RU2747934C1 - Method for producing synthetic silicon dioxide of high purity - Google Patents

Method for producing synthetic silicon dioxide of high purity Download PDF

Info

Publication number
RU2747934C1
RU2747934C1 RU2020133873A RU2020133873A RU2747934C1 RU 2747934 C1 RU2747934 C1 RU 2747934C1 RU 2020133873 A RU2020133873 A RU 2020133873A RU 2020133873 A RU2020133873 A RU 2020133873A RU 2747934 C1 RU2747934 C1 RU 2747934C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ammonium
silicon dioxide
ammonium silicofluoride
silicofluoride
desublimation
Prior art date
Application number
RU2020133873A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Артём Андреевич Андреев
Андрей Валентинович Добрынин
Александр Сергеевич Кантаев
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Priority to RU2020133873A priority Critical patent/RU2747934C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2747934C1 publication Critical patent/RU2747934C1/en

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to a method for producing synthetic silicon dioxide of high purity. The method includes the interaction of quartz-containing raw materials with fluoride, ammonium hydrodifluoride or a mixture thereof, sublimation separation of ammonium silicofluoride for purification from metal impurities, trapping gaseous ammonium silicofluoride, its desublimation, dissolving ammonium silicofluoride in water, processing the solution with synthetic water followed by separation of ammonium dioxide. The purification of ammonium silicofluoride from impurities of non-metals is carried out at the stage of capturing gaseous ammonium silicofluoride through its desublimation at a temperature of 70-120°C.
EFFECT: reduced number of stages of the process.
1 cl, 5 ex

Description

Изобретение относится к области химической технологии неорганических веществ и может быть использовано в случаях, когда необходимо получить высокочистый синтетический диоксид кремния. The invention relates to the field of chemical technology of inorganic substances and can be used in cases where it is necessary to obtain high-purity synthetic silicon dioxide.

Известен способ получения диоксида кремния [RU 2357925 C1, МПК C01B33/12 (2006.01), опубл. 10.06.2009], заключающийся в том, что проводят механическое смешение исходного кремнийсодержащего сырья и фторида - гидродифторида аммония при комнатной температуре до прекращения выделения аммиака и воды. Полученную шихту нагревают до температуры 320-340°С до полного отделения газообразного гексафторсиликата аммония. Гидролиз газообразного гексафторсиликата аммония проводят орошением аммиачной водой.A known method for producing silicon dioxide [RU 2357925 C1, IPC C01B33 / 12 (2006.01), publ. 06/10/2009], which consists in the fact that carry out mechanical mixing of the original silicon-containing raw materials and fluoride - ammonium bifluoride at room temperature until the termination of the release of ammonia and water. The resulting mixture is heated to a temperature of 320-340 ° C until the complete separation of gaseous ammonium hexafluorosilicate. Hydrolysis of gaseous ammonium hexafluorosilicate is carried out by refluxing with ammonia water.

Этот способ позволяет получить диоксид кремния сорта «белая сажа».This method makes it possible to obtain silica of the "white soot" grade.

Недостатками способа является отсутствие возможности очистки целевого продукта от примесей легколетучих соединений, в частности бора и фосфора; невозможность контроля процесса гидролиза кремнефторида аммония - стадии образования первичных частиц диоксида кремния, определяющей конечные свойства целевого конечного продукта (синтетического тонкодисперсного диоксида кремния) и ограничивает области его применения.The disadvantages of this method is the lack of the possibility of cleaning the target product from impurities of volatile compounds, in particular boron and phosphorus; the impossibility of controlling the process of hydrolysis of ammonium silicofluoride - the stage of formation of primary particles of silicon dioxide, which determines the final properties of the target end product (synthetic finely dispersed silicon dioxide) and limits the scope of its application.

