專利名稱：高純度二氧化硅的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種制備高純度商業(yè)質(zhì)量二氧化硅產(chǎn)品的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
高純度二氧化硅(或稱為高純度石英玻璃)是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展急需的產(chǎn)品，是當(dāng)今世界電子工業(yè)、光電子工業(yè)和能源轉(zhuǎn)換技術(shù)(如太陽(yáng)能電池等)不可缺少的重要基礎(chǔ)材料。 石英玻璃是應(yīng)用日益廣泛的高新技術(shù)材料，如半導(dǎo)體工業(yè)用石英玻璃坩堝、新型電光源用石英玻璃玻殼、光通訊用石英逛到纖維、宇航工業(yè)用耐輻射照石英玻璃、高溫環(huán)境下用耐高溫低膨脹石英玻璃等。石英玻璃已成為近代科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)不可或缺的重要材料。這些材料雖然重要，但目前它們的產(chǎn)量都很低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求。我國(guó)高純二氧化硅材料產(chǎn)量更少，根本無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的需求，為了保證科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我國(guó)每年從國(guó)外進(jìn)口大量原材料，材料的奇缺，已影響了電子工業(yè)的發(fā)展，成為發(fā)展的瓶頸。石英玻璃的傳統(tǒng)生產(chǎn)方法有兩大類一類用天然二氧化硅粉料，在氫氧火焰或電的高溫下，燒結(jié)為石英玻璃；另一類以提純的四氯化硅為原料，在氫氧火焰的高溫下，與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成石英玻璃。前者因使用的原料不同，又可分兩種一種以天然的水晶(二氧化硅的結(jié)晶體)為原料，經(jīng)粉碎處理后，在氫氧火焰或電的高溫下，燒結(jié)為石英玻璃；另一類是以純凈的二氧化硅石粉為原料。上述這兩種方法，因受石英粉料中雜質(zhì)的影響，生產(chǎn)的石英玻璃質(zhì)量受到限制，其純度不易提高。后者是以四氯化硅與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成石英玻璃的，因此，又被稱為人造合成石英玻璃(簡(jiǎn)稱為合成石英玻璃)。由于合成石英玻璃的原料可以西門子法進(jìn)行物理提純，雜質(zhì)濃度很容易可以控制在10_6數(shù)量級(jí)(6N)，甚至10_9數(shù)量級(jí)(9N)，但是生產(chǎn)成本極高，過(guò)程污染大。伴隨著國(guó)內(nèi)電子工業(yè)、IT產(chǎn)業(yè)以及家電、電光源對(duì)于石英玻璃的需求量的不斷增加，相應(yīng)的對(duì)于超純二氧化硅的需求量也在逐年增加，預(yù)計(jì)石英玻璃的年增長(zhǎng)率是30%左右。2007年我國(guó)大陸高純石英砂的銷售額是10億元人民幣，臺(tái)灣石英制品銷售額為22億元人民幣，日本是30億元人民幣。硅材料是大規(guī)模集成電路的基礎(chǔ)材料，未來(lái)5年是中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的機(jī)遇之年，據(jù)估計(jì)到2015年集成電路市場(chǎng)的需求額大約為6000億元人民幣。2006年以來(lái)我國(guó)對(duì)超純石英砂的需求量已達(dá)2萬(wàn)噸以上。由于研究開發(fā)不夠，我國(guó)高純精細(xì)石英砂長(zhǎng)期依賴從美國(guó)進(jìn)口，每年需要花費(fèi)16億元人民幣即超過(guò)近3億美元進(jìn)高純度二氧化硅除了是制造應(yīng)用日益廣泛的高新技術(shù)材料石英玻璃的原料，也是半導(dǎo)體工業(yè)及太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)中最重要的基礎(chǔ)原料，特別是在未來(lái)尚未有材料取代，以及
