一種聚硅酸生產(chǎn)方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種聚硅酸生產(chǎn)方法，所述聚硅酸生產(chǎn)方法是：用過量水玻璃經(jīng)陽離子交換以提高樹脂交換效率；通過弱酸型陽離子交換樹脂與強酸型陽離子交換樹脂連用以降低再生劑比耗與提高成品純度；水玻璃逆流通過弱酸型陽離子交換樹脂以確保流程暢通；用交換后沖洗液稀釋濃水玻璃以提高水玻璃利用率并減少廢水排放；收集的酸性殘液與再生后的沖洗液用于下一周期樹脂再生以進一步降低再生用酸消耗并減少廢水中和費用。該方法具有再生劑比耗低、成品純度高、去離子水消耗少、廢水處理費用低的優(yōu)點，具有很顯著的商業(yè)價值。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種聚娃酸生產(chǎn)方法
本專利技術(shù)屬于無機精細化學(xué)品生產(chǎn)領(lǐng)域，具體地說是一種用于制造硅溶膠(包括用于半導(dǎo)體晶園及其它化學(xué)機械拋光用二氧化硅磨料)用原料聚硅酸的生產(chǎn)方法，更確切的說是一種節(jié)約去離子水用量、減少再生劑用量、提高水玻璃利用率、控制聚硅酸金屬元素含量的方法。
技術(shù)介紹
目前用于制造硅溶膠的生產(chǎn)方法有很多種，具體包括水玻璃離子交換法、水玻璃電滲析法、水玻璃酸直接中和法、硅膠高溫溶解法、單質(zhì)硅溶解法和有機硅水解法，而商業(yè)化大量采用的是水玻璃離子交換法、硅膠高溫溶解法、單質(zhì)硅溶解法與有機硅水解法。有機硅水解法具有工藝簡單、質(zhì)量易控制、設(shè)備投資少的優(yōu)點，但是需用昂貴的有機硅為原料，生產(chǎn)成本遠遠高于其他幾種方法，產(chǎn)品僅僅應(yīng)用于對純度有很高要求的領(lǐng)域(比如半導(dǎo)體化學(xué)機械拋光)；單質(zhì)硅溶解法同樣具有工藝簡單、設(shè)備投資少的優(yōu)點，但是反應(yīng)物中殘留固體顆粒難易分離干凈而得不到廣泛應(yīng)用(如半導(dǎo)體化學(xué)機械拋光、高光相紙)，而僅僅應(yīng)用于耐火材料、外墻涂料等領(lǐng)域；硅膠溶解法雖然同樣具有工藝簡單與設(shè)備投資省的優(yōu)點，但是由于粒徑較小與金屬元素含量高的不足同樣沒有得到廣泛應(yīng)用；水玻璃離子交換法雖然具有設(shè)備投資大、工藝復(fù)雜的不足，但是由于原料廉價而得到廣泛應(yīng)用。眾所周知，交換樹脂上可交換離子與溶液中離子在交換過程存在著動態(tài)平衡，離子之間的交換程度取決于交換樹脂種類、交換離子半徑大小、以及交換離子之間濃度差。傳統(tǒng)的水玻璃離子交換法在制備聚硅酸這一步驟具有兩種方式動態(tài)交換法與交換柱交換法。動態(tài)交換法包含以下步驟①在反應(yīng)容器中加入一定量的R-H強酸型樹脂，然后再加入一定量的稀水玻璃溶液攪拌，溶液中的鈉(或鉀)離子與樹脂上的氫離子經(jīng)離子交換而使得水玻璃轉(zhuǎn)變?yōu)榫酃杷幔缓蠓蛛x樹脂與聚硅酸；②樹脂加水漂洗后分離樹脂與含聚硅酸的漂洗液(含聚硅酸的漂洗液作為廢水經(jīng)處理后排放)；③樹脂加稀酸后攪拌，樹脂上的鈉(或鉀)離子與稀酸中的氫離子交換，然后分離樹脂與再生液(再生液經(jīng)中和處理后當(dāng)作廢水直接排放)樹脂加水漂洗后分離樹脂與漂洗液(漂洗液作為廢水經(jīng)中和后排放)。