Известен способ получения синтетического диоксида кремния высокой чистоты [RU 2458006 C2, МПК C01B 33/12 (2006.01), опубл. 10.08.2012], выбранный в качестве прототипа, который включает взаимодействие исходного кварцсодержащего сырья с фторидом, гидродифторидом аммония или их смесью при нагревании с получением кремнефторида аммония и фторидов примесных элементов. Полученный кремнефторид аммония очищают от примесей металлов сублимационной перегонкой. Раствор кремнефторида аммония в воде очищают от примесей неметаллов экстракцией. Затем аммиачной водой осаждают из раствора кремнефторида аммония синтетический диоксид кремния.A known method of producing synthetic silicon dioxide of high purity [RU 2458006 C2, IPC C01B 33/12 (2006.01), publ. 08/10/2012], selected as a prototype, which includes the interaction of the original quartz-containing raw material with fluoride, ammonium hydrodifluoride or a mixture thereof when heated to obtain ammonium silicofluoride and fluorides of impurity elements. The obtained ammonium silicofluoride is purified from metal impurities by sublimation distillation. A solution of ammonium silicofluoride in water is purified from impurities of non-metals by extraction. Then, synthetic silicon dioxide is precipitated from a solution of ammonium silicofluoride with ammonia water.

Недостатком этого способа является сложность и многостадийность процесса, включающего очистку от примесей неметаллов экстракцией.The disadvantage of this method is the complexity and multistage nature of the process, including purification from impurities of non-metals by extraction.

Техническим результатом настоящего изобретения является создание способа получения синтетического диоксида кремния высокой чистоты, позволяющего сократить количество стадий проведения процесса.The technical result of the present invention is to create a method for producing synthetic silicon dioxide of high purity, which makes it possible to reduce the number of stages of the process.

Предложенный способ получения синтетического диоксида кремния высокой чистоты заключается в том, что кварцсодержащее сырье смешивают с фторидом, гидродифторидом аммония или их смесью в стехиометрическом соотношении для образования кремнефторида аммония по реакции:The proposed method for producing high-purity synthetic silicon dioxide consists in the fact that quartz-containing raw materials are mixed with fluoride, ammonium hydrodifluoride or their mixture in a stoichiometric ratio to form ammonium silicofluoride according to the reaction:

SiO2+6NH4F=(NH4)2SiF6+4NH3+2H2O.SiO 2 + 6NH 4 F = (NH 4 ) 2 SiF 6 + 4NH 3 + 2H 2 O.

Процесс ведут до прекращения выделения аммиака и воды. Для интенсификации фторирования возможно нагревание шихты, перемешивание шихты, понижение давления в реакторе фторирования. Для очистки кремнефторида аммония от примесей металлов проводят его сублимацию в интервале температур 280-350°C, при этом примеси металлов остаются в твердом виде. Очистку кремнефторида аммония от примесей неметаллов, в том числе бора и фосфора, проводят на стадии улавливания кремнефторида аммония при температуре 70-120°C через его десублимацию. Десублимированный кремнефторид аммония растворяют в воде, добавляют аммиачной воды в стехиометрическом количестве, необходимом для протекания реакции образования синтетического диоксида кремния:The process is carried out until the release of ammonia and water stops. To intensify fluorination, it is possible to heat the charge, mix the charge, and lower the pressure in the fluorination reactor. To purify ammonium silicofluoride from metal impurities, it is sublimated in the temperature range of 280-350 ° C, while the metal impurities remain in solid form. Purification of ammonium silicofluoride from impurities of non-metals, including boron and phosphorus, is carried out at the stage of capturing ammonium silicofluoride at a temperature of 70-120 ° C through its desublimation. Desublimed ammonium silicofluoride is dissolved in water, ammonia water is added in a stoichiometric amount necessary for the reaction to form synthetic silicon dioxide:

(NH4)2SiF6+4NH4OH=SiO2+6NH4F+2H2O.(NH 4 ) 2 SiF 6 + 4NH 4 OH = SiO 2 + 6NH 4 F + 2H 2 O.

