本发明公开了一种二氧化硅制备方法，包括以下步骤：1)将粉碎后的硅渣加入到酸性溶液中酸洗，去除硅渣的杂质；2)将去除杂质后的硅渣加入至超纯水中加热至目标温度、并搅拌，所述目标温度为在此温度下能够使硅与超纯水反应得到xSiO2·yH2O溶液，其中，x＞y；3)将xSiO2·yH2O溶液，其中，x＞y，放置在含若干个凹槽的容器中，在高温中煅烧，得到高纯二氧化硅成品。本发明还公开了一种二氧化硅，按照上述的制备方法制备得到。本发明的二氧化硅制备方法采用硅渣为原材料，能预防硅渣污染多晶硅和工作环境，还能有
(19)国家知识产权局 (12)发明专利 (10)授权公告号 CN 112299423 B (45)授权公告日 2022.06.28 (21)申请号 9.X (51)Int.Cl. C01B 33/12 (2006.01) (22)申请日 2019.08.01 (56)对比文件 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 112299423 A CN 109553109 A,2019.04.02 CN 109095473 A,2018.12.28 (43)申请公布日 2021.02.02 CN 110040736 A,2019.07.23 (73)专利权人 新特能源股份有限公司 CN 104681798 A,2015.06.03 地址 830011 新疆尔自治区乌鲁木齐 US 2018147560 A1,2018.05.31 国家级高新技术产业开发区（新市区） 审查员 钱映江 甘泉堡高新技术产业园 (72)发明人 仝少超银波范协诚王瑞聪 闵中龙 (74)专利代理机构 北京天昊联合知识产权代理 有限公司 11112 专利代理师 罗建民邓伯英 权利要求书2页 说明书10页 (54)发明名称 一种二氧化硅制备方法及所制得的二氧化 硅 (57)摘要 本发明公开了一种二氧化硅制备方法，包括 以下步骤：1)将粉碎后的硅渣加入到酸性溶液中 酸洗，去除硅渣的杂质；2)将去除杂质后的硅渣 加入至超纯水中加热至目标温度、并搅拌，所述 目标温度为在此温度下能够使硅与超纯水反应 得到xSiO ·yH O溶液，其中，x＞y；3)将xSiO · 2 2 2 yH O溶液，其中，x＞y，放置在含若干个凹槽的容 2 器中，在高温中煅烧，得到高纯二氧化硅成品。本 发明还公开了一种二氧化硅，按照上述的制备方 法制备得到。本发明的二氧化硅制备方法采用硅 渣为原材料，能预防硅渣污染多晶硅和工作环 B 境，还能有效利用硅渣，节约世界资源。 3 2 4 9 9 2 2 1 1 N C CN 112299423 B 权利要求书 1/2页 1.一种二氧化硅制备方法，包括以下步骤： 步骤1，将硅渣粉碎后加入到酸性溶液中酸洗，去除硅渣的杂质； 步骤2，将去除杂质后的硅渣加入至超纯水中加热至目标温度、并搅拌，所述目标温度 为在此温度下能够使硅与超纯水反应得到xSiO ∙yHO溶液，其中，x＞y； 2 2 步骤3，将xSiO ∙yHO溶液，其中，x＞y，放置于含若干个凹槽容器中，在800‑1200℃高温 2 2 中煅烧，得到高纯二氧化硅成品； 其中，步骤2具体包括： S201：将去除杂质后的硅渣加入到超纯水中，并加热搅拌； S203：待含硅渣的超纯水的温度升到一定温度后，缓慢加入pH为8‑14的碱性溶液，直至 含硅渣的超纯水的pH为8‑10，其中，一定温度为30‑100℃； S204：加热至目标温度后，硅渣中的硅与超纯水反应一段时间，得到nSiO ∙mH O溶液，对 2 2 反应后溶液进行过滤，其中，目标温度为120‑370℃，n＜m； S205：取部分滤液加热，到达一定温度后，缓慢滴加剩余的滤液，其中，一定温度为 45‑85℃； S206：滤液滴加完毕后再加入pH为8‑10的碱性溶液，直至滤液的pH为7.5‑9，搅拌一段 时间后，得到xSiO ∙yHO溶液，其中，x＞y。 