專利名稱：二氧化硅粒子、合成石英粉、合成石英玻璃的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及含水硅膠的脫水方法、和使用該脫水方法的合成石英玻璃粉末的制造方法，尤其涉及作為半導(dǎo)體用熱處理部件、拉制半導(dǎo)體單晶用坩堝、光學(xué)用部件等的原料而使用的高純度合成石英玻璃粉末的制造方法。
另外，本發(fā)明是涉及高純度合成石英粉的制造方法，尤其涉及作為半導(dǎo)體用熱處理部件、拉制半導(dǎo)體單晶用坩堝、光學(xué)用部件、石英燈、堆芯材料、工卡模具、洗滌槽材料等的原料而使用的高純度合成石英粉的制造方法。
進(jìn)而，本發(fā)明還涉及石英玻璃的制造方法，特別是涉及用作半導(dǎo)體用熱處理部件、拉制半導(dǎo)體單晶用坩堝、光學(xué)用部件等的原料的高純度、OH含量少的石英玻璃的制造方法。
天然石英玻璃價(jià)格低廉，但通常雜質(zhì)含量多，而且質(zhì)量也不穩(wěn)定，因此，特別是作為半導(dǎo)體用熱處理部件、拉制半導(dǎo)體單晶用坩堝、光學(xué)用部件等的原料使用天然石英玻璃時(shí)，必須嚴(yán)格挑選高純度的天然石英玻璃，但是仍然存在雜質(zhì)多的問題。
石英原料長期使用天然石英，但由于純度參差不齊、資源枯竭、因開發(fā)而引起的環(huán)境污染問題等，因此，目前都要求使用合成石英。
以往，由于合成石英粉是以四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四氯化硅等作為原料，雖然純度高但價(jià)格也高，進(jìn)而在使用它們制造合成石英玻璃時(shí)使成本提高，故缺乏工業(yè)上的高適用性。
另一方面，由于半導(dǎo)體制品進(jìn)一步高集成化，尤其對于拉制半導(dǎo)體單晶用坩堝部件則要求雜質(zhì)極少的高純度合成石英玻璃。按照這樣的要求，已在嘗試使用廉價(jià)的水玻璃作為原料，而以低成本獲得高純度的合成石英玻璃粉的方法，這些方法在特開昭59-54632號公報(bào)、特開平4-349126號公報(bào)、特開平11-11929號公報(bào)等中有報(bào)導(dǎo)。
但是，這些公報(bào)中公開的方法，都是從水玻璃暫時(shí)得到含水硅膠，然后將其加熱干燥除去水分而獲得成為石英玻璃的直接原料的方法，此方法從能量-成本上看是工業(yè)實(shí)用性低的方法。另外，水相中含有的微量水溶性雜質(zhì)由于加熱干燥而濃縮，故必須仔細(xì)地進(jìn)行洗滌工序等，就這點(diǎn)而言也使其工業(yè)適用性下降。另外用這些方法得到的合成石英粉不能充分地去除微量的重金屬，尤其不可能充分除去鈦。
作為其他的合成石英玻璃的制造方法，有記載在S.SakkaTreatise on Material Science and Technology，22中的水解烷氧基硅烷進(jìn)行凝膠化，脫碳后在至少1200℃下進(jìn)行焙燒的方法；還有記載在特開平11-11931公報(bào)中的從堿金屬硅酸鹽得到二氧化硅，然后將其進(jìn)行焙燒的方法等。
然而，在這些二氧化硅中含有較多量的OH基(硅醇基)，即使焙燒也不能將其充分地減少。把從含有這樣硅醇基的二氧化硅得到的石英玻璃作為原料，例如在制造像拉制半導(dǎo)體單晶用坩堝等時(shí)存在熔融時(shí)發(fā)生氣泡，或使粘度下降之類的工業(yè)實(shí)用上的問題。
因此，作為從二氧化硅粒子中除去硅醇基的方法，在特開平8-26741號公報(bào)中公開了在脫濕空氣中、在1220℃下保持50小時(shí)，利用硅醇的擴(kuò)散技術(shù)，但是，該方法不僅因長時(shí)間熱處理使在成本上缺乏工業(yè)適用性，而且還存在二氧化硅粒子失透(結(jié)晶化)之類的問題。
另外，在特開平2-289416號公報(bào)中公開了在600～1000℃下暫時(shí)保持一段時(shí)間進(jìn)行脫硅醇的方法，但是為了充分地減少硅醇基含量則要求長時(shí)間進(jìn)行焙燒。
因此，本發(fā)明的目的在于，提供在能量-成本方面工業(yè)適用性高的含水硅膠的脫水方法，進(jìn)一步還提供在能量-成本方面工業(yè)適用性高且高純度的合成石英玻璃粉末的制造方法。
另外，本發(fā)明的其他目地在于，提供即使以低成本的水玻璃作為原料，也可以以高純度得到鈦含量極少的合成石英粉的高純度合成石英粉的制造方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供以高純度可以高效地得到硅醇基含量極少的合成石英玻璃的石英玻璃的制造方法。
即，本第1發(fā)明是含水硅膠的脫水方法，其特征在于，該方法包含，使含水硅膠凍結(jié)的第1工序、使凍結(jié)了的含水硅膠解凍的第2工序、除去由于解凍而解離水的水分獲得二氧化硅粒子的第3工序。
另外，本第2發(fā)明是合成石英玻璃粉末的制造方法，其特征在于，該方法包含，使含水硅膠凍結(jié)的第1工序、使凍結(jié)了的含水硅膠解凍的第2工序、除去因解凍而解離水的水分獲得二氧化硅粒子的第3工序、洗滌二氧化硅粒子的第4工序、將洗凈的二氧化硅焙燒的第5工序。
在本第2發(fā)明的合成石英玻璃粉末的制造方法中，優(yōu)選通過使水玻璃或從水玻璃中分離除堿分的二氧化硅水溶液凝膠化而獲得供給上述第1工序的含水硅膠。優(yōu)選的是，在獲得供給上述第1工序的含水硅膠的工序中，相對于SiO2使用5wt％～50ppm的過氧化氫，而且/或，至少在第1工序～第4工序的任一工序中相對于SiO2使用5wt％～50ppm的過氧化氫?；蛘?，在供給上述第1工序的含水硅膠被凝膠化之前的任一階段中，相對于SiO2使用5wt％～50ppm的過氧化氫為優(yōu)選。
另外，本第3發(fā)明是高純度合成石英粉的制造方法，其特征在于，該方法包含，使水玻璃脫堿處理得到二氧化硅水溶液的第1工序、向第1工序得到的二氧化硅水溶液中添加氧化劑和酸后，在氫型陽離子交換樹脂中通過的第2工序、使在第2工序得到的二氧化硅水溶液凝膠化得到二氧化硅粒子的第3工序、洗滌凝膠化的二氧化硅的第4工序、焙燒洗凈的二氧化硅的第5工序。
而且，本發(fā)明者們還發(fā)現(xiàn)，由于原料二氧化硅的焙燒使二氧化硅中的硅醇基脫水縮合則形成硅氧烷網(wǎng)絡(luò)，由此而減少了硅醇基，在考察二氧化硅粒子的比表面積時(shí)還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)初約為800m2/g的比表積在300℃附近減少到約250m2/g左右。因此，可以認(rèn)為，達(dá)到超過300℃時(shí)當(dāng)初二氧化硅中存在的極小的細(xì)孔崩潰了，結(jié)果使脫硅醇的效果下降。
而且，本發(fā)明者們還發(fā)現(xiàn)，通過在減壓氣氛下將等于或低于特溫度的溫度區(qū)域，保持在等于或低于細(xì)孔崩潰的溫度的溫度區(qū)域，則可以有效地減少二氧化硅中的水分或硅醇基的大部分，于是完成了本第4和第5發(fā)明。
即，本第4發(fā)明是石英玻璃的制造方法，其特征在于，加熱二氧化硅，作為第1加熱階段在150℃～400℃的溫度范圍保持等于或多于3小時(shí)后，作為第2加熱階段在1100℃～1300℃的溫度范圍保持等于或多于1小時(shí)(但是，通過全加熱階段至少在500℃或低于500℃的溫度范圍在減壓氣氛下進(jìn)行加熱)。
另外，本第5發(fā)明是石英玻璃的制造方法，其特征在于，加熱二氧化硅，作為第1加熱階段在150℃～400℃的溫度范圍內(nèi)保持等于或多于30分鐘后，作為第2加熱階段在500℃～700℃的溫度范圍內(nèi)保持等于或多于30分鐘，接著作為第3加熱階段在1100℃～1300℃的溫度范圍內(nèi)保持等于或多于1小時(shí)(但是，達(dá)到第2加熱階段期間在減壓氣氛下進(jìn)行加熱)。
本第1發(fā)明的含水硅膠的脫水方法中使用的含水硅膠，可適于使用的是使水玻璃或從水玻璃中分離除去堿成分的二氧化硅水溶液凝膠化得到的產(chǎn)物，但是沒有特殊的限定。為了下述的凍結(jié)、解凍、脫水，優(yōu)選含水率為約等于或大于50％，更優(yōu)選約70～97％左右的，而且還優(yōu)選凝膠短徑為等于或大于0.1mm，更優(yōu)選至少1mm的含水硅膠。
水份量不到50％時(shí)，下述的凍結(jié)、解凍、脫水的效率低，另外凝膠的短徑不到0.1mm時(shí)，還有凍結(jié)、解凍、脫水的效率下降的傾向。