Твердый диоксид кремния отделяют от раствора фторида аммония, проводят дегидратацию до товарного продукта с требуемой остаточной влажностью. Раствор фторида аммония после отделения диоксида кремния подвергают концентрированию, кристаллизации для использования в переработке следующей партии кварцсодержащего сырья.Solid silicon dioxide is separated from the ammonium fluoride solution, dehydration is carried out to a commercial product with the required residual moisture. The solution of ammonium fluoride after separation of silicon dioxide is subjected to concentration, crystallization for use in the processing of the next batch of quartz-containing raw materials.

Оптимальная температура 70-120°C улавливания газообразного кремнефторида аммония для очистки от примесей неметаллов определена в ходе исследований содержания примесей в образцах десублимированного кремнефторида аммония, полученных при разных температурах. Исследования проводили с использованием метода масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Исследования показали, что проведение улавливания газообразного кремнефторида аммония через его десублимацию при температуре выше 70°C обеспечивает очистку от примесей неметаллов, улавливание при температуре выше 120°C приводит к значительному снижению скорости процесса.The optimum temperature of 70-120 ° C for capturing gaseous ammonium silicofluoride for purification from impurities of nonmetals was determined in the course of investigations of the content of impurities in samples of desublimated ammonium silicofluoride obtained at different temperatures. The studies were carried out using inductively coupled plasma mass spectrometry. Studies have shown that the capture of gaseous ammonium silicofluoride through its desublimation at temperatures above 70 ° C provides cleaning from impurities of non-metals, capture at temperatures above 120 ° C leads to a significant decrease in the rate of the process.

Таким образом, определены оптимальные температурные режимы улавливания газообразного кремнефторида аммония через его десублимацию, позволяющие получить синтетический диоксид кремния высокой чистоты. В предложенном способе для получения синтетического диоксида кремния высокой чистоты по сравнению с прототипом не требуется экстракция раствора кремнефторида аммония в воде для очистки от примесей неметаллов.Thus, the optimal temperature regimes for capturing gaseous ammonium silicofluoride through its desublimation have been determined, which make it possible to obtain synthetic silicon dioxide of high purity. In the proposed method for obtaining synthetic silicon dioxide of high purity in comparison with the prototype does not require the extraction of a solution of ammonium silicofluoride in water for purification from impurities of non-metals.

Пример 1. Навеску кварцсодержащего сырья (содержание SiO2 98,5%) массой 100 г смешивали с 285 г гидродифторида аммония и выдерживали при 95°C до прекращения выделения газообразных продуктов реакции. Полученный продукт нагревали до 320°C и выдерживали при этой температуре до полного удаления кремнефторида аммония в виде газа. Газообразный кремнефторид аммония улавливали через его десублимацию при температуре 100°C, растворяли в 1120 мл воды, смешивали с 350 г аммиачной воды (25% по NH3). Твердый продукт реакции отфильтровывали, промывали водой, сушили, прокаливали. Масса полученного диоксида кремния составила 98,3 г. Example 1. A weighed portion of quartz-containing raw materials (SiO 2 content 98.5%) weighing 100 g was mixed with 285 g of ammonium bifluoride and kept at 95 ° C until the evolution of gaseous reaction products ceased. The resulting product was heated to 320 ° C and kept at this temperature until the complete removal of ammonium silicofluoride in the form of a gas. Gaseous ammonium silicofluoride was captured through its desublimation at a temperature of 100 ° C, dissolved in 1120 ml of water, and mixed with 350 g of ammonia water (25% by NH 3 ). The solid reaction product was filtered off, washed with water, dried, and calcined. The mass of the obtained silicon dioxide was 98.3 g.

Пример 2. Отличается от примера 1 тем, что смесь кварцсодержащего сырья и гидродифторида аммония выдерживали без нагревания до прекращения выделения газообразных продуктов реакции. Газообразный кремнефторид аммония улавливали через его десублимацию при температуре 70°C. Масса полученного диоксида кремния составила 97,8 г.Example 2. Differs from example 1 in that a mixture of quartz-containing raw materials and ammonium bifluoride was kept without heating until the evolution of gaseous reaction products ceased. Gaseous ammonium silicofluoride was captured through its desublimation at 70 ° C. The mass of the obtained silicon dioxide was 97.8 g.