分析動態(tài)交換過程不難發(fā)現(xiàn)以下幾方面問題①一定量的R-H強酸型樹脂和水玻璃在攪拌狀態(tài)下進行離子交換，溶液中的陽離子與樹脂上的陽離子達到動態(tài)平衡，樹脂上的氫離子未能得到充分利用，單位體積樹脂可交換水玻璃成硅酸的比率較低，所得聚硅酸中殘留金屬元素(用鈉水玻璃為鈉元素，用鉀水玻璃為鉀元素)含量較高樹脂交換后為將附在樹脂上的聚硅酸漂洗干凈，需消耗 一定量的去離子水，同時附在樹脂上的聚硅酸進入漂洗液而作為廢水排放，聚硅酸中的二氧化硅沒有得到充分利用；③樹脂加稀酸攪拌再生時，溶液中的陽離子與樹脂上的陽離子達到動態(tài)平衡，溶液中的氫離子未能得到充分利用，導(dǎo)致再生劑比耗高，再生結(jié)束后的溶液(即再生液)酸值太高，需消耗較多的堿性物質(zhì)經(jīng)中和符合環(huán)保要求后才能達標排放，導(dǎo)致廢水處理成本增加；④再生后為將附著在樹脂上的再生液漂洗干凈需消耗較多去離子水，所產(chǎn)生漂洗液的處理與排放又增加了費用。采用動態(tài)交換法，每生產(chǎn)I噸30%固含量的硅溶膠(以聚硅酸濃度5%為例)需消耗去離子水>15m3、30%鹽酸>0. 6t、廢水處理用堿液(以O(shè)Hmol數(shù)計算)>2. 7kmol，排放廢水 >14. 3m3，水玻璃中二氧化硅利用率〈94%，所得聚硅酸中金屬元素(鈉或鉀)含量>100ppm。交換柱交換法包含以下步驟①一定量稀水玻璃流經(jīng)R-H強酸型陽離子樹脂層， 得聚硅酸；②去離子水流經(jīng)樹脂層沖洗交換樹脂得沖洗液(含有殘留水玻璃與聚硅酸)，沖洗液作為廢水經(jīng)中和處理后排放；③一定量的稀酸流經(jīng)樹脂層進行樹脂再生，得再生液(包含再生后期未被充分利用的酸性溶液)，再生液作為廢水經(jīng)中和處理后排放；④用去離子水沖洗樹脂層得酸性殘留液，酸性殘留液作為廢水經(jīng)中和處理后排放。采用交換柱交換法，每生產(chǎn)I噸30%固含量的硅溶膠(以聚硅酸濃度5%為例)需消耗去離子水l(Tl2m3、30%鹽酸O. 4(T0. 45t、廢水處理用堿液消耗(以O(shè)Hmol數(shù)計算)1.06 1. 47kmol，排放廢水9. 3 11. 3m3，水玻璃中二氧化硅利用率93 96%，所得聚硅酸中金屬元素(鈉或鉀)含量5(Tl00ppm。交換柱交換法與動態(tài)交換法相比具有以下幾方面優(yōu)點①樹脂與溶液中離子間濃度差顯著增加，交換與再生更加充分，再生劑比耗明顯下降，單位體積樹脂交換水玻璃數(shù)量增加，聚硅酸中殘留金屬元素含量下降在樹脂清洗過程中，由于以沖洗替代漂洗，沖洗水用量明顯下降。然而交換柱交換法還存在著以下幾方面的不足①去離子水消耗還較多；②再生劑比耗還較高水玻璃利用率還較低廢水排放量與處理廢水消耗的堿液還較多所得聚硅酸中殘留金屬元素含量還未能達到生產(chǎn)超純硅溶膠的要求。
技術(shù)實現(xiàn)思路
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本專利技術(shù)的目的在于提供，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中去離子水消耗多、再生劑比耗大、水玻璃利用率低、廢水排放多、廢水處理成本高以及聚硅酸中殘留金屬元素含量高的問題。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供，包括以下7個步驟I)陽離子交換過量稀水玻璃溶液逆流經(jīng)R-H弱酸型樹脂交換柱，再流經(jīng)R-H 強酸型樹脂交換柱，分別得聚硅酸和堿性回收液，所述的聚硅酸PH〈7. O或金屬元素含量 <l-50ppm (根據(jù)產(chǎn)品要求而定)部份流出液，所述堿性回收液為除聚硅酸外剩余部分流出液；2)沖洗用一定量的去離子水以噴淋方式?jīng)_洗交換柱，得沖洗液A ;3)樹脂再生用過量稀酸流經(jīng)強酸型交換柱后再流經(jīng)弱酸型交換柱，分別得再生液和酸性殘液；所述的再生液為PH>3部份流出液，所述的酸性殘液為除再生液外剩余部份流出液；4)沖洗用一定量的去離子水以噴淋方式?jīng)_洗交換柱，得沖洗液B ;5)堿性回收液當(dāng) 作稀水玻璃在下一輪生產(chǎn)周期中最先用于離子交換而再利用；6)沖洗液A當(dāng)作去離子水用來將原料濃水玻璃配置成稀水玻璃而再利用；7)酸性殘液與沖洗液B合并當(dāng)作稀酸在下一輪生產(chǎn)周期中最先用于樹脂再生而再利用。