2 2 2.依据权利要求1所述的二氧化硅制备方法，其特征是， 所述步骤1中，具体包括以下步骤： S100：将收集到硅渣加入到超纯水中进行超声波清洗，清洗后的硅渣粉碎； S101：将粉碎后的硅渣浸泡在酸性溶液中酸洗，除去硅渣表面的污渍； S102：将酸洗后的硅渣加入至超纯水中，先进行超声波清洗，再加入到超纯水中漂洗。 3.依据权利要求2所述的二氧化硅制备方法，其特征是， 在所述S100步骤中，所述硅渣为多晶硅生产的全部过程中产生的粒径≥10目的硅渣，超声波 清洗的时间为0.5‑3h，粉碎后的硅渣的粒径范围≥200目。 4.依据权利要求2所述的二氧化硅制备方法，其特征是， 在所述S102步骤中，超声波清洗的时间为0.5‑2h，超纯水漂洗0.5‑2h。 5.依据权利要求2所述的二氧化硅制备方法，其特征是， 在所述S101步骤中，硅渣浸泡在酸性溶液的同时还进行超声波清洗，超声波清洗的时 间为0.5‑5h。 6.依据权利要求1‑5任一项所述的二氧化硅制备方法，其特征是， 步骤1中，所述酸性溶液为硝酸溶液或氢氟酸溶液或硝酸溶液与氢氟酸的混合溶液，酸 性溶液的pH范围为1‑5。 7.根据权利要求6所述的二氧化硅制备方法，其特征是，在所述步骤2中，还包括以下 步骤： S202：将碱性催化剂加入超纯水中，配制成需要的碱性溶液，其中，一种为pH8‑14的碱 性溶液，另一种为pH8‑10的碱性溶液。 8.依据权利要求7所述的二氧化硅制备方法，其特征是， 所述S202步骤中，碱性催化剂与硅渣的质量比为1:100‑1000； 所述S203步骤中，碱性溶液的加入量为滴加至溶液的pH为7‑10，所述一定温度为反应 2 2 CN 112299423 B 权利要求书 2/2页 器中溶液温度≥30℃。 9.依据权利要求8所述的二氧化硅制备方法，其特征是， 所述碱性催化剂为碱金属氢氧化物、氨水、有机碱中的一种或多种。 10.根据权利要求8所述的二氧化硅制备方法，其特征是， 所述S204步骤中，pH8‑14的碱性溶液对硅渣与超纯水的催化反应时间为0.5‑12h。 11.依据权利要求7所述的二氧化硅制备方法，其特征是， 在所述S205步骤中，所述部分滤液为过滤后5%‑40%体积的nSiO ∙mH O溶液,其中，n＜m， 2 2 所述温度为45‑85℃。 12.根据权利要求8所述的二氧化硅制备方法，其特征是， 在所述S206步骤中，碱性溶液的加入量为添加至滤液的pH为7.5‑9.5，且搅拌时间为 0.1‑2h。 13.根据权利要求7‑12任一项所述的二氧化硅制备方法，其特征是， 在所述S201步骤中，在反应器中预充0.1‑2MPa氮气或惰性气体，且硅渣与超纯水之间 的质量比为1：10‑50，所述目标温度为120‑370℃。 14.根据权利要求1所述的二氧化硅制备方法，其特征是， 所述步骤3中，具体包括以下步骤： 将所述S206制备的xSiO ∙yH O溶液，其中，x＞y，加入到含若干个凹槽的容器中，并将所 2 2 述容器推送到高温设备中，高温处理后，即可得到高纯二氧化硅成品； 所述容器中与所述xSiO ∙yHO溶液，其中，x＞y的接触面的材质为高纯石英； 2 2 3 所述凹槽的容积为每个凹槽0.5‑5cm 。 3 3 CN 112299423 B 说明书 1/10页 一种二氧化硅制备方法及所制得的二氧化硅 技术领域 [0001] 本发明属于二氧化硅技术领域，具体涉及一种二氧化硅制备方法。 背景技术 [0002] 目前高纯二氧化硅已经应用在许多领域，美国的尤尼明公司使用石英矿生产SiO2 含量达到99.999％的高纯石英砂几乎垄断了整个高纯石英砂市场。我国石英砂资源储备十 分丰富，但是国内生产的基本工艺技术水平不高，生产的石英砂品质不高。