JPH03153542A - 精製石英粉末の製造法 - 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、珪石又は珪砂から高純度石英ガラスの原料と
なる精製石英粉の製造法、さらに詳しくは精製石英粉に
含まれる不純物Ｎａ、に、Ｃａ。

Ｆｅがｌｐｐｍ以下、ＡＩが１０ｐｐｍ以下の高純度石
英粉末の製造法に関するものである。

［従来の技術］ 近年、半導体の集積回路（以下ＩＣと略称）は、高集積
化が進み、ＩＣ製造装置に使用される石英ガラスの反応
装置、治具類等はＩＣ製造に悪影響を与えない泡の少な
い透明な高純度品が要求され、その不純物特にアルカリ
金属、アルカリ土類金属、鉄がｌｐｐｍ以下、アルミニ
ウムが１０ｐｐｍ以下であることが求められている。

従来石英ガラスは水晶を仮焼・急冷して粉砕し、酸処理
及び磁力選鉱を行って精製した水晶粉を溶融して造って
いる。水晶は最近資源が涸渇の方向に進んでいるので、
高価であるうえ、水晶に含まれるＡＩは、比較的多く、
工業的に精製するのは難しい。特に高純度の石英ガラス
としては、４塩化珪素を原料としてプラズマ又は酸素・
水素炎で反応溶融して造る合成石英ガラスがある。この
ものは前記不純物は極めて少なく、充分満足して使用し
得るが、あまりにも高価であり、工業用装置に利用する
ことは難しい。

安価な珪石又は珪砂を精製して高純度石英ガラスを製造
する方法（特開昭５２−１２１０１７号公報）が提案さ
れている。

これは純度９８％前後の珪石又は珪砂を水洗し、脱泥し
た物を粉砕・分級し、磁力選鉱及び浮遊選鉱して精鉱と
し、５００℃以上で仮焼した後、フッ酸に長時間浸漬し
、洗浄処理したものを溶融して高純度石英ガラスを造っ
ている。不純物は、Ｋ。

Ｌｉ以外のＮａ、Ｃａ、Ｆｅはｌｐｐｍ以上、Ａｌは１
０ｐｐｍ以上となって、純度的に未だ低いものである。

［発明が解決しようとする課題］ 原料となる珪石又は珪砂は産地が多く、原石の品位も種
々穴なるため、安価なものでも逆に精製不能又は費用が
かかり過ぎるものが多い。従っである程度の原石の選定
が必要となる。

高純度石英ガラスの原料となる石英粉は粉砕・分級して
粒度調整する必要があり、この際混入する鉄は浮ａ選鉱
に大きな影響を及ぼすので、完全に除かねばならない。

また浮遊選鉱及びフッ酸処理等に多くの問題がある。

本発明は各工程を詳細に検討して上記課題を解決し、工
業的に経済性の高い、高純度石英ガラスの原料となる精
製石英粉を製造する方法を提供することを目的とするも
のである。

〔課題を解決するための手段］ 本発明者らは上記課題に関し鋭意検討の結果、本発明に
到達した。即ち本発明は、珪石又は珪砂の粉砕物を磁力
選鉱し、次いで塩酸処理し、浮遊選鉱した後、フッ酸処
理を施し得られた粒子を仮焼し、さらに磁力選鉱するこ
とを特徴とする精製石英粉末の製造法である。

高純度石英ガラスを得るには原料となる珪石又は珪砂が
重要であり、粉砕した粒子に泡及び不純物が多いもの特
に流体包有物の多いものは、対象より除かねばならない
。即ち、泡が多いものは溶融したときにも泡が多く、透
明度が落ちる場合が多い。また流体包有物がある場合は
、泡を破壊して流体包有物が露出しないと不純物を除去
し得ない。

これらを調べるには、例えば粉砕した粒子を顕微鏡で拡
大してその存在を見極めればよい。その方法として一例
をあげれば、原石を粉砕して１００メツシユ以下として
１００倍率の視野で、泡のある粉末を１０％以下にし、
泡に二重枠のないものを用いればよい。さらに泡が全体
に散在するものは好ましくない。

不純物は、原子吸光、ＩＣＰ分析、化学分析などにより
アルカリ金属、アルカリ土類金属が６０ｐｐｍ以下、好
ましくは４０ｐｐｍ以下、ＡＩが１１００ｐｐ以下、好
ましくは８０ｐｐｍ以下、塩素が２０ｐｐｍ以下が好ま
しい。

