高端填料用低辐射球形硅微粉的制备方法与流程

1.本发明涉及二氧化硅微粉的制备技术领域，具体涉及高端填料用低辐射球形硅微粉的制备方法。


背景技术：

2.二氧化硅微粉作为目前世界上生产产量最高的粉体材料之一，以其无毒、无味、无污染、低密度和高比表面等特性，在电子、橡胶、涂料及树脂复合材料等领域获得了广泛的应用。
3.目前生产低辐射球形硅微粉的方法主要有两种。一种是通过物理法如高温熔融喷射法、火焰熔融法和等离子体法等对天然高纯石英或高纯硅微粉进行球形化并冷却后获得产品，此方法流程简单，但是对天然石英要求较高，工业化生产时会受矿源条件限制，难以可持续生产制备；另一种是采用化学法对高纯有机硅烷或水玻璃进行乳化、浓缩、造粒，获得高纯的硅微粉后，再进行焙烧和球形化过程以获得高纯低放射性球形硅微粉，此方法制备的产品纯度高但工艺流程复杂，且样品往往存在表面不光滑、松装密度低、流动性不足和填充度低等缺点而影响其使用性能，致使无法实现工业化生产。
4.因此需要高端填料用低辐射球形硅微粉的制备方法，以解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供高端填料用低辐射球形硅微粉的制备方法，以解决上述背景技术中提出的样品往往存在表面不光滑、松装密度低、流动性不足和填充度低等缺点而影响其使用性能，致使无法实现工业化生产的问题。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：高端填料用低辐射球形硅微粉的制备方法，包括如下步骤：
7.步骤(1)、对含铀的硅微粉进行预处理：取普通硅微粉，取出后放入无尘粉碎机中进行无尘超细粉碎，粉碎后放入分级筛分机内进行精选，制得超细硅微粉；
8.步骤(2)、浆料的制备：取步骤(1)中制得的超细硅微粉，往超细硅微粉中加入去离子水，并放入磁力搅拌机中混合搅拌，搅拌后添加酸性试剂调节混合液的ph值到适宜范围，制得浆料；
9.步骤(3)、介孔吸附装置的制备：取一个蜂窝陶瓷和块状二氧化硅基气凝胶，将二氧化硅基气凝胶均匀地粘附于蜂窝陶瓷的孔道壁上，涂抹均匀后放入烘箱内进行高温烘烤，待胶黏剂干燥后，往蜂窝陶瓷的孔道内通入无尘氮气，将未完全粘附的二氧化硅基气凝胶吹干净后，获得介孔吸附装置；
10.步骤(4)、吸附和提纯处理：使用循环水泵抽取步骤(2)获得的浆料，将抽取的浆料通过步骤(3)获得的介孔吸附装置，对步骤(2)获得的浆料中的铀元素进行吸附分离处理，重复吸附提纯过程2～3次后，制得低辐射球形硅微粉。
11.本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现，步骤(1)中进行无尘
粉碎及分级筛分的目的是使原本在普通硅微粉颗粒内部的铀元素暴露于表面，以制得超细硅微粉。
12.本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现，步骤(1)无尘粉碎机的转速为400～450r/min，粉碎处理的时间为10～15min，筛分的级数为四级，粉末过50目筛。
13.本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现，步骤(1)中超细硅微粉与去离子水的质量比为2:1。
14.本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现，步骤(2)中磁力搅拌机的转速为350～450r/min，磁力搅拌的时间为35min。
15.本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现，步骤(2)中所添加的酸性试剂为20％的乙酸，并将ph调节至4.5以下。
16.本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现，步骤(3)中的块状二氧化硅基气凝胶的比表面积为400～600
㎡
/g。
17.本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现，步骤(3)中烘箱的温度为60℃，烘烤的时间为4h。