随着我们国家高新技术发 展，对高纯石英砂的需求也会大幅度提升。为了打破国外的技术垄断，需要提高国产高纯石英 砂工业化生产技术水平。 [0003] 制备高纯二氧化硅分为天然法和合成法两种。天然法使用天然石英矿为原料，选 取高纯硅矿石，通过研磨、色选、除杂等一系列工艺，提高矿石纯度，目前国内天然法生产的 高纯二氧化硅品质与国外产品还有很大的差距。合成法在生产的全部过程中需要用高纯度的硅源 作为原料，为满足使用上的要求，在生产的全部过程中不可避免的需要进行研磨，容易混入杂质，直 接影响到二氧化硅的纯度。 [0004] 多晶硅是半导体、太阳能光伏电池、集成电路的最基础性材料，在多晶硅生产方 面，会产生一些细小颗粒硅渣，而这些硅渣在尺寸上不能够满足客户需求，因此未能正常销售 及有效利用。同时这些细小硅渣不仅会对工作环境造成污染，还会污染合格的产品。实际生 产过程中，为了防止污染多晶硅和工作环境，只是将这些硅粉进行简单收集，并未进行有效 利用，造成了一定的资源浪费。 发明内容 [0005] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种二氧化 硅制备方法和由该方法制得的二氧化硅，本发明的二氧化硅制备方法采用硅渣为原材料， 能够防止硅渣污染多晶硅和工作环境，还能有效利用硅渣，节约资源。 [0006] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案： [0007] 一种二氧化硅制备方法，包括以下步骤： [0008] 步骤1，将硅渣粉碎后加入到酸性溶液中酸洗，去除硅渣的杂质； [0009] 步骤2，将去除杂质后的硅渣加入至超纯水中加热至目标温度、并搅拌，所述目标 温度为在此温度下能够使硅与超纯水反应得到xSiO ·yHO溶液，其中，x＞y； 2 2 [0010] 步骤3，将xSiO ·yH O溶液，其中，x＞y，放置于含若干个凹槽的容器中，在高温中 2 2 煅烧，得到高纯二氧化硅成品。 [0011] 在高温条件下，具体反应如下： [0012] nSi+(2n+m)HO→nSiO ·mH O+2nH ↑n＜m 2 2 2 2 [0013] x(nSiO ·mH O)→n(xSiO ·yHO)+(xm‑ny)HO x＞y 2 2 2 2 2 [0014] xSiO ·yHO→xSiO ↓+yHO 2 2 2 2 [0015] 优选的，所述步骤1中，具体包括以下步骤： 4 4 CN 112299423 B 说明书 2/10页 [0016] S100：将收集到硅渣加入到超纯水中进行超声波清洗，清洗后的硅渣粉碎； [0017] S101：将粉碎后的硅渣浸泡在酸性溶液中酸洗，除去硅渣表面的污渍； [0018] S102：将酸洗后的硅渣加入至超纯水中，先进行超声波清洗，再加入到超纯水中漂 洗。 [0019] 优选的，在所述S100步骤中，所述硅渣为多晶硅生产过程中产生的粒径≥10目的 硅渣，超声波清洗的时间为0.5‑3h，粉碎后的硅渣的粒径范围为≥200目。 [0020] 优选的，在所述S102步骤中，超声波清洗的时间为0.5‑2h，超纯水漂洗0.5‑2h。 [0021] 优选的，在所述S101步骤中，硅渣浸泡在酸性溶液的同时还进行超声波清洗，超声 波清洗的时间为0.5‑5h。 [0022] 优选的，步骤1中，所述酸性溶液为硝酸溶液或氢氟酸溶液或硝酸溶液与氢氟酸的 混合溶液，酸性溶液的pH范围为1‑5。 [0023] 经过步骤1的操作后，硅渣的杂质含量≤1ppm，即硅渣纯度≥99.9999％。 [0024] 优选的，所述步骤2中，具体包括以下步骤： [0025] S201：将步骤S102清洗干净的硅渣加入到超纯水中，并加热搅拌； [0026] S204：加热至目标温度后，硅渣中的硅与超纯水反应一段时间，对反应后溶液进行 过滤； [0027] S205：取部分滤液进行加热，到达一定温度后，缓慢滴加剩余的滤液；避免一次性 加入导致部分滤液中的溶质析出。 [0028] S206：滤液滴加完毕后再加入碱性溶液，搅拌一段时间后，得到xSiO ·yH O溶液， 2 2 其中，x＞y。 [0029] 优选的，在所述步骤2中，还包括以下步骤： [0030] S202：将碱性催化剂加入超纯水中，配制成需要的碱性溶液； [0031] S203：待含硅渣的超纯水的温度升到一定温度后，缓慢加入碱性溶液。 [0032] 优选的，所述S202步骤中，碱性催化剂与硅渣的质量比为1:100‑1000，碱性溶液配 置成两种，一种为pH8‑14的碱性溶液，另一种为pH8‑10的碱性溶液；在所述S203步骤中，加 入的碱性溶液为pH8‑14的碱性溶液，滴加至溶液的pH为7‑10，所述一定温度为反应器中溶 液温度≥30℃，所述pH8‑14的碱性溶液用于催化高温条件下硅渣中的硅与水反应，其反应 式为： [0033] ‑ nSi+2nOH +mHO→nSiO ·mH O+nH ↑n＜m 2 2 2 2 [0034] 在碱性溶液催化高温下的反应的同时，水也进行着电离反应，其反应方程式为： [0035] [0036] ‑ ‑ 上述反应中OH 在不断消耗，促进的水的电离平衡向生成OH 的方向进行，生成的 ‑ ‑ OH 能够补充硅与水反应过程中消耗的OH ；优选的，所述碱性催化剂为碱金属氢氧化物、氨 水、有机碱等中的一种或多种。 [0037] 优选的，所述S204步骤中，pH8‑14的碱性溶液对硅渣与超纯水的催化反应时间为 0.5‑12h，得到nSiO ·mH O溶液,其中，n＜m，过滤掉沉淀物后收集nSiO ·mH O溶液,其中，n 2 2 2 2 ＜m。 [0038] 优选的，在所述S205步骤中，所述部分滤液为5％‑40％体积过滤后的nSiO ·mH O 2 2 溶液,其中，n＜m，所述温度为45‑85℃。 5 5 CN 112299423 B 说明书 3/10页 [0039] 优选的，在所述S206步骤中，加入S202步骤配制的pH为8‑10的碱性溶液，碱性溶液 添加至滤液的pH为7.5‑9.5，且搅拌时间为0.1‑2h。所述pH8‑10的碱性溶液用于为滤液提供 碱性环境，生成xSiO ·yHO溶液，其中，x＞y。 2 2 [0040] 优选的，在所述S201步骤中，在反应器中预充0.1‑2MPa氮气或惰性气体，且硅渣与 超纯水之间的质量比为1：10‑50，所述目标温度为120‑370℃；其中，所述惰性气体采用氦 气、氩气中的一种或两种。 [0041] 优选的，所述步骤3中，具体包括以下步骤： [0042] 将所述S206制备的xSiO ·yHO溶液，其中，x＞y，加入到含若干个凹槽的容器中凝 2 2 固后，并将所述容器推送到高温设备中，高温处理后，即可得到高纯二氧化硅成品； [0043] 所述容器中与所述xSiO ·yHO溶液，其中，x＞y的接触面的材质为高纯石英； 2 2 [0044] 步骤S206中含若干个凹槽的容器中，凹槽大小根据需要的成品粒径大小和分离后 的反应溶液中二氧化硅浓度进行调整，每个凹槽之间相互独立，优选的，凹槽的容积为0.5‑ 3 5cm 。 [0045] 优选的，高温处理通常为高温煅烧，其中，高温处理的煅烧温度为800‑1200℃，处 理时间为2‑72h。 [0046] 根据本发明以上所述的二氧化硅制备方法，本发明还提供一种二氧化硅，该二氧 化硅是按以上所述的二氧化硅制备方法所制得的。 [0047] 本发明的二氧化硅制备方法，将现有多晶硅产业中的低价值废固转化为高附加值 的高纯二氧化硅，不但能够确保多晶硅产品纯度，还提高了废固的附加值，同时生产出高纯 二氧化硅，经检测，所生产的二氧化硅纯度≥99.995％，实现用户使用要求，此外还能根据 客户的真实需求，通过选择容器内的凹槽容积的大小，控制高纯二氧化硅的粒径，为客户定制粒径 符合正态分布的，具有粒径集中度的高纯二氧化硅产品。 具体实施方式 [0048] 下面将结合本发明中的实施例，对发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显 然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施 例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属 于本发明的范围。 [0049] 本发明提供一种二氧化硅制备方法，包括以下步骤： [0050] 步骤1，将硅渣粉碎后加入到酸性溶液中酸洗，去除硅渣的杂质； [0051] 步骤2，将去除杂质后的硅渣加入至超纯水中加热至目标温度、并搅拌，所述目标 温度为在此温度下能够使硅与超纯水反应得到xSiO ·yHO溶液，其中，x＞y； 2 2 [0052] 步骤3，将xSiO ·yH O溶液，其中，x＞y，放置于含若干个凹槽的容器中，在高温下 2 2 煅烧，得到高纯二氧化硅成品。 [0053] 本发明还提供一种按以上所述方法制备的二氧化硅。 [0054] 实施例1 [0055] 本实施例的一种二氧化硅制备方法，包括以下步骤： [0056] 步骤1，将粉碎后硅渣加入到酸性溶液中酸洗，去除硅渣的杂质； [0057] 具体的，步骤1分为以下步骤： 6 6 CN 112299423 B 说明书 4/10页 [0058] S100：将多晶硅生产的全部过程中产生的粒径≥10目的硅渣收集，然后将收集到的硅渣 加入到超纯水中进行超声波清洗，超声波清洗的时间为0.5h，清洗后的硅渣粉碎，粉碎后的 硅渣的粒径范围≥200目； [0059] S101：将粉碎后的硅渣浸泡在酸性溶液中酸洗，除去硅渣表面粘附的污染物和杂 质；本实施例中，酸性溶液为硝酸和氢氟酸混合溶液，硝酸和氢氟酸的比例不做要求，只需 保证硝酸和氢氟酸混合溶液的pH为5； [0060] S102：将酸洗后的硅渣加入至超纯水中，先进行超声波清洗，再加入到超纯水中漂 洗，去除硅渣表面的残留的酸；本实施例中超声波清洗的时间为1h，超纯水漂洗的时间为 1h，此外，本实施例中的超纯水漂洗采用多级固定水槽对酸洗后的硅渣进行漂洗。 [0061] 优选的，本实施例的S101步骤中，硅渣浸泡在酸性溶液的同时还进行超声波清洗， 进一步确保将硅渣表面的污染物从硅渣表面分离，其中，超声波清洗的时间为2h。 [0062] 本实施例的步骤1处理后的硅渣的杂质含量为580ppb，即硅渣纯度为 99.999942％。 [0063] 步骤2，将去除杂质后的硅渣加入至超纯水中加热至目标温度、并搅拌，所述目标 温度为在此温度下能够使硅与超纯水反应得到xSiO ·yHO溶液，其中，x＞y； 2 2 [0064] 具体的，步骤2中包括以下步骤： [0065] S201：将步骤S102清洗干净的硅渣加入到超纯水中，并加热搅拌，本实施例中硅渣 与超纯水的质量比为1：20，加热设定的温度为180℃； [0066] S204：加热至目标温度后，硅渣中的硅与超纯水反应一段时间，对反应后得到的 nSiO ·mH O溶液,其中，n＜m，进行过滤，本实施例中，反应时间为8h，反应结束后对反应溶 2 2 液进行抽滤，得到目标滤液nSiO ·mH O溶液,其中，n＜m； 2 2 [0067] S205：取部分滤液进行加热，到达一定温度后，缓慢滴加剩余的滤液，本实施例中， 首先取30％体积的滤液nSiO ·mH O溶液,其中，n＜m，进行加热，本实施例中的一定温度为 2 2 55℃； [0068] S206：滤液滴加完毕后再加入碱性溶液，搅拌一段时间后，得到xSiO ·yH O溶液， 2 2 其中，x＞y。