica powder in the slurry and the mineral acid. The amount of mineral acid used is such that the acidity of the slurry after mixing is at least 1N or more, preferably 1.5 to 4N,
More preferably, the amount is within the range of 2 to 3 normal. If the acidity is lower than 1N, leaching will be insufficient and high purity silica will be difficult to obtain, and it is economically undesirable to maintain the acidity high. It is desirable to contact the fine silica powder in the slurry with the mineral acid at a relatively high temperature of 70°C or higher to promote leaching, especially
Temperatures within the range of 90-100°C are preferred. Also,
The duration of said contact is usually 10 minutes or more, more preferably
It is within the range of 30 minutes to 3 hours. The slurry from which impurities have been extracted by leaching as described above is then filtered to recover fine silica powder. The percake is further washed with mineral acid and/or water if necessary. Hydrochloric acid or nitric acid is suitable as the mineral acid used for this cleaning, and its concentration can generally be 1 to 12N, preferably 2 to 8N. By this acid washing, highly hydrolyzable impurities such as aluminum, titanium, and zirconium that may be present in the overcake can be further removed, thereby making it possible to obtain silica of higher purity. The above-mentioned washing with mineral acid can be carried out at a temperature of usually 60 to 100°C, and the washing with water can be carried out one or more times at a temperature of usually 15 to 50°C. The final silica gel fine powder produced is e.g.
It is dried at a temperature of 100-150℃. This generally results in a finely divided silica powder of high purity with a particle size in the range of 5 to 500 microns. According to the method of the present invention described above, in the silica precipitation step, silica is precipitated in a state where it is easily leached in the acid leaching step that follows the step, so that the silica fine powder obtained by the present invention can be obtained as described below. As is clear from the examples, it has extremely high purity, that is, 4 nines or more, and can be used satisfactorily as a raw material for producing silicon for solar cells. Moreover, the slurry of fine silica powder obtained by the method of the present invention is extremely hypersensitive, and the method of the present invention has very good operability. Next, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples. Example 1 Mix 375 g of water glass (SiO 2 concentration approximately 30 wt%) with a SiO 2 /Na 2 O molar ratio of 3.2 and 450 ml of water to obtain 13.6 wt%
A raw material solution containing SiO 2 was prepared. While stirring this raw material solution, add an average molecular weight of 200 to this solution.
of polyethylene oxide was slowly added at a rate of about 10 ml/min. When 73 ml of polyethylene oxide was added, the solution started to become cloudy, so the addition of polyethylene oxide was stopped. Then, while stirring the solution, add sulfuric acid aqueous solution (25wt%) to this solution.
Slowly pour 80ml (at a speed of about 10ml/min)
Added. After the addition of sulfuric acid was completed, stirring was continued for an additional 5 minutes to prevent non-uniform pH. Addition of sulfuric acid produced a precipitate in the solution, and the amount of precipitate increased as the sulfuric acid was added, but no noticeable change in solution viscosity was observed. The particle size of the generated precipitate was approximately 1000 μm or less. All operations up to this point were performed at room temperature without any special operations such as heating. The addition of 80 ml of 25 wt% sulfuric acid corresponded to 50% of the amount of acid required to neutralize 375 g of water glass, and the pH of the mixture was about 11. Thereafter, 750 ml of sulfuric acid (25 wt%) was added to the reaction solution in which a precipitate was formed by the above operation for the purpose of washing impurities, and the mixture was heated to 90° C. and maintained for 2 hours. The acid concentration of the mixed solution at this time corresponds to about 24 normal. Since most of the precipitate in the mixed solution had settled, the mixture was stirred for about 5 seconds every 30 minutes before and during heating. The solution was then filtered under suction to separate and remove the precipitate. This precipitate contained approximately 200 parts by weight of water per 100 parts by weight of SiO 2 (water content approximately 200%).