原油能源逐漸短缺及原油價(jià)格飆漲，替代能源急迫取代原油能源之趨勢(shì)下，全球產(chǎn)業(yè)對(duì)二
氧化硅原料之依賴與日俱增，但習(xí)知高純度二氧化硅原料無(wú)法由自然界中取得，必需經(jīng)由
4復(fù)雜、高成本及高污染之制程產(chǎn)生，使高純度二氧化硅原料之成本偏高，并有供不應(yīng)求之現(xiàn)象，且價(jià)格亦隨原油價(jià)格上漲，對(duì)于半導(dǎo)體工業(yè)與太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)之發(fā)展前景造成瓶頸與限制。中國(guó)是低檔二氧化硅(石英砂)的生產(chǎn)大國(guó)，但質(zhì)地不均勻，礦物雜質(zhì)和工藝過(guò)程中的混雜物質(zhì)不能去除，導(dǎo)致超純石英砂生產(chǎn)批量小，質(zhì)量不穩(wěn)定。中國(guó)專利公開號(hào) CN1276341A曾揭示一種以氟硅酸鈉為原料利用氨解與氧化硅晶種生產(chǎn)白炭黑的方法，所生產(chǎn)的非晶態(tài)白炭黑仍然存在約1.64%的各類雜質(zhì)；中國(guó)專利公開號(hào)CN1363511A與公開號(hào) CN101139094A分別揭示以氟硅酸鈉及氟硅酸經(jīng)氨化水解制取高比表面積白炭黑的生產(chǎn)方法，但是所生產(chǎn)白炭黑標(biāo)準(zhǔn)二氧化硅含量遠(yuǎn)低于99. 99%的水平，多年的努力說(shuō)明，我國(guó)尚未解決提純超高純度二氧化硅的技術(shù)瓶頸。因此，一方面是高新技術(shù)對(duì)石英玻璃的需求量越來(lái)越大，需求條件越來(lái)越高，另一方面則是生產(chǎn)超高純石英玻璃原料提純技術(shù)面臨著嚴(yán)重短腿的掣肘，迫切地需要一種能夠生產(chǎn)與IOTA標(biāo)準(zhǔn)二氧化硅含量為99. 9992%產(chǎn)品純度且性質(zhì)穩(wěn)定的生產(chǎn)技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種利用先導(dǎo)物氨解還原制造高純度二氧化硅的方法，較佳方法為以含氟硅酸鹽官能基(Fluosilicate FunctionalGroup) 的先導(dǎo)物經(jīng)重復(fù)溶解、結(jié)晶，熱解以去除元素周期表中III、V族與過(guò)渡金屬雜質(zhì)，純化先導(dǎo)物并再以氨水解還原，以得到高純度二氧化硅產(chǎn)物之制備方法。為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案高純度二氧化硅的生產(chǎn)方法，其步驟包含A)制備先導(dǎo)物，以化學(xué)合成方法制備含氟硅酸鹽官能基的含硅氟化物作為先導(dǎo)物；B)純化先導(dǎo)物，將步驟A)制備的先導(dǎo)物利用純化手段以去除元素周期表中的 III、V族離子雜質(zhì)，從而得到純化先導(dǎo)物，該純化先導(dǎo)物中硼與磷含量介于Ippm至Ippb 之間，過(guò)渡金屬含量介于Ippm至Ippb之間；更優(yōu)選，硼與磷含量介于IOppb至Ippb之間；C)以還原劑水解還原先導(dǎo)物制造二氧化硅產(chǎn)品，將依步驟B)純化分析而得的純化先導(dǎo)物，以高純度氨氣為還原劑，藉由水解反應(yīng)還原純化先導(dǎo)物中的硅，并得到高純度二氧化硅成品。上述高純度二氧化硅是指產(chǎn)品純度為99. 9992%以上的二氧化硅；上述高純度氨氣是指純度為99. 99%以上的氨氣。作為優(yōu)選，所述步驟B)的純化手段為過(guò)濾、再結(jié)晶、離子交換樹脂；或者，所述步驟B)的純化手段為過(guò)濾、再結(jié)晶、升華。作為優(yōu)選，所述步驟A)制備的先導(dǎo)物為氟硅酸銨、氟硅酸鈉或者氟硅酸氫氧氨