本第1發(fā)明中的凝膠化方法，沒有任何限定，可以使用公知的方法，但是作為能作成如上所述的優(yōu)選狀態(tài)的含水硅膠的優(yōu)選方法，例如，在首先使水玻璃凝膠化時(shí)，向水玻璃中添加酸(或?qū)⑺ＡЪ拥剿嶂?并進(jìn)行加熱(或放置在室溫下)，由此可以作成含水硅膠。這種場合，除了水玻璃中的二氧化硅成分以外，還存在堿成分、酸成分、堿金屬鹽等，可以根據(jù)需要進(jìn)行洗滌等可以除去堿成分、酸成分、堿金屬鹽等。另外，在含水硅膠中有帶入的堿成分、酸成分、堿金屬鹽等，可以根據(jù)需要通過在任意階段進(jìn)行洗滌將它們除去。
其次，在使從水玻璃中分離除去堿成分的二氧化硅水溶液凝膠化的場合，首先，作為從水玻璃中分離堿成分的方法，例如，可以舉出通過向水玻璃中添加硫酸使堿成分作為堿金屬硫酸鹽而析出分離的方法，還可以舉出通過陽離子交換樹脂法、電泳法、電解透析法等(優(yōu)選將溶液作成酸性而容易穩(wěn)定管理)除去水玻璃中的堿成分的方法等，當(dāng)然也可以使用其他任何一種公知的方法。
使如此得到的二氧化硅水溶液凝膠化的方法也沒有特殊的限制，也可以使用公知的方法。例如，可以采用使二氧化硅水溶液脫水的方法、加熱二氧化硅水溶液的方法(例如在pH 0.1～2.0的通常使用的范圍內(nèi)加熱穩(wěn)定的二氧化硅水溶液，由此可以進(jìn)行凝膠化)、通過將二氧化硅水溶液的pH調(diào)至2.0～8.0而凝膠化的方法(優(yōu)選pH 4.0～8.0。而且，pH不到4.0，特別是pH等于或小于3時(shí)，在上述通常使用的范圍內(nèi)是穩(wěn)定的，而且通過長時(shí)間放置可以在該范圍的pH條件下進(jìn)行凝膠化)等，但是對于更短時(shí)間凝膠化時(shí)，優(yōu)選將pH調(diào)至4.0～8.0進(jìn)行凝膠化的方法。
本第1發(fā)明的第1工序是使上述的含水硅膠凍結(jié)的工序。凍結(jié)，可以在等于或低于含水硅膠開始凍結(jié)的溫度下進(jìn)行。該含水硅膠開始凍結(jié)的溫度由于含水硅膠中的二氧化硅濃度的不同而不同，但大致上是在-2℃～-15℃的溫度下開始凍結(jié)，因此可以在等于或低于這樣的含水硅膠的凍結(jié)開始溫度的溫度下進(jìn)行凍結(jié)。
本第1發(fā)明的第1工序中的凍結(jié)速度沒有特別的限制，但是該凍結(jié)速度受凍結(jié)溫度是否比凍結(jié)開始溫度低、冷卻介質(zhì)的種類(比熱)、與冷卻介質(zhì)的接觸面積等所左右。作為一種傾向，凍結(jié)速度越慢，后述的解凍、除去解離水的水分后的二氧化硅的粒子中所含水分量越低，相反，凍結(jié)速度越快，與凍結(jié)有關(guān)的能量-成本越低。因此，應(yīng)根據(jù)本發(fā)明的使用用途，酌情比較后面的與二氧化硅粒子中所含水分的干燥有關(guān)的能量-成本和與凍結(jié)有關(guān)的能量-成本方面進(jìn)行選擇凍結(jié)速度。
本第1發(fā)明的第2工序，是使上述第1工序中凍結(jié)了的含水硅膠解凍的工序。解凍的方法沒有任何限制，只需滿足室溫下放置，但是為了在更短時(shí)間解凍，例如也可以采用溫水或溫風(fēng)等進(jìn)行加熱。
在上述第2工序中使凍結(jié)了的含水硅膠解凍時(shí)，凍結(jié)水分作為解離水，所以不再返回到原來的含水硅膠中。
本第1發(fā)明的第3工序是除去在上述第2工序的解凍中解離水的水分的工序。通過解凍導(dǎo)致的解離水，使從含水硅膠游離出的水與二氧化硅粒子分離，則可采用過濾等以往公知的方法很容易將游離水分離出去。
得到的二氧化硅粒子含有20～80％的水分，但是可以根據(jù)需要采用通常的方法，例如可以在40～200℃的溫度下進(jìn)行干燥，還可以根據(jù)需要通過粉碎得到更干燥的二氧化硅的粒子。
通過進(jìn)行以上本第1發(fā)明的第1～第3工序，與加熱干燥相比，可以用非常低的能量-成本從含水硅膠中進(jìn)行脫水。另外，在含水硅膠中，含有例如起因于作為含水硅膠原料的水玻璃的水溶性微量雜質(zhì)，例如多價(jià)金屬離子等，但是通過進(jìn)行以上的第1～第3工序，可使這些水溶性微量雜質(zhì)轉(zhuǎn)移到游離水一側(cè)而被除去，因此與游離水分離的二氧化硅中所含的這些雜質(zhì)與加熱干燥相比要低得多成為非常微量的。
其次，對本第2發(fā)明的合成石英玻璃粉末的制造方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
該制造方法包含，使含水硅膠凍結(jié)的第1工序、使凍結(jié)了的含水硅膠解凍的第2工序、除去因解凍而解離水的水分獲得二氧化硅粒子的第3工序、洗滌二氧化硅粒子的第4工序、焙燒洗凈的二氧化硅的第5工序，其中第1～第3工序可以原封不動(dòng)地使用上述本發(fā)明的含水硅膠的脫水方法。
本第2發(fā)明的第4工序，是通過對上述第3工序得到的二氧化硅粒子進(jìn)行洗滌，除去附著在二氧化硅上的雜質(zhì)的工序。優(yōu)選在洗滌之前，將二氧化硅粒子粉碎進(jìn)行微?；梢蕴岣呦礈煨ЧＷ鳛榉鬯榉椒]有限定，通常粉碎二氧化硅的方法都可以使用。而且，為了粉碎，需要時(shí)可以對二氧化硅粒子進(jìn)行干燥。該干燥方法沒有特別的限定，例如可以在40～200℃的溫度下進(jìn)行干燥。
洗滌，可以采用水洗等通常進(jìn)行的方法，但是在二氧化硅粒子粉碎時(shí)有可能混入鐵成分，因此最好用酸的水溶液進(jìn)行洗滌。而且，這種場合，用酸水溶液洗滌后，用水，優(yōu)選用超純水進(jìn)行沖洗為佳。
對于該酸水溶液沒有特別的限定，例如可以使用鹽酸、硫酸、硝酸等，這些可以單獨(dú)使用也可以將多種組合起來使用。酸的濃度也沒有特別的限定，優(yōu)選2～20wt％。只要不小于2wt％就有效果，另一方面，在超過20wt％時(shí)，不僅不能再提高效果，反而在酸洗之后為了沖洗而浪費(fèi)水洗時(shí)間和水洗水。
上述二氧化硅粒子的洗滌，以與通常洗滌相同程度就足夠了，但優(yōu)選在40℃～沸點(diǎn)的溫度下進(jìn)行10分鐘～4小時(shí)。
本第2發(fā)明的第5工序，是通過焙燒上述第4工序得到的二氧化硅，獲得OH含量極少的高純度石英粉的工序。而且，該焙燒可以采用下面詳述的本第4發(fā)明或本第5發(fā)明的焙燒方法。
焙燒溫度和時(shí)間，可以在與以往獲得高純度石英時(shí)進(jìn)行的焙燒相同程度的溫度和時(shí)間下進(jìn)行。高純度石英優(yōu)選極力減少OH含量，只要在較高的溫度下進(jìn)行較長時(shí)間的焙燒，就可以得到OH含量少的石英，所以通過設(shè)定合適的條件則可得到所希望的OH含量。
而且，在第4工序得到的二氧化硅粒子含20～80％的水分，所以暫且用通常的方法干燥之后進(jìn)行焙燒都是有效的，且在工業(yè)上是優(yōu)選的。
本第2發(fā)明的合成石英玻璃粉末的制造方法中，優(yōu)選，在獲得供給上述第1工序的含水硅膠的工序中，相對于SiO2使用5wt％～50ppm的過氧化氫，或者，都使用，或者不使用，但優(yōu)選至少在第1工序～第4工序的任一工序，相對于SiO2使用5wt％～50ppm的過氧化氫。
在使用過氧化氫時(shí)，可以提高對金屬雜質(zhì)，特別是多價(jià)金屬雜質(zhì)的去除性，所以是優(yōu)選的。但是其使用量不到50ppm時(shí)其使用效果不顯著，另一方面，即使使用超過5wt％也不會(huì)再使效果提高，反而容易引起排水處理等的問題。
下面對過氧化氫的具體使用方法進(jìn)行詳述。作為本第2發(fā)明中的過氧化氫的使用方法，可以舉出下面的方法，(1)向凝膠化之前的水玻璃中添加過氧化氫的方法、(2)向?yàn)槭顾Ａz化的酸中添加過氧化氫的方法、(3)向水玻璃與酸反應(yīng)的容器內(nèi)預(yù)先導(dǎo)入過氧化氫的方法、(4)在從水玻璃中除去堿分時(shí)向凝膠化前的水玻璃中添加過氧化氫的方法、(5)在從水玻璃中除去堿分時(shí)向作為加入的中和劑的硫酸中預(yù)先導(dǎo)入過氧化氫的方法、(6)向使水玻璃與硫酸中和反應(yīng)的容器中預(yù)先導(dǎo)入過氧化氫的方法、(7)向使水玻璃與硫酸中和反應(yīng)之后體系內(nèi)添加過氧化氫的方法、(8)向使水玻璃與硫酸中和反應(yīng)之后堿金屬硫酸鹽過濾前的體系內(nèi)添加過氧化氫的方法、(9)向堿金屬硫酸鹽過濾中的體系內(nèi)添加過氧化氫的方法、(10)向堿金屬硫酸鹽過濾后的濾液中添加過氧化氫的方法、(11)向從水玻璃中除去堿分的凝膠化前的體系內(nèi)添加過氧化氫的方法、(12)向凝膠化過程中的體系內(nèi)添加過氧化氫的方法、(13)使過氧化氫與凝膠化后的凝膠進(jìn)行接觸(浸漬、噴淋等)的方法、(14)使過氧化氫與凝膠后凍結(jié)前的凝膠進(jìn)行接觸(浸漬、噴淋等)的方法、(15)將過氧化氫添加到凝膠解凍后的體系內(nèi)的方法、(16)將過氧化氫添加到二氧化硅粒子的洗滌水中進(jìn)行洗滌的方法、(17)將過氧化氫添加到洗滌用酸水溶液中洗滌二氧化硅的方法等，而且通過任何一種方法都可以得到降低多價(jià)金屬雜質(zhì)量的效果。其中，是(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(10)、(11)、(15)、(16)、(17)的方法時(shí)，即有降低多價(jià)金屬雜質(zhì)量的效果又有優(yōu)異的作業(yè)性，所以是優(yōu)選的，而采用這些當(dāng)中的(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(10)、(11)、(15)、(17)的方法是更優(yōu)選的。
