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JPH0585718A - Production of high-purity water-base silica sol - Google Patents

Production of high-purity water-base silica sol

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Publication number
JPH0585718A
JPH0585718A JP24587591A JP24587591A JPH0585718A JP H0585718 A JPH0585718 A JP H0585718A JP 24587591 A JP24587591 A JP 24587591A JP 24587591 A JP24587591 A JP 24587591A JP H0585718 A JPH0585718 A JP H0585718A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
aqueous solution
silicic acid
silica
sio
sol
Prior art date
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Application number
JP24587591A
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Japanese (ja)
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JP3225549B2 (en
Inventor
Yoshitane Watabe
淑胤 渡部
Hiromizu Suzuki
博水 鈴木
Mikio Ando
幹夫 安藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Chemical Corp
Original Assignee
Nissan Chemical Corp
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
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First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=17140108&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JPH0585718(A) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Nissan Chemical Corp filed Critical Nissan Chemical Corp
Priority to JP24587591A priority Critical patent/JP3225549B2/en
Publication of JPH0585718A publication Critical patent/JPH0585718A/en
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    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C01B33/14Colloidal silica, e.g. dispersions, gels, sols
    • C01B33/141Preparation of hydrosols or aqueous dispersions
    • C01B33/142Preparation of hydrosols or aqueous dispersions by acidic treatment of silicates
    • C01B33/143Preparation of hydrosols or aqueous dispersions by acidic treatment of silicates of aqueous solutions of silicates
    • C01B33/1435Preparation of hydrosols or aqueous dispersions by acidic treatment of silicates of aqueous solutions of silicates using ion exchangers

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

PURPOSE:To efficiently obtain a silica sol by passing a specified soln. through such a process to produce an aq. soln. of active silicic acid by bringing the soln. into contact with a hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin (HIR). CONSTITUTION:The water-base silica sol is produced by the following processes (a)-(f). (a) An aq. soln. of active silicic acid is obtd. by bringing an aq. soln. of Na2SiO3 containing 300-10000ppm polyvalent metal oxide except for Si and 1-6wt.% of SiO2 into contact with HIR. (b) The soln. obtd. in the process (a) is maintained to pH 0-2.0. (c) This soln. is brought into contact with HIR and then into contact with hydroxyl group-type strongly alkaline anion exchange resin (OIR) to obtain an active Si aq. soln. containing no dissolving matter except for active Si. (d) Then NaOH of specified concn. is added to the soln. (c) to obtain an active Si aq. soln. of pH7-9. (e) The soln. (d) is maintained at its temp. as a heeling liquid to obtain a water-base Si sol containing 30-50wt.% SiO2. (f) The sol (e) is brought into contact with HIR and then with OIR, and pH of the sol is controlled. Thus, the water-base silica sol which is a colloidal silica having 10-30mmu average particle size containing no polyvalent metal oxide except for Si is obtd.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、30〜50重量%のSiO2
度を有し、コロイダルシリカの平均粒子径は10〜30ミリ
ミクロンであって、しかも、シリカ以外の多価金属酸化
物を実質的に含まない所謂高純度を有する安定な水性シ
リカゾルの製造法の改良に関する。特に、本発明の方法
により得られたシリカゾルは、鉄、アルミニウム等多価
金属の酸化物の含有率が極度に低いので、シリカゾル中
これら多価金属分の不存在が望まれる用途、例えば、半
導体の研磨剤として用いられる。
The present invention relates to a polyvalent metal oxide having a SiO 2 concentration of 30 to 50% by weight, an average particle diameter of colloidal silica of 10 to 30 mm, and a silica other than silica. The present invention relates to an improvement in a method for producing a stable aqueous silica sol having a so-called high purity that does not substantially contain In particular, the silica sol obtained by the method of the present invention has an extremely low content of oxides of polyvalent metals such as iron and aluminum, so applications where the absence of these polyvalent metal components in the silica sol is desired, for example, semiconductors Used as a polishing agent.

【0002】[0002]

【従来の技術】種々の用途に用いられる工業製品の安定
な水性シリカゾルは、水溶性のアルカリ金属珪酸塩、特
に、安価に入手できる工業製品の水ガラスから製造され
ている。けれども、この水ガラスから製造された安定な
水性シリカゾルに対し、幾つかの用途、例えば、半導体
表面の研磨剤、石英ファイバー用原料、その他高純度の
ゾルが望まれる用途においては、それら分野の技術の高
度化と共に、そのシリカゾル中に通常微量に存在する金
属酸化物、特に、多価金属酸化物に原因して、しばしば
問題が起っている。
2. Description of the Related Art Stable aqueous silica sols for industrial products used for various purposes are produced from water-soluble alkali metal silicates, especially water glass of industrial products which are available at low cost. However, the stable aqueous silica sol produced from this water glass has several applications, for example, abrasives for semiconductor surface, raw material for quartz fiber, and other applications in which high-purity sol is desired, and the technology of those fields is used. With sophistication, the problems often occur due to metal oxides, especially polyvalent metal oxides, which are usually present in trace amounts in the silica sol.

【0003】アルカリ金属酸化物を実質的に含まない水
性シリカゾルの製造法は既に知られている。例えば、米
国特許第 4054536号明細書には、アルカリ金属酸化物を
実質的に含まない水性シリカゾルの製造法として、アル
カノールアミンの熱水溶液に2〜10%の珪酸水溶液をア
ミンに対するSiO2のモル比として 1〜100 の比率に加え
ながら水を蒸留除去することによって得られたpH 8〜1
0、SiO25〜55%の水性ゾルを、イオン交換樹脂中を通過
させることによってアルカリ金属含量 200ppm以下、pH
2〜5 の水性シリカゾルを生成させ、これにアンモニア
をpH 9〜10となるように加えることによって、アルカリ
金属含量 200ppm 以下のシリカゾルを得る方法が開示さ
れている。
Methods for producing an aqueous silica sol substantially free of alkali metal oxides are already known. For example, U.S. Pat.No. 4,054,536 discloses a method for producing an aqueous silica sol substantially free of alkali metal oxides, wherein a hot aqueous solution of alkanolamine is added to a 2-10% silicic acid aqueous solution to obtain a molar ratio of SiO 2 to amine. The pH obtained by distilling off the water while adding in a ratio of 1 to 100
0, SiO 2 5-55% aqueous sol is passed through the ion exchange resin to obtain an alkali metal content of 200 ppm or less, pH
A method for producing a silica sol having an alkali metal content of 200 ppm or less by producing an aqueous silica sol of 2 to 5 and adding ammonia to the aqueous silica sol so as to have a pH of 9 to 10 is disclosed.

【0004】更に、特開昭61−158810号公報には、濃度
0.5〜7 重量%のアルカリ珪酸塩の水溶液を強酸型陽イ
オン交換樹脂と接触させて脱アルカリすることにより得
られた珪酸液に、酸を加えてpH 2.5以下、温度 0〜98℃
でその珪酸液を処理し、次いでこの処理後の液中の不純
物を限外濾過膜を通過させることにより除いた後、陰陽
イオン交換樹脂の混床、キレート樹脂層等を通過させ、
得られたオリゴ珪酸溶液の一部にアンモニア、アミン等
を加えてpH 7〜10のヒールゾルとなし、60〜98℃でこの
ヒールゾルにオリゴ珪酸溶液の残部を徐々に滴下するこ
とによりコロイダルシリカの粒子を成長させることによ
って、シリカ以外の多価金属酸化物含有率が低いシリカ
ゾルを得る方法が提案されている。
Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 61-158810, the density is
Acid is added to the silicic acid solution obtained by contacting a 0.5 to 7% by weight aqueous solution of alkali silicate with a strong acid type cation exchange resin to dealkalize it to pH 2.5 or less, at a temperature of 0 to 98 ° C.
The silicic acid solution is treated with, then the impurities in the solution after this treatment are removed by passing through an ultrafiltration membrane, and then passed through a mixed bed of anion and cation exchange resins, a chelate resin layer, etc.,
Ammonia, amine, etc. are added to a part of the obtained oligosilicic acid solution to form a heel sol having a pH of 7 to 10, and the rest of the oligosilicic acid solution is gradually added dropwise to the heel sol at 60 to 98 ° C to form particles of colloidal silica. Has been proposed to obtain a silica sol having a low polyvalent metal oxide content other than silica.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】市販工業製品の水ガラ
スを原料として、その希釈水溶液を陽イオン交換樹脂層
に通すことによって得られた活性珪酸の水溶液を用い
て、上記米国特許第 4054536号明細書に記載の方法で水
性シリカゾルを製造すると、シリカに対するアルカリ金
属含有率 200ppm以下の水性シリカゾルを得ることがで
きるが、他の金属、例えば、鉄、アルミニウム等多価金
属の含有率はシリカに対し 300ppm 以上含有する水性シ
リカゾルしか得られない。この高い含有率で存在する多
価金属は、原料である水ガラス中に約 300ppm 以上含ま
れていた多価金属酸化物に由来するものである。
The above-mentioned US Pat. No. 4,054,536, using an aqueous solution of activated silicic acid obtained by passing a diluted aqueous solution of water glass of a commercial industrial product as a raw material through a cation exchange resin layer. When an aqueous silica sol is produced by the method described in the document, it is possible to obtain an aqueous silica sol having an alkali metal content of 200 ppm or less with respect to silica, but other metals, for example, the content of a polyvalent metal such as iron or aluminum with respect to silica. Only an aqueous silica sol containing 300 ppm or more can be obtained. The polyvalent metal present in this high content is derived from the polyvalent metal oxide contained in the water glass as a raw material in an amount of about 300 ppm or more.

【0006】上記特開昭61−158810号公報に記載の方法
では、水ガラス等原料のアルカリ金属珪酸塩中に存在す
るアルカリ金属及び珪素以外の多価金属のいずれも、シ
リカゾルを製造する過程において除去することが行われ
る。けれども、この除去の方法は、加えられた酸を含有
する活性珪酸の水溶液から、その中に含まれている不純
物を限外濾過膜を通過させて除く際に、活性珪酸の水溶
液にこの液の20倍〜1万倍に相当する量の別途調製の酸
液を補給せねばならず、シリカゾルの工業生産プロセス
としては効率的でない。更に、この特開昭61−158810号
公報に記載の方法では、コロイダルシリカの粒子成長の
ため 760時間もの長時間を要し、そしてこの粒子成長を
終えた後にシリカゾルの濃縮が行われるから、シリカゾ
ルの工業生産プロセスとしてはやはり効率的でない。
In the method described in the above-mentioned JP-A-61-158810, both the alkali metal present in the raw material alkali metal silicate such as water glass and the polyvalent metal other than silicon are produced in the process of producing silica sol. Removal is done. However, the method of this removal is such that when the impurities contained therein are removed from the aqueous solution of active silicic acid containing the added acid by passing through the ultrafiltration membrane, the solution of this solution is added to the aqueous solution of active silicic acid. It is necessary to replenish a separately prepared acid solution in an amount corresponding to 20 times to 10,000 times, which is not efficient as an industrial production process of silica sol. Further, in the method described in JP-A-61-158810, it takes a long time of 760 hours for the particle growth of colloidal silica, and the silica sol is concentrated after the particle growth is completed. Is still not an efficient industrial production process.