鹽 ο優(yōu)選氟硅酸銨作為先導(dǎo)物，則所述步驟A)包含Al)溶解加熱攪拌，以配備冷凝器與攪拌器之鐵氟龍燒瓶為反應(yīng)器，在該反應(yīng)器中加入二氧化硅反應(yīng)物和氟化氨飽和水溶液，反應(yīng)器置于攝氏60-150度砂浴中進(jìn)行加熱并維持?jǐn)嚢?，在此過(guò)程中所產(chǎn)生之氨氣則收集至收集瓶中；
A2)過(guò)濾沉淀得到結(jié)晶物，將步驟Al)中反應(yīng)器持續(xù)反應(yīng)1-5小時(shí)后，將反應(yīng)器內(nèi)漿料與沸水混合，混合后再加以過(guò)濾，該濾液降溫至攝氏20度以下，可以得到白色結(jié)晶沉淀物；A3)過(guò)濾干燥得到先導(dǎo)物，將步驟似)得到的白色結(jié)晶沉淀物進(jìn)行過(guò)濾及干燥，即得到高純度氟硅酸銨先導(dǎo)物。優(yōu)選氟硅酸氫氧氨鹽作為先導(dǎo)物，則所述步驟A)包含Al)溶解加熱攪拌，以配備冷凝器與攪拌器之鐵氟龍燒瓶為反應(yīng)器，在該反應(yīng)器中加入二氧化硅反應(yīng)物、羥基胺和氫氟酸飽和水溶液，反應(yīng)器置于攝氏60-150度砂浴中進(jìn)行加熱并維持?jǐn)嚢瑁诖诉^(guò)程中所產(chǎn)生之氨氣則收集至收集瓶中；A2)過(guò)濾沉淀得到結(jié)晶物，將步驟Al)中反應(yīng)器持續(xù)反應(yīng)1-5小時(shí)后，將反應(yīng)器內(nèi)漿料與沸水混合，混合后再加以過(guò)濾，該濾液降溫至攝氏20度以下，可以得到白色結(jié)晶沉淀物；A3)過(guò)濾干燥得到先導(dǎo)物，將步驟⑵該得到的白色結(jié)晶沉淀物進(jìn)行過(guò)濾及干燥， 即得到高純度氟硅酸氫氧氨鹽先導(dǎo)物。優(yōu)選采用重復(fù)過(guò)濾、再結(jié)晶、離子交換樹脂等純化手段，則步驟B)包含Bi)先導(dǎo)物溶化加壓過(guò)濾，將步驟A)制備之先導(dǎo)物，以比例為500公克的先導(dǎo)物加入溶化于1. 5公升的半導(dǎo)體等級(jí)純水中，維持?jǐn)z氏70-90度溫度持續(xù)攪拌30-60分鐘，以 0. 5微米的高壓液相層析法等級(jí)過(guò)濾膜加以加壓過(guò)濾；B2)減壓及蒸餾處理，將步驟Bi)所得之濾液，在攝氏60-90度溫度條件下，減壓、 蒸餾至800-500毫升體積，再降溫至攝氏50-40度以下，得到先導(dǎo)物初步純化之結(jié)晶物；B3)干燥處理，將上述步驟B2)得到之先導(dǎo)物結(jié)晶物過(guò)濾后，再于攝氏80度溫度條件下進(jìn)行干燥處理；B4)再重復(fù)多次步驟Bi) 似)的操作步驟，直至先導(dǎo)物之過(guò)渡金屬雜質(zhì)含量小于 0. 25ppm,并且硼含量低于25ppm，磷含量低于20ppm。B5)得到高純度先導(dǎo)物二次純化物，將步驟B4)進(jìn)行重復(fù)多次過(guò)濾純化步驟得到之先導(dǎo)物結(jié)晶物，以離子交換樹脂進(jìn)一步純化，先在2英時(shí)內(nèi)徑的管柱中填充以500-750克的離子交換樹脂，該管柱再以5. 5-7. 5公升半導(dǎo)體等級(jí)純水加以流通活化，以比例為150公克的先導(dǎo)物結(jié)晶物溶于5-7公升純水中，并通入已先行由純水流通活化之管柱，流出后收集其經(jīng)樹脂純化液體，即為二次純化的先導(dǎo)物液體。優(yōu)選采用重復(fù)過(guò)濾、再結(jié)晶、升華等純化手段，則所述步驟B)包含Bi)先導(dǎo)物溶化加壓過(guò)濾，將步驟A)制備之先導(dǎo)物，以比例為500公克的先導(dǎo)物加入溶化于1. 5公升的半導(dǎo)體等級(jí)純水中，維持?jǐn)z氏70-90度溫度持續(xù)攪拌30-60分鐘，以 0. 5微米的高壓液相層析法等級(jí)過(guò)濾膜加以加壓過(guò)濾；B2)減壓及蒸餾處理，將步驟Bi)所得之濾液，在攝氏60-90度溫度條件下，減壓、 蒸餾至500毫升體積，再降溫至攝氏40度以下，得到先導(dǎo)物初步純化之結(jié)晶物；B3)干燥處理，將上述步驟B2)得到之先導(dǎo)物結(jié)晶物過(guò)濾后，再于攝氏80度溫度條件下進(jìn)行干燥處理；B4)再重復(fù)多次步驟Bi) 似)的操作步驟，直至先導(dǎo)物之過(guò)渡金屬雜質(zhì)含量低于 0. 25ppm，硼含量低于25ppm，磷含量低于20ppm。