珪石又は珪砂の粉砕は通常の方法で行われ、溶融に適し
た粒度に分級する。この粉砕物は粉砕時の材質磨耗によ
る主として鉄が多量に含まれているため、磁力選鉱を行
う。磁力選鉱は、例えば初／）１０００〜１５００ガウ
スの永久磁石を用いて脱鉄し、さらに高密度磁石を用い
て磁性体、弱磁性体を合わせて脱鉄する。

磁力選鉱したものは混入した鉄が未だ１０〜５０ｐｐｍ
程度残留し、大半は粒子表面に微細な鉄として存在する
ので、次の浮遊選鉱の工程においてこの微細な鉄に捕収
剤が吸着して浮上し、浮遊選鉱の正常化を乱し、収率が
下がり好ましくない。そこで混入した鉄を除くためにさ
らに塩酸処理する。塩酸は１０％以上の濃度が必要であ
り、好ましくは１５〜２０％である。濃度が低すぎると
所望の効果が得られず、高すぎると発煙を生じるなど取
扱いに不便だからである。この処理中は、撹拌を行うの
が好ましい。処理時間は１時間以下でよく、塩酸液は繰
り返し使用することができる。

塩酸処理した粉は塩酸を除き、水洗する。

かくのごとく処理した粉には、なお長石類、冨母類、酸
化鉄鉱物等が少量存在している。これらの混在鉱物を除
くために、通常の浮遊選鉱を行う。

この場合最も重要なことは、浮遊選鉱の最適条件を決め
て操作すること、特にｐＨ範囲を管理することである。

一例をあげればフッ酸の存在下、塩酸又は硫酸でｐＨを
２．０〜２．５とし捕収剤および起泡剤を用い、空気を
通して浮遊選鉱を行う。フッ酸は、通常、浮遊選鉱に用
いられる量を使用すればよい。

捕収剤としては例えばモノアミンの酢酸塩（ドデジルア
ミン酢酸塩など）、ジアミンの酢酸塩（Ｃ１８Ｈ３％Ｎ
ＨｃＨ２ＣＨ２ＣＨ２Ｎ）（２の２酢酸塩等）等が用い
られ、起泡剤としては、例えば水溶性のポリグリコール
系ノニオン界面活性剤などが用いられる。必要によって
は硫酸でｐＨを３〜うとし、石油スルホン酸ナトリウム
とポリグリコール系起泡剤、ケロシンを用いる浮遊選鉱
を併用することもある。

かくのごとくして得られたものは、まだ不純物が数〜１
０ｐｐｍ存在している。高純度石英粉を得るためには次
いでフッ酸処理が重要となる。フッ酸は１０９６以上の
濃度が必要で、好ましくは１２〜２０％であり、１０％
未満では充分に不純物を除くことができず、また２０％
以上ではロスが多く費用がかかりすぎる。

本発明の特徴の一つに、フッ酸処理に従来とまったく異
なる扱い方をしていることがあげられる。

すなわち、従来法は１０％未満の濃度で９時間以上を要
していたが、水沫では１０％以上、好ましくは１２〜２
０％と高濃度であり、処理時間は１〜２時間と短い。こ
れによってアルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄をｉｐ
ｐｍ以下、ＡＩは１０ｐｐｍ以下と成し得たものである
。

このものは微量の捕収剤、起泡剤のほか、操業中のきょ
う雑物を含んでいる。これらの有機物の存在は石英ガラ
スに溶解するとき、発泡の原因となり、ガラスに含まれ
る泡が多くなる。これを除くために５００℃以上に仮焼
を行う。仮焼にはより高い温度も差し支えないが、６０
０〜８００℃が好ましい。

そして最後に再び磁力選鉱を行う。磁力選鉱は通常の方
法でよく、前述の方法がその一例としてあげられる。

このように精製して作られた高純度石英粉を用いて石英
ガラスに溶解すると、泡の少ない異物のないものが得ら
れた。

従来、仮焼で不純物が剥離しやすくなったとしているが
、不純物の一部は加熱によって変質または石英と反応す
ることも考えられ、仮焼後フッ酸で処理しても不純物が
充分除かれずに残るものがあり、好ましくない結果とな
った。

本発明では浮遊選鉱後、フッ酸処理して十分に不純物を
除いた後、仮焼を行って磁力選鉱し、Ｎａ、に、Ｃａｓ
　Ｆｅ等をｉｐｐｍ以下、ＡＩを１０ｐｐｍ以下の高純
度品を得たのである。