【0007】シリカゾルを結合剤として用いる場合に
は、用いられるゾルのコロイダルシリカの粒子径が小さ
い程、ゾルはより高い結合力を示すが、その反面 、用
いられるゾルのコロイダルシリカの粒子径が小さい程、
ゾルは安定性に乏しくなるので、これを補うにはゾルの
SiO2濃度を低めねばならない。けれども、一般に結合剤
として用いる場合には、高いSiO2濃度であってしかも結
合力の充分なものが望まれる。また、粒子径が揃ってい
るコロイダルシリカからなるゾルよりも、粒子径に分布
を有するコロイダルシリカからなるゾルの方が一層高い
結合力を示す。
When silica sol is used as a binder, the smaller the particle size of the colloidal silica in the sol used, the higher the binding strength of the sol. On the other hand, the smaller the particle size of the colloidal silica in the sol used. 、
The sol becomes less stable, so to compensate for this, the sol
The SiO 2 concentration must be lowered. However, when used as a binder, it is generally desired that the SiO 2 concentration be high and that the bond strength be sufficient. Further, a sol made of colloidal silica having a distribution in particle size has a higher binding force than a sol made of colloidal silica having a uniform particle size.

【0008】このように、シリカゾルを使用して得られ
る製品の性能の向上に適合する如き改良されたシリカゾ
ルを安価な工業製品として提供することが課題となって
いる。本発明は、このような課題及び上記従来のシリカ
以外の多価金属酸化物含量の低いシリカゾル製造法の問
題を解決しようとするものであって、シリカ以外の多価
金属酸化物含量がシリカに対し 300ppm より少なく、30
〜50重量%のSiO2濃度を有し、そしてコロイダルシリカ
の平均粒子径が10〜30ミリミクロンである安定な水性シ
リカゾルを、多価金属酸化物を不純物として含むアルカ
リ金属珪酸塩から効率よく製造する方法を提供しようと
するものである。
[0008] As described above, it is an object to provide an improved silica sol which is suitable for improving the performance of the product obtained by using the silica sol as an inexpensive industrial product. The present invention is to solve the above problems and problems of the conventional method for producing a silica sol having a low polyvalent metal oxide content other than silica, in which the polyvalent metal oxide content other than silica is equal to silica. Less than 300ppm, 30
Efficient production of stable aqueous silica sol with SiO 2 concentration of ~ 50 wt% and average particle size of colloidal silica from 10 to 30 millimicrons from alkali metal silicate containing polyvalent metal oxide as impurities It is intended to provide a way to do.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の、30〜50重量%
のSiO2濃度を有し、シリカ以外の多価金属酸化物を実質
的に含まない、かつ、コロイダルシリカの平均粒子径が
10〜30ミリミクロンである安定な水性シリカゾルの製造
法は、下記工程(a) 、(b) 、(c) 、(d) 、(e)、(f) 及
び(g) からなることを特徴とする。
30-50% by weight of the present invention
Has a SiO 2 concentration of, substantially does not contain a polyvalent metal oxide other than silica, and the average particle size of colloidal silica is
The method for producing a stable aqueous silica sol having a particle size of 10 to 30 millimicrons is characterized by comprising the following steps (a), (b), (c), (d), (e), (f) and (g). And

【0010】(a) シリカ以外の多価金属酸化物をシリカ
に対し 300〜10000ppmの比率に含有する水溶性のアルカ
リ金属珪酸塩がこの珪酸塩に由来するSiO2分として 1〜
6 重量%の濃度に溶解しているアルカリ金属珪酸塩の水
溶液を、水素型強酸性陽イオン交換樹脂と接触させるこ
とによりSiO2濃度 1〜6 重量%の活性珪酸の水溶液を生
成させ、この生成液を回収する工程、(b) (a) 程で回収
された活性珪酸の水溶液に強酸を加えることにより該水
溶液をpH 0〜2.0 に調整した後、 0〜100 ℃に 0.1〜12
0 時間保持する工程、(c) (b) 程で得られた水溶液を水
素型強酸性陽イオン交換樹脂と接触させた後、この接触
によって生成した液を水酸基型強塩基性陰イオン交換樹
脂と接触させることにより、実質的に活性珪酸以外の溶
解物質を含まず、かつ、SiO2濃度が 1〜6 重量%である
活性珪酸の水溶液を生成させ、この生成液を回収する工
程、(d) (c) 工程で回収された活性珪酸の水溶液に、ナ
トリウム又はカリウムの水酸化物の水溶液を、この水酸
化物に由来する M2O (但し、M はナトリウム原子又はカ
リウム原子を表す。) と上記活性珪酸の水溶液に含まれ
るSiO2とのSiO2/M2Oモル比が50〜250 となるように加え
ることにより、 1〜6 重量%のSiO2濃度と 7〜9 のpHを
有する安定化された活性珪酸の水溶液を生成させる工
程、(e) (d)工程で得られた安定化された活性珪酸の水
溶液をヒール液として1重量部容器中に投入し、この容
器内液温を70〜100 ℃に保つと共に、上記 (d)工程で得
られた安定化された活性珪酸の水溶液 5〜20重量部をフ
ィード液として上記容器中に50〜200 時間の間に連続的
に供給しながら、この時間の間上記容器内を常圧又は減
圧に保ち、そして上記容器内液量が一定に保たれるよう
に上記容器から水を蒸発により除くことにより、30〜50
重量%のSiO2濃度を有し、かつ、コロイダルシリカの平
均粒子径が10〜30ミリミクロンである安定な水性シリカ
ゾルを生成させる工程、(f) (e)工程で得られた安定な
水性シリカゾルを水素型強酸性陽イオン交換樹脂と接触
させた後、この接触により生成した水性シリカゾルを水
酸基型強塩基性陰イオン交換樹脂と接触させることによ
りシリカ以外の多価金属酸化物を実質的に含まない酸性
の水性シリカゾルを生成させる工程、及び(g) (f)工程
で生成した酸性の水性ゾルに、そのゾルのpHが 8〜10.5
となるようにアンモニアを加えることにより、30〜50重
量%のSiO2濃度を有し、シリカ以外の多価金属酸化物を
実質的に含まず、そしてコロイダルシリカの平均粒子径
が10〜30ミリミクロンである安定な水性シリカゾルを生
成させる工程 。
(A) A water-soluble alkali metal silicate containing a polyvalent metal oxide other than silica in a ratio of 300 to 10,000 ppm with respect to silica is 1 to 2 as the SiO 2 content derived from the silicate.
By contacting an aqueous solution of an alkali metal silicate dissolved in a concentration of 6% by weight with a hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin, an aqueous solution of active silicic acid having a SiO 2 concentration of 1 to 6% by weight is produced. The step of recovering the solution, (b) After adjusting the pH of the aqueous solution of active silicic acid recovered in step (a) to 0 to 2.0 by adding a strong acid, the solution is adjusted to 0.1 to 12 at 0 to 100 ° C.
Step of holding for 0 hours, (c) after contacting the aqueous solution obtained in (b) with a hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin, the liquid produced by this contact with the hydroxyl type strongly basic anion exchange resin A step of producing an aqueous solution of active silicic acid having substantially no dissolved substance other than active silicic acid and having a SiO 2 concentration of 1 to 6 wt% by contacting, and collecting the product solution; (d) An aqueous solution of sodium or potassium hydroxide was added to the aqueous solution of active silicic acid recovered in step (c), and M 2 O derived from this hydroxide (where M represents a sodium atom or a potassium atom). Stable with a SiO 2 concentration of 1 to 6 wt% and a pH of 7 to 9 by adding it so that the SiO 2 / M 2 O molar ratio with SiO 2 contained in the aqueous solution of active silicic acid is 50 to 250. To generate an aqueous solution of activated silicic acid, stabilized in step (e) and (d) 1 part by weight of an aqueous solution of silicic acid as a heel solution is kept in the container, the temperature of the liquid in the container is maintained at 70 to 100 ° C., and the stabilized aqueous solution of activated silicic acid obtained in the step (d) 5 to 5 While continuously supplying 20 parts by weight as a feed liquid into the container for 50 to 200 hours, the inside of the container was kept at normal pressure or reduced pressure during this time, and the liquid amount in the container was kept constant. By removing the water from the container by evaporation so that
A step of producing a stable aqueous silica sol having a SiO 2 concentration of wt% and an average particle diameter of colloidal silica of 10 to 30 millimicrons, (f) a stable aqueous silica sol obtained in the step (e) Is contacted with a hydrogen type strong acidic cation exchange resin, and then the aqueous silica sol produced by this contact is contacted with a hydroxyl group type strong basic anion exchange resin to substantially contain a polyvalent metal oxide other than silica. The pH of the sol is 8 to 10.5 in the acidic aqueous sol produced in the steps (g) and (f).
By adding ammonia so that it has a SiO 2 concentration of 30 to 50% by weight, is substantially free of polyvalent metal oxides other than silica, and has an average particle size of colloidal silica of 10 to 30 mm. Generating a stable aqueous silica sol that is micron.

【0011】本発明の製造方法の(a) 工程に用いられる
アルカリ金属珪酸塩としては、市販工業製品として入手
されるものでよいが、それに含まれるアルカリ金属と珪
素とがSiO2/M2O( 但し、Mはアルカリ金属原子を表わ
す。)モル比として 0.5〜4.5程度である水溶性のもの
が適当である。特に、安価な工業製品としてシリカゾル
を大規模に生産するには、安価な工業製品である SiO2/
Na2Oモル比が 2〜4 程度のナトリウム水ガラスを用いる
のが好ましい。けれども、この市販工業製品の水ガラス
中には、通常、シリカ以外の多価金属酸化物がその水ガ
ラス中のSiO2分に対し 300〜10000ppm程度不純物として
含有されている。その含有率が比較的に高い多価金属の
主なものはアルミニウム、鉄、カルシウム、マグネシウ
ム等である。
The alkali metal silicate used in step (a) of the production method of the present invention may be a commercially available industrial product, but the alkali metal and silicon contained therein are SiO 2 / M 2 O. (However, M represents an alkali metal atom.) A water-soluble one having a molar ratio of about 0.5 to 4.5 is suitable. In particular, in order to produce silica sol on a large scale as an inexpensive industrial product, SiO 2 /
It is preferable to use sodium water glass having a Na 2 O molar ratio of about 2 to 4. However, the water glass of this commercial industrial product usually contains a polyvalent metal oxide other than silica as an impurity of about 300 to 10,000 ppm with respect to the SiO 2 content in the water glass. The main polyvalent metals having a relatively high content are aluminum, iron, calcium, magnesium and the like.

【0012】(a) 工程では、このようなシリカ以外の多
価金属酸化物を不純物として含有するアルカリ金属珪酸
塩を、この珪酸塩に由来するSiO2分として 1〜6 重量
%、好ましくは 2〜6 重量% の濃度に水に溶解させるこ
とによって得られたアルカリ金属珪酸塩水溶液が用いら
れる。この水としては工業用水を陽イオン除去処理した
ものでよい。
In the step (a), an alkali metal silicate containing such a polyvalent metal oxide other than silica as an impurity is contained in an amount of 1 to 6% by weight, preferably 2% by weight as SiO 2 content derived from the silicate. An aqueous solution of an alkali metal silicate obtained by dissolving it in water to a concentration of ˜6% by weight is used. This water may be industrial water that has been subjected to cation removal treatment.