B5)得到高純度先導(dǎo)物二次純化結(jié)晶物，將步驟B4)進(jìn)行重復(fù)多次過(guò)濾純化步驟得到之先導(dǎo)物結(jié)晶物，以升華方式進(jìn)一步純化，先在石墨管柱中一端填充B4)步驟所得結(jié)晶物，該管柱再加熱至200-500攝氏度，升華收集其結(jié)晶物，即為二次純化分析的先導(dǎo)物二次純化白色結(jié)晶物。作為優(yōu)選，所述步驟C)包含Cl)將經(jīng)過(guò)上述步驟B)所得之先導(dǎo)物置入一反應(yīng)爐中，先以純水溶解經(jīng)過(guò)上述步驟B)所得先導(dǎo)物；C2)水解反應(yīng)生產(chǎn)二氧化硅產(chǎn)品，將步驟Cl)中之反應(yīng)爐內(nèi)通入高純度氨氣，于反應(yīng)爐內(nèi)引發(fā)水解反應(yīng)，在反應(yīng)30-45分鐘后，過(guò)濾收集得到之白色沉淀固體，即為高純度之二氧化硅產(chǎn)品。進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟C)中反應(yīng)爐溫度為40-90攝氏度。本發(fā)明功效之一，在于利用可簡(jiǎn)便合成的含氟硅酸鹽官能基的先導(dǎo)物，經(jīng)過(guò)重復(fù)多次的蒸餾、過(guò)濾及結(jié)晶、離子交換樹脂或者升華等操作步驟，以期將先導(dǎo)物純化，大幅降低其中的III、V族與過(guò)渡金屬雜質(zhì)的含量，消除現(xiàn)有天然石英與西門子法、先前專利中之二氧化硅產(chǎn)品于制造過(guò)程中成本高、制造方法繁復(fù)、雜質(zhì)不易降低等問題與缺點(diǎn)。本發(fā)明功效之二，在于利用氨水解的方式，來(lái)還原生產(chǎn)二氧化硅產(chǎn)品，不會(huì)產(chǎn)生酸蝕污染環(huán)境之副產(chǎn)物或廢氣，除了可以達(dá)到環(huán)保低污染與低生產(chǎn)成本的產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值以外，還可以更進(jìn)一步提升二氧化硅之高純度質(zhì)量與產(chǎn)業(yè)利用效益。本發(fā)明方法制備的高純二氧化硅的純度可達(dá)99. 9999%。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明之第一實(shí)施例之方法，包括A)利用氟化氨(Ammon ium Fluoride, NH4F)水溶液與二氧化硅(SiO2)在反應(yīng)器中加熱攪拌，制備純度介于98% -99%的氟硅酸銨((NH4)2SiF6)之氟硅酸鹽官能基先導(dǎo)物；B)純化氟硅酸銨先導(dǎo)物，將制備之氟硅酸銨溶于純水，再利用多次重復(fù)之蒸餾、過(guò)濾及結(jié)晶操作步驟，初步純化該氟硅酸銨，使硼、磷、過(guò)渡金屬雜質(zhì)的含量降低，以離子交換管柱內(nèi)填充以離子交換樹脂，再進(jìn)行氟硅酸銨先導(dǎo)物的二次純化，使硼、磷、過(guò)渡金屬雜質(zhì)的含量大幅降低至先導(dǎo)物純化目標(biāo)值，并得到高純度之氟硅酸銨原料；C)將純化過(guò)后之高純度氟化硅酸溶入純水中，置入反應(yīng)爐進(jìn)行氨水解反應(yīng)，以高純氨氣通入反應(yīng)爐中，加熱進(jìn)行氨解反應(yīng)，反應(yīng)沉淀過(guò)濾后得到白色高純度二氧化硅產(chǎn)品。