在本第2發(fā)明的合成石英玻璃粉末的制造方法中，至少，在使供給第1工序的含水硅膠凝膠化以前的任何階段，希望相對于SiO2使用5wt％～50ppm，優(yōu)選2wt％～100ppm的氧化劑。
即，使用氧化劑時(shí)可以提高金屬雜質(zhì)，特別是多價(jià)金屬雜質(zhì)的去除性，所以是優(yōu)選的。但是，其使用量不到50ppm時(shí)，其使用效果不顯著，另一方面，即使超過5wt％地使用也不會(huì)再提高效果，反而容易引起排水處理等問題。
在本第2發(fā)明中可以使用的氧化劑沒有特別的限定，例如，可例示出過氧化鈉、過碳酸鈉、過醋酸、過硼酸鈉、高錳酸鉀、高錳酸鈉、高碘酸鉀、高碘酸鈉、過硫酸銨、過硫酸鉀、過硫酸鈉、亞硝酸鈉等，這些可以單獨(dú)使用也可以多種組合使用。這些氧化劑或通過其組合的使用，可以再與過氧化氫的使用并用，但是這些氧化劑和過氧化氫的合計(jì)量在上述范圍內(nèi)為宜。
下面，對氧化劑或其組合、以及這些氧化劑與過氧化氫的混合物(以下簡稱為「氧化劑等」)的使用方法進(jìn)行詳述。作為氧化劑等的使用方法，可以舉出(1)將氧化劑等添加到凝膠化前的水玻璃中的方法、(2)向?yàn)槭顾Ａz化的酸中添加氧化劑等的方法、(3)向使水玻璃與酸反應(yīng)的容器內(nèi)預(yù)先導(dǎo)入氧化劑等的方法、(4)在從水玻璃中除去堿分時(shí)向凝膠化前的水玻璃中添加氧化劑等的方法、(5)在從水玻璃中除去堿分時(shí)向加入的作為中和劑的硫酸中添加氧化劑等的方法、(6)向使水玻璃與硫酸中和反應(yīng)的容器內(nèi)預(yù)先導(dǎo)入氧化劑等的方法、(7)向使水玻璃與硫酸中和反應(yīng)后的體系內(nèi)添加氧化劑等的方法、(8)向使水玻璃與硫酸中和反應(yīng)后過濾堿金屬硫酸鹽之前的體系內(nèi)添加氧化劑等的方法、(9)向過濾堿金屬硫酸鹽的過程中的體系內(nèi)添加氧化劑等的方法、(10)向堿金屬硫酸鹽過濾后的濾液中添加氧化劑等的方法、(11)向從水玻璃中除去了堿分凝膠化前的體系內(nèi)添加氧化劑等的方法等。
下面，對本第3發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行說明。
在本第3發(fā)明的第1工序中使用的水玻璃沒有特殊限定，哪種水玻璃都可以使用，但是優(yōu)選使用SiO2/M2O(M是Na、K、Li，從工業(yè)上容易得到上看優(yōu)選Na)的摩爾比是0.4～10.0，優(yōu)選0.5～8.0的水玻璃。摩爾比不到0.4時(shí)，在脫堿獲得二氧化硅溶液中必須使用過大的設(shè)備，另一方面，超過10.0時(shí)，工業(yè)上得不到穩(wěn)定的水玻璃，水玻璃的獲得困難，缺乏任何的工業(yè)適用性。
另外，水玻璃中的SiO2的濃度，優(yōu)選的是2～30wt％，更優(yōu)選的是3～15wt％。該濃度不到2wt％時(shí)，后述的第3工序中的凝膠化困難，同時(shí)脫水時(shí)需要的能量多，使工業(yè)適用性下降。另一方面，超過30wt％時(shí)，容易使第1工序得到的二氧化硅水溶液不穩(wěn)定。
為獲得上述范圍的濃度的水玻璃，可以有幾種方法，但最簡的方法是原封不動(dòng)地使用上述濃度的水玻璃。該方法在水玻璃制造中調(diào)節(jié)濃度就可以了。其次是用水(優(yōu)選純凈水)稀釋比上述濃度更高濃度的水玻璃的方法。另外，也可以從市場上買到粉末狀的水溶性堿金屬硅酸鹽，然后將其溶解在水(優(yōu)選純凈水)中也可以得到上述濃度的產(chǎn)物。
本第3發(fā)明的第1工序是使水玻璃脫堿處理獲得二氧化硅水溶液的工序，作為這里所用的脫堿處理沒有特殊的限定，例如，可以使用陽離子交換樹脂法、電泳法、電解透析法等。這里通過脫堿處理幾乎可除去所有的堿，但優(yōu)選進(jìn)行大體上Na2O濃度達(dá)到等于或小于1％，更優(yōu)選pH達(dá)到等于或小于5的脫堿處理。
作為上述脫堿處理優(yōu)選的是氫型陽離子交換樹脂法。其中使用的氫型陽離子交換樹脂，沒有特別的限定，可以使用市售的強(qiáng)酸性型的珠狀、纖維狀、交叉狀等氫型陽離子交換樹脂。
上述水玻璃對于這些氫型陽離子交換樹脂的通液方法也沒有任何限定，例如將上述氫型陽離子交換樹脂裝入柱子中進(jìn)行通液的方法、或可以使用以間歇方式處理水玻璃和氫型陽離子交換樹脂等眾所周知的方法。而且，使用過的氫型陽離子交換樹脂，采用普通的方法，即，使用鹽酸、硫酸、硝酸等酸可以再生成氫型。
本第3發(fā)明的第2工序，是將氧化劑和酸加到上述得到的二氧化硅水溶液中后，通過氫型陽離子交換樹脂的工序。
本第3發(fā)明的第2工序中使用的氧化劑，沒有特殊的限制，可以例示出，例如，過氧化氫、過氧化鈉、過碳酸鈉、過醋酸、過硼酸鈉、高錳酸鉀、高錳酸鈉、高碘酸鉀、高碘酸鈉、過硫酸銨、過硫酸鉀、過硫酸鈉、硝酸鈉等，可以單獨(dú)使用它們也可以多種組合使用。這些氧化劑中，使用過氧化氫時(shí)殘留物只是水，完全不需要后處理，故從作業(yè)性和效率性方面考慮是優(yōu)選的。
該氧化劑的添加，可促進(jìn)二氧化硅水溶液中含有的微量重金屬離子化，故有提高下面第3工序中重金屬去除率的功能。因此，上述氧化劑優(yōu)選的使用量的下限值依賴于該微量重金屬的量而定，但是頻繁進(jìn)行微量重金屬量測定在工業(yè)上是不利的。但是，由于該微量重金屬來源于作為原料的水玻璃，因此可以以SiO2量為基準(zhǔn)確定氧化劑的使用量。即，上述氧化劑優(yōu)選的使用量，相對于二氧化硅水溶液中的SiO2重量至少是0.5ppm，更優(yōu)選至少是1.0ppm。上述氧化劑的使用量的上限沒有特別的限定，但是相對于SiO2重量即使至少使用3000ppm，在效果上也沒有差別，所以從工業(yè)合理上看，相對于SiO2重量最多使用3000ppm。
本第3發(fā)明的第2工序中使用的酸也沒有特別的限定，例如可以使用鹽酸、硫酸、硝酸等，這些可以單獨(dú)使用也可以多種組合使用。經(jīng)過第1工序的二氧化硅水溶液暫時(shí)成為酸性，但隨著時(shí)間變化pH上升，于是在中性區(qū)域發(fā)生凝膠化，所以在本第2工序中由于添加酸使二氧化硅水溶液穩(wěn)定化。因此這些酸的使用量，應(yīng)以能使該二氧化硅水溶液的pH成為0.1～3.0，優(yōu)選為0.2～2.0的量進(jìn)行選用。
本第3發(fā)明的第2工序，是使加入了上述的氧化劑和酸的二氧化硅水溶液通過氫型陽離子交換樹脂的工序。這里使用的氫型陽離子交換樹脂沒有特別的限定，可以使用市售的強(qiáng)酸性型的珠狀、纖維狀、交叉狀等的氫型陽離子交換樹脂。
上述二氧化硅水溶液對于這些氫型陽離子交換樹脂的通液方法沒有任何限定，例如將上述氫型陽離子交換樹脂填充到柱子中的通液方法，或者也可以采用以間歇方式處理二氧化硅水溶液和氫型陽離子交換樹脂等的公知方法。而且，使用過了的氫型陽離子交換樹脂可以用通常的方法，即，使用鹽酸、硫酸、硝酸等酸再生成氫型。
通過將上述二氧化硅水溶液通過氫型陽離子交換樹脂進(jìn)行處理幾乎可以除去二氧化硅水溶液中的微量重金屬，特別是鈦。作為該處理的程度，例如，優(yōu)選達(dá)到每1升二氧化硅水溶液向20g～200g的氫型陽離子交換樹脂通液。