【0013】本発明の(a) 工程に用いられる水素型強酸
性陽イオン交換樹脂は、従来から水ガラス水溶液のアル
カリ金属イオン除去用に用いられているものでよく、市
販の工業製品として容易に入手される。その例として
は、商品名アンバーライトIR−120Bが挙げられる。本発
明の(a) 工程では、上記アルカリ金属珪酸塩水溶液を上
記水素型強酸性陽イオン交換樹脂に接触させることが行
われる。この接触は、このイオン交換樹脂充填のカラム
中を通液させることにより好ましく行うことができ、カ
ラム通過液は、SiO2濃度 1〜6 重量% 、好ましくは 2〜
6 重量%の活性珪酸の水溶液として回収される。用いら
れる水素型陽イオン交換樹脂の量としては、アルカリ金
属珪酸塩水溶液中のアルカリ金属イオンの全量を水素イ
オンで交換するに充分な量でよい。カラムを通過させる
速度は1時間当たり 1〜10程度の空間速度が好ましい。
The hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin used in the step (a) of the present invention may be one that has been conventionally used for removing alkali metal ions from an aqueous solution of water glass, and can be easily used as a commercially available industrial product. To be obtained. An example thereof is the product name Amberlite IR-120B. In the step (a) of the present invention, the alkali metal silicate aqueous solution is brought into contact with the hydrogen type strong acid cation exchange resin. This contact can be preferably carried out by passing a liquid through a column packed with this ion exchange resin, and the liquid passing through the column has a SiO 2 concentration of 1 to 6% by weight, preferably 2 to
Recovered as an aqueous solution of 6 wt% activated silicic acid. The amount of hydrogen type cation exchange resin used may be an amount sufficient to exchange all the amount of alkali metal ions in the aqueous solution of alkali metal silicate with hydrogen ions. The space velocity of the column is preferably about 1 to 10 per hour.

【0014】(b) 程に用いられる強酸の例としては、塩
酸、硝酸、硫酸等の無機酸が挙げられるが、アルミニウ
ム分と鉄分の除去率を高めるには硝酸が最も好ましい。
この強酸は、(a) 工程で回収された活性珪酸の水溶液が
変質を起さない前、好ましくは上記回収直後の活性珪酸
の水溶液に添加される。加えられる強酸の量としては、
液のpHが 0〜2 の範囲、好ましくは 0.5〜1.8 となる量
がよい。(b) 工程では、この添加後、液は 0〜100 ℃で
0.1時間以上、好ましくは0.5 〜120 時間保持される。
Examples of the strong acid used in the step (b) include inorganic acids such as hydrochloric acid, nitric acid and sulfuric acid, and nitric acid is the most preferable for increasing the removal rate of aluminum and iron.
The strong acid is added to the aqueous solution of active silicic acid recovered in step (a) before the aqueous solution of active silicic acid does not undergo alteration, preferably immediately after the recovery. The amount of strong acid added is
The pH of the liquid is in the range of 0 to 2, preferably 0.5 to 1.8. In step (b), after this addition, the liquid should be at 0-100 ° C.
It is maintained for 0.1 hour or longer, preferably 0.5 to 120 hours.

【0015】(c) 工程に用いられる水素型強酸性陽イオ
ン交換樹脂は、(a) 工程に用いられたものと同じでよ
い。(c) 工程に用いられる水酸基型強塩基性陰イオン交
換樹脂も、従来からシリカゾル中の陰イオンを除くのに
用いられていたものでよく、市販品として容易に入手で
きる。その例としては、商品名アンバーライト IRA−41
0 が挙げられる。
The hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin used in step (c) may be the same as that used in step (a). The hydroxyl group-type strongly basic anion exchange resin used in the step (c) may be the one that has been conventionally used to remove anions in silica sol, and is easily available as a commercial product. An example is the product name Amberlite IRA-41.
0 is included.

【0016】(c) 工程では、(b) 工程で得られた水溶液
を先ず、上記水素型強酸性陽イオン交換樹脂と接触させ
る。この接触は、 0〜60℃好ましくは 5〜50℃で上記水
素型強酸性陽イオン交換樹脂充填のカラム中を1時間当
たり 2〜20の空間速度で通液させることにより好ましく
行うことができる。次いで、この通液によって得られた
水溶液は、好ましくは、得られた直後に、上記水酸基型
強塩基性陰イオン交換樹脂と、 0〜60℃好ましくは 5〜
50℃で接触させる。この接触も、上記水酸基型強塩基性
陰イオン交換樹脂充填のカラム中を1時間当たり 1〜10
の空間速度で通液させることにより好ましく行うことが
できる。この通液によって得られた水溶液は、更に好ま
しくは、得られた直後に、上記水素型強酸性陽イオン交
換樹脂と、 0〜60℃好ましくは 5〜50℃で接触させるの
がよい。この接触もやはり、上記水素型強酸性陽イオン
交換樹脂充填のカラム中を1時間当たり 1〜20の空間速
度で通液させることにより好ましく行うことができる。
この通液後、水溶液は回収され、次の(d) 工程に供され
る。
In the step (c), the aqueous solution obtained in the step (b) is first contacted with the hydrogen type strong acid cation exchange resin. This contact can be carried out preferably at 0 to 60 ° C., preferably 5 to 50 ° C., by passing through the column packed with the hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin at a space velocity of 2 to 20 per hour. Then, the aqueous solution obtained by this passage is preferably immediately after being obtained, with the above-mentioned hydroxyl group-type strongly basic anion exchange resin, 0 to 60 ° C., preferably 5 to 60 ° C.
Contact at 50 ° C. This contact also occurs in the column packed with the above-mentioned hydroxyl group type strongly basic anion exchange resin at 1 to 10 per hour.
It can be preferably carried out by passing the liquid at the space velocity of. The aqueous solution obtained by this passage is more preferably contacted with the above-mentioned hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin at 0 to 60 ° C., preferably 5 to 50 ° C. immediately after being obtained. This contact can also be preferably carried out by passing the solution through the column packed with the hydrogen type strong acid cation exchange resin at a space velocity of 1 to 20 per hour.
After this passage, the aqueous solution is recovered and provided for the next step (d).

【0017】(d) 程に用いられる水酸化ナトリウム又は
水酸化カリウムの水溶液は、好ましくは純度95%以上の
市販工業製品の水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムを
陽イオンを除去した工業用水に、好ましくは 2〜20重量
%濃度となるように溶かすことにより得られる。(d) 工
程では、(c) 工程で得られた活性珪酸の水溶液に、好ま
しくはその回収直後に、上記ナトリウム又はエリウムの
水酸化物水溶液がSiO2/M2O( 但し、M は上記に同じ。)
モル比として50〜250 、好ましくは60〜200 となるよう
に加えられる。この添加は、常温〜60℃で行うことがで
きるが、常温でなるべく短時間に行うのが好ましい。こ
の添加によってSiO2濃度 1〜6 重量%、好ましくは 2〜6
重量%を有し、そしてpH 7〜9 を有する安定化された活
性珪酸の水溶液が得られる。この生成液は長時間安定で
あるが、30時間以内に(e) 工程に供するのが特に好まし
い。
The aqueous solution of sodium hydroxide or potassium hydroxide used in (d) is preferably a commercially available industrial product having a purity of 95% or more, which is preferably sodium hydroxide or potassium hydroxide in industrial water from which cations have been removed. Can be obtained by dissolving to a concentration of 2 to 20% by weight. In the step (d), to the aqueous solution of the active silicic acid obtained in the step (c), preferably immediately after the recovery, the sodium or erium hydroxide aqueous solution is SiO 2 / M 2 O (where M is the above the same.)
It is added so as to have a molar ratio of 50 to 250, preferably 60 to 200. This addition can be carried out at room temperature to 60 ° C., but it is preferably carried out at room temperature in the shortest possible time. With this addition, the SiO 2 concentration is 1 to 6% by weight, preferably 2 to 6%.
An aqueous solution of stabilized activated silicic acid having a weight% and a pH of 7-9 is obtained. This product solution is stable for a long time, but it is particularly preferable to subject it to the step (e) within 30 hours.

【0018】(e) 工程に用いられる装置は、通常の、耐
酸性、耐アルカリ性及び耐圧性の容器に攪拌機、温度制
御装置、液面感知装置、減圧装置、液供給装置、上記冷
却装置等が具備されたものでよい。(e) 工程では先ず、
(d) 工程で得られた安定化活性珪酸の水溶液の全部又は
その 1/5〜1/20の量が容器中にヒール液として投入され
る。大規模工業生産では、この全量をヒール液に用い、
別途、上記(a) 工程〜(d) 工程を経てつくられた安定化
活性珪酸の水溶液をこのヒール液の 5〜20倍量フィード
液として用いるのが好ましい。また、上記1/5 〜1/20量
がヒール液として用いられたときは、残部はフィード液
として用いられる。
The equipment used in the step (e) includes an agitator, a temperature control device, a liquid level sensing device, a decompression device, a liquid supply device, the above cooling device, etc. in an ordinary container of acid resistance, alkali resistance and pressure resistance. It may be provided. (e) In the process,
All or 1/5 to 1/20 of the aqueous solution of the stabilized activated silicic acid obtained in the step (d) is put into the container as a heel liquid. In large-scale industrial production, this whole amount is used for heel fluid,
Separately, it is preferable to use an aqueous solution of stabilized activated silicic acid prepared through the above steps (a) to (d) as a feed solution in an amount of 5 to 20 times as much as this heel solution. When the above 1/5 to 1/20 amount is used as the heel liquid, the rest is used as the feed liquid.

【0019】(e) 工程では、容器内は液温70〜100 ℃、
好ましくは80〜100 ℃に保たれると共に、液から水が蒸
発する圧力に保たれる。そしてフィード液の供給速度と
蒸発水の除去速度とが、この容器内液量が一定に保たれ
るように、かつ、フィード液の供給が50〜200時間の間
に終了するように調節される。フィード液の供給と蒸発
水の除去は、(e) 工程の開始から終了までの間、常に連
続的或いは断続的のいずれの方法で行ってもよいが、容
器内液量が一定に保たれるように行うのが好ましく、ま
た、フィード液の供給速度も一定に保つのが好ましい。
In the step (e), the liquid temperature in the container is 70 to 100 ° C.
The temperature is preferably maintained at 80 to 100 ° C. and the pressure at which water evaporates from the liquid. Then, the feed rate of the feed solution and the removal rate of the evaporated water are adjusted so that the amount of the solution in the container is kept constant and the feed solution is finished within 50 to 200 hours. .. The feeding of the feed liquid and the removal of the evaporated water may be performed continuously or intermittently from the start to the end of the step (e), but the liquid amount in the container is kept constant. It is preferable that the feeding rate of the feed liquid is kept constant.

【0020】(f) 工程に用いられる水素型強酸性陽イオ
ン交換樹脂は(a) 工程及び(c) 工程に用いられるものと
同じでよい。また、水酸基型強塩基性陰イオン交換樹脂
も(c) 工程に用いられる通常のものでよい。(f) 工程に
おける安定な水性ゾルとイオン交換樹脂との接触は、
(c) 工程における接触と同様にして行うことができる。
この陰イオン交換樹脂との接触により生成した液を更に
上記陽イオン交換樹脂と接触させると更に好ましい。
The hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin used in step (f) may be the same as that used in steps (a) and (c). Further, the hydroxyl group type strongly basic anion exchange resin may be the usual one used in the step (c). (f) The contact between the stable aqueous sol and the ion exchange resin in the step is
It can be performed in the same manner as the contact in the step (c).
It is more preferable to further bring the liquid produced by the contact with the anion exchange resin into contact with the cation exchange resin.