具體如下A)含氟硅酸鹽官能基先導(dǎo)物的制備，其步驟更包括Al)溶解加熱攪拌，以配備冷凝器與攪拌器之一公升鐵氟龍燒瓶為反應(yīng)器，在該反應(yīng)器中加入80公克純度98%的二氧化硅與800毫升(ml)的氟化氨飽和水溶液，上述反應(yīng)器置于攝氏150度砂浴中進(jìn)行加熱并維持?jǐn)嚢?，在此過(guò)程中所產(chǎn)生之氨氣(NH3)則收集至收集瓶中。A2)過(guò)濾沉淀得到結(jié)晶物，步驟Al)之反應(yīng)器持續(xù)反應(yīng)二小時(shí)后，將反應(yīng)器內(nèi)漿料與500毫升之沸水混合，混合后再加以過(guò)濾，該濾液降溫至攝氏20度以下，可以得到白色結(jié)晶沉淀物。A3)過(guò)濾干燥得到先導(dǎo)物，將步驟似)該得到的白色結(jié)晶沉淀物進(jìn)行過(guò)濾及干燥，即得到氟硅酸銨先導(dǎo)物，該化學(xué)反應(yīng)式為Si02+6NH4F ^ (NH4) 2SiF6+2H20+4NH3以XRD繞射分析儀進(jìn)行分析，可以確認(rèn)該產(chǎn)物為純度98%的氟硅酸銨，依上述各步驟所產(chǎn)出之氟硅酸銨之產(chǎn)率可達(dá)64 %。B)氟硅酸鹽官能基先導(dǎo)物之純化分析，其步驟包含Bi)先導(dǎo)物溶化加壓過(guò)濾，將依步驟A)之步驟Al) 所制備的氟硅酸銨先導(dǎo)物，以比例為500公克的氟硅酸加入溶化于1. 5公升的半導(dǎo)體等級(jí)(導(dǎo)電率為8M Ω，8百萬(wàn)奧姆)純水中，維持?jǐn)z氏90度溫度持續(xù)攪拌30分鐘，以0. 5微米的高壓液相層析法(high pressure liquid chromatography, HPLC)等級(jí)過(guò)濾膜加以加壓過(guò)濾。B2)減壓及蒸餾處理，將步驟Bi)所得之濾液，在攝氏80度溫度條件下，減壓、蒸餾至500毫升體積，再降溫至攝氏20度以下，得到氟硅酸銨初步純化之白色結(jié)晶物。B3)干燥處理，將上述步驟B2)得到之氟硅酸銨白色結(jié)晶物過(guò)濾后，再于攝氏80度溫度條件下進(jìn)行干燥處理，并再重復(fù)多次步驟Bi) B3)的操作步驟。在上述重復(fù)步驟Bi) B3)過(guò)程中，并以感應(yīng)耦合電漿原子吸收光譜儀(ICP-AA) 量測(cè)每次純化分析后，所得之氟硅酸銨初步純化白色結(jié)晶物之雜質(zhì)種類及其含量于表一所示表一(單位ppm)
權(quán)利要求
1.高純度二氧化硅的生產(chǎn)方法，其步驟包含A)制備先導(dǎo)物，以化學(xué)合成方法制備含氟硅酸鹽官能基的含硅氟化物作為先導(dǎo)物；B)純化先導(dǎo)物，將步驟A)制備的先導(dǎo)物利用純化手段以去除元素周期表中的III、V族離子雜質(zhì)，從而得到純化先導(dǎo)物，該純化先導(dǎo)物中硼與磷含量介于Ippm至Ippb之間，過(guò)渡金屬含量介于Ippm至Ippb之間；C)以還原劑水解還原先導(dǎo)物制造二氧化硅產(chǎn)品，將依步驟B)純化分析而得的純化先導(dǎo)物，以高純度氨氣為還原劑，藉由水解反應(yīng)還原純化先導(dǎo)物中的硅，并得到高純度二氧化硅成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純度二氧化硅的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述步驟B)的純化手段為過(guò)濾、再結(jié)晶、離子交換樹脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純度二氧化硅的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述步驟B)的純化手段為過(guò)濾、再結(jié)晶、升華。