18.本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现，步骤(4)中对浆料中的铀元素进行循环吸附分离处理的时间为2h，每次提纯后介孔吸附装置需要更换，不能重复使用。
19.在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：
20.将超细硅微粉中的铀元素分散在酸性浆料中，然后使用二氧化硅气凝胶和蜂窝陶瓷复合介孔吸附装置对其进行吸附完成材料精选与提纯，使超细硅微粉中铀元素总含量降低至低点，并通过火焰熔融法和无污染后加工技术最终获得高纯低放射性球形硅微粉。
21.介孔吸附装置在吸附完成后可以方便快速地从浆料中分离，能够实现循环使用和规模化放大；且获得的样品具有高球形度和粒度分布可控等特点，同时流动性等应用性能表现良好。
22.通过球形化和粒度分布设计获得铀含量极低的高纯低放射性球形硅微粉，一定程度上降低了生产高纯低放射性球形硅微粉对高纯原料的过分依赖。在产品技术水平上，本实验所制备的高纯球形硅微粉应用性能与日本同类产品相当甚至更优秀，满足了大规模集成电路封装对高纯低放射性球形硅微粉填料的要求。
具体实施方式
23.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
24.本发明提供了高端填料用低辐射球形硅微粉的制备方法，包括如下步骤：
25.步骤(1)、对含铀的硅微粉进行预处理：取普通硅微粉，取出后放入无尘粉碎机中进行无尘超细粉碎，无尘粉碎机的转速为400～450r/min，粉碎处理的时间为10～15min，粉碎后放入分级筛分机内进行精选，筛分的级数为四级，粉末过50目筛，制得超细硅微粉；
26.步骤(2)、浆料的制备：取步骤(1)中制得的超细硅微粉，往超细硅微粉中加入去离
子水，超细硅微粉与去离子水的质量比为2:1，并放入磁力搅拌机中混合搅拌，磁力搅拌机的转速为350～450r/min，磁力搅拌的时间为35min，搅拌后添加20％的乙酸试剂调节混合液的ph值至4.5以下，制得浆料；
27.步骤(3)、介孔吸附装置的制备：取一个蜂窝陶瓷和块状二氧化硅基气凝胶，块状二氧化硅基气凝胶的比表面积为400～600
㎡
/g，将二氧化硅基气凝胶均匀地粘附于蜂窝陶瓷的孔道壁上，涂抹均匀后放入烘箱内进行高温烘烤，烘箱的温度为60℃，烘烤的时间为4h，待胶黏剂干燥后，往蜂窝陶瓷的孔道内通入无尘氮气，将未完全粘附的二氧化硅基气凝胶吹干净后，获得介孔吸附装置；
28.步骤(4)、吸附和提纯处理：使用循环水泵抽取步骤(2)获得的浆料，将抽取的浆料通过步骤(3)获得的介孔吸附装置，对步骤(2)获得的浆料中的铀元素进行吸附分离处理，吸附分离处理的时间为2h，重复吸附提纯过程2～3次后，制得低辐射球形硅微粉。
29.实施例1
30.取普通硅微粉，取出后放入无尘粉碎机中进行无尘超细粉碎，无尘粉碎机的转速为400r/min，粉碎处理的时间为10min，粉碎后放入分级筛分机内进行精选，筛分的级数为四级，粉末过50目筛，制得超细硅微粉，然后往超细硅微粉中加入去离子水，超细硅微粉与去离子水的质量比为2:1，并放入磁力搅拌机中混合搅拌，磁力搅拌机的转速为350r/min，磁力搅拌的时间为35min，制得球形硅微粉。
31.实施例2
32.取普通硅微粉，取出后放入无尘粉碎机中进行无尘超细粉碎，无尘粉碎机的转速为400r/min，粉碎处理的时间为10min，粉碎后放入分级筛分机内进行精选，筛分的级数为四级，粉末过50目筛，制得超细硅微粉，然后往超细硅微粉中加入去离子水，超细硅微粉与去离子水的质量比为2:1，并放入磁力搅拌机中混合搅拌，磁力搅拌机的转速为350r/min，磁力搅拌的时间为35min，搅拌后添加20％的乙酸试剂调节混合液的ph值至4.5以下，制得球形硅微粉。
33.实施例3
34.取普通硅微粉，取出后放入无尘粉碎机中进行无尘超细粉碎，无尘粉碎机的转速为400r/min，粉碎处理的时间为10min，粉碎后放入分级筛分机内进行精选，筛分的级数为四级，粉末过50目筛，制得超细硅微粉，然后往超细硅微粉中加入去离子水，超细硅微粉与去离子水的质量比为2:1，并放入磁力搅拌机中混合搅拌，磁力搅拌机的转速为350r/min，磁力搅拌的时间为35min，搅拌后添加20％的乙酸试剂调节混合液的ph值至4.5以下，制得浆料；同时取一个蜂窝陶瓷和块状二氧化硅基气凝胶，块状二氧化硅基气凝胶的比表面积为400