【0021】(g) 工程に用いられるアンモニアは、市販
工業製品でよいが、高純度のものが好ましく、そして 5
〜28重量%程度のアンモニア水として用いるのが好まし
い。このアンモニアの代りに、第4級アンモニウム水酸
化物、グアニジン水酸化物、水溶性アミン等も用いるこ
とができるが、アンモニアを使うことが特別に不所望で
ある場合を除き、一般にアンモニアの方が好都合であ
る。
The ammonia used in step (g) may be a commercially available industrial product, but high purity is preferable, and
It is preferably used as ammonia water of about 28% by weight. Quaternary ammonium hydroxide, guanidine hydroxide, water-soluble amine, etc. can be used in place of this ammonia, but ammonia is generally preferred unless ammonia is particularly undesired. It is convenient.

【0022】(g) 工程では、(f) 工程で得られた水性ゾ
ルに、好ましくはその得られた直後に、上記アンモニア
が添加される。この添加は、常温〜100 ℃で行うことが
できるが、常温で行うのが好ましい。アンモニアの添加
量は、シリカゾルのpHが 8〜10.5となる量がよい。場合
によっては、更に金属成分を含まない酸、アンモニウム
塩等をゾル中 1000 ppm 以下の量加えてもよい。
In step (g), the above-mentioned ammonia is added to the aqueous sol obtained in step (f), preferably immediately after it is obtained. This addition can be carried out at room temperature to 100 ° C., but preferably at room temperature. The amount of ammonia added is preferably such that the pH of the silica sol is 8 to 10.5. In some cases, an acid containing no metal component, ammonium salt, etc. may be added in an amount of 1000 ppm or less in the sol.

【0023】シリカゾルのコロイド粒子の大きさは、B
ET法と呼ばれる窒素ガス吸着法により測定される比表
面積(m2/g)から常法により平均粒子径として算出され
る。また、このコロイド粒子の大きさは、電子顕微鏡に
より観測することができ、(g) 工程によって得られたシ
リカゾルは、平均粒子径10ミリミクロンのものでは通
常、最小の粒子径4ミリミクロン程度から、最大20ミリ
ミクロン程度にわたる分布を有し、また、平均粒子径30
ミリミクロンのものでは、最小10ミリミクロン程度から
最大60ミリミクロン程度にわたる分布を有している。
The size of the colloidal particles of silica sol is B
From the specific surface area (m 2 / g) measured by the nitrogen gas adsorption method called ET method, it is calculated as an average particle diameter by a conventional method. The size of the colloidal particles can be observed by an electron microscope, and the silica sol obtained by the step (g) usually has a minimum particle size of about 4 mm when the average particle size is 10 mm. , With a distribution over a maximum of 20 millimicrons, and an average particle size of 30
In the case of millimicrons, the distribution ranges from a minimum of about 10 millimicrons to a maximum of about 60 millimicrons.

【0024】[0024]

【作 用】アルカリ金属珪酸塩の水溶液を水素型強酸性
陽イオン交換樹脂と接触させると、アルカリ金属イオン
が除かれた活性珪酸の水溶液が生成するが、この水溶液
中の活性珪酸は、珪酸又はその低重合体からなる3ミリ
ミクロン以下の微粒子の形態にあって、この水溶液は、
アルミニウムの如き多価金属が存在しても常温下で約 1
00時間以内にはゲル状に変る程に不安定である。そし
て、この不安定性は液中SiO2濃度が高い程、また、液温
が高い程大であるから、シリカゾルを大規模に工業生産
する場合には特に、(a) 工程では6重量%程度を越える
SiO2濃度は避けて、その濃度よりも低い濃度の活性珪酸
の水溶液を常温で生成させるのがよい。特に、原料中に
存在するアルカリ金属、多価金属等が珪酸の重合体粒子
の内部に取り込まれると、これら金属は除去し難いか
ら、珪酸の重合が進みにくい低濃度の水溶液が好まし
く、更に、常温下でも避けられない徐々なる珪酸の重合
による粒子化を回避するには、生成した活性珪酸の水溶
液全量を、この生成後少しでも早い時期に使用するのが
好ましい。この活性珪酸の水溶液のSiO2濃度が約 1重量
%より低いと、後で生成するシリカゾルの濃縮において
除去すべき水量が著しく多くなるために効率的でなく、
このSiO2濃度としては 2重量% 以上が好ましい。(a) 工
程では、生成した活性珪酸の水溶液のSiO2濃度が 1〜6
重量%となるように、そしてその生成後直ちに(b) 工程
に回付できるように、水素型強酸性陽イオン交換樹脂と
の接触前のアルカリ金属珪酸塩の水溶液は、SiO2として
1〜6 重量%の濃度に調整される。
[Operation] When an aqueous solution of an alkali metal silicate is brought into contact with a hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin, an aqueous solution of active silicic acid from which alkali metal ions have been removed is produced. The active silicic acid in this aqueous solution is silicic acid or In the form of fine particles of 3 millimicron or less composed of the low polymer, this aqueous solution
Approximately 1 at room temperature even in the presence of polyvalent metals such as aluminum
It is so unstable that it turns into a gel within 00 hours. Since this instability increases as the concentration of SiO 2 in the liquid increases and the temperature of the liquid increases, about 6% by weight in the (a) step, especially in the case of industrial production of silica sol on a large scale. Cross over
It is preferable to avoid the SiO 2 concentration and generate an aqueous solution of active silicic acid having a concentration lower than that concentration at room temperature. In particular, when an alkali metal present in the raw material, a polyvalent metal or the like is taken inside the polymer particles of silicic acid, these metals are difficult to remove, and thus a low-concentration aqueous solution in which the polymerization of silicic acid is difficult to proceed is preferable. In order to avoid particle formation due to gradual polymerization of silicic acid which is unavoidable even at room temperature, it is preferable to use the entire amount of the aqueous solution of active silicic acid produced as soon as possible after the production. When the concentration of SiO 2 in the aqueous solution of this active silicic acid is lower than about 1% by weight, the amount of water to be removed in the concentration of the silica sol that is generated later becomes significantly large, which is not efficient.
The SiO 2 concentration is preferably 2% by weight or more. In step (a), the SiO 2 concentration of the generated aqueous solution of activated silicic acid was 1 to 6
The aqueous solution of alkali metal silicate before contact with the hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin is changed to SiO 2 so that it can be used for the step (b) immediately after its formation so that the content becomes SiO 2.
The concentration is adjusted to 1 to 6% by weight.

【0025】(a) 工程において好ましく用いられる水素
型強酸性陽イオン交換樹脂充填カラム中への通液は、な
るべく多くの金属イオンを除くために、1時間当たり 1
〜10程度の空間速度を与えるのが好ましい。そして生成
した活性珪酸の水溶液中で珪酸の重合や、増粘又はゲル
化等が起りにくいように、液温も 0〜60℃程度が採用さ
れる。(a) 工程から(c) 工程までは、活性珪酸の水溶液
を安定化させるための特別の方法は付加されないから、
液のSiO2濃度及び温度は上記濃度及び温度が採用され
る。
In order to remove as many metal ions as possible, the passage of the hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin-packed column preferably used in the step (a) is 1 hour per hour.
It is preferable to provide a space velocity of about -10. A liquid temperature of about 0 to 60 ° C. is adopted so that polymerization of the silicic acid, thickening or gelation of the generated active silicic acid solution is unlikely to occur. From steps (a) to (c), no special method is added to stabilize the aqueous solution of activated silicic acid.
The above-mentioned concentration and temperature are adopted as the SiO 2 concentration and temperature of the liquid.

【0026】(b) 工程において加えられる強酸は、活性
珪酸又はその重合体内部に結合している解離イオンの状
態にないアルカリ金属、多価金属等の不純物金属成分を
液中解離イオンの状態に変換させる。粒子径の小さい活
性珪酸の粒子程、この強酸による金属成分の溶出は容易
であるから、(a) 工程によって得られた活性珪酸の水溶
液にこの強酸を添加することも、できるだけ短時間に終
了させるのが好ましい。
The strong acid added in the step (b) is a state in which an impurity metal component such as an alkali metal or a polyvalent metal, which is not in the state of dissociated ions bonded to active silicic acid or its polymer, is converted into a state of dissociated ions in the liquid. Convert it. The smaller the particle size of the active silicic acid particles, the easier the elution of the metal component with this strong acid is.Therefore, it is also possible to add this strong acid to the aqueous solution of active silicic acid obtained in step (a) as soon as possible. Is preferred.

【0027】けれども、この加えらえる強酸の量を、活
性珪酸の水溶液のpHが0以下となる程に増大させると、
金属成分の溶出効果を高めることはできても、(c) 工程
での陰イオンの除去が困難となり易く、また、液のpHが
2以上となる添加量では、金属成分の溶出効果に乏し
い。強酸の中でも硝酸はアルミニウム分、鉄分等の金属
成分の溶出に特に高い効果を示す。また、この強酸によ
る多価金属成分の溶出効果は、液の温度及び溶出時間に
も依存し、温度 0〜40℃では10〜120 時間、40〜60℃で
は 2〜10時間、60〜100 ℃では 0.1〜2 時間、特に 0.5
〜2 時間程度が好ましく、この溶出時間を越える長時間
の放置は、場合によっては液の増粘、或いはゲル化が起
ることがあるから避けるのがよい。
However, if the amount of the strong acid to be added is increased to such an extent that the pH of the aqueous solution of activated silicic acid becomes 0 or less,
Although it is possible to enhance the elution effect of the metal component, it is difficult to remove the anion in the step (c), and the elution effect of the metal component is poor at the addition amount such that the pH of the solution is 2 or more. Among the strong acids, nitric acid has a particularly high effect on the elution of metal components such as aluminum and iron. The elution effect of the polyvalent metal component by this strong acid also depends on the temperature and elution time of the liquid.It is 10 to 120 hours at a temperature of 0 to 40 ° C, 2 to 10 hours at a temperature of 40 to 60 ° C, and 60 to 100 ° C. For 0.1 to 2 hours, especially 0.5
Approximately 2 hours is preferable, and it is preferable to avoid leaving the solution for a long time exceeding this elution time because the solution may thicken or gel in some cases.

