本發明涉及合成二氧化硅領域，具體涉及一種合成二氧化硅中氯離子雜質的深度去除方法。

背景技術：

1、二氧化硅(sio2)是一種堅韌、耐高溫、耐腐蝕，并且化學性質穩定的無機化合物，廣泛應用于玻璃、光纖以及半導體等領域。尤其是超高純sio2，已成為半導體、光伏及高端光學等前沿科技領域的關鍵基礎材料，具有極大的戰略價值。相較于傳統的提純sio2，以含硅化合物為原料，通過化學合成法制備的sio2具有更高的純度，成為滿足未來市場對超高純sio2需求的最有希望的途徑。

2、當前，化學合成的主要方式是以氯硅烷為原料，包括氣相法和溶膠-凝膠法等，再經過進一步處理得到sio2粉末。然而，氯的存在使產物中難免會含有氯離子雜質，而這些殘留的氯離子可能會導致設備腐蝕，同時影響sio2的物理化學特性，如相變點、高溫粘性及軟化點等。此外，在制造半導體和光伏用坩堝時，微量的氯離子雜質(通常在ppm級別)也可能引發坩堝的結晶和氣泡現象，甚至在高溫使用過程中可能會逸散，影響產品最終的質量。當sio2用于光學石英玻璃時，為提高透光率且降低折射率，一般要求sio2中的氯離子含量越低越好。

3、目前，對于sio2中氯雜質去除多采用洗滌方法，如文獻【1】采用氨水溶液對前驅物和sio2進行洗滌。然而，制備的sio2中氯含量仍然有20-50ppm(mg/kg)，且此法耗時久(3天以上)、耗水量大(1kg?sio2用水量60l)。此外，一種板框壓濾手段常用于去除納米氧化物(如氧化鋯、氧化鈰等)中殘留的氯離子雜質。文獻【2】中將經沉淀法制備的稀土氧化物采用板框壓濾進行固液分離后分段水洗，制得了氯含量小于20ppm的納米氧化物，然而，該方法需要多次洗滌和過濾才能實現氯雜質的高效去除，期間耗水量巨大，造成了處理成本的提高和操作繁瑣等問題。類似的，文獻【3】首先通過氨水洗滌降低漿料中氯含量，隨后通過壓濾洗滌、煅燒和熱酸清洗后，進一步顯著降低了粉體中氯離子含量，最終粉體氯含量低于50ppm。雖然該方法通過加入一些復雜的處理手段，減少了壓濾洗滌的次數和耗水量，但是在處理過程中氨水和熱酸的使用可能會給產品引入微量的雜質離子污染，且酸液的使用會帶來額外的處理成本和潛在的環境污染問題。因此，尋找一種工藝簡單、操作便利、成本低廉且無污染的處理手段，對于實現sio2中氯離子雜質高效去除具有非常重要的生產實踐意義。

4、文獻【1】公開號為cn106853970a的中國專利申請。

5、文獻【2】公開號為cn109319820a的中國專利申請。

6、文獻【3】公開號為cn112811903a的中國專利申請。

技術實現思路

1、本發明提供了一種合成二氧化硅中氯離子雜質的深度去除方法，包括sio2凝膠的真空蒸餾洗滌、減壓干燥和低溫煅燒除氯等過程，具有工藝簡單、易操作、低成本和無污染等優點，且極大的降低了sio2干燥過程對設備的腐蝕。經本發明方法得到的合成sio2中氯含量最低值可達17.05ppm，滿足多種領域應用。

2、一種合成二氧化硅中氯離子雜質的深度去除方法，包括：

3、對sio2凝膠進行一次或反復多次(例如2次、3次、4次等，優選3次)的加水-超聲分散形成溶膠-負壓旋蒸至凝膠的操作，得到洗滌后的sio2凝膠；

4、洗滌后的sio2凝膠減壓干燥，得到sio2顆粒；

5、取粒徑0.2～0.45微米優選0.35～0.45微米的sio2顆粒于300～600℃例如400℃、500℃等優選400℃煅燒除氯。優選粒徑有利于氯離子雜質的深度去除。