㎡
/g，将二氧化硅基气凝胶均匀地粘附于蜂窝陶瓷的孔道壁上，涂抹均匀后放入烘箱内进行高温烘烤，烘箱的温度为60℃，烘烤的时间为4h，待胶黏剂干燥后，往蜂窝陶瓷的孔道内通入无尘氮气，将未完全粘附的二氧化硅基气凝胶吹干净后，获得介孔吸附装置；而后使用循环水泵将浆料通过介孔吸附装置，对浆料中的铀元素进行吸附分离处理，吸附分离处理的时间为2h，重复吸附提纯过程2～3次后，制得低辐射球形硅微粉。
35.从实施例1-3可以看出，若只用去离子水对超细硅微粉进行提纯，材料中铀元素含量降低不明显；当使用ph小于4.5的溶液对超细硅微粉进行分散时，提纯后硅微粉中铀元素含量有了一个明显的降低；当使用介孔吸附装置后，分散在浆料中的铀元素可以被二氧化
硅基气凝胶有效吸附并随着吸附次数的增加而逐次降低，在经过3次提纯分离实验后，铀元素含量有了特别明显的降低。这说明硅微粉中的铀可以通过酸洗手段有效地被分离出来，且分离后的铀能够被介孔吸附材料高效吸附，基于这种工艺技术，可进行后续批量生产。
36.实施例4
37.取普通硅微粉，取出后放入无尘粉碎机中进行无尘超细粉碎，无尘粉碎机的转速为400r/min，粉碎处理的时间为10min，粉碎后放入分级筛分机内进行精选，筛分的级数为四级，粉末过50目筛，制得超细硅微粉，然后往超细硅微粉中加入去离子水，超细硅微粉与去离子水的质量比为2:1，并放入磁力搅拌机中混合搅拌，磁力搅拌机的转速为350r/min，磁力搅拌的时间为35min，搅拌后添加20％的乙酸试剂调节混合液的ph值至4.5以下，制得浆料；同时取一个蜂窝陶瓷和块状二氧化硅基气凝胶，块状二氧化硅基气凝胶的比表面积为300
㎡
/g，将二氧化硅基气凝胶均匀地粘附于蜂窝陶瓷的孔道壁上，涂抹均匀后放入烘箱内进行高温烘烤，烘箱的温度为60℃，烘烤的时间为4h，待胶黏剂干燥后，往蜂窝陶瓷的孔道内通入无尘氮气，将未完全粘附的二氧化硅基气凝胶吹干净后，获得介孔吸附装置；而后使用循环水泵将浆料通过介孔吸附装置，对浆料中的铀元素进行吸附分离处理，吸附分离处理的时间为2h，重复吸附提纯过程2～3次后，制得低辐射球形硅微粉。
38.实施例5
39.取普通硅微粉，取出后放入无尘粉碎机中进行无尘超细粉碎，无尘粉碎机的转速为400r/min，粉碎处理的时间为10min，粉碎后放入分级筛分机内进行精选，筛分的级数为四级，粉末过50目筛，制得超细硅微粉，然后往超细硅微粉中加入去离子水，超细硅微粉与去离子水的质量比为2:1，并放入磁力搅拌机中混合搅拌，磁力搅拌机的转速为380r/min，磁力搅拌的时间为35min，搅拌后添加20％的乙酸试剂调节混合液的ph值至4.5以下，制得浆料；同时取一个蜂窝陶瓷和块状二氧化硅基气凝胶，块状二氧化硅基气凝胶的比表面积为400
㎡
/g，将二氧化硅基气凝胶均匀地粘附于蜂窝陶瓷的孔道壁上，涂抹均匀后放入烘箱内进行高温烘烤，烘箱的温度为60℃，烘烤的时间为4h，待胶黏剂干燥后，往蜂窝陶瓷的孔道内通入无尘氮气，将未完全粘附的二氧化硅基气凝胶吹干净后，获得介孔吸附装置；而后使用循环水泵将浆料通过介孔吸附装置，对浆料中的铀元素进行吸附分离处理，吸附分离处理的时间为2h，重复吸附提纯过程2～3次后，制得低辐射球形硅微粉
40.从实施例4-5可以看出，采用新方法的样品铀含量为明显低于日本低放射性球形硅微粉的含量，说明通过材料精选和无污染加工技术可获得铀元素含量较低的高纯球形硅微粉。所得样品的氯离子含量和钠离子含量也均可以控制在极低的范围内，并且低于国内常规球形硅微粉的离子含量，这说明介孔吸附装置在吸附六价铀的同时，对其他离子也具有一定的吸附能力。
41.将超细硅微粉中的铀元素分散在酸性浆料中，然后使用二氧化硅气凝胶和蜂窝陶瓷复合介孔吸附装置对其进行吸附完成材料精选与提纯，使超细硅微粉中铀元素总含量降低至低点，并通过火焰熔融法和无污染后加工技术最终获得高纯低放射性球形硅微粉。
42.以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