【0028】(c) 工程では、(b) 工程において液中に溶
出された金属イオンと加えられた酸による陰イオンが、
水素型強酸性陽イオン交換樹脂及び水酸基型強塩基性陰
イオン交換樹脂によって除かれる。1回目の水素型強酸
性陽イオン交換樹脂処理後の生成液中には、加えられた
酸の陰イオンが存在するために、溶出金属のイオンが液
中に残り易い。場合によっては、水酸基型強塩基性陰イ
オン交換樹脂処理後の残存金属イオンの量は、液が5〜
7のpHを示す程の量となることもあり、このような場合
では、液は約1時間以内にゲル化を起すことがある。水
酸基型強塩基性陰イオン交換樹脂による陰イオンが除か
れた後の2度目に行われる水素型強酸性陽イオン交換樹
脂による処理を行うと、このような不所望の溶出金属イ
オンを更に除くことができるので好ましい。
In the step (c), the metal ions eluted in the liquid in the step (b) and the anion due to the added acid are
It is removed by hydrogen type strong acid cation exchange resin and hydroxyl type strong basic anion exchange resin. Since the anion of the added acid is present in the product solution after the first hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin treatment, the ions of the eluted metal are likely to remain in the solution. Depending on the case, the amount of residual metal ions after the treatment with the hydroxyl group-type strongly basic anion exchange resin is 5 to 5 times.
In some cases, the liquid may cause gelation within about 1 hour. When a second treatment with a hydrogen-type strongly acidic cation-exchange resin is performed after the anions have been removed by the hydroxyl-type strongly basic anion-exchange resin, such undesired eluted metal ions are further removed. It is preferable because it can

【0029】この(c) 工程によって得られた活性珪酸の
水溶液は、6時間以内にゲル化が起ることもある程に不
安定であるから、その生成後なるべく早く、好ましくは
直後に(d) 工程に回付される。この不安定な活性珪酸の
水溶液に加えられるナトリウム又はカリウムの水酸化物
の量がSiO2/M2Oモル比として60以下、特に50以下となる
程に多量の場合には、活性珪酸の重合が起こり易く、
(e)工程での粒子成長が抑制さたり、生成ゾルが不安
定となり易く、反対にこのモル比が 200以上、特に250
以上となる少量では、得られた液を(e) 工程と同様に処
理しても、コロイダルシリカの粒子径を増大させること
ができない。(d) 工程によって得られた液は、常温では
かなりの長時間安定であるが、高温では活性珪酸の重合
が起こるために、(d) 工程によって得られた液は、30時
間以内に(e) 工程に回付されることが好ましい。(d) 工
程において加えられるナトリウム又はカリウムの水酸化
物は、(e) 工程においてコロイダルシリカ粒子を平均粒
子径10〜30ミリミクロンの大きさに成長させる際、これ
ら水酸化物に替えて他の塩基、例えば、アンモニア、ア
ミン等を上記水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムと同
モル比に使用した場合に比べ、約2倍以上の速さのコロ
イダルシリカ粒子成長速度を与える。
Since the aqueous solution of activated silicic acid obtained by the step (c) is so unstable that gelation may occur within 6 hours, it may be formed as soon as possible, preferably immediately after (d) ) Referred to the process. If the amount of sodium or potassium hydroxide added to the unstable aqueous solution of activated silicic acid is 60 or less, especially 50 or less as a SiO 2 / M 2 O molar ratio, the polymerization of activated silicic acid is performed. Is likely to occur,
In the step (e), particle growth is suppressed and the produced sol tends to become unstable. On the contrary, the molar ratio is 200 or more, especially 250.
With the above-mentioned small amount, the particle size of colloidal silica cannot be increased even if the obtained liquid is treated in the same manner as in the step (e). The liquid obtained by the step (d) is stable for a long time at room temperature, but the liquid obtained by the step (d) is heated within 30 hours due to the polymerization of activated silicic acid at a high temperature. ) It is preferable that the step is sent to the step. Sodium or potassium hydroxide added in the step (d) may be replaced with other hydroxides when the colloidal silica particles are grown to have an average particle size of 10 to 30 mm in the step (e). It gives a colloidal silica particle growth rate which is about twice or more as fast as when a base such as ammonia or amine is used in the same molar ratio as the above sodium hydroxide or potassium hydroxide.

【0030】この速い粒子成長速度により、(e) 工程で
はフィード液の供給速度を高めることができるから、シ
リカゾルの生産速度が著しく増大する。そして(e) 工程
で行われる高い速度でのフィード液の供給は亦、生成シ
リカゾル中のコロイダルシリカ粒子の粒子径を不揃いに
して、粒子径分布を広げるのに好都合に作用する。(e)
工程では、高濃度シリカゾルの生産速度を高めるため
に、フィード液の供給と同時に生成ゾルから水を蒸発さ
せ、この蒸発水の除去が行われる。
Due to this high particle growth rate, the feed rate of the feed solution can be increased in the step (e), so that the production rate of silica sol is significantly increased. Further, the feeding of the feed liquid at a high speed performed in the step (e) also serves to make the particle diameters of the colloidal silica particles in the produced silica sol uneven so as to broaden the particle diameter distribution. (e)
In the step, in order to increase the production rate of the high-concentration silica sol, water is evaporated from the produced sol at the same time as the feed liquid is supplied, and the evaporated water is removed.

【0031】(e) 工程における液温が70℃以下では、液
中のコロイダルシリカ粒子の成長が充分に起こらないの
で、液中には平均粒子径10ミリミクロン以下の粒子径の
コロイダルシリカが生成する。このような小粒子径のシ
リカゾルが濃縮されると、液が増粘したりゲル化するこ
とがあり、30重量%以上のSiO2濃度の安定なゾルを得る
ことができない。液の温度は、70℃以上高い温度程高い
粒子成長速度を与えるが、100 ℃以上にも高いと、速過
ぎる粒子成長速度は平均粒子径の調節を困難ならしめ易
い。
When the liquid temperature in step (e) is 70 ° C. or less, the growth of colloidal silica particles in the liquid does not sufficiently occur, so that colloidal silica having an average particle size of 10 mm or less is generated in the liquid. To do. When the silica sol having such a small particle size is concentrated, the solution may thicken or gel, and a stable sol having a SiO 2 concentration of 30% by weight or more cannot be obtained. When the temperature of the liquid is higher than 70 ° C, the particle growth rate is high. However, when the temperature is higher than 100 ° C, the too high particle growth rate makes it difficult to control the average particle diameter.

【0032】70〜100 ℃においてヒール液にフィード液
を加えて行くと、その混合液中でコロイダルシリカの粒
子成長が起こるが、ヒール液の5倍量以下のフィード液
の供給によっては、平均粒子径10ミリミクロン以上の大
きさにまで粒子を成長させることができず、この場合も
やはり30重量%以上に濃縮された安定なゾルは得られな
い。フィード液の供給量の増大と共に、コロイダルシリ
カの平均粒子径は増大するが、ヒール液の20倍量以上に
も多いと、平均粒子径は30ミリミクロンを超えてしま
い、高い結合力を有するゾルが得られない。
When the feed solution is added to the heel solution at 70 to 100 ° C., particle growth of colloidal silica occurs in the mixture solution. The particles cannot be grown to a size of 10 millimicrons or more, and in this case too, a stable sol concentrated to 30% by weight or more cannot be obtained. The average particle size of colloidal silica increases with the increase of the feed liquid supply, but if it is more than 20 times as much as that of the heel liquid, the average particle size exceeds 30 millimicrons, and the sol having a high binding force. Can't get

【0033】けれども、このフィード液量とコロイダル
シリカの平均粒子径との間の関係は、更にフィード液の
供給速度にも影響され、ヒール液の 5〜20倍量のフィー
ド液を50時間以内にヒール液に供給すると平均粒子径10
ミリミクロン以上のコロイダルシリカが生成しない。こ
の点については、恐らく、(e)工程では、供給された
フィード液中の活性珪酸の一部はコロイダルシリカ粒子
表面に沈着しないで、この一部の活性珪酸から新たな核
粒子が液中に生じ、特に、供給速度が大きいときには供
給されるフィード液中の活性珪酸の一部は粒子成長に消
費されるが、その量に対し上記同様にして新たな核粒子
を生み出して行く残部の活性珪酸の量の割合が増加する
ために、平均粒子径10ミリミクロン以上のコロイダルシ
リカ粒子が効率よく生成しないと考えられる。従って、
速過ぎるフィード液の供給は避けるべきであるが、ヒー
ル液の 5〜20倍量のフィード液を 200時間以上もの長い
時間で供給することは、シリカゾルの工業生産には効率
的ではない。また、一定品質のシリカゾルを工業生産す
るには、このフィード液の供給は50〜200 時間の間連続
的に行うのがよい。
However, the relationship between the amount of the feed liquid and the average particle size of the colloidal silica is further influenced by the feed speed of the feed liquid, and 5 to 20 times as much as the heel liquid is fed within 50 hours. Average particle size of 10 when supplied to heel fluid
Colloidal silica of millimicron or more is not formed. With respect to this point, it is probable that in step (e), some of the active silicic acid in the supplied feed solution does not deposit on the surface of the colloidal silica particles, and new core particles from this part of the active silicic acid enter the solution. Particularly, when the feed rate is high, a part of the active silicic acid in the feed liquid that is fed is consumed for particle growth. It is considered that colloidal silica particles having an average particle diameter of 10 mm or more are not efficiently generated due to the increase in the ratio of the amount of. Therefore,
Feeding the feed liquid too fast should be avoided, but feeding 5 to 20 times as much feed liquid as the heel liquid in a long time of 200 hours or more is not efficient for industrial production of silica sol. Further, in order to industrially produce silica sol having a constant quality, it is preferable that the feed solution is continuously supplied for 50 to 200 hours.

【0034】(e) 工程でこの供給と、これと同時に行わ
れる濃縮によって、容器内液面が器壁上を変動すること
が起こると、変動した器壁上にシリカゾルのゲル化物の
沈着が起こり易く、好ましい製品ゾルが生成し難いの
で、(e) 工程では、フィード液の供給速度と蒸発水の除
去速度を調節して、容器内液量を常に一定に保つのがよ
い。(e) 工程において生成シリカゾルのSiO2濃度を50重
量%以上にも濃縮すると、ゾルの粘度が好ましくない粘
度にまで高まることがあるので、このような高濃度のゾ
ルは(e)工程では生成させない方がよい。
When the liquid level in the container fluctuates on the vessel wall due to the supply and the concentration performed at the same time in the step (e), the silica sol gelation product is deposited on the varied vessel wall. Since it is easy and it is difficult to produce a preferable product sol, in the step (e), it is preferable to control the feed rate of the feed solution and the removal rate of the evaporated water to keep the amount of the solution in the container constant. If the SiO 2 concentration of the silica sol produced in the step (e) is concentrated to 50% by weight or more, the viscosity of the sol may increase to an undesired viscosity. Therefore, such a high concentration sol is produced in the step (e). It is better not to let it.

【0035】(e) 工程で生成したゾル中には、(d) 工程
で加えられたナトリウム又はカリウム分が含まれている
ので、(f) 工程での水素型強酸性陽イオン交換樹脂処理
および水酸基型強塩基性陰イオン交換樹脂処理によっ
て、ゾルからその中の陽イオン及び陰イオンが除かれ
る。特にアルカリ金属イオンを更に除くためには、2度
目の水素型強酸性陽イオン交換樹脂処理を行うのがよ
い。(f) 工程で陽イオンが除かれたゾルは、活性珪酸の
水溶液の如き不安定性は示さないが、尚充分な安定性を
有していないから、イオン交換樹脂による処理もなるべ
く高温で行わない方がよく、(f) 工程終了後なるべく早
く、好ましくは直ちに、(g) 工程で安定化させるのがよ
い。この安定化のためにゾルに 8〜10.5のpHを与えるの
に用いられるアンモニアは、高純度でかつ安価にアンモ
ニア水として入手されるのみならず、使用後のシリカゾ
ゾルから容易に揮散させることができ、シリカゾルを種
々の用途に用いるのに好都合である。
Since the sol produced in step (e) contains the sodium or potassium component added in step (d), the hydrogen-type strong acidic cation exchange resin treatment in step (f) and The cations and anions in the sol are removed from the sol by the treatment with the hydroxyl group type strongly basic anion exchange resin. In particular, in order to further remove the alkali metal ions, it is preferable to carry out the second hydrogen type strong acid cation exchange resin treatment. The sol from which cations have been removed in step (f) does not show instability like the aqueous solution of activated silicic acid, but does not have sufficient stability, so treatment with an ion exchange resin should not be carried out at as high a temperature as possible. It is better to stabilize in the step (g) as soon as possible after the completion of the step (f), preferably immediately. The ammonia used to give the sol a pH of 8 to 10.5 for this stabilization is not only highly pure and inexpensively available as aqueous ammonia, but can be easily volatilized from the used silica zosol. , Silica sol is convenient for various uses.