) was made of silica. Add 750ml of hydrochloric acid (20wt%) to the obtained silica.
was added, heated to 90°C and held for 1 hour, and the solution was filtered under suction to separate the silica again. Thereafter, the same hydrochloric acid washing was repeated twice, and the washing with purified water and filtration were repeated until the pH of the solution was 4 or higher. The obtained silica was dried at 150°C for 10 hours and weighed to give about 100g of silica. The impurity concentration in the obtained silica was measured by plasma emission spectrometry and mass spectrometry. The results are shown in Table 1 below. In addition, the results of similarly measuring the amount of impurities in commercially available silica gel for chromatographic analysis (Wako Pure Chemical Industries, Ltd. C-100) and industrial silica gel, which are said to be of high purity, are shown in Comparative Example 1 and Comparative Example 2 in Section 1 below. Also shown in the table. As is clear from Table 1, the silica produced by the production method of the present invention has a much higher purity than conventional commercially available silica. Example 2 The amount of polyethylene oxide (average molecular weight 200) added was 75 ml (the turbidity point was 73 ml, so the turbidity point was
About 105 g of silica was obtained by carrying out the same operation as in Example 1, except that the amount of sulfuric acid (25 wt%) added was 112 ml. (The amount of sulfuric acid added (112 ml) is 70% of the amount required for neutralization.) The amount of impurities in the obtained silica is shown in Table 1 below. As in Example 1, the purity was high. Example 3 A silica precipitate was prepared in the same manner as in Example 1, except that 90 ml of methyl alcohol, which is the "turbidity point", was added instead of polyethylene oxide. Silica with a water content of 245% was obtained after leaching with sulfuric acid similar to that in Example 1. The obtained silica was washed with 750 ml of hydrochloric acid and kept at 90° C. for 1 hour, which was repeated twice and then washed with purified water until the pH of the washing solution reached 4 as in Example 1. The weight of the obtained silica when dried at 150° C. for 10 hours was 101 g. The impurity content is shown in Table 1 below. Here, silica that can be used as a raw material for manufacturing silicon for solar cells is required to have high purity and low manufacturing cost. In other words, high productivity is required. In order to produce high-purity fine powder silica, it is necessary to repeatedly separate the silica and the cleaning liquid in order to reliably remove impurities, and usually several over-operations are required.
It goes without saying that the shorter the elapsed time at this time, the better the productivity. The present invention is characterized in that the finely divided silica has high purity and that a precipitate with good permeability, that is, with high productivity, can be obtained. Therefore, the following examples were used to investigate the transient nature of silica produced by the production method of the present invention. Examples 4 to 15 Water glass (SiO 2
SiO 2 (concentration approximately 30wt%) mixed with 375g and 450ml of water
Twelve raw material solutions with a concentration of 13.6 wt% were prepared, and each of the various water-miscible alcohols shown in Table 2 was added to each in an amount corresponding to 0.7 to 1.3 times the "turbidity point". Then, 80 ml of sulfuric acid (25 wt%) was added over about 15 minutes to precipitate silica, and 210 ml of sulfuric acid (25 wt%) was added to adjust the pH of the mixture to 1.
After keeping it at 90°C for 1 hour, it was suctioned off. Using a Buchner type dowel with an inner diameter of 11 cm and chemical analysis paper of the same diameter, the liquid was suctioned with a water aspirator and the time until the liquid ran out was measured. Table 2 shows the amounts of various water-miscible alcohols added and the time required. A short elapsed time is a great advantage in industrial production, and it can be seen that the elapsed time is short when water-miscible alcohol is added in an amount of ±30% of the "turbidity point." Comparative Example 3 Silica was prepared in the same manner as in Example 1, except that the amount of polyethylene oxide with an average molecular weight of 200 was changed to 38 ml, which is about 50% of the "turbidity point". When 80 ml of sulfuric acid (25 wt%) had been added, the silica precipitate was not powdery but pasty. More specifically, it was a mixture of powdery precipitate and pasty gel. Subsequently, 750 ml of sulfuric acid (25 wt%) was added to prepare Example 1.
After the same heat treatment at 90°C for 2 hours, suction filtration was performed. However, this solution contained a paste-like precipitate and therefore could not be absorbed. In addition, the amount of sulfuric acid added in the first stage reaction was 56 ml and 94 ml.