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純度二氧化硅的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述步驟A)制備的先導(dǎo)物為氟硅酸銨、氟硅酸鈉或者氟硅酸氫氧氨鹽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純度二氧化硅的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述步驟A)包含Al)溶解加熱攪拌，以配備冷凝器與攪拌器之鐵氟龍燒瓶為反應(yīng)器，在該反應(yīng)器中加入二氧化硅反應(yīng)物和氟化氨飽和水溶液，反應(yīng)器置于攝氏60-150度砂浴中進(jìn)行加熱并維持?jǐn)嚢?，在此過(guò)程中所產(chǎn)生之氨氣則收集至收集瓶中；A2)過(guò)濾沉淀得到結(jié)晶物，將步驟Al)中反應(yīng)器持續(xù)反應(yīng)1-5小時(shí)后，將反應(yīng)器內(nèi)漿料與沸水混合，混合后再加以過(guò)濾，該濾液降溫至攝氏20度以下，可以得到白色結(jié)晶沉淀物； A3)過(guò)濾干燥得到先導(dǎo)物，將步驟似)得到的白色結(jié)晶沉淀物進(jìn)行過(guò)濾及干燥，即得到高純度氟硅酸銨先導(dǎo)物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純度二氧化硅的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述步驟A)包含Al)溶解加熱攪拌，以配備冷凝器與攪拌器之鐵氟龍燒瓶為反應(yīng)器，在該反應(yīng)器中加入二氧化硅反應(yīng)物、羥基胺和氫氟酸飽和水溶液，反應(yīng)器置于攝氏60-150度砂浴中進(jìn)行加熱并維持?jǐn)嚢瑁诖诉^(guò)程中所產(chǎn)生之氨氣則收集至收集瓶中；A2)過(guò)濾沉淀得到結(jié)晶物，將步驟Al)中反應(yīng)器持續(xù)反應(yīng)1-5小時(shí)后，將反應(yīng)器內(nèi)漿料與沸水混合，混合后再加以過(guò)濾，該濾液降溫至攝氏20度以下，可以得到白色結(jié)晶沉淀物； A3)過(guò)濾干燥得到先導(dǎo)物，將步驟似)該得到的白色結(jié)晶沉淀物進(jìn)行過(guò)濾及干燥，即得到高純度氟硅酸氫氧氨鹽先導(dǎo)物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純度二氧化硅的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述步驟B)包含Bi)先導(dǎo)物溶化加壓過(guò)濾，將步驟A)制備之先導(dǎo)物，以比例為500公克的先導(dǎo)物加入溶化于1. 5公升的半導(dǎo)體等級(jí)純水中，維持?jǐn)z氏70-90度溫度持續(xù)攪拌30-60分鐘，以0. 5 微米的高壓液相層析法等級(jí)過(guò)濾膜加以加壓過(guò)濾；B2)減壓及蒸餾處理，將步驟Bi)所得之濾液，在攝氏60-90度溫度條件下，減壓、蒸餾至800-500毫升體積，再降溫至攝氏50-40度以下，得到先導(dǎo)物初步純化之結(jié)晶物；B3)干燥處理，將上述步驟B2)得到之先導(dǎo)物結(jié)晶物過(guò)濾后，再于攝氏80度溫度條件下進(jìn)行干燥處理；B4)再重復(fù)多次步驟Bi) B3)的操作步驟，直至先導(dǎo)物之過(guò)渡金屬雜質(zhì)含量小于 0. 25ppm,并且硼含量低于25ppm，磷含量低于20ppm ；B5)得到高純度先導(dǎo)物二次純化物，將步驟B4)進(jìn)行重復(fù)多次過(guò)濾純化步驟得到之先導(dǎo)物結(jié)晶物，以離子交換樹脂進(jìn)一步純化，先在2英時(shí)內(nèi)徑的管柱中填充以500-750克的離子交換樹脂，該管柱再以5. 5-7. 