技术特征：
1.高端填料用低辐射球形硅微粉的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)、对含铀的硅微粉进行预处理：取普通硅微粉，取出后放入无尘粉碎机中进行无尘超细粉碎，粉碎后放入分级筛分机内进行精选，制得超细硅微粉；步骤(2)、浆料的制备：取步骤(1)中制得的所述超细硅微粉，往所述超细硅微粉中加入去离子水，并放入磁力搅拌机中混合搅拌，搅拌后添加酸性试剂调节混合液的ph值到适宜范围，制得浆料；步骤(3)、介孔吸附装置的制备：取一个蜂窝陶瓷和块状二氧化硅基气凝胶，将所述二氧化硅基气凝胶均匀地粘附于所述蜂窝陶瓷的孔道壁上，涂抹均匀后放入烘箱内进行高温烘烤，待胶黏剂干燥后，往所述蜂窝陶瓷的孔道内通入无尘氮气，将未完全粘附的所述二氧化硅基气凝胶吹干净后，获得介孔吸附装置；步骤(4)、吸附和提纯处理：使用循环水泵抽取步骤(2)获得的所述浆料，将抽取的所述浆料通过步骤(3)获得的介孔吸附装置，对步骤(2)获得的所述浆料中的铀元素进行吸附分离处理，重复吸附提纯过程2～3次后，制得低辐射球形硅微粉。2.根据权利要求1所述的高端填料用低辐射球形硅微粉的制备方法，其特征在于，步骤(1)中进行无尘粉碎及分级筛分的目的是使原本在所述普通硅微粉颗粒内部的铀元素暴露于表面，以制得超细硅微粉。3.根据权利要求1所述的高端填料用低辐射球形硅微粉的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述无尘粉碎机的转速为400～450r/min，粉碎处理的时间为10～15min，筛分的级数为四级，粉末过50目筛。4.根据权利要求1所述的高端填料用低辐射球形硅微粉的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述超细硅微粉与所述去离子水的质量比为2:1。5.根据权利要求1所述的高端填料用低辐射球形硅微粉的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述磁力搅拌机的转速为350～450r/min，磁力搅拌的时间为35min。6.根据权利要求1所述的高端填料用低辐射球形硅微粉的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所添加的所述酸性试剂为20％的乙酸，并将ph调节至4.5以下。7.根据权利要求1所述的高端填料用低辐射球形硅微粉的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的块状二氧化硅基气凝胶的比表面积为400～600
㎡
/g。8.根据权利要求1所述的高端填料用低辐射球形硅微粉的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述烘箱的温度为60℃，烘烤的时间为4h。9.根据权利要求1所述的高端填料用低辐射球形硅微粉的制备方法，其特征在于，步骤(4)中对所述浆料中的铀元素进行循环吸附分离处理的时间为2h，每次提纯后所述介孔吸附装置需要更换，不能重复使用。

技术总结
本发明公开了高端填料用低辐射球形硅微粉的制备方法，涉及二氧化硅微粉的制备技术领域，本发明取普通硅微粉，取出后放入无尘粉碎机中进行无尘超细粉碎，粉碎后放入分级筛分机内进行精选，制得超细硅微粉，然后加入去离子水，并放入磁力搅拌机中混合搅拌，搅拌后添加酸性试剂调节混合液的PH值到适宜范围，制得浆料；将二氧化硅基气凝胶均匀地粘附于蜂窝陶瓷的孔道壁上，涂抹均匀后放入烘箱内进行高温烘烤，待胶黏剂干燥后，往蜂窝陶瓷的孔道内通入无尘氮气，将未完全粘附的二氧化硅基气凝胶吹干净，获得介孔吸附装置；使用循环水泵将浆料通过介孔吸附装置，对浆料中的铀元素进行吸附分离处理，重复吸附提纯过程2～3次后，制得低辐射球形硅微粉。辐射球形硅微粉。


技术研发人员：何书辉
受保护的技术使用者：江苏中腾石英材料科技股份有限公司
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/8/24