本第3發(fā)明的第3工序，是使上述第2工序得到的二氧化硅水溶液凝膠化獲得二氧化硅粒子的工序。該凝膠化的方法沒有特殊的限定，通常的方法都可以使用。即，可以使用使二氧化硅水溶液脫水的方法、加熱二氧化硅水溶液的方法(例如，通過在pH 0.1～2.0的通常使用的范圍內(nèi)加熱穩(wěn)定的二氧化硅水溶液進(jìn)行凝膠化也可以)、采用將二氧化硅水溶液的pH調(diào)至2.0～8.0，優(yōu)選pH 4.0～8.0而進(jìn)行凝膠化的方法(pH不到4.0，尤其最多pH 3.0時(shí)，在上述通常使用的范圍內(nèi)是穩(wěn)定的但也可以通過長時(shí)間放置而在該范圍的pH下進(jìn)行凝膠化)等，但從為在較短時(shí)間能夠凝膠化這點(diǎn)看，通過將pH調(diào)至4.0～8.0進(jìn)行凝膠化的方法是優(yōu)選的。
本第3發(fā)明的第3工序中使用的二氧化硅水溶液是酸性的，故為了將pH調(diào)至上述范圍得使用堿試劑，但從獲得高純度產(chǎn)品的觀點(diǎn)看，優(yōu)選使用氨或氨水作為堿試劑。
使之凝膠化的二氧化硅，可以用普通方法，例如在40～200℃的溫度下進(jìn)行干燥，根據(jù)需要進(jìn)行粉碎，由此可以得到二氧化硅粒子。或者，也可以通過本第1發(fā)明的脫水方法獲得二氧化硅粒子。
本第3發(fā)明的第4工序，是通過洗滌上述第3工序中得到的二氧化硅，來除去附著在二氧化硅上的雜質(zhì)的工序。在洗滌之前，先粉碎二氧化硅粒子使其微?；?，這樣可提高洗滌效果所以是優(yōu)選的。粉碎方法沒有特別的限定，可以使用通常二氧化硅粒子粉碎中所用的方法。而且，只要粉碎需要，也可以使二氧化硅粒子進(jìn)行干燥。干燥方法沒有特殊的限定，例如可以在40～200℃的溫度下進(jìn)行干燥。
洗滌，可以采用水洗等通常進(jìn)行的方法，但是由于二氧化硅粒子粉碎時(shí)常混入鐵粉，故優(yōu)選用酸的水溶液進(jìn)行洗滌。而且，在此情況下，用酸水溶液洗凈后，優(yōu)選再用水(優(yōu)選超純水)進(jìn)行沖洗。
作為酸的水溶液沒有特別的限制，例如鹽酸、硫酸、硝酸等都可以使用，可以單獨(dú)使用它們也可以將多種組合起來使用。酸的濃度也沒有特別的限定，優(yōu)選達(dá)到2～20wt％。只要不低于2wt％就會(huì)有效果，而即使超過20wt％也不會(huì)再提高效果，而且為了酸洗凈后進(jìn)行沖洗容易造成水洗時(shí)間或水洗水的浪費(fèi)。
另外，洗滌用的酸水溶液中添加過氧化氫時(shí)，可以除去微量存在的金屬成分，所以是優(yōu)選的。過氧化氫的添加量即使不低于2％也不會(huì)再提高效果，而且容易引起排水處理等問題。而且，添加極微量的過氧化氫就能發(fā)生其添加的效果，但優(yōu)選不低于100ppm則其效果顯著。
上述二氧化硅的洗滌，以與通常進(jìn)行的洗滌相同程度地進(jìn)行就足夠了。優(yōu)選在40℃～沸點(diǎn)的溫度下進(jìn)行10分鐘～4小時(shí)左右的時(shí)間。
本第3發(fā)明的第5工序，是通過焙燒第4工序中得到的二氧化硅，獲得OH含量極少的高純度石英粉的工序。而且，在該焙燒中，可以使用下面詳述的本第4發(fā)明或本第5發(fā)明的焙燒方法。
焙燒溫度和時(shí)間，可以在與以往獲得高純度石英時(shí)進(jìn)行的焙燒相同程度的溫度和時(shí)間下進(jìn)行。高純度石英優(yōu)選極力減少OH含量，若是在更高的溫度和更長的時(shí)間下進(jìn)行焙燒也可以得到OH含量少的石英，故可以設(shè)定適宜的條件，以便達(dá)到所希望的OH含量。
而且，第4工序中獲得的二氧化硅含有水分時(shí)，在用通常的方法干燥之后再進(jìn)行焙燒是有效的，而且是工業(yè)上優(yōu)選的。
下面，對本第4和第5發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行說明。
本第4發(fā)明中使用二氧化硅沒有特殊的限定，凡是以可工業(yè)上使用為目的的石英玻璃用途中適用純度的二氧化硅均可以使用，例如，可以使用通過堿金屬硅酸鹽的凝膠化得到的二氧化硅、或使硅酸甲酯或硅酸乙酯等的醇鹽水解和凝膠化得到的二氧化硅等。由堿金屬硅酸鹽凝膠化得到的二氧化硅，優(yōu)選使用本第2發(fā)明或本第3發(fā)明中的第4工序洗凈之后的二氧化硅。這樣的原料二氧化硅，優(yōu)選二氧化硅粉末。
本第4發(fā)明是加熱原料二氧化硅除去硅醇基，而且通過整個(gè)加熱階段至少在等于或低于500℃的溫度范圍內(nèi)減壓氣氛下進(jìn)行加熱。減壓的程度沒有特別的限制，大致是等于或小于65kPa，優(yōu)選等于或小于45kPa。若達(dá)不到在等于或低于500℃的溫度范圍內(nèi)和上述那樣的減壓氣氛時(shí)，硅醇基的去除效率則差。下面，沒有特別指出限制條件，本第4發(fā)明中是在該溫度范圍內(nèi)的減壓氣氛下。而且，可以使全工序在減壓下進(jìn)行，但在解除減壓(恢復(fù)到常壓)的場合，導(dǎo)入干燥空氣或干燥惰性氣體(氮?dú)?、氬氣?是優(yōu)選的。
本第4發(fā)明中的原料二氧化硅的加熱，首先作為第1加熱階段是在150℃～400℃的溫度范圍內(nèi)保持至少3小時(shí)，優(yōu)選至少6小時(shí)。
在該第1加熱階段除去大部分硅醇基。保持時(shí)間不到上述范圍時(shí)，不能充分除去硅醇基仍然處于高溫下則產(chǎn)生殘存硅醇基。
第1加熱階段的保持時(shí)間的上限沒有特別的限制，花的時(shí)間越長，越能確實(shí)進(jìn)行硅醇基的去除，但是從工業(yè)上合適的效率化的觀點(diǎn)上看，等于或低于20小時(shí)為優(yōu)選，而等于或低于15小時(shí)為更優(yōu)選。
另外，保持溫度不到上述范圍時(shí)，不能充分進(jìn)行硅醇基的去除，相反，保持溫度超過上述溫度范圍時(shí)，在硅醇基充分去除之前細(xì)孔崩潰，也不能充分進(jìn)行硅醇基去除。
本第4發(fā)明，上述第1加熱階段結(jié)束后，進(jìn)行升溫，作為第2加熱階段在1100℃～1300℃的溫度范圍內(nèi)至少保持1小時(shí)。通過第2加熱階段可以達(dá)到充分去除難以去除的硅醇基。
保持溫度不到上述范圍時(shí)，不能充分進(jìn)行硅醇基的去除，相反，保持溫度超過上述范圍時(shí)，二氧化硅粒子之間發(fā)生燒結(jié)，石英玻璃的利用范圍受到極大的限制(為了擴(kuò)大利用范圍優(yōu)選粉末狀態(tài)，而使燒結(jié)體再粉末化時(shí)，又引起新的表面吸水，增大硅醇基)。
第2加熱階段的保持時(shí)間不到上述范圍時(shí)，不能充分除去硅醇基。保持時(shí)間的上限沒有特別的限定，花的時(shí)間越長越能確實(shí)進(jìn)行硅醇基的去除，但從工業(yè)上適用而高效的觀點(diǎn)看優(yōu)選等于或低于20小時(shí)，更優(yōu)選等于或低于15小時(shí)。
下面詳述本第5發(fā)明。
本第5發(fā)明中使用的二氧化硅沒有特別的限制，可以使用與本第4發(fā)明中使用的二氧化硅是相同的。
本第5發(fā)明，加熱原料二氧化硅除去硅醇基，但是在到達(dá)后述的第2加熱階段期間是在減壓氣氛下進(jìn)行加熱。減壓的程度沒有特別的限定，大致等于或低于65kPa，優(yōu)選等于或低于45kPa。在到達(dá)第2加熱階段期間達(dá)不到上述那樣的減壓氣氛時(shí)，除去硅醇基的效率下降。以下，沒有特別的限制條件，本第5發(fā)明中，到達(dá)第2加熱階段期間是在減壓氣氛下。而且，可以在減壓下進(jìn)行整個(gè)工序，但是解除減壓(恢復(fù)到常壓)時(shí)，優(yōu)選導(dǎo)入干燥空氣或干燥惰性氣體(氮?dú)?、氬氣?。
本第5發(fā)明，可以通過更短時(shí)間的加熱來更有效地進(jìn)行二氧化硅通過加熱的硅醇基的去除。
本第5發(fā)明中的原料二氧化硅的加熱，首先作為第1加熱階段的150℃～400℃的溫度范圍內(nèi)至少保持30分鐘，優(yōu)選至少1小時(shí)。
該第1加熱階段除去大部分容易除去的硅醇基。保持時(shí)間不到上述范圍時(shí)，硅醇基不能充分除去仍處于高溫下則產(chǎn)生殘存硅醇基。
第1加熱階段的保持時(shí)間的上限沒有特別的限定，花的時(shí)間越長越能確實(shí)進(jìn)行硅醇基的去除，但從工業(yè)上合適有效的觀點(diǎn)看和從在短時(shí)間更有效地除去硅醇基的觀點(diǎn)看優(yōu)選等于或小于10小時(shí)，更優(yōu)選等于或小于7小時(shí)。
另外，保持溫度不到上述范圍時(shí)，不能充分進(jìn)行硅醇基的去除，相反，保持溫度超過上述范圍時(shí)，在硅醇基充分除去之前細(xì)孔崩潰，仍不能充分進(jìn)行硅醇基的去除。
本第5發(fā)明，上述第1加熱階段結(jié)束之后，升溫，作為第2加熱階段在500℃～700℃的溫度范圍內(nèi)保持至少30分鐘，優(yōu)選至少1小時(shí)。通過第2加熱階段，可以達(dá)到充分除去稍難除去的硅醇基。