【0036】[0036]

【実施例】【Example】

(a) 工程 原料の水溶性アルカリ金属珪酸塩として、JIS 3号のナ
トリウム水ガラスを用意した。この水ガラスの水以外の
主な成分は、SiO228.8重量%、Na2O 9.47 重量%、Al2O
3 280 ppm 、Fe2O3 45 ppm、CaO 46 ppm、MgO 25 ppmで
あった。
(a) Step As a water-soluble alkali metal silicate as a raw material, JIS No. 3 sodium water glass was prepared. The main components of this water glass other than water are SiO 2 28.8% by weight, Na 2 O 9.47% by weight, and Al 2 O.
It was 3 280 ppm, Fe 2 O 3 45 ppm, CaO 46 ppm, and MgO 25 ppm.

【0037】上記水ガラス5.25kgを純水3675kgに溶かし
て、SiO2濃度 3.6重量%の珪酸ナトリウム水溶液 420kg
を調製した。次いで、25℃の上記珪酸ナトリウム水溶液
を、水素型強酸性陽イオン交換樹脂アンバーライトIR−
120B充填のカラムに1時間当たりの空間速度3で通液し
た後、得られたSiO2濃度3.54重量%、pH2.78、電気伝導
度 667.5μS/cmを有する25℃の活性珪酸の水溶液 357kg
を容器に回収した。
5.25 kg of the above-mentioned water glass is dissolved in 3675 kg of pure water, and 420 kg of an aqueous solution of sodium silicate having a SiO 2 concentration of 3.6% by weight.
Was prepared. Then, the above-mentioned sodium silicate aqueous solution at 25 ° C. was treated with hydrogen type strong acid cation exchange resin Amberlite IR-
After passing through a column packed with 120B at a space velocity of 3 per hour, the obtained SiO 2 concentration was 3.54% by weight, pH was 2.78, and the electrical conductivity was 667.5 μS / cm.
Was collected in a container.

【0038】(b) 工程 用いられる強酸として、市販品の特級試薬の硝酸 (比重
1.38、HNO361.3重量%)を用意した。(a) 工程で得られ
た直後の活性珪酸の水溶液35.7kgに上記硝酸 121.2g を
加え、pH 1.54 とし、20℃に48時間保持して(b) 工程を
終了した。
(B) Step As the strong acid used, nitric acid (specific gravity
1.38, HNO 3 61.3% by weight) was prepared. 123.2 g of the above nitric acid was added to 35.7 kg of the aqueous solution of activated silicic acid immediately after obtained in the step (a) to adjust the pH to 1.54 and kept at 20 ° C. for 48 hours to complete the step (b).

【0039】実施例1 上記(b) 工程終了後、下記(c) 工程〜(g) 工程を順次経
て本発明による安定な水性シリカゾルを製造した。水素
型強酸性樹脂陽イオン交換樹脂としては、アンバーライ
トIR−12Bをその陽イオン交換容量の3倍に相当する水
素イオン含量の硫酸水溶液で処理したものが用いられ
た。また、水酸基型強塩基性陰イオン交換樹脂として
は、アンバーライト IRA−410 をその陰イオン交換容量
の3倍に相当する水酸基含量の水酸化ナトリウム水溶液
で処理したものが用いられた。
Example 1 After the above step (b) was completed, the stable aqueous silica sol according to the present invention was manufactured through the following steps (c) to (g). As the hydrogen type strong acid resin cation exchange resin, Amberlite IR-12B treated with an aqueous sulfuric acid solution having a hydrogen ion content corresponding to three times the cation exchange capacity was used. As the hydroxyl group-type strongly basic anion exchange resin, used was Amberlite IRA-410 treated with an aqueous sodium hydroxide solution having a hydroxyl group content corresponding to 3 times its anion exchange capacity.

【0040】(c) 工程 上記(b) 工程で得られた直後の活性珪酸の水溶液35.7g
を、上記水素型強酸性陽イオン交換樹脂アンバーライト
IR−120B充填の約25℃のカラムに、1時間当たりの空間
速度5で通液した後、得られた液全量をそのまま引き続
き上記水酸基型強塩基性陰イオン交換樹脂アンバーライ
ト IRA−410 を充填した約25℃のカラムに1時間当たり
の空間速度3で通液した。引き続き、得られた液全量
を、別の上記水素型強酸性陽イオン交換樹脂アンバーラ
イトIR−120Bを充填した約25℃のカラムに、1時間当た
りの空間速度5で通液した後、得られた液全量 30.28Kg
を容器に回収した。この容器に回収された液は、 SiO2
濃度3.52重量%、pH4.38、電気伝導度 27.20μS/cmを有
し、0.25ppm の Al2O3、0.19ppm のFe2O3 、0.08ppmのC
aO 、0.02ppm のMgO を含有していた。
Step (c) 35.7 g of an aqueous solution of activated silicic acid immediately after the above step (b)
The above hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin Amberlite
After passing through an IR-120B packed column at about 25 ° C. at a space velocity of 5 per hour, the entire amount of the obtained liquid was continuously loaded as it was with the above hydroxyl group-type strongly basic anion exchange resin Amberlite IRA-410. The liquid was passed through the column at about 25 ° C. at a space velocity of 3 per hour. Subsequently, the total amount of the obtained liquid was passed through a column at about 25 ° C. packed with another hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin Amberlite IR-120B at a space velocity of 5 per hour to obtain a liquid. Total liquid 30.28Kg
Was collected in a container. The liquid collected in this container is SiO 2
Concentration 3.52% by weight, pH 4.38, electric conductivity 27.20μS / cm, 0.25ppm Al 2 O 3 , 0.19ppm Fe 2 O 3 , 0.08ppm C
It contained aO, 0.02 ppm MgO.

【0041】(d) 工程 市販品の特級試薬の水酸化ナトリウム (純度95%) を純
水に溶かすことにより得られた10重量%の水酸化ナトリ
ウム水溶液 178g を(c) 工程で得られた直後の活性珪酸
の水溶液 30.28kgに25℃で加えることにより安定化され
た活性珪酸の水溶液を得た。この水溶液は、SiO2濃度
3.5重量%、SiO2/Na2O モル比80、pH8.20、電気伝導度
732μS/cmを有していた。
Step (d) Immediately after obtaining 178 g of a 10 wt% sodium hydroxide aqueous solution obtained by dissolving sodium hydroxide (purity 95%), which is a commercially available special grade reagent, in pure water in the step (c) A stabilized aqueous solution of active silicic acid was obtained by adding to 30.28 kg of the aqueous solution of active silicic acid at 25 ° C. This aqueous solution has a SiO 2 concentration
3.5% by weight, SiO 2 / Na 2 O molar ratio 80, pH 8.20, electrical conductivity
It had 732 μS / cm.

【0042】(e) 工程 内容積5リットルのガラス製反応器に、攪拌機、冷却
器、減圧装置、液面感知装置、電磁弁、加熱装置等が具
備された反応装置が用いられた。(d) 工程で得られた直
後の安定化された活性珪酸の水溶液 2.67kg をヒール液
として上記反応器に投入し、加熱によってヒール液の温
度を90℃に調節した後、上記(d) 工程で得られた直後の
安定化された活性珪酸の水溶液 27.78kgをフィード液と
して95時間を要して上記容器内に連続的に供給し、容器
内液温を沸点の90℃に保つと共に減圧に保ち、そして蒸
発水を連続的に除くことにより容器内液量を一定に保っ
た。フィード液の供給速度は 292.4g/H であった。この
ようにして全量 27.78kgのフィード液の供給を終了し
た。容器内に生成したシリカゾルは常温に冷却され、全
量3.23kgが器外へ排出された。
(E) Step A reaction apparatus was used which was equipped with a stirrer, a cooler, a decompression device, a liquid level sensing device, a solenoid valve, a heating device, etc. in a glass reactor having an internal volume of 5 liters. 2.67 kg of a stabilized aqueous solution of activated silicic acid immediately after being obtained in step (d) was charged into the above reactor as a heel liquid, and the temperature of the heel liquid was adjusted to 90 ° C. by heating, followed by the above step (d). The solution of 27.78 kg of the stabilized activated silicic acid solution immediately after being obtained in 1. was continuously fed into the above container as a feed liquid over 95 hours, and the liquid temperature in the container was kept at the boiling point of 90 ° C and the pressure was reduced. The amount of liquid in the container was kept constant by keeping it constant and evaporating water continuously. The feed rate of the feed solution was 292.4 g / H. In this way, the supply of the total feed liquid of 27.78 kg was completed. The silica sol produced in the container was cooled to room temperature, and 3.23 kg in total was discharged out of the container.

【0043】この得られたシリカゾルは、比重 1.233、
pH9.92、20℃の粘度26.0cp、BET法平均粒子径13.2ミ
リミクロン、電気伝導度3240μS/cmを有し、60℃で1ケ
月以上変質しないという安定性を示し、そしてSiO233.0
重量%、SiO2/Na2O モル比85.2、Al2O3 2.34ppm 、Fe2O
3 1.78ppm を含有していた。 (f) 工程 (e) 工程で得られたシリカゾルを、水素型強酸性陽イオ
ン交換樹脂アンバーライトIR−120Bを充填した約25℃の
カラムに、1時間当たりの空間速度3の通液速度で通過
させ、次いで、この通過により得られたシリカゾルを引
き続き、水酸基型強塩基性陰イオン交換樹脂アンバーラ
イト IRA−410 を充填した約25℃のカラムに、1時間当
たりの空間速度3の速さで通過させ、最後に、この通過
により得られたシリカゾルを引き続き、水素型強酸性陽
イオン交換樹脂アンバーライトIR−120Bを充填した約25
℃のカラムに、1時間当たりの空間速度3の速さで通過
させることにより、酸性の水性シリカゾル3.15kgを得
た。
The obtained silica sol has a specific gravity of 1.233,
It has a pH of 9.92, a viscosity of 20 ° C of 26.0 cp, a BET average particle size of 13.2 millimicron and an electrical conductivity of 3240 μS / cm, and shows a stability of not deteriorating at 60 ° C for more than 1 month, and SiO 2 33.0.
% By weight, SiO 2 / Na 2 O molar ratio 85.2, Al 2 O 3 2.34ppm, Fe 2 O
3 It contained 1.78 ppm. (f) Step The silica sol obtained in the step (e) is passed through a column filled with hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin Amberlite IR-120B at a temperature of about 25 ° C at a space velocity of 3 per hour. Then, the silica sol obtained by this passage was continuously passed through a column of about 25 ° C. packed with a hydroxyl group type strongly basic anion exchange resin Amberlite IRA-410 at a space velocity of 3 per hour. Finally, the silica sol obtained by this passage was continuously charged with hydrogen type strongly acidic cation exchange resin Amberlite IR-120B at about 25.
3.15 kg of acidic aqueous silica sol was obtained by passing through the column at a rate of space velocity of 3 per hour.