［発明の効果］ 本発明の方法によって精製された石英粉末はアルカリ金
属、アルカリ土類金属、鉄等をｉｐｐｍ以下、Ａ１を１
０ｐｐｍ以下とすることができ、より好ましい条件下で
精製を行えばＮａ、Ｋ。

Ｃａ　ＳＦ　ｅを０．５ｐｐｍ以下、ＡＩを５ｐｐｍ以
下とすることができ、極めて高純度の石英粉を得ること
ができた。更にこれを溶融して作った石英ガラスは透明
性に優れ、不純物が極めて少なく、泡の少ない異物のな
い、経済性の高いものであり、半導体分野への使用が可
能であり、更に広範な用途に使用し得るものである。

［実施例］ 以下、本発明を実施例を用いて説明するが、本発明はこ
れら実施例のみに限定されるものではない。

（実施例１） 珪石（第１表に不純物含有量を示す）を少量粉砕して１
００メツシユ以下とし、１００倍率で顕微鏡観察したと
ころ、泡を含有する粉末は１０％以下で泡に二重枠はな
く、流体包有物は見られなかった。このものを粉砕・分
級して６０〜２５０メツシユを得た。材質磨耗で混入し
た鉄は１１０００ｐｐであり、１０００ガウスの永久磁
石、５０００ガウスの高勾配磁力選鉱機を通して１５ｐ
ｐｍとなった。２０％塩酸で１時間撹拌した後、混入し
た鉄は検出されなかった。これを脱液水洗した後、浮遊
選鉱を行った。浮遊選鉱は２５％のスラリー濃度におい
て、１０％フッ酸と１０％塩酸を加えてｐＨを２．３に
：ＪＩ整し、モノアミン酢酸塩と水溶性ポリグリコール
系起泡剤を用いて５分間条件付けを行ない、空気を通し
て１０分間浮遊選鉱を行なった。水洗乾燥して得られた
収率は９３．３．％であった。

ついで１５％フッ酸を用いて１．５時間攪拌処理し、水
洗乾燥し、６０分間、６００℃で仮焼して冷却した。最
後に、２００００ガウスの磁力選鉱機にかけて精製粉末
を得た。この精製粉末をベルヌイ炉を用いて溶融し、ガ
ラス化を行った。この溶融物は石英ガラスとして透明性
のよい泡の少ない異物のないものであった。

第１表に各工程製品の不純物含有量を示した。

（比較例１） 実施例１の珪石を用いて、同一工程を通って精製するに
当たって、塩酸処理をしないで浮遊選鉱をした場合の収
率は、同一工程で塩酸処理したものの８８％と低い値を
示した。

（比較例２） 実施例１の珪石を用い、実施例１の工程で浮遊選鉱後８
００℃で仮焼したものを１５％フッ酸及び磁力選鉱処理
したものは不純物含有量がＮａ；０．８ｐｐｍ、に：０
．ｌｐｐｍ、Ｃａ：０．７ｐｐｍ、Ｆｅ：０．７ｐｐｍ
、Ａｌ：５．７ｐｐｍとなり、実施例１第１表の仮焼・
磁力選鉱後の不純物含有量よりＮ　ａ　ｓ　Ｃａ　ｓ　
Ｆ　ｅ　ＳＡ　１が多くなっていた。

（実施例２） 珪石（第２表に不純物含有量を示す）を少量粉砕して１
００メツシユ以下とし、顕微鏡１００倍率で観察したと
ころ、泡を含有する粉末は１０％以下で、泡に二重枠は
なく、流体包有物はなかった。

この珪石を粉砕・分級して８０〜２５０メツシユの粒度
分布のものを得た。このものの材質磨耗による混入鉄は
９００ｐｐｍであり、実施例１の磁力選鉱を通して５０
ｐｐｍとなった。さらに、実施例１の工程に従って２０
％塩酸に１時間撹拌したところ、混入鉄は検出されなか
った。実施例１と同様にして浮遊選鉱を行った。ついで
、１５％フッ酸、４０℃１時間で不純物は充分除去され
ており、実施例１と同様に仮焼、磁力選鉱して得られた
精製粉を実施例１と同様に溶融したところ、透明性の良
好な泡の少ない、異物のない高純度石英ガラスが得られ
た。

第２表に各工程での不純物含有量を示した。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 珪石又は珪砂の粉砕物を磁力選鉱し、次いで塩酸処理し
   、浮遊選鉱した後、フッ酸処理を施し得られた粒子を仮
   焼し、さらに磁力選鉱することを特徴とする精製石英粉
   末の製造法。