Пример 3. Отличается от примера 1 тем, что кварцсодержащее сырье (содержание SiO2 98,9%) смешивали с 380 г фторида аммония. Газообразный кремнефторид аммония улавливали через его десублимацию при температуре 120°C. Масса полученного диоксида кремния составила 98,4 г.Example 3. Differs from example 1 in that quartz-containing raw materials (SiO 2 content 98.9%) was mixed with 380 g of ammonium fluoride. Gaseous ammonium silicofluoride was captured through its desublimation at 120 ° C. The mass of the obtained silicon dioxide was 98.4 g.

Пример 4. Отличается от примера 3 тем, что газообразный кремнефторид аммония улавливали через его десублимацию при температуре 80°C. Масса полученного диоксида кремния составила 98,6 г.Example 4. Differs from example 3 in that gaseous ammonium silicofluoride was captured through its desublimation at a temperature of 80 ° C. The mass of the obtained silicon dioxide was 98.6 g.

Пример 5. Отличается от примера 1 тем, что кварцсодержащее сырье (содержание SiO2 98,9%) смешивали со смесью из 145 г гидродифторида аммония и 190 г фторида аммония. Масса полученного диоксида кремния составила 98,4 г.Example 5. Differs from example 1 in that quartz-containing raw materials (SiO 2 content 98.9%) was mixed with a mixture of 145 g of ammonium bifluoride and 190 g of ammonium fluoride. The mass of the obtained silicon dioxide was 98.4 g.

Claims (1)

Способ получения синтетического диоксида кремния высокой чистоты, включающий взаимодействие кварцсодержащего сырья с фторидом, гидродифторидом аммония или их смесью, сублимационное отделение кремнефторида аммония для очистки от примесей металлов, улавливание газообразного кремнефторида аммония, его десублимацию, растворение кремнефторида аммония в воде, обработку раствора аммиачной водой с последующим отделением синтетического диоксида кремния, отличающийся тем, что очистку кремнефторида аммония от примесей неметаллов проводят на стадии улавливания газообразного кремнефторида аммония через его десублимацию при температуре 70-120°C.A method for producing high-purity synthetic silicon dioxide, including the interaction of quartz-containing raw materials with fluoride, ammonium hydrodifluoride or a mixture thereof, sublimation separation of ammonium silicofluoride for purification from metal impurities, capturing gaseous ammonium silicofluoride, its desublimation, dissolution of silicon fluoride with ammonium water, treatment with ammonium water subsequent separation of synthetic silicon dioxide, characterized in that the purification of ammonium silicofluoride from impurities of nonmetals is carried out at the stage of capturing gaseous ammonium silicofluoride through its desublimation at a temperature of 70-120 ° C.
RU2020133873A 2020-10-15 2020-10-15 Method for producing synthetic silicon dioxide of high purity RU2747934C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020133873A RU2747934C1 (en) 2020-10-15 2020-10-15 Method for producing synthetic silicon dioxide of high purity

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020133873A RU2747934C1 (en) 2020-10-15 2020-10-15 Method for producing synthetic silicon dioxide of high purity

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2747934C1 true RU2747934C1 (en) 2021-05-17

Family

ID=75920026

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020133873A RU2747934C1 (en) 2020-10-15 2020-10-15 Method for producing synthetic silicon dioxide of high purity

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2747934C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5266289A (en) * 1989-11-16 1993-11-30 Nissan Chemical Industries Ltd. Process for producing high-purity silica by reacting crude silica with ammonium fluoride
RU2357925C1 (en) * 2007-12-07 2009-06-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет Silicon dioxide process
RU2458006C2 (en) * 2010-10-19 2012-08-10 Дмитрий Дмитриевич Щербаков Method of producing high-purity synthetic silicon dioxide
RU2567954C1 (en) * 2014-08-01 2015-11-10 Общество с ограниченной ответственностью "Экологические Системы" METHOD OF OBTAINING SYNTHETIC SiO2 (SILICON DIOXIDE)