【0044】このゾルは、比重 1.205、pH4.72、20℃粘
度3.6cp 、電気伝導度70μS/cm、 SiO2 濃度30.7重量
%、Na2O 190ppm 、SiO2/Na2O モル比1670を有してい
た。 (g) 工程 市販の特級試薬の28%アンモニア水15.0g を上記(f) 工
程で得られた直後の25℃のシリカゾルに撹拌下加えるこ
とにより、2015gのシリカゾルを得た。
This sol has a specific gravity of 1.205, pH 4.72, viscosity at 20 ° C. of 3.6 cp, electric conductivity of 70 μS / cm, SiO 2 concentration of 30.7 wt%, Na 2 O 190 ppm and SiO 2 / Na 2 O molar ratio of 1670. Was. Step (g) By adding 15.0 g of 28% ammonia water as a commercial grade reagent to the silica sol at 25 ° C. immediately after being obtained in the step (f) under stirring, 2015 g of silica sol was obtained.

【0045】この得られたゾルは、比重 1.205、pH9.2
0、20℃粘度 9.8cp、電気伝導度2820μS/cm、60℃で1
ヶ月以上変質しないという安定性を有し、 SiO230.5 重
量%、SiO2/(NH4)2Oモル比83、Al2O32.16ppm、Fe2O31.6
5ppm、Na2O 190ppm 、Cl 6.0ppm 、SO4 8.2ppmを含有
し、そして電子顕微鏡によるコロイダルシリカの粒子径
は最小4ミリミクロンから最大20ミリミクロンにわたる
広い分布を有していた。
The obtained sol has a specific gravity of 1.205 and a pH of 9.2.
0, 20 ℃ viscosity 9.8cp, electric conductivity 2820μS / cm, 1 at 60 ℃
A stability of not altered or months, SiO 2 30.5 wt%, SiO 2 / (NH 4 ) 2 O molar ratio 83, Al 2 O 3 2.16ppm, Fe 2 O 3 1.6
It contained 5 ppm, 190 ppm Na 2 O, 6.0 ppm Cl, 8.2 ppm SO 4 , and had a broad distribution of particle size of colloidal silica by electron microscopy ranging from a minimum of 4 millimicrons to a maximum of 20 millimicrons.

【0046】実施例2 この実施例では、実施例1の(c) 工程と同様にしてつく
られた活性珪酸の水溶液から、下記(d) 〜(g) 工程を経
てシリカゾルが製造された。用いられた水酸化ナトリウ
ム水溶液、アンモニア水、イオン交換樹脂、反応装置等
は実施例1に用いられたものと同じものが用いられた。
Example 2 In this example, a silica sol was produced from the aqueous solution of active silicic acid prepared in the same manner as in the step (c) of Example 1 through the following steps (d) to (g). The same sodium hydroxide aqueous solution, ammonia water, ion exchange resin, reactor and the like as used in Example 1 were used.

【0047】(d) 工程 (c) 工程で得られた直後の活性珪酸の水溶液40.4kgに25
℃で10重量%の水酸化ナトリウム水溶液146gを加えるこ
とにより安定化された活性珪酸の水溶液 40.55g を得
た。この水溶液は、SiO2濃度 3.5重量%、pH7.82、SiO2
/Na2O モル比 130、電気伝導度 612μS/cmを有してい
た。
(D) Step 25 Immediately after obtaining in step (c), 25
40.55 g of an aqueous solution of activated silicic acid stabilized by adding 146 g of a 10% by weight sodium hydroxide aqueous solution at 0 ° C was obtained. This aqueous solution has a SiO 2 concentration of 3.5% by weight, pH 7.82, and SiO 2
It had a molar ratio of / Na 2 O of 130 and an electric conductivity of 612 μS / cm.

【0048】(e) 工程 (d) 工程で得られた安定化された活性珪酸の水溶液をヒ
ール液として2.54kg反応器に投入し、容器内液温を沸点
の95℃に保ちながら、(d) 工程で得られた安定化された
活性珪酸の水溶液38kgをフィード液として 180時間を要
して連続的に供給した。この時間の間容器内は減圧に保
ち、連続的に蒸発水を除くことにより、容器内液量を一
定に保った。フィード液の供給速度は 211g/H であっ
た。この反応の終了後、得られたシリカゾルは冷却さ
れ、全量3.33kgが器外へ排出された。
Step (e) The stabilized aqueous solution of activated silicic acid obtained in step (d) was charged into a 2.54 kg reactor as a heel liquid, and while maintaining the liquid temperature in the container at the boiling point of 95 ° C., (d) ) 38 kg of the stabilized active silicic acid aqueous solution obtained in the step was continuously fed for 180 hours as a feed liquid. During this time, the inside of the container was kept at a reduced pressure and the evaporated water was continuously removed to keep the amount of liquid in the container constant. The feed rate of the feed liquid was 211 g / H. After completion of this reaction, the obtained silica sol was cooled and a total amount of 3.33 kg was discharged out of the vessel.

【0049】この得られた水性シリカゾルは、比重 1.3
20、pH9.76、20℃粘度29.6cp、電気伝導度2020μS/cm、
BET法平均粒子径21.0ミリミクロン、60℃で一ケ月以
上変質しないという安定性を有し、SiO242.6重量%、Si
O2/Na2O モル比 147、Al2O3 2.89ppm 、Fe2O3 2.20ppm
を含有していた。 (f) 工程 (e) 工程で得られたシリカゾルを、水素型強酸性陽イオ
ン交換樹脂を充填した約25℃のカラムに、1時間当たり
の空間速度3の速さで通過させ、次いでこの通過により
得られたシリカゾルを引き続き、水酸基型強塩基性陰イ
オン交換樹脂を充填した約25℃のカラムに、1時間当た
りの空間速度3の速さで通過させ、最後に、この通過に
より得られたシリカゾルを引き続き、水素型強酸性陽イ
オン交換樹脂を充填した約25℃のカラムに、1時間当た
りの空間速度3の速度で通過させることにより、酸性の
水性シリカゾル 3.1kgを得た。
The obtained aqueous silica sol had a specific gravity of 1.3.
20, pH 9.76, 20 ℃ viscosity 29.6cp, electric conductivity 2020μS / cm,
BET average particle size 21.0 mm, stable at 60 ° C for more than 1 month without deterioration, SiO 2 42.6% by weight, Si
O 2 / Na 2 O molar ratio 147, Al 2 O 3 2.89ppm, Fe 2 O 3 2.20ppm
Was included. (f) Step The silica sol obtained in the step (e) is passed through a column of about 25 ° C packed with a hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin at a space velocity of 3 per hour, and then this passage is performed. The silica sol obtained by (1) was subsequently passed through a column of about 25 ° C. packed with a hydroxyl group type strongly basic anion exchange resin at a space velocity of 3 per hour, and finally obtained by this passage. The silica sol was subsequently passed through a column at about 25 ° C. packed with a hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin at a space velocity of 3 per hour to obtain 3.1 kg of acidic aqueous silica sol.

【0050】この得られたゾルは、比重 1.293、pH4.7
0、20℃粘度 5.6cp、電気伝導度 120μS/cm、SiO2濃度4
0.7重量%、Na2O 700ppm 、SiO2/Na2O モル比 601を有
していた。 (g) 工程 (f) 工程で得られた直後の水性シリカゾル3000gに撹拌
下、28重量%アンモニア水19gと10重量%硝酸水溶液
9.6gとを液温25℃で加えることにより3030gのシリカ
ゾルを得た。
The obtained sol has a specific gravity of 1.293 and a pH of 4.7.
0, 20 ℃ viscosity 5.6cp, electric conductivity 120μS / cm, SiO 2 concentration 4
It had 0.7% by weight, 700 ppm Na 2 O and a SiO 2 / Na 2 O molar ratio of 601. (g) Step 3000 g of the aqueous silica sol immediately after obtained in the step (f) is stirred with 19 g of 28% by weight ammonia water and 10% by weight nitric acid aqueous solution.
By adding 9.6 g and the liquid temperature at 25 ° C., 3030 g of silica sol was obtained.

【0051】このゾルは、比重 1.293、pH 9.5、20℃粘
度22cp、電気伝導度3920μS/cm、60℃で1ヶ月以上変質
しないという安定性を有し、SiO2濃度40.3重量%、 SiO
2/(NH4)2O モル比 143、 Al2O32.75ppm 、Fe2O3 2.09pp
m 、Na2O 693ppm 、 Cl 9.7ppm 、SO414.5ppm、NO3 32
0ppmを含有し、電子顕微鏡によるコロイダルシリカの粒
子径は最小約7ミリミクロンから最大約40ミリミクロン
にわたる広い分布を示し、その粒子の形状は歪形状であ
った。
[0051] This sol had a specific gravity of 1.293, pH 9.5,20 ℃ viscosity 22Cp, has a stability of not electric conductivity 3920μS / cm, 60 ℃ at least 1 month alteration, SiO 2 concentration of 40.3 wt%, SiO
2 / (NH 4 ) 2 O molar ratio 143, Al 2 O 3 2.75ppm, Fe 2 O 3 2.09pp
m, Na 2 O 693ppm, Cl 9.7ppm, SO 4 14.5ppm, NO 3 32
The particle size of colloidal silica containing 0 ppm showed a wide distribution ranging from a minimum of about 7 millimicrons to a maximum of about 40 millimicrons, and the shape of the particles was a distorted shape.

【0052】比較例1 この例では、実施例1における(e) 工程におけるフィー
ド液の供給時間が32時間に変更され、フィード液は実施
例1の(e) 工程における供給速度より高い速度で供給さ
れた。容器内液中SiO2濃度が約25%に到った頃、容器内
の液の粘度が上昇し始めた。このとき、容器から少量の
液を抜取り、BET法でコロイダルシリカの平均粒子径
を求めたところ、 6.8ミリミクロンであった。そしてフ
ィード液の供給を更に進めたところ、供給の終点で液の
粘度は著しく高く、明らかにゲルの生成が認められた。
この高粘度の液は容器から円滑に排出させ難く、取り出
された後常温に放置すると非流動性のゲルに変じた。
Comparative Example 1 In this example, the feed time of the feed liquid in the step (e) in Example 1 was changed to 32 hours, and the feed liquid was fed at a rate higher than that in the step (e) in Example 1. Was done. When the SiO 2 concentration in the liquid in the container reached about 25%, the viscosity of the liquid in the container began to increase. At this time, a small amount of liquid was withdrawn from the container, and the average particle diameter of the colloidal silica was determined by the BET method, and it was 6.8 millimicrons. When the feeding of the feed liquid was further advanced, the viscosity of the liquid was remarkably high at the end of the feeding, and the formation of gel was clearly recognized.
This highly viscous liquid was difficult to be smoothly discharged from the container, and when taken out and allowed to stand at room temperature, it became a non-flowing gel.