步驟I)中所述的R-H強酸型樹脂交換柱的強酸型樹脂為001 X 7樹脂，所述的R-H 弱酸型樹脂交換柱中的弱酸型樹脂為丙烯酸樹脂。步驟I)中所述的過量稀水玻璃，是指稀水玻璃溶液中鈉離子(鉀水玻璃為鉀離子) 摩爾數(shù)大于O. 7倍樹脂交換容量，更優(yōu)的為O. 7^1. 5倍，最佳的為1. Γ1. 5倍。步驟I)中所述殘留金屬元素含量依據(jù)產(chǎn)品需要而定(通常<l-50ppm)，按照本專利技術(shù)的生產(chǎn)工藝通常能達到〈lppm。步驟2)和步驟4)中所述的用一定量的去離子水沖洗交換柱中去離子水用量是小于2. O倍樹脂層體積，更優(yōu)的為樹脂層體積的1. (Tl. 5倍，最佳的為樹脂層體積的1. 2^1. 3倍。步驟3)中所述的用過量稀酸是指稀酸中氫離子的摩爾數(shù)總和為1. (Tl. 3倍樹脂交換容量，更優(yōu)的為1. 05^1. 10倍樹脂交換容。本專利技術(shù)采用弱酸型樹脂來降低再生劑比耗，用強酸型樹脂來控制聚硅酸中金屬元素含量，在交換過程中以逆流方式流經(jīng)弱酸型陽離子交換柱確保流程暢通，重復(fù)利用堿性回收液與沖洗液A以提高水玻璃利用率、節(jié)省去離子水消耗、減少廢水排放，重復(fù)利用酸性殘液與沖洗液B以降低再生用酸消耗與減少廢水處理成本。與現(xiàn)有動態(tài)交換法和交換柱交換本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種聚硅酸生產(chǎn)方法，包括以下步驟：1）陽離子交換：過量稀水玻璃溶液逆流經(jīng)R?H弱酸型陽離子交換柱，再流經(jīng)R?H強酸型陽離子交換柱，分別得聚硅酸和堿性回收液，所述聚硅酸為pH小于7或金屬元素含量3的流出液，所述酸性殘液為除再生液外剩余部分流出液；4）沖洗：用去離子水以噴淋方式?jīng)_洗交換柱，得沖洗液B；5）堿性回收液當(dāng)作稀水玻璃在下一輪生產(chǎn)周期中最先用于離子交換而再利用；6）沖洗液A當(dāng)作去離子水用來將原料濃水玻璃配置成稀水玻璃而再利用；7）酸性殘液與沖洗液B合并當(dāng)作稀酸在下一生產(chǎn)周期中最先用于樹脂再生。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種聚硅酸生產(chǎn)方法，包括以下步驟O陽離子交換過量稀水玻璃溶液逆流經(jīng)R-H弱酸型陽離子交換柱，再流經(jīng)R-H強酸型陽離子交換柱，分別得聚硅酸和堿性回收液，所述聚硅酸為PH小于7或金屬元素含量 <l-50ppm的流出液，所述堿性回收液為除聚硅酸外剩余部分流出液；2)沖洗用去離子水以噴淋方式?jīng)_洗交換柱,得沖洗液A;3)樹脂再生用過量稀酸流經(jīng)R-H強酸型交換柱后再流經(jīng)R-H弱酸型交換柱，分別得再生液和酸性殘液，所述再生液為PH>3的流出液，所述酸性殘液為除再生液外剩余部分流出液；4)沖洗用去離子水以噴淋方式?jīng)_洗交換柱,得沖洗液B；5)堿性回收液當(dāng)作稀水玻璃在下一輪生產(chǎn)周期中最先用于離子交換而再利用；6)沖洗液A當(dāng)作去離子水用來將原料濃水玻璃配置成稀水玻璃而再利用；7)酸性殘液與沖洗液B合并當(dāng)作稀酸在下一生產(chǎn)周期中最先用于樹脂再生。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚硅酸生產(chǎn)方法，其...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：潘忠才，張正，陸莉鷹，
申請(專利權(quán))人：上海新安納電子科技有限公司，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：