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5266289A (en) * 1989-11-16 1993-11-30 Nissan Chemical Industries Ltd. Process for producing high-purity silica by reacting crude silica with ammonium fluoride
US5458864A (en) * 1989-11-16 1995-10-17 Nissan Chemical Industries Ltd. Process for producing high-purity silica by reacting crude silica with ammonium fluoride
RU2357925C1 (en) * 2007-12-07 2009-06-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет Silicon dioxide process
RU2458006C2 (en) * 2010-10-19 2012-08-10 Дмитрий Дмитриевич Щербаков Method of producing high-purity synthetic silicon dioxide
RU2567954C1 (en) * 2014-08-01 2015-11-10 Общество с ограниченной ответственностью "Экологические Системы" METHOD OF OBTAINING SYNTHETIC SiO2 (SILICON DIOXIDE)

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
V.A. BORISOV et al., Determination of the optimal parameters of sublimation purification of ammonium hexafluorosilicate from impurities, IZVESTIA TOMSK POLYTECHNICAL UNIVERSITY, 2010, Vol. 317, 3, pp. 73-76. *
Yu.S. KUKSGAUZ, Development of methods for obtaining highly pure silicon dioxide by the fluoroammonium method, CHEMISTRY AND CHEMICAL TECHNOLOGY IN THE XXI CENTURY, Materials of the XI All-Russian Scientific and Practical Conference of Students and Postgraduates, Publishing House of Tomsk Polytechnic University, 2010, Vol. 1, p. 87-89 . *
Ю.С. КУКСГАУЗ, Разработка методик для получения особо чистого диоксида кремния фтораммонийным способом, ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ В XXI ВЕКЕ, Материалы XI Всероссийской научно-практической конференции студентов и аспирантов, Изд-во Томского политехнического университета, 2010, Т.1, c.87-89. В.А. БОРИСОВ и др., Определение оптимальных параметров сублимационной очистки гексафторосиликата аммония от примесей, ИЗВЕСТИЯ ТОМСКОГО ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА, 2010, Т.317, 3, с.73-76. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104843712A (en) Industrial fluosilicic acid purification and white carbon black co-production method
RU2602124C1 (en) Method for purifying ash graphite
RU2747934C1 (en) Method for producing synthetic silicon dioxide of high purity
US4515762A (en) Process for processing waste gases resulting during the production of silicon
RU2458006C2 (en) Method of producing high-purity synthetic silicon dioxide
CS219302B2 (en) Method of making the magnesium oxide
RU2458945C1 (en) Method of producing mixed aluminium dihydroxochloride coagulant and silicic acid coagulant
US2588786A (en) Process for producing essentially silicon-free hydrofluoric acid from hydrofluosilicic acid
RU2357925C1 (en) Silicon dioxide process
RU2718080C2 (en) High purity synthetic fluorite, method of its production and installation for implementation of method
RU2386713C1 (en) Zirconium-bearing raw material processing method
US2785953A (en) Process for preparing a dry mixture of ammonium fluosilicate and silica
US8124039B2 (en) Process of silicon tetrafluoride gas synthesis
RU2375305C1 (en) Method of processing borosilicate concentrates
RU128874U1 (en) TECHNOLOGICAL COMPLEX FOR PRODUCING SINGLE CRYSTAL SILICON
WO2022124923A1 (en) Method for producing ultra-high purity amorphous silicon dioxide
RU2355639C2 (en) Method of receiving of aluminium sulfate
RU2317252C2 (en) Mineral desiliconization process
CN104016415B (en) By the comprehensive utilization production method of hydrochloric acid method Production of Artificial Rutile waste liquid
WO2015150907A2 (en) High purity synthetic fluorite and process for preparing the same
RU2445257C2 (en) Method of producing silicon
Andreev et al. Studying the utilization techniques of ammonium hexafluorosilicate
RU2445269C1 (en) Method of producing trifluorides of rare-earth elements
SU1526781A1 (en) Method of extracting boron-containing components from hot flue gases
RU2757017C1 (en) Method for producing hydrogen fluoride from a mixture of calcium difluoride and silicon dioxide