However, both were mixed with paste-like precipitates and could not be absorbed. Comparative Example 4 112 ml of polyethylene oxide with an average molecular weight of 200 was added, which corresponds to approximately 150% of the "turbidity point".
It was operated in the same manner as in Example 1. The amount of impurities in the obtained silica is shown in Table 1 below. In this comparative example, the amount of polyethylene oxide added was too large, resulting in poor purity. Comparative Examples 5 to 10 Same as Example 4 except that various water-miscible alcohols shown in Table 2 were added in amounts shown in Table 2 corresponding to outside the range of ±30% of each "turbidity point". The elapsed time of the silica-containing solution after being treated at 90° C. for 1 hour was measured. The type of water-miscible alcohol, the "turbidity point", the amount added and the elapsed time of each are shown in Table 2 below. From the above results, it can be seen that a well-transparent precipitate cannot be obtained outside ±30% of the "turbidity point". Also,
It can be seen that even if 300 ml or more of glycerin and sorbitol are added, the mixture does not become cloudy and has no effect. Comparative Example 11 190 g of the same water glass as in Example 1 was diluted to 54°C (130°F) with 800ml of warm water. 800ml of this solution
of methyl alcohol and 100 ml of water with vigorous stirring. Fine grains of silicate formed and the solution became very cloudy. Bubble carbon dioxide gas into this suspension from the bottom of the suspension for about 2 minutes.
I understood. The pH of the solution is approximately 9 after 40 minutes, and the pH after 50 minutes.
After about 8.60 minutes, the pH became about 7. US
In the example of PATENT2386337, the process ends here and silica is obtained, but in this comparative example, 336ml of sulfuric acid (25%) is added to this solution to increase the purity of the silica.
A further washing operation was carried out by adding and keeping at 90°C for 2 hours. After filtering the same solution, add hydrochloric acid (20%) to 380
ml, washing at 90°C for 1 hour was repeated twice. The amounts of sulfuric acid and hydrochloric acid added were determined so that the concentrations matched those of Example 3. The obtained silica was washed with purified water until the pH of the washing solution reached 4, and dried at 150°C for 10 hours. The impurity content analysis results are shown in Table 1 below. In this comparative example, high purity silica was not obtained because methyl alcohol was used in a large amount, about 5 times the turbidity point. Comparative Example 12 3g of sodium laurylpenzenesulfonate, a surfactant, instead of polyethylene oxide
The procedure was the same as in Example 3, except that the solution was dissolved in water and added. The analysis results of the obtained silica are shown in Section 1 below.
Shown in the table. This comparative example shows that high purity silica cannot be obtained even if a surfactant is added.

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 (a) SiO2濃度が9〜20重量%のアルカリ金
属ケイ酸塩水溶液に、固体の沈殿が生じて溶液
がちようど濁り始めるか又はその直前まで水混
和性の1価及び2価アルコールから選ばれる水
混和性アルコールの少なくとも1種を添加し、 (b) 得られる混合物に、上記アルカリ金属ケイ酸
塩を中和するための化学量論量の35〜80%の量
の鉱酸を添加してシリカを微細粉末として沈殿
させ、 (c) 次いで、生ずるスラリーを少なくとも1規定
以上の酸性度において鉱酸と接触させる ことを特徴とする微細粉末状のシリカの製造方
法。 2 アルカリ金属ケイ酸塩がケイ酸ナトリウムで
ある特許請求の範囲第1項記載の方法。 3 アルカリ金属ケイ酸塩水溶液中のSiO2濃度
が11〜17重量%である特許請求の範囲第1項記載
の方法。 4 水混和性アルコールをその濁り点の±30%以
下の範囲内の量で添加する特許請求の範囲第1項
記載の方法。 5 水混和性1価アルコールが炭素原子数1〜4