【0053】[0053]

【発明の効果】本発明の方法によると、30〜50重量%の
SiO2濃度を有し、かつ、コロイダルシリカの平均粒子径
が10〜30ミリミクロンである安定な水性シリカゾルを、
不純物として多価金属を含有する通常の工業製品の水ガ
ラス原料から、アルカリ金属酸化物含有量はシリカに対
し2000ppm 以下、そして多価金属酸化物含有量はシリカ
に対し300 ppm より低いという、高純度の工業製品とし
て効率よく生産することができる。
According to the method of the present invention, 30 to 50% by weight of
A stable aqueous silica sol having a SiO 2 concentration and having an average particle size of colloidal silica of 10 to 30 millimicrons,
From water glass raw materials for ordinary industrial products containing polyvalent metals as impurities, the content of alkali metal oxides is less than 2000 ppm for silica, and the content of polyvalent metal oxides is less than 300 ppm for silica. It can be efficiently produced as a pure industrial product.

【0054】この本発明の方法により製造された水性シ
リカゾルは、従来から用いられているシリカゾルの用途
に広く用いられ、特に、半導体表面の研磨剤、触媒用結
合剤、その他高純度が望まれる結合剤としての用途に好
適である。
The aqueous silica sol produced by the method of the present invention is widely used for the applications of conventionally used silica sol, and in particular, a polishing agent for a semiconductor surface, a binder for catalysts, and other bonds for which high purity is desired. It is suitable for use as an agent.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下記工程(a) 、(b) 、(c) 、(d)、(e)
、(f) 及び(g) からなる、30〜50重量%のSiO2濃度を
有し、シリカ以外の多価金属酸化物を実質的に含まな
い、かつ、コロイダルシリカの平均粒子径が10〜30ミリ
ミクロンである安定な水性シリカゾルの製造法。 (a) シリカ以外の多価金属酸化物をシリカに対し 300〜
10000ppmの比率に含有する水溶性のアルカリ金属珪酸塩
がこの珪酸塩に由来するSiO2分として 1〜6 重量%の濃
度に溶解しているアルカリ金属珪酸塩の水溶液を、水素
型強酸性陽イオン交換樹脂と接触させることによりSiO2
濃度 1〜6 重量%の活性珪酸の水溶液を生成させ、この
生成液を回収する工程、 (b) (a) 程で回収された活性珪酸の水溶液に強酸を加え
ることにより該水溶液をpH 0〜2.0 に調整した後、 0〜
100 ℃に 0.1〜120 時間保持する工程、 (c) (b) 程で得られた水溶液を水素型強酸性陽イオン交
換樹脂と接触させた後、この接触によって生成した液を
水酸基型強塩基性陰イオン交換樹脂と接触させることに
より、実質的に活性珪酸以外の溶解物質を含まず、か
つ、SiO2濃度が 1〜6 重量%である活性珪酸の水溶液を
生成させ、この生成液を回収する工程、 (d) (c) 工程で回収された活性珪酸の水溶液に、ナトリ
ウム又はカリウムの水酸化物の水溶液を、この水酸化物
に由来する M2O( 但し、M はナトリウム原子又はカリウ
ム原子を表す。) と上記活性珪酸の水溶液に含まれるSi
O2とのSiO2/M2Oモル比が50〜250 となるように加えるこ
とにより、 1〜6 重量%のSiO2濃度と 7〜9 のpHを有す
る安定化された活性珪酸の水溶液を生成させる工程、 (e) (d)工程で得られた安定化された活性珪酸の水溶液
をヒール液として1重量部容器中に投入し、この容器内
液温を70〜100 ℃に保つと共に、上記 (d)工程で得られ
た安定化された活性珪酸の水溶液 5〜20重量部をフィー
ド液として上記容器中に50〜200 時間の間に連続的に供
給しながら、この時間の間上記容器内を常圧又は減圧に
保ち、そして上記容器内液量が一定に保たれるように上
記容器から水を蒸発により除くことにより、30〜50重量
%のSiO2濃度を有し、かつ、コロイダルシリカの平均粒
子径が10〜30ミリミクロンである安定な水性シリカゾル
を生成させる工程、 (f) (e)工程で得られた安定な水性シリカゾルを水素型
強酸性陽イオン交換樹脂と接触させた後、この接触によ
り生成した水性シリカゾルを水酸基型強塩基性陰イオン
交換樹脂と接触させることによりシリカ以外の多価金属
酸化物を実質的に含まない酸性の水性シリカゾルを生成
させる工程、及び (g) (f)工程で生成した酸性の水性ゾルに、そのゾルのp
Hが8〜10.5となるようにアンモニアを加えることによ
り、30〜50重量%のSiO2濃度を有し、シリカ以外の多価
金属酸化物を実質的に含まず、そしてコロイダルシリカ
の平均粒子径が10〜30ミリミクロンである安定な水性シ
リカゾルを生成させる工程。
1. The following steps (a), (b), (c), (d) and (e)
, (F) and (g), having a SiO 2 concentration of 30 to 50% by weight, containing substantially no polyvalent metal oxide other than silica, and having an average particle size of colloidal silica of 10 to A method of making a stable aqueous silica sol that is 30 millimicrons. (a) Polyvalent metal oxide other than silica is added to silica in an amount of 300-
An aqueous solution of an alkali metal silicate in which a water-soluble alkali metal silicate contained in a ratio of 10000 ppm is dissolved in a concentration of 1 to 6% by weight as SiO 2 content derived from this silicate is used as a hydrogen-type strong acidic cation. SiO 2 by contact with exchange resin
A step of generating an aqueous solution of active silicic acid having a concentration of 1 to 6% by weight and recovering the resulting solution; (b) adding a strong acid to the aqueous solution of active silicic acid recovered in step (a) After adjusting to 2.0, 0 ~
Step of holding at 100 ℃ for 0.1 to 120 hours, (c) After contacting the aqueous solution obtained in (b) with a strongly acidic cation-exchange resin of hydrogen type, the liquid produced by this contact is made into a strongly basic hydroxyl group. By contacting with an anion exchange resin, an active silicic acid aqueous solution containing virtually no dissolved substances other than active silicic acid and having a SiO 2 concentration of 1 to 6 wt% is produced, and this product solution is recovered. In the aqueous solution of activated silicic acid recovered in the step (d) and (c), an aqueous solution of sodium or potassium hydroxide is added to M 2 O derived from this hydroxide (where M is a sodium atom or a potassium atom). And Si contained in the aqueous solution of activated silicic acid.
SiO 2 / M 2 O molar ratio of O 2 is by adding so that 50 to 250, the aqueous solution of the stabilized active silicic acid having a pH of SiO 2 concentration of 1-6 wt% and 7-9 1 part by weight of the stabilized active silicic acid aqueous solution obtained in the steps (e) and (d) as a heel liquid is charged into the container, and the liquid temperature in the container is kept at 70 to 100 ° C. While continuously supplying 5 to 20 parts by weight of the aqueous solution of the stabilized activated silicic acid obtained in the step (d) as a feed liquid into the above container for 50 to 200 hours, the above container for this time. The inside of the container is kept at normal pressure or reduced pressure, and by removing water from the container by evaporation so that the liquid amount in the container is kept constant, it has a SiO 2 concentration of 30 to 50% by weight, and is colloidal. Obtained in the steps (f) and (e) of forming a stable aqueous silica sol in which the average particle size of silica is 10 to 30 millimicrons After contacting a stable aqueous silica sol with a hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin, the aqueous silica sol produced by this contact is contacted with a hydroxyl group-type strongly basic anion exchange resin to remove polyvalent metal oxides other than silica. The step of forming an acidic aqueous silica sol substantially not containing the acidic aqueous sol produced in the steps (g) and (f),
By adding ammonia so that H becomes 8 to 10.5, it has a SiO 2 concentration of 30 to 50% by weight, contains substantially no polyvalent metal oxide other than silica, and has an average particle diameter of colloidal silica. To produce a stable aqueous silica sol having a particle size of 10 to 30 millimicrons.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5780664A (en) * 1993-08-17 1998-07-14 Asahi Kasei Kogyo Kabushi Kaisha Ammoxidation catalyst composition
WO2001047808A1 (en) * 1999-12-28 2001-07-05 M. Watanabe & Co., Ltd. Method for producing silica particles, synthetic quartz powder and synthetic quartz glass
JP2001192223A (en) * 1999-12-28 2001-07-17 Watanabe Shoko:Kk Manufacturing method of high purity synthetic quartz powder
JP2006213541A (en) * 2005-02-02 2006-08-17 Catalysts & Chem Ind Co Ltd Method for producing high-purity aqueous silica sol
WO2007018069A1 (en) * 2005-08-10 2007-02-15 Catalysts & Chemicals Industries Co., Ltd. Deformed silica sol and process for producing the same
CN100363255C (en) * 2006-05-31 2008-01-23 河北工业大学 Purification method of special nano-silica sol for VLSI
CN103043671A (en) * 2012-12-27 2013-04-17 上海新安纳电子科技有限公司 Production method for polysilicic acid
JPWO2014188934A1 (en) * 2013-05-20 2017-02-23 日産化学工業株式会社 Silica sol and silica-containing epoxy resin composition

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104030300B (en) * 2014-07-09 2015-11-04 中国海洋石油总公司 A kind of preparation method of catalytic cracking catalyst binding agent silicon sol

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0714697B1 (en) * 1993-08-17 2001-11-21 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Ammoxidation catalyst composition
US5780664A (en) * 1993-08-17 1998-07-14 Asahi Kasei Kogyo Kabushi Kaisha Ammoxidation catalyst composition
KR100720016B1 (en) * 1999-12-28 2007-05-18 가부시키가이샤 와타나베 쇼코 Synthesis method of silica particles, synthetic quartz powder and synthetic quartz glass
WO2001047808A1 (en) * 1999-12-28 2001-07-05 M. Watanabe & Co., Ltd. Method for producing silica particles, synthetic quartz powder and synthetic quartz glass
JP2001192223A (en) * 1999-12-28 2001-07-17 Watanabe Shoko:Kk Manufacturing method of high purity synthetic quartz powder
US7140201B2 (en) 1999-12-28 2006-11-28 M. Watanabe & Co., Ltd. Method for producing silica particles
JP2006213541A (en) * 2005-02-02 2006-08-17 Catalysts & Chem Ind Co Ltd Method for producing high-purity aqueous silica sol
WO2007018069A1 (en) * 2005-08-10 2007-02-15 Catalysts & Chemicals Industries Co., Ltd. Deformed silica sol and process for producing the same
JP5127452B2 (en) * 2005-08-10 2013-01-23 日揮触媒化成株式会社 Method for producing deformed silica sol
JP2013032276A (en) * 2005-08-10 2013-02-14 Jgc Catalysts & Chemicals Ltd Deformed silica sol
CN100363255C (en) * 2006-05-31 2008-01-23 河北工业大学 Purification method of special nano-silica sol for VLSI
CN103043671A (en) * 2012-12-27 2013-04-17 上海新安纳电子科技有限公司 Production method for polysilicic acid
JPWO2014188934A1 (en) * 2013-05-20 2017-02-23 日産化学工業株式会社 Silica sol and silica-containing epoxy resin composition

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