保持溫度不到上述范圍時(shí)不能充分除去稍難除去的硅醇基仍然處于高溫則發(fā)生殘存硅醇基。
第2加熱階段的保持時(shí)間的上限沒有特別的限定，用的時(shí)間越長越能確實(shí)進(jìn)行稍難去除的硅醇基的去除，但是從工業(yè)上合適的高效化的觀點(diǎn)看和以更高效短時(shí)間除去硅醇基的觀點(diǎn)看，優(yōu)選等于或少于10小時(shí)，更優(yōu)選等于或少于7小時(shí)。
另外，保持溫度不到上述范圍時(shí)，不能充分進(jìn)行稍難去除的硅醇基的去除，相反，保持溫度超過上范圍時(shí)，在稍難去除的硅醇基充分除去之前細(xì)孔崩潰，也不能充分進(jìn)行稍難去除的硅醇基的去除。
本第5發(fā)明，上述第2加熱階段結(jié)束后，升溫作為第3加熱階段，在1100℃～1300℃的溫度范圍內(nèi)保持至少1小時(shí)。通過第3加熱階段可以達(dá)到充分去除難以去除的硅醇基。
保持溫度不到上述范圍時(shí)，不能充分進(jìn)行難以去除的硅醇基的去除，相反，保持溫度超過上述范圍時(shí)，二氧化硅粒子之間產(chǎn)生燒結(jié)，使石英玻璃的利用范圍受到極大的限制(在擴(kuò)大利用范圍中，優(yōu)選粉末狀態(tài)，而將燒結(jié)體再粉碎時(shí)，又引起新的表面吸水增多硅醇基)。
第3加熱階段的保持時(shí)間不到上述范圍時(shí)，不能充分除去難以去除的硅醇基。保持時(shí)間的上限沒有特別的限制，用的時(shí)間越長越能確實(shí)進(jìn)行硅醇基的去除，但從工業(yè)上合適的高效化的觀點(diǎn)看優(yōu)選等于或低于20小時(shí)，更優(yōu)選等于或低于15小時(shí)。
下面列舉實(shí)施例更進(jìn)一步地說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于這些首先對第1和第2發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。
將40wt％硫酸水溶液185g加入到10升燒杯中，將溶液在冰浴中調(diào)至5℃，用聚四氟乙烯制的螺旋槳進(jìn)行攪拌。將硅酸鈉5水鹽150.9g溶于198g的純凈水中得到的水玻璃(SiO2/Na2O＝1.0，SiO2濃度12wt％)經(jīng)25分鐘滴入其中。再將40wt％硫酸水溶液740g，和硅酸鈉5水鹽603.6g溶解在792g的純凈水中得到的水玻璃(SiO2/Na2O＝1.0，SiO2濃度12wt％)同時(shí)經(jīng)2小滴入其中。中和溫度控制在5～10℃。通過中和反應(yīng)析出硫酸鈉結(jié)晶，但由于溶液的pH為0.7所以二氧化硅不能發(fā)生凝膠化。
將該溶液在冰浴中冷卻至3℃使硫酸鈉重結(jié)晶，用聚四氟乙烯制的過濾器(5μm)進(jìn)行過濾除去硫酸鈉(940g)，得到pH 0.7的二氧化硅水溶液。
通過將該二氧化硅水溶液在室溫下長時(shí)間(3小時(shí))放置進(jìn)行凝膠化，得到含水硅膠(1)。
將40wt％硫酸水溶液108g加入到10升燒杯中，在冰浴中將該溶液調(diào)至5℃，用聚四氟乙烯制的螺旋槳進(jìn)行攪拌。將3號硅酸鈉150g溶解到198g純凈水中得到的水玻璃(SiO2/Na2O＝3.3，SiO2濃度12wt％)經(jīng)25分鐘滴入其中。再將40wt％硫酸水溶液740g，和3號硅酸鈉600g溶于800g純凈水中得到的水玻璃(SiO2/Na2O＝3.3，SiO2濃度12wt％)同時(shí)經(jīng)2小時(shí)滴入其中。中和溫度控制在5～10℃。通過中和反應(yīng)析出硫酸鈉結(jié)晶，但溶液的pH為0.5所以不發(fā)生二氧化硅的凝膠化。
將該溶液在冰浴中冷卻至3℃使硫酸鈉重結(jié)晶，用聚四氟乙烯制的過濾器(5μm)進(jìn)行過濾除去硫酸鈉(130g)，得到pH 0.5的二氧化硅水溶液。
將所得二氧化硅水溶液在室溫下長時(shí)間(3小時(shí))放置借此凝膠化，制得含水硅膠(2)。
將40wt％硫酸水溶液93g加入到10升燒杯中，在冰浴中將溶液調(diào)至5℃，用聚四氟乙烯制螺旋漿進(jìn)行攪拌。將硅酸鈉5水鹽75g溶于200g純凈水中得到的水玻璃(SiO2/Na2O＝1.0，SiO2濃度7.6wt％)經(jīng)15分鐘滴入其中。再將40wt％硫酸水溶液370g，和硅酸鈉5水鹽302g溶于790g純凈水中得到的水玻璃(SiO2/Na2O＝1.0，SiO2濃度7.7wt％)同時(shí)經(jīng)2小滴入其中。中和溫度控制在5～10℃。經(jīng)中和反應(yīng)析出硫酸鈉結(jié)晶，而溶液的pH為0.8故不能引起二氧化硅的凝膠化。
將該溶液在冰浴中冷卻至3℃使硫酸鈉重結(jié)晶，用聚四氟乙烯制的過濾器(5μm)過濾除去硫酸鈉(390g)，得到pH 0.8的二氧化硅水溶液。
將所得二氧化硅水溶液在室溫下長時(shí)間(3小時(shí))放置借此進(jìn)行凝膠化，制得含水硅膠(3)。
將純凈水100g放入10升燒杯中，在冰浴中將溶液調(diào)至5℃，用聚四氟乙烯制的螺旋槳進(jìn)行攪拌。將40wt％硫酸水溶液323g，和3號水玻璃750g溶于800g純凈水中的水玻璃(SiO2/Na2O＝3.3，SiO2濃度14wt％)同時(shí)經(jīng)2小時(shí)滴入其中。中和溫度控制在5～10℃。通過中和反應(yīng)析出硫酸鈉結(jié)晶，由于溶液的pH是0.5，所以二氧化硅不發(fā)生凝膠化。
在冰浴中將得到的溶液冷卻到3℃使硫酸鈉重結(jié)晶，用聚四氟乙烯制的過濾器(5μm)過濾除去硫酸鈉(120g)，得到pH 0.5的二氧化硅水溶液。
將得到的二氧化硅水溶液在室溫下長時(shí)間(3小時(shí))放置由此進(jìn)行凝膠化，得到含水硅膠(4)。
除了向40wt％硫酸水溶液中添加所用的SiO2成分的0.1wt％的過氧化氫以外，與含水硅膠合成(1)一樣地操作得到含水硅膠(5)。
除了向水玻璃水溶液中，相對于所用的SiO2成分添加80ppm的過氧化氫以外，與含水硅膠合成(2)一樣地操作制得含水硅膠(6)。
除了向中和反應(yīng)后的體系中添加使用的SiO2成分的1.2wt％的過氧化氫以外，與含水硅膠合成(3)一樣地操作制得含水硅膠(7)。
除了向40wt％硫酸水溶液中添加所用SiO2成分的0.1wt％的過碳酸鈉以外，與含水硅膠合成(1)一樣地操作制得含水硅膠。
除向水玻璃水溶液中，相對于所用的SiO2成分添加80ppm的過醋酸以外，與含水硅膠合成(2)同樣地操作得到含水硅膠。
用純凈水稀釋SiO2/Na2O＝3.2的摩爾比的原料水玻璃(SiO2濃度29wt％)，使SiO2濃度成為6wt％的水玻璃。向該水玻璃中添加相對于水玻璃中的SiO2重量為2000ppm的過氧化氫，將該水玻璃1000g在填充有氫型陽離子交換樹脂(オルガノ(株)制ア-バンライトIR-120B)的柱子中通液脫堿，得到SiO2濃度為5.0wt％、pH2.5的二氧化硅水溶液1150g。
向得到的二氧化硅水溶液中加鹽酸將pH調(diào)至1.0，然后，將該二氧化硅水溶液在填充有氫型陽離子交換樹脂(オルガノ(株)制ア-バンライトIR-120B)100ml的柱子中通液除去微量的金屬離子，得到高純度的二氧化硅水溶液。
向所得二氧化硅水溶液中添加氨水，將二氧化硅水溶液的pH調(diào)至6.0在室溫下放置，使全部二氧化硅水溶液凝膠化，得到含水硅膠(10)。
將SiO2/Na2O＝3.2的摩爾比的原料水玻璃(SiO2濃度29wt％)用純凈水稀釋成SiO2濃度6wt％的水玻璃。將該水玻璃1000g在填充有氫型陽離子交換樹脂(オルガノ(株)制ア-バンライトIR-120B)的柱子中通液脫堿，得到SiO2濃度5.0wt％、pH2.5的二氧化硅水溶液1150g。
向所得二氧化硅水溶液中加鹽酸將pH調(diào)至1.0，相對于二氧化硅水溶液中的SiO2重量添加2000ppm過氧化氫。然后，將該二氧化硅水溶液在填充有氫型陽離子交換樹脂(オルガノ(株)制ア-バンライトIR-120B)100ml的柱子中通液制得除去了微量的金屬離子的高純度二氧化硅水溶液。
向所得二氧化硅水溶液中添加氨水使二氧化硅水溶液的pH為6.0，室溫放置，使全部二氧化硅水溶液凝膠化，得到含水硅膠(11)。
將SiO2/Na2O＝3.2的摩爾比的原料水玻璃(SiO2濃度29wt％)用純凈水稀釋成SiO2濃度8wt％的水玻璃。將該水玻璃1000g中添加3.5％的鹽酸水溶液100g，和相對于水玻璃中的SiO2重量添加2000ppm的過氧化氫，將該水玻璃在填充有氫型陽離子交換樹脂(オルガノ(株)制ア-バンライトIR-120B)的柱子中通液脫堿，得到SiO2濃度6.4wt％，pH1.0的二氧化硅水溶液1250g。