6、加水-超聲分散形成溶膠-負壓旋蒸至凝膠的過程中物料保持著凝膠網狀結構，此時清洗和蒸發操作有助于氯離子雜質的去除，因而此過程操作次數影響著氯離子雜質的去除效果。優選進行3次加水-超聲分散形成溶膠-負壓旋蒸至凝膠的操作，有利于氯離子雜質的深度去除。

7、本發明的目的是，先在凝膠狀態時采用簡單多次的真空蒸餾洗滌方法快速降低sio2中氯雜質含量，減輕后續干燥步驟揮發性鹽酸對設備的腐蝕情況。最后，通過低溫煅燒工藝實現sio2中氯離子雜質的去除。通過此方法，解決了現有工藝中大量水消耗和酸堿試劑使用等問題，同時簡化了操作流程，降低了處理成本，最終實現了氯離子雜質的高效去除。

8、所述的合成二氧化硅中氯離子雜質的深度去除方法，sio2凝膠可通過以氯硅烷為原料采用溶膠-凝膠法制備得到；

9、所述氯硅烷的化學表達式為siclxh4-x，0<x≤4。

10、進一步的，所述氯硅烷可以是一氯硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷和四氯化硅等中的一種或多種混合物。

11、本發明在此給出一個sio2凝膠的示例性制備方法，采用溶膠-凝膠法，具體包括：在攪拌下，將氯硅烷(優選三氯硅烷)加入到水中，加畢繼續攪拌一段時間，然后靜置老化，得到sio2凝膠。以上制備過程可在室溫進行，氯硅烷和水的體積比可為1:5。

12、所述的合成二氧化硅中氯離子雜質的深度去除方法，單次操作中，向sio2凝膠中加入水的體積與sio2凝膠體積之比可為4～6:1，例如4.5:1、5.5:1等。

13、所述的合成二氧化硅中氯離子雜質的深度去除方法，負壓旋蒸的溫度可為60～90℃。

14、所述的合成二氧化硅中氯離子雜質的深度去除方法，減壓干燥的溫度可為85～95℃，例如90℃等，時間可為4～6小時，例如4.5小時、5小時等。

15、所述的合成二氧化硅中氯離子雜質的深度去除方法，煅燒過程中sio2顆粒的鋪設密度可為0.03～0.15g/cm2，優選為0.035～0.04g/cm2，有利于氯離子雜質的深度去除。

16、所述的合成二氧化硅中氯離子雜質的深度去除方法，煅燒時間可為60～120min，例如90min等。

17、所述的合成二氧化硅中氯離子雜質的深度去除方法，煅燒氣氛可為氮氣氣氛、空氣氣氛、氦氣氣氛中的一種或多種組合。

18、作為一個總的發明構思，本發明還提供了所述的深度去除方法在深度去除合成二氧化硅中氯離子雜質中的應用。

19、本發明致力于采用簡單的真空蒸餾洗滌方法對sio2進行初步處理，減輕后續干燥步驟鹽酸對設備的腐蝕，最后通過低溫煅燒工藝實現sio2中氯離子雜質的去除。通過前述手段，降低了洗滌過程中水的大量消耗、避免了酸堿試劑的使用，簡化了操作流程，減低了處理成本，最終實現了氯離子雜質的深度去除。

20、本發明與現有技術相比，有益效果有：

21、1)本發明在蒸餾洗滌階段將sio2保持在均勻的溶膠狀態，有利于清洗附著在溶膠表面以及骨架中的氯離子雜質，同時真空蒸餾也促進了氯離子以hcl形式揮發去除。相比于對干燥后的粉末產品進行洗滌除氯，使用此方法更易去除氯離子雜質，同時解決了耗水量大的問題，節約了水資源同時降低了生產成本。

22、2)本發明在全流程中沒有添加任何試劑，避免了額外試劑可能引入的痕量雜質以及廢液帶來的環境污染問題以及處理成本。

23、3)本發明通過調控煅燒過程中物料鋪設密度和粒徑范圍、煅燒溫度、時間以及氣氛，實現了在較短時間和更低成本下，得到符合要求的sio2成品。經本發明方法得到的sio2中氯離子含量可低至小于18ppm，具有廣泛的應用前景。