個のアルカノールである特許請求の範囲第1項記
載の方法。 6 水混和性2価アルコールが炭素原子数2〜4
個のアルキレンジオール及び平均分子量が200〜
600のポリアルキレンオキシドより選ばれる特許
請求の範囲第1項記載の方法。 7 水混和性アルコールが平均分子量200〜400の
ポリエチレンオキシドである特許請求の範囲第1
項記載の方法。 8 鉱酸が硫酸又は硝酸である特許請求の範囲第
1項記載の方法。 9 工程(b)において、アルカリ金属ケイ酸塩を中
和するための化学量論量の50〜70%の量の鉱酸を
添加する特許請求の範囲第1項記載の方法。 10 工程(b)における鉱酸の添加を、ゲルの生生
を抑制しつつゆつくり行なう特許請求の範囲第1
項記載の方法。 11 工程(b)において、アルカリ金属ケイ酸塩を
中和するための化学量論量の35%に達するまでの
量の鉱酸の添加を少なくとも5分間かけて行なう
特許請求の範囲第10項記載の方法。 12 工程(b)における鉱酸の添加を生成スラリー
のPHが10より低くならないように攪拌しながら行
なう特許請求の範囲第10項記載の方法。 13 工程(b)を15〜50℃の範囲内の温度で行なう
特許請求の範囲第1項記載の方法。 14 工程(c)における酸性度が1.5〜4規定度の
範囲内である特許請求の範囲第1項記載の方法。 15 工程(c)を70℃又はそれ以上の温度で行なう
特許請求の範囲第1項記載の方法。 16 工程(c)に引続いて、得られるスラリーを
過し、過ケーキを鉱酸及び/又は水で洗浄する
特許請求の範囲第1項記載の方法。 17 鉱酸が塩酸又は硝酸である特許請求の範囲
第16項記載の方法。
[Scope of Claims] 1 (a) In an aqueous solution of an alkali metal silicate having a SiO 2 concentration of 9 to 20% by weight, solid precipitation occurs and the solution becomes turbid or just before that. (b) adding to the resulting mixture 35 to 80% of the stoichiometric amount for neutralizing the alkali metal silicate; A method for producing silica in fine powder form, characterized in that the silica is precipitated as a fine powder by adding an amount of mineral acid, and (c) the resulting slurry is then brought into contact with a mineral acid at an acidity of at least 1 normal or more. . 2. The method according to claim 1, wherein the alkali metal silicate is sodium silicate. 3. The method according to claim 1, wherein the alkali metal silicate aqueous solution has a SiO 2 concentration of 11 to 17% by weight. 4. The method according to claim 1, wherein the water-miscible alcohol is added in an amount within ±30% of its turbidity point. 5 The water-miscible monohydric alcohol has 1 to 4 carbon atoms.
The method according to claim 1, wherein the alkanol is 6 The water-miscible dihydric alcohol has 2 to 4 carbon atoms.
alkylene diol with an average molecular weight of 200~
600 polyalkylene oxides. 7. Claim 1, wherein the water-miscible alcohol is polyethylene oxide with an average molecular weight of 200 to 400.
The method described in section. 8. The method according to claim 1, wherein the mineral acid is sulfuric acid or nitric acid. 9. The method according to claim 1, wherein in step (b), a mineral acid is added in an amount of 50 to 70% of the stoichiometric amount for neutralizing the alkali metal silicate. 10 Claim 1 in which the mineral acid is added slowly in step (b) while suppressing gel formation.
The method described in section. 11. In step (b), addition of mineral acid in an amount up to 35% of the stoichiometric amount for neutralizing the alkali metal silicate is carried out over at least 5 minutes. the method of. 12. The method according to claim 10, wherein the addition of the mineral acid in step (b) is carried out with stirring so that the pH of the slurry produced does not fall below 10. 13. The method according to claim 1, wherein step (b) is carried out at a temperature within the range of 15 to 50°C. 14. The method according to claim 1, wherein the acidity in step (c) is within the range of 1.5 to 4 normality. 15. The method according to claim 1, wherein step (c) is carried out at a temperature of 70°C or higher. 16. Process according to claim 1, in which, subsequent to step (c), the resulting slurry is filtered and the percake is washed with mineral acid and/or water. 17. The method according to claim 16, wherein the mineral acid is hydrochloric acid or nitric acid.
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