向得到的二氧化硅水溶液中添加氨水，將二氧化硅水溶液的pH調(diào)至4.5，在室溫下放置，使全部二氧化硅水溶液凝膠化得到含水硅膠(12)。
將SiO2/Na2O＝3.2的摩爾比的原料水玻璃(SiO2濃度29wt％)用純凈水稀釋得到SiO2濃度15wt％的水玻璃500g。將該水玻璃加入到鹽酸中將pH調(diào)至1.0，相對于二氧化硅水溶液中的SiO2重量添加2000ppm的過氧化氫。然后，將該溶液在填充有氫型陽離子交換樹脂(オルガノ(株)制ア-バンライトIR-120B)2000ml的柱子中通液脫堿同時(shí)得到除去了微量金屬離子的高純度二氧化硅水溶液。
向所得二氧化硅水溶液中加氨水使二氧化硅水溶液的pH為6.0室溫放置，使全部二氧化硅水溶液凝膠化，得到含水硅膠(13)。實(shí)施例1將含水硅膠(1)在-5℃下經(jīng)10小時(shí)凍結(jié)。其后在室溫下解凍。過濾除去通過解凍解離水的水分，得到二氧化硅粒子。
該水分的去除，與加熱干燥時(shí)相比，可用約1/5的能量量、約1/2的能量-成本進(jìn)行。而且在分離水分后的二氧化硅粒子中所含的多價(jià)金屬成分，與加熱干燥時(shí)相比不到其1/10。
其次，將得到的二氧化硅粒子用石英乳缽和乳棒粉碎，用50～200目的聚丙烯制的網(wǎng)進(jìn)行篩分作成微細(xì)的二氧化硅粒子后，放入3升石英玻璃燒杯中，加入1升超純水煮沸2小時(shí)后，用聚四氟乙烯制的過濾器過濾分離二氧化硅粒子。該操作反復(fù)進(jìn)行5次。接著加入10wt％鹽酸溶液，煮沸1小時(shí)，過濾后，與前述相同地反復(fù)進(jìn)行6次用超純水的煮沸洗滌得到高純度二氧化硅粒子。
將得到的高純度二氧化硅粒子在150℃下干燥后，于1200℃下焙燒20小時(shí)得到高純度石英玻璃粉末(180g)。實(shí)施例2將含水硅膠(2)于-10℃下經(jīng)3小時(shí)進(jìn)行凍結(jié)。其后在室溫下解凍。過濾除去由于解凍解離水的水分，得到二氧化硅粒子。
然后，與實(shí)施例1同樣操作得到高純度石英玻璃粉末?？梢栽谀芰?成本低的條件下得到極高純度的石英玻璃粉末。實(shí)施例3將含水硅膠(3)于-20℃下經(jīng)1小時(shí)凍結(jié)。其后在室溫下解凍。過濾除去由于解凍解離水的水分，得到二氧化硅粒子。
然后，與實(shí)施例1同樣地操作得到高純度石英玻璃粉末?？梢栽谀芰?成本低的條件下得到極高純度的石英玻璃粉末。實(shí)施例4將含水硅膠(4)浸漬在液氮中進(jìn)行瞬間凍結(jié)。其后于室溫下解凍。過濾除去因解凍解離水的水分，得到二氧化硅粒子。
然后，與實(shí)施例1同樣地操作得到高純度石英玻璃粉末?？梢栽诘湍芰?成本下得到極高純度的石英玻璃粉末。實(shí)施例5～13除了使用各含水硅膠(5)～(13)以外，與實(shí)施例2同樣操作得到高純度石英玻璃粉末。對于任一個(gè)都可以在低能量-成本下得到極高純度的石英玻璃粉末。實(shí)施例14用于洗滌的10wt％鹽酸溶液中，添加二氧化硅粒子SiO2成分的200ppm的過氧化氫，除此之外與實(shí)施例4同樣操作得到高純度石英粉?？梢栽诘湍芰?成本下得到極高純度的石英玻璃粉末。實(shí)施例15除了向洗滌用的10wt％鹽酸溶液中加入二氧化硅粒子SiO2成分的200ppm的過氧化氫以外，與實(shí)施例7同樣操作得到高純度石英粉?？梢栽诘湍芰?成本下得到極高純度的石英玻璃粉末。實(shí)施例16除了向洗滌用的10wt％鹽酸溶液中添加二氧化硅粒子SiO2成分的200ppm的過氧化氫以外，與實(shí)施例13同樣的操作得到高純度石英粉?？梢栽诘湍芰?成本下得到極高純度的石英玻璃粉。
實(shí)施例1～16的各條件匯總示于下述表1和表2中。
表1
表2 下面對第3發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。實(shí)施例1A作為第1工序，用純凈水將SiO2/Na2O＝3.2的摩爾比的原料水玻璃(SiO2濃度29wt％)稀釋成SiO2濃度6wt％的水玻璃。將該水玻璃1000g在填充有氫型陽離子交換樹脂(オルガノ(株)制ア一バンラィトIR-120B)的柱子中通液脫堿，得到SiO2濃度5.0wt％、pH 2.5的二氧化硅水溶液1150g。
作為第2工序，將鹽酸加入到第1工序得到的二氧化硅水溶液中，將pH調(diào)至1.0，相對于二氧化硅水溶液中的SiO2重量加入作為氧化劑的過氧化氫2000ppm。然后，將該二氧化硅水溶液在填充有氫型陽離子交換樹脂(オルガノ(株)制ア一バンライトIR-120B)100ml的柱子中通液，得到除去了微量金屬離子的高純度二氧化硅水溶液。
作為第3工序，向第2工序得到的二氧化硅水溶液中加入氨水使二氧化硅水溶液的pH為6.0，在室溫下放置，使全部二氧化硅水溶液凝膠化，得到硅膠體920g。將其在90℃下干燥10小時(shí)，得到575g二氧化硅粒子。
作為第4工序，用石英乳缽粉碎第3工序得到的二氧化硅粒子，大致使二氧化硅粒徑成為0.1mm～1mm，將其在添加了過氧化氫1wt％的90℃的10wt％鹽酸1升中浸漬洗凈60分鐘，用超純水沖洗洗滌，得到575g高純度二氧化硅。
作為第5工序，在150℃下干燥第4工序得到的高純度二氧化硅后，于1200℃焙燒20小時(shí)得到高純度石英粉。
得到的高純度石英粉的分析值示于下面表3中。實(shí)施例2A除了改變第1工序中的原料水玻璃的稀釋率、進(jìn)行脫堿的水玻璃的SiO2濃度作成3.5wt％以外，與實(shí)施例1A同樣操作得到高純度石英粉。得到的高純度石英粉的分析值示于下述的表3中。實(shí)施例3A除了改變第1工序中的原料水玻璃的稀釋率，和使脫堿的水玻璃的SiO2濃度為7.5wt％以外，與實(shí)施例1A同樣地操作得到高純度石英粉。得到的高純度石英粉的分析值示于下述表3中。實(shí)施例4A除了在第1工序的脫堿中，改變離子交換樹脂的量，和使得到的二氧化硅水溶液的pH為4.0以外，與實(shí)施例1A同樣地操作得到高純度石英粉。得到的高純度石英粉的分析值示于下述表3中。實(shí)施例5A除了將第1工序中的脫堿換成間歇式以外，與實(shí)施例1A同樣地操作得到高純度石英粉。得到的高純度石英粉的分析值示于下述表3中。實(shí)施例6A除了對于第1工序的脫堿處理使用將4枚陰陽兩種離子交換膜交互配置的電解透析槽，向水玻璃中通入3A/dm2的直流電pH 8.0地進(jìn)行透析而脫堿以外，與實(shí)施例1A同樣地操作得到高純度石英粉。得到的高純度石英粉的分析值示于下述表3中。實(shí)施例7A使作為用于第2工序的氧化劑的過氧化氫相對于SiO2重量為100ppm，除此之外與實(shí)施例1A同樣地操作得到高純度石英粉。得到的高純度石英粉的分析值示于下述表3中。實(shí)施例8A使作為用于第2工序的氧化劑的過氧化氫相對于SiO2重量為10ppm，除此之外與實(shí)施例1A同樣地操作得到高純度石英粉。得到的高純度石英粉的分析值示于下述表3中。實(shí)施例9A將作為用于第2工序的氧化劑的過氧化氫換成使用2000ppm的過醋酸，除此之外與實(shí)施例1A同樣地操作得到高純度石英粉。得到的高純度石英粉的分析值示于下述表3中。實(shí)施例10A將第2工序中pH調(diào)整用的鹽酸換成硝酸，除此之外與實(shí)施例1A同樣地操作得到高純度石英粉。得到的高純度石英粉的分析值示于下述表3中。實(shí)施例11A將第2工序中調(diào)整pH用的鹽酸換成硫酸，除此之外與實(shí)施例1A同樣地操作得到高純度石英粉。得到的高純度石英粉的分析值示于下述表3中。實(shí)施例12A將第2工序中的氫型陽離子交換樹脂處理換成間歇式，除此之外與實(shí)施例1A同樣地操作得到高純度石英粉。得到的高純度石英粉的分析值示于下述表3中。比較例1A除了在第2工序中不使用過氧化氫以外，與實(shí)施例1A同樣地操作得到石英粉。得到的石英粉的分析值示于下述的表3中。比較例2A除了在第2工序不使用鹽酸以外，與實(shí)施例1A同樣地操作得到石英粉。得到的石英粉的分析值示于下述的表3中。比較例3A除了不進(jìn)行第2工序以外，與實(shí)施例1A同樣地操作得到石英粉。得到的石英粉的分析值示于下述的表3中。比較例4A天然石英(雜質(zhì)極少，所謂半導(dǎo)體級)的分析值示于下面表3中。
表3 表中的數(shù)值都是重量ppm。
