Способ получения диоксида кремния Советский патент 1982 года по МПК C01B33/12 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ

1

Изобретение относится к.технологии получения диоксида кремния высокой чистоты и гомогенности, легированного оксидом европия, на базе использования природного минерального сырья (диатомита), и может быть использовано в технологии оптического кварцевого производства.

Известны.способы получения легированного диоксида кремния путем химического модифицирования, заключающегося в суспендировании тонкофракционного кремнезема в приготовленном по расчету водном растворе вводимого металла и при длительном перемешивании (12-16 ч) с последующей фильтрацией и сушкой целевого продукта 1.

Известен способ совместного гидролиза производных SI и легирующих добавок, заключающийся в обработке тетраэтоксисилана или галогенида кремния, легкогидролизукщимися соединениями (хлориды, нитраты, органапроизводные элементы) с последующей сушкой и термообработкой легированного продукта 2.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату являет :я способ получения диоксида -кремния, легированного оксйдом европия, заключающийся в обраббТ ке кварцевой крупки (фракции 0,150,20 мм) при перемешивании водным раствором азотнокислого европия (0,12,0 мас.%, ), осаждении гидроксида европия на поверхность S1 Од раствором амиака с дальнейшей сушкой () и прокалкой (800°С) легированного кремнезема Гз}.

10

Однако полученный по известным способам легированный диоксид кремния не удовлетворяет по чистоте лимитированных элементов, так как суммар15ное содержание этих элементов в материале находится на уровне 1-10 -1 л 10 мас.%, что отрицательно сказывается на оптических параметрах изготавливаемого стекла; не обеспечивает

20 однородности распределения легирующей добавки в массе материала, так как присадка, в основном, концентрируется в поверхностном слое осадка и не затрагивает структуры полисилоксанового

25 скелета, в результате чего полученное кварцевое стекло обладает зернистой неоднородностью; содержит значительное количество гидроксильных групп в структуре, приводящее к пузырьности

30 стекла, кроме того, процесс длителен.

Целью изобретения является повьшШние степени чистоты и однородности конечного продукта и ускорение процесса.

Поставленная цель достигается тем что согласно способу получения диоксида кремния, в качестве, исходного соединения кремния используют раствор гилрополисиликата натрия при добавлении к нему раствора азотнокислого .европия и. азотной кислоты до нейтрализации, и перемешивание ведут барботажем очищенного воздуха при давлении 0, ати.

Процесс химического осаждения

Ьиликата европия и диоксида кремния и щелочно-крёмнеземистых растворов осуществляется добавлением раствора азотнокислого европия (0,01-3 мас.% в пересчете на Еи.О , со скоростью 5-15 л/ч в течение 0,2-0,4 и в соотношении силикат натрия азотнокис.лый европий 16,65-2,7:1, а затем 4-5%-ного водного раствора азотной кислоты (,023 г/см) со скороетыо 10-15 л/ч в соотношении силикат натрия:азотная кислота 1:1 в условиях перемешивания до достижения рН среды 7-8 барботажем очищенного воздуха при ,4-1/3 ати и выдержке в течение 2-4 ч (-) при 20-35 с.

Приготовление раствора азотнокисЛО1Х европия заданной концентрации производится путем растворения оксида европия в 4-5%-ном водном растворе азотной кислоты при комнатной тем пературе и интенсивном перемешивании

Гель отделяется от маточного раствора (азотнокислого натрия) с помощью центрифуги. Отмывка геля от ионо натрия производится дёионизированной водой комнатной температуры способом репульпации-фильтрации на той же центрифуге (соотношение ,5:1, температура .20-35 С, кратность промывки 4 , время репульпации-фильтрацй 1,5-2,5 ч).Сушка геля производится при 300350 С в течение 3-3,5ч.

Полученный ксерогель прокаливаетс при 700-850 С до достижения аморфной структуры или при 850-1200с до получения кристаллического продукта (модификации (Ь-кристобалита) в течение 2-3,5 ч.

Изменяя концентрации реагирующих, компонентов, рН среды, длительность процессов химического осаждения, и старения осадка, интенсивность перемешивания, скорость подачи реагентов условия промывки, сушки, и прокёшки можно получить однородный по добавке кремнезем с заданньми физико-химическими и г«сорбционно-структурными свойствами.

В изготовленном легированном диоксиде кремния содержание оксида евроПИЯ по анализу соответствует расчетному (tO,02%) .

Для идентификации и выявления основных физико-хими-ческих свойств шихты S 0.i -Eu5LO проведены кристаллооптические, ИК-спектроскопические, рентгенографические и электронно-микроскопические исследования. Гомогенность распределения легирукицей добавки в структуре материал изучают с помощью рентгеновского микроанализатора.

Разработанный способ получения легированного кремнезема квалификации ОСЧ на основе диатомита значительно расширяет возможность получения легированных кварцевых стекол с комплек сом ценных оптических свойств.

Пример 1. Для получения 1 кг риоксида кремния, легированного 0,01 мас.% оксида европия, в герметический реакционный аппарат, снабженный мешалкой, змеевиком для нагрева или охлаждения, термометром и капельной воронкой добавляют 33,3 л щелочно-креМнеземистого раствора (ВДКР S i 0 30 г/л, 31 г/л, при соотноше.нии S I Qj :1. Приготовление раствора азотнокислого евррпия осуществляют в аналогичном реакционном аппарате путем растворения 0,1 г оксида европия марки вО-1 в двух литрах 4-5%-ного водного раствора азотной кислоты при 20-35 С и тщательном перемешивании.

Для образования силиката европия раствор азотнокислого европия подают в раствор с раствором ЩКР при 20-35 С со скоростью 5 л/ч в условиях барбо тажного перемешивания очищенным воз- духом при ,4 ати в течение 0,4 ч (соотношение силикат натрия:азотнокислый европий 1б,б5:1).

Для осаждения из ЩКР диоксида кремния в гетерогенную систему подают 4-5%-ный раствор азотной кислоты При 20-35°С и соотношении ЩКР:НО 1:1 до достижения рН среды 7. Образовавшуюся гидрогель подвергают старению в маточном растворе в перемешиваемых условиях в течение 2 ч при комнатной температуре. Перемешивание суспензии осуществляют очищенным воздухом барботажным способом при ,4 ати. По окончании процесса старения гель отделяют от маточного раствора с помощью центрифуги. Отмывку геля от ионов натрия осуществляют в аппарате репульпацией с деминерализованной водой и отжимают на той же центрифуге (соотношение ,5, температура 20-35 С, кратность промывки - четыре время процесса репульпации - фильтрации 2 ч). Гель сушат при и прокаливают при 700-1200 С в течение 3 ч

Пример 2. Для получения 1 кг диоксида кремния, легированного 1 мас.% оксида европия.в реакционный