5公升半導(dǎo)體等級(jí)純水加以流通活化，以比例為150公克的先導(dǎo)物結(jié)晶物溶于5-7公升純水中，并通入已先行由純水流通活化之管柱，流出后收集經(jīng)樹脂純化后液體，即為先導(dǎo)物二次純化物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純度二氧化硅的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述步驟B)包含Bi)先導(dǎo)物溶化加壓過(guò)濾，將步驟A)制備之先導(dǎo)物，以比例為500公克的先導(dǎo)物加入溶化于1. 5公升的半導(dǎo)體等級(jí)純水中，維持?jǐn)z氏70-90度溫度持續(xù)攪拌30-60分鐘，以0. 5 微米的高壓液相層析法等級(jí)過(guò)濾膜加以加壓過(guò)濾；B2)減壓及蒸餾處理，將步驟Bi)所得之濾液，在攝氏60-90度溫度條件下，減壓、蒸餾至500毫升體積，再降溫至攝氏40度以下，得到先導(dǎo)物初步純化之結(jié)晶物；B3)干燥處理，將上述步驟B2)得到之先導(dǎo)物結(jié)晶物過(guò)濾后，再于攝氏80度溫度條件下進(jìn)行干燥處理；B4)再重復(fù)多次步驟Bi) B3)的操作步驟，直至先導(dǎo)物之過(guò)渡金屬雜質(zhì)含量低于 0. 25ppm，硼含量低于25ppm，磷含量低于20ppm ；B5)得到高純度先導(dǎo)物二次純化結(jié)晶物，將步驟B4)進(jìn)行重復(fù)多次過(guò)濾純化步驟得到之先導(dǎo)物結(jié)晶物，以升華方式進(jìn)一步純化，先在石墨管柱中一端填充B4)步驟所得結(jié)晶物， 該管柱再加熱至200-500攝氏度，升華收集其結(jié)晶物，即為二次純化分析的先導(dǎo)物二次純化白色結(jié)晶物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純度二氧化硅的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述步驟C)包含Cl)將經(jīng)過(guò)上述步驟B)所得之先導(dǎo)物置入一反應(yīng)爐中，先以純水溶解經(jīng)過(guò)上述步驟B) 所得先導(dǎo)物；C2)水解反應(yīng)生產(chǎn)二氧化硅產(chǎn)品，將步驟Cl)中之反應(yīng)爐內(nèi)通入高純度氨氣，于反應(yīng)爐內(nèi)引發(fā)水解反應(yīng)，在反應(yīng)30-45分鐘后，過(guò)濾收集得到之白色沉淀固體，即為高純度之二氧化硅產(chǎn)品。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的高純度二氧化硅的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述步驟C)中反應(yīng)爐溫度為40-90攝氏度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高純度二氧化硅的生產(chǎn)方法，其步驟包含A)制備先導(dǎo)物，以化學(xué)合成方法制備含氟硅酸鹽官能基的含硅氟化物作為先導(dǎo)物；B)純化先導(dǎo)物，將步驟A)制備的先導(dǎo)物利用純化手段以去除元素周期表中的III、V族離子雜質(zhì)，從而得到純化先導(dǎo)物，該純化先導(dǎo)物中硼與磷含量介于1ppm至1ppb之間，過(guò)渡金屬含量介于1ppm至1ppb之間；更優(yōu)選，硼與磷含量介于10ppb至1ppb之間；C)以還原劑水解還原先導(dǎo)物制造二氧化硅產(chǎn)品，將依步驟B)純化分析而得的純化先導(dǎo)物，以高純度氨氣為還原劑，藉由水解反應(yīng)還原純化先導(dǎo)物中的硅，并得到高純度二氧化硅成品。本技術(shù)方案生產(chǎn)的二氧化純度質(zhì)量硅高，并且環(huán)保低污染、低生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)C01B33/12GK102320614SQ201110256238
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者吳以舜 申請(qǐng)人:浙江矽昶綠能源有限公司