下面對第4和第5發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。高純度二氧化硅玻璃粉的調(diào)制1將水50g、35％鹽酸10g加入到原硅酸四乙酯中，室溫下混合10小時(shí)。其后，加水340g進(jìn)行均質(zhì)化，加入25％氨水使pH為7.0，使全部凝膠化。用蒸餾水充分洗滌該凝膠，放入150℃的干燥器中干燥24小時(shí)，得到硅膠70g。將該硅膠作為高純度二氧化硅玻璃粉(1)。其分析值示于下述表4中。高純度二氧化硅玻璃粉的調(diào)制2向市售的硅酸乙酯(SiO2含量35wt％日本コルコ一ト社制)342g中加入水50g、35％鹽酸10g，室溫下混合10小時(shí)。其后，加水740g進(jìn)行均質(zhì)化，加入25％氨水使pH成為7.5，使全部凝膠化。在10％鹽酸中將該凝膠浸漬3小時(shí)，然后用蒸餾水充分洗滌，放入150℃的干燥器中干燥24小時(shí)，得到硅膠140g。將該硅膠作為高純度二氧化硅玻璃粉(2)。其分析值示于下述表4中。高純度二氧化硅玻璃粉的調(diào)制3用水將市售的3號水玻璃(SiO229wt％、Na2O 9wt％旭電化(株)制)100g稀釋5倍，用氫型陽離子交換樹脂處理得到SiO25wt％，pH 2.5的二氧化硅水溶液。將硝酸加入到該二氧化硅水溶液中使pH成為1.0，再次用氫型陽離子交換樹脂處理后，放入150℃的干燥器中干燥24小時(shí)，得到硅膠28g。反復(fù)對該硅膠進(jìn)行酸洗、水洗，再度在150℃下干燥4小時(shí)得到高純度二氧化硅玻璃粉(3)。其分析值示于表4中。高純度二氧化硅玻璃粉的調(diào)制4用水將市售4號水玻璃(SiO226wt％，Na2O 6.5wt％旭電化(株)制)100g稀釋2倍，然后邊充分分散邊添加到含12g硫酸的100g水中，得到酸性二氧化硅溶膠。將其放置使之凝膠化并在150℃下進(jìn)行干燥。將該干燥物再次用10％硫酸水溶液洗滌5次，再用蒸餾水洗滌10次得到硅膠25g。再度在150℃下將該硅膠干燥4小時(shí)得到高純度二氧化硅玻璃粉(4)。其分析值示于表4中。
表4

(單位ppb)實(shí)施例1B將裝入10g經(jīng)粉碎作成50～200目的粉末的高純度二氧化硅玻璃粉(1)的石英坩堝放入加熱爐中，使成為13.3kPa的減壓氣氛，經(jīng)3小時(shí)從室溫升溫到300℃，作為第1加熱階段仍在300℃保持5小時(shí)。
然后以100℃/h的速度從300℃升溫到600℃，作為第2加熱階段仍在600℃下保持4小時(shí)。
其間由干燥氮?dú)饨獬郎p壓，以60℃/h的速度升溫到1200℃，作為第3加熱階段仍在1200℃下保持10小時(shí)，得到石英玻璃粉。
用紅外吸收光譜儀測定所得石英玻璃粉的硅醇基含量時(shí)，是34ppm。
而且，在常壓下熔融該石英玻璃粉的試樣的硅醇基含量是38ppm，1400℃下的粘度是3.3×1010泊，是良好的產(chǎn)物。實(shí)施例2B將原料二氧化硅玻璃粉換成高純度二氧化硅玻璃粉(2)，除此之外與實(shí)施例1B相同地操作得到石英玻璃粉。
用紅外吸收光譜儀測定所得石英玻璃粉的硅醇基含量時(shí)，是31ppm。
而且，在常壓下熔融該石英玻璃粉的試樣的硅醇基含量是34ppm，1400℃下的粘度是3.3×1010泊，是良好的產(chǎn)物。實(shí)施例3B將原料二氧化硅玻璃粉換成高純度二氧化硅玻璃粉(3)，其余與實(shí)施例1B同樣地操作得到石英玻璃粉。
用紅外吸光譜儀測定得到的石英玻璃粉的硅醇基含量時(shí)，是35ppm。
而且，在常壓下熔融該石英玻璃粉的試樣的硅醇基的含量是35ppm，1400℃下的粘度是3.4×1010泊，是良好的產(chǎn)物。實(shí)施例4B將原料二氧化硅玻璃粉換成高純度二氧化硅玻璃粉(4)，其他與實(shí)施例1B相同地操作得到石英玻璃粉。
用紅外吸收光譜儀測定所得石英玻璃粉的硅醇基含量時(shí)，是35ppm。
而且，在常壓下熔融該石英玻璃粉的試樣的硅醇基含量是36ppm，1400℃下的粘度是3.4×1010泊。是良好的產(chǎn)物。實(shí)施例5B將第1加熱階段保持溫度定為180℃，除此之外與實(shí)施例1B相同地操作得到石英玻璃粉。
用紅外吸收光譜儀測定所得石英玻璃粉的硅醇基含量時(shí)，是32ppm。
而且，在常壓下熔融該石英玻璃粉的試樣的硅醇基含量是34ppm，1400℃下的粘度是3.3×1010泊，是良好的產(chǎn)物。實(shí)施例6B除了設(shè)定第1加熱階段保持溫度為360℃以外，與實(shí)施例1B相同地操作得到石英玻璃粉。
得到的石英玻璃粉的硅醇基含量用紅外吸收光譜儀進(jìn)行測定時(shí)，是35ppm。
而且，在常壓下熔融該石英玻璃粉的試樣的硅醇基含量37ppm，1400℃下的粘度是3.3×1010泊，是良好的產(chǎn)物。實(shí)施例7B設(shè)定第2加熱階段保持溫度為530℃，其余與實(shí)施例1B同樣地操作得到石英玻璃粉。
得到的石英玻璃粉用紅外吸收光譜儀測定其硅醇基含量時(shí)，是36ppm。
而且，在常壓下熔融該石英玻璃粉的試樣的硅醇基含量是36ppm，1400℃下的粘度是3.3×1010泊，是良好的產(chǎn)物。實(shí)施例8B除設(shè)定第2加熱階段保持溫度為670℃以外，與實(shí)施例1B相同地操作得到石英玻璃粉。
得到的石英玻璃粉用紅外吸吸光譜儀測定其硅醇基含量時(shí)，是33ppm。
而且，在常壓下熔融石英玻璃粉的試樣的硅醇基含量是38ppm，1400℃下的粘度是3.3×1010泊，是良好的產(chǎn)物。實(shí)施例9B除了設(shè)定第2加熱階段保持溫度為1120℃以外，其余與實(shí)施例1B相同地操作得到了石英玻璃粉。
得到的石英玻璃粉的硅醇基用紅外吸吸光譜儀測定時(shí)，是38ppm。
而且，在常壓下熔融該石英玻璃粉的試樣的硅醇基含量是38ppm，1400℃下的粘度是3.3×1010泊，是良好的產(chǎn)物。實(shí)施例10B除設(shè)定第3加熱階段保持溫度為1270℃以外，與實(shí)施例1B相同地操作得到石英玻璃粉。
用紅外吸收光譜儀測定所得石英玻璃粉的硅醇基含量時(shí)，是30ppm。
而且，在常壓下熔融該石英玻璃粉的試樣的硅醇基含量是31ppm，1400℃下的粘度是3.3×1010泊，是良好的產(chǎn)物。實(shí)施例11B除設(shè)定第1加熱階段保持時(shí)間為1.5小時(shí)以外，與實(shí)施例1B同樣地操作得到石英玻璃粉。
用紅外吸收光譜儀測定得到的石英玻璃粉的硅醇基含量時(shí)，是37ppm。
而且，在常壓下熔融該石英玻璃粉的試樣的硅醇基含量是37ppm，1400℃下的粘度是3.3×1010泊，是良好的產(chǎn)物。實(shí)施例12B除設(shè)定第2加熱階段保持時(shí)間為1.5小時(shí)以外，與實(shí)施例1B同樣地操作得到石英玻璃粉。
用紅外吸收光譜儀測定得到的石英玻璃粉的硅醇基含量時(shí)，是38ppm。
而且，在常壓下熔融該石英玻璃粉的試樣的硅醇基含量是39ppm，1400℃下的粘度是3.3×1010泊，是良好的產(chǎn)物。實(shí)施例13B除設(shè)定第3加熱階段保持時(shí)間為2小時(shí)以外，與實(shí)施例1B同樣地操作得到石英玻璃粉。
用紅外吸收光譜儀測定得到的石英玻璃粉的硅醇基含量時(shí)，是32ppm。
而且，在常壓下熔融該石英玻璃粉的試樣的硅醇基含量是38ppm，1400℃下的粘度是3.3×1010泊，是良好的產(chǎn)物。實(shí)施例14B除將減壓程度設(shè)定為33.3kPa以外，與實(shí)施例1B同樣地操作得到石英玻璃粉。
用紅外吸收光譜儀測定得到的石英玻璃粉的硅醇基含量時(shí)，是34ppm。
而且，在常壓下熔融該石英玻璃粉的試樣的硅醇基含量是35ppm，1400℃下的粘度是3.3×1010泊，是良好的產(chǎn)物。實(shí)施例15B將裝有粉碎成50～200目的粉末的高純度二氧化硅玻璃粉(1)10g的石英坩堝放入加熱爐內(nèi)，在成為13.3kPa的減壓氣氛下，從室溫經(jīng)3小時(shí)升溫到300℃，作為第1加熱階段仍在300℃下保持10小時(shí)。
然后以60℃/h的速度從300℃升溫到1200℃(中途在成為600℃時(shí)用干燥氮?dú)饨獬郎p壓)，作為第2加熱階段仍在1200℃下保持10小時(shí)，得到石英玻璃粉。
用紅外吸收光譜儀測定得到的石英玻璃粉的硅醇基含量時(shí)，是32ppm。
而且，在常壓下熔融該石英玻璃粉的試樣的硅醇基含量是33ppm，1400℃下的粘度是3.3×1010泊，是良好的產(chǎn)物。實(shí)施例16B除將原料二氧化硅玻璃粉換成高純度二氧化硅玻璃粉(2)以外，與實(shí)施例15B同樣地操作得到石英玻璃粉。
用紅外吸收光譜儀測定得到的石英玻璃粉的硅醇基含量時(shí)，是31ppm。
而且，在常壓下熔融該石英玻璃粉的試樣的硅醇基含量是35ppm，1400℃下的粘度是3.3×1010泊，是良好的產(chǎn)物。實(shí)施例17B除將原料二氧化硅玻璃粉換成高純度二氧化硅玻璃粉(3)以外，與實(shí)施例15B同樣地操作得到石英玻璃粉。
用紅外吸收光譜儀測定得到的石英玻璃粉的硅醇基含量時(shí)，是34ppm。
而且，在常壓下熔融該石英玻璃粉的試樣的硅醇基含量是35ppm，1400℃下的粘度是3.4×1010泊，是良好的產(chǎn)物。實(shí)施例18B除將原料二氧化硅玻璃粉換成高純度二氧化硅玻璃粉(4)以外，與實(shí)施例15B同樣地操作得到石英玻璃粉。
用紅外吸收光譜儀測定得到的石英玻璃粉的硅醇基含量時(shí)，是32ppm。
而且，在常壓下熔融該石英玻璃粉的試樣的硅醇基含量是34ppm，1400℃下的粘度是3.4×1010泊，是良好的產(chǎn)物。實(shí)施例19B除設(shè)定第1加熱階段保持溫度為180℃以外，與實(shí)施例15B同樣地操作得到石英玻璃粉。
用紅外吸收光譜儀測定得到的石英玻璃粉的硅醇基含量時(shí)，是36ppm。
而且，在常壓下熔融該石英玻璃粉的試樣的硅醇基含量是35ppm，1400℃下的粘度是3.3×1010泊，是良好的產(chǎn)物。實(shí)施例20B除設(shè)定第1階段加熱階段保持溫度為360℃以外，與實(shí)施例15B同樣地操作得到石英玻璃粉。
用紅外吸收光譜儀測定得到的石英玻璃粉的硅醇基含量時(shí)，是34ppm。
而且，在常壓下熔融該石英玻璃粉的試樣的硅醇基含量是38ppm，1400℃下的粘度是3.3×1010泊，是良好的產(chǎn)物。實(shí)施例21B除設(shè)定第2加熱階段保持溫度為1120℃以外，與實(shí)施例15B同樣地操作得到石英玻璃粉。
用紅外吸收光譜儀測定得到的石英玻璃粉的硅醇基含量時(shí)，是33ppm。
而且，在常壓下熔融該石英玻璃粉的試樣的硅醇基含量是37ppm，1400℃下的粘度是3.3×1010泊，是良好的產(chǎn)物。實(shí)施例22B除設(shè)定第2加熱階段保持溫度為1270℃以外，與實(shí)施例15B同樣地操作得到石英玻璃粉。
用紅外吸收光譜儀測定得到的石英玻璃粉的硅醇基含量時(shí)，是38ppm。
而且，在常壓下熔融該石英玻璃粉的試樣的硅醇基含量是37ppm，1400℃下的粘度是3.3×1010泊，是良好的產(chǎn)物。實(shí)施例23B除設(shè)定第1加熱階段保持時(shí)間為7小時(shí)以外，與實(shí)施例15B同樣地操作得到石英玻璃粉。
用紅外吸收光譜儀測定得到的石英玻璃粉的硅醇基含量時(shí)，是32ppm。
而且，在常壓下熔融該石英玻璃粉的試樣的硅醇基含量是35ppm，1400℃下的粘度是3.3×1010泊，是良好的產(chǎn)物。實(shí)施例24B除設(shè)定第2加熱階段保持時(shí)間為2小時(shí)以外，與實(shí)施例15B同樣地操作得到石英玻璃粉。
用紅外吸收光譜儀測定得到的石英玻璃粉的硅醇基含量時(shí)，是36ppm。
而且，在常壓下熔融該石英玻璃粉的試樣的硅醇基含量是35ppm，1400℃下的粘度是3.3×1010泊，是良好的產(chǎn)物。實(shí)施例25B除設(shè)定減壓程度為33.3kPa以外，與實(shí)施例15B同樣地操作得到石英玻璃粉。
用紅外吸收光譜儀測定得到的石英玻璃粉的硅醇基含量時(shí)，是30ppm。
而且，在常壓下熔融該石英玻璃粉的試樣的硅醇基含量是32ppm，1400℃下的粘度是3.3×1010泊，是良好的產(chǎn)物。比較例1B除省去第1加熱階段、從室溫升溫到600℃、仍保持9小時(shí)以外，與實(shí)施例1B同樣地進(jìn)行。
得到的石英玻璃粉的硅醇基含量是107ppm。
而且，在常壓下熔融該石英玻璃粉的試樣的硅醇基含量是105ppm，1400℃下的粘度是3.1×1010泊。比較例2B除省去第1加熱階段、從室溫升溫到1200℃、仍保持20小時(shí)外，與實(shí)施例15B同樣地進(jìn)行。
得到的石英玻璃的硅醇基含量是132ppm。
而且，在常壓下熔融該石英玻璃粉的試樣的硅醇基含量是133ppm，1400℃下的粘度是2.9×1010泊。
工業(yè)實(shí)用性如以上說明的那樣按照本第1發(fā)明和第2發(fā)明，可以在能量一成本方面以高的工業(yè)適用性來對含水硅膠進(jìn)行脫水，進(jìn)而可以在能量一成本方面高工業(yè)適用性且高純度地制造合成石英玻璃粉末。因此，采用本發(fā)明得到的合成石英玻璃粉末，作為半導(dǎo)體用熱處理部件、拉制半導(dǎo)體單品用坩堝、光學(xué)用部件等的原料方面是有用的。
另外，按照本第3發(fā)明，雖然以低成本的水玻璃作為原料，也可以以高純度獲得鈦含量極少的合成石英玻璃粉。
另外，按照本第4和5發(fā)明，可以高效地獲得高純度且硅醇基含量極少的合成石英玻璃。
權(quán)利要求
1.一種含水硅膠的脫水方法，其特征在于，該方法包含，使含水硅膠凍結(jié)的第1工序、使凍結(jié)了的含水硅膠解凍的第2工序、除去通過解凍而解離水的水分獲得二氧化硅粒子的第3工序。
2.一種合成石英玻璃粉末的制造方法，其特征在于，該方法包含，使含水硅膠凍結(jié)的第1工序、使凍結(jié)的含水硅膠解凍的第2工序、除去通過解凍而解離水的水分獲得二氧化硅粒子的第3工序、洗滌二氧化硅粒子的第4工序、和焙燒洗凈的二氧化硅的第5工序。
3.按照權(quán)利要求2所述的制造方法，其中，使水玻璃或從水玻璃中分離除去堿分的二氧化硅水溶液凝膠化獲得供給上述第1工序的含水硅膠。
4.按照權(quán)利要求3所述的制造方法，其中，在獲得供給上述第1工序的含水硅膠的工序中，相對于SiO2，使用5wt％～50ppm的過氧化氫。
5.按照權(quán)利要求2所述的合成石英玻璃粉末的制造方法，其中，至少在第1工序～第4工序的任一工序中，相對于SiO2，使用5wt％～50ppm的過氧化氫。
6.按照權(quán)利要求2所述的制造方法，其中，在使供給上述第1工序的含水硅膠凝膠化以前的任一階段中，相對于SiO2，使用5wt％～50ppm的氧化劑。
7.一種高純度合成石英粉的制造方法，其特征在于，該方法包含，對水玻璃進(jìn)行脫堿處理得到二氧化硅水溶液的第1工序、向第1工序得到的二氧化硅水溶液中添加氧化劑和酸之后，通過氫型陽離子交換樹脂的第2工序、使第2工序得到的二氧化硅水溶液凝膠化獲得二氧化硅粒子的第3工序、洗滌凝膠化的二氧化硅的第4工序、和焙燒洗凈的二氧化硅的第5工序。
8.一種石英玻璃的制造方法，其特征在于，加熱二氧化硅，作為第1加熱階段在150℃～400℃的溫度范圍內(nèi)保持等于或大于3小時(shí)后，作為第2加熱階段在1100℃～1300℃的溫度范圍內(nèi)保持等于或大于1小時(shí)，但是通過全加熱階段是在減壓氣氛下至少在等于或低于500℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行加熱。
9.一種石英玻璃的制造方法，其特征在于，加熱二氧化硅，作為第1加熱階段在150℃～400℃的溫度范圍內(nèi)保持等于或大于30分鐘后，作為第2加熱階段在500～700℃的溫度范圍內(nèi)保持等于或大于30分鐘，接著作為第3加熱階段在1100℃～1300℃的溫度范圍內(nèi)保持等于或大于1小時(shí)，但是在到達(dá)第2加熱期間在減壓氣氛下進(jìn)行加熱。
全文摘要
本發(fā)明涉及通過對含水硅膠進(jìn)行凍結(jié)、解凍、除去解離水的水分使含水硅膠脫水，得到二氧化硅粒子。另外，再通過對得到的二氧化硅粒子進(jìn)行洗滌、焙燒制造合成石英玻璃粉末。另外，使水玻璃脫堿，添加氧化劑和酸，通過氫型陽離子交換樹脂，接著，使該二氧化硅水溶液凝膠化，再通過洗滌、焙燒制造合成石英粉?；蛘撸ㄟ^分別在150～400℃、500～700℃、接著，在1100℃～1300℃下，將二氧化硅保持一定時(shí)間，制造石英玻璃。
文檔編號C01B33/16GK1413169SQ00817608
公開日2003年4月23日 申請日期2000年12月28日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月28日
發(fā)明者杉山邦夫, 多田修一, 尾見仁一, 仲田忠洋, 森田博, 楠原昌樹, 渡部弘行, 上原啟史, 三瓶桂子 申請人:株式會(huì)社渡邊商行, 旭電化工業(yè)株式會(huì)社