所述碱性溶液为碱金属氢氧化物溶液、氨水溶液、有机碱溶液中的一种或多种， 本实施例中的碱性溶液采用pH为8的氨水溶液，加入至滤液的pH至7.5，搅拌时间为0.5h。 [0069] 优选的，本实施例中步骤2中还包括以下步骤： [0070] S202：将碱性催化剂加入超纯水中，配制成需要的碱性溶液，本实施例中，碱性催 化剂与硅渣的质量比为1:300，碱性催化剂为碱金属氢氧化物、氨水、有机碱中的一种或多 种，本实施例中的碱性催化剂选用氨水，其中氨水溶液配置成两种，一种为pH为8的氨水溶 液，另一种为pH为10的氨水溶液； [0071] S203：待含硅渣的超纯水的温度升到一定温度后，缓慢加入碱性溶液，催化硅与水 之间的反应；本实施例中一定温度为50℃，加入的碱性溶液为pH为10的氨水溶液，滴加至溶 液pH为9。 [0072] 优选的，在S201步骤中，在反应器中预充1MPa氮气，在本反应中会产生氢气，预充 氮气可以起到保护作用，防止大量产生的氢气造成的气体爆炸等安全事故，此外还能增加 含硅渣的超纯水的沸点，确保含硅渣的超纯水能够加热至所述温度。 [0073] 具体的，在步骤2中，首先将硅渣和水按照质量比1：20进行混合搅拌，并将含硅渣 7 7 CN 112299423 B 说明书 5/10页 的超纯水加入至反应容器中，其中反应容器中预先充入1MPa氮气，进行加热搅拌，加热设定 的最终温度为180℃，当含硅渣的超纯水的温度上升到50℃时，缓慢加入pH为10的氨水溶 液，待含硅渣的超纯水达到120℃时，pH为10的氨水溶液滴加完毕，继续加热含硅渣的超纯 水，使含硅渣的超纯水的温度达到180℃，反应8h，得到的nSiO ·mH O溶液,其中，n＜m，再对 2 2 反应后的溶液进行过滤或抽滤，并收集滤液，然后取30％的滤液加热到55℃，并缓慢加入剩 下的滤液，然后加入pH为8的氨水溶液加入至滤液中，加入至滤液的pH至7.5，搅拌时间0.5h 后，即可得到xSiO ·yHO溶液，其中，x＞y。 2 2 [0074] 步骤3，将xSiO ·yH O溶液，其中，x＞y，放置于含若干个凹槽容器中，在高温中煅 2 2 烧，得到高纯二氧化硅成品。 [0075] 具体的，步骤3中包括以下步骤： [0076] 将S206步骤中制备的xSiO ·yHO溶液(x＞y)加入到含若干个凹槽的容器中，并将 2 2 所述容器推送到高温设备中，高温处理后，即可得到高纯二氧化硅成品，其中，高温设备可 选择推板窑、电阻炉，也可是真空炉，本实施例中的高温设备为推板窑。 [0077] 本实施例中的容器内有数个凹槽，凹槽设置在容器底部，制备的xSiO ·yHO溶液， 2 2 其中，x＞y加入至含若干个凹槽的容器中时，xSiO ·yHO溶液(x＞y)的高度低于凹槽高度， 2 2 或者刚好没过凹槽高度即可，凹槽的大小根据需要的成品的粒径大小和分离后的反应溶液 中二氧化硅的浓度进行调整，且每个凹槽之间相互独立，本实施例的凹槽的数量为225个， 3 容积为2.5cm 。 [0078] 优选的，容器中与xSiO ·yH O溶液(x＞y)的接触面的材质为高纯石英，能够减少 2 2 由于反应容器带来的杂质引入。 [0079] 本实施例中的反应溶液在容器中凝固后，进入高温设备后，1000℃高温下煅烧5h， 得到纯度99.9995％、80％的粒径范围为40目‑80目的高纯二氧化硅。 [0080] 实施例2 [0081] 本实施例的一种二氧化硅制备方法，包括以下步骤： [0082] 步骤1，将粉碎后的硅渣加入到酸性溶液中酸洗，去除硅渣的杂质； [0083] 具体的，步骤1分为以下步骤： [0084] S100：将多晶硅生产的全部过程中产生的粒径≥10目的硅渣收集，然后将收集到硅渣加 入到超纯水中进行超声波清洗，超声波清洗的时间为3h，清洗后的硅渣粉碎，粉碎后的硅渣 的粒径范围≥200目； [0085] S101：将粉碎后的硅渣浸泡在酸性溶液中酸洗，除去硅渣表面粘附的污染物和杂 质；本实施例中，酸性溶液为氢氟酸溶液，氢氟酸溶液的pH为3； [0086] S102：将酸洗后的硅渣加入至超纯水中，先进行超声波清洗，再加入到超纯水中漂 洗，去除硅渣表面残留的酸；本实施例中超声波清洗的时间为2h，超纯水漂洗的时间为 0.5h，本实施例中的超纯水漂洗采用多级固定水槽对酸洗后的硅渣进行漂洗。 [0087] 优选的，本实施例的S101步骤中，硅渣浸泡在酸性溶液的同时还进行超声波清洗， 进一步确保将硅渣表面的污染物从硅渣表面分离，其中，超声波清洗的时间为5h。 [0088] 本实施例的步骤1处理后的硅渣的杂质含量为870ppb，即硅渣纯度为 99.999913％。 [0089] 步骤2，将去除杂质后的硅渣加入至超纯水中加热至目标温度、并搅拌，所述目标 8 8 CN 112299423 B 说明书 6/10页 温度为在此温度下能够使硅与超纯水反应得到xSiO ·yHO溶液，其中，x＞y； 2 2 [0090] 具体的，步骤2中包括以下步骤： [0091] S201：将步骤S102清理洗涤干净的硅渣加入到超纯水中，并加热搅拌，本实施例中硅渣 与超纯水的质量比为1：30，加热至温度为120℃； [0092] S204：加热至目标温度后，硅渣中的硅与超纯水反应一段时间，对反应后溶液进行 过滤，本实施例中，反应时间为12h，得到的nSiO ·mH O溶液,其中，n＜m，反应结束后对反应 2 2 溶液进行抽滤，得到目标滤液nSiO ·mH O溶液,其中，n＜m； 2 2 [0093] S205：取部分滤液加热，到达一定温度后，缓慢滴加剩余的滤液，本实施例中， 首先取5％体积的滤液进行加热，本实施例中的一定温度为45℃； [0094] S206：滤液滴加完毕后再加入碱性溶液，搅拌一段时间后，得到xSiO ·yH O溶液， 2 2 其中，x＞y，本实施例中的碱性溶液采用pH为10的有机碱，加入至滤液的pH至9.5，搅拌时间 为2h。 [0095] 优选的，本实施例中步骤2中还包括以下步骤： [0096] S202：将碱性催化剂加入超纯水中，配制成需要的碱性溶液，本实施例中，碱性催 化剂与硅渣的质量比为1:1000，碱性催化剂为碱金属氢氧化物、氨水、有机碱中的一种或多 种，本实施例中的碱性催化剂选用有机碱，其中有机碱溶液配置成两种，一种为pH为10的有 机碱溶液，另一种为pH为8的有机碱溶液，其中，有机碱溶液可以为乙醇钾溶液、叔丁醇钾溶 液、丁基锂溶液中的一种，本实施例中的有机碱溶液采用乙醇钾溶液； [0097] S203：待含硅渣的超纯水的温度升到一定温度后，缓慢加入少量碱性溶液，本实施 例中为乙醇钾溶液；本实施例中一定温度为30℃，加入的碱性溶液为pH为8的乙醇钾溶液， 少量滴加至溶液的pH为7，若溶液pH为7，也可不添加乙醇钾溶液。 [0098] 优选的，在S201步骤中，在反应器中预充0.6MPa氮气，在本反应中会产生氢气，预 充氮气可以起到保护作用，防止大量产生的氢气造成的气体爆炸等安全事故，此外还能增 加含硅渣的超纯水的沸点，确保含硅渣的超纯水能够加热至所述温度。 [0099] 具体的，本实施例的步骤2中，首先将硅渣和水按照质量比1：30进行混合搅拌，并 将含硅渣的超纯水加入至反应容器中，其中反应容器中预先充入0.6MPa氮气，进行加热搅 拌，加热设定的最终温度为120℃，当含硅渣的超纯水的温度上升到30℃时，缓慢加入pH为8 的乙醇钾溶液，待含硅渣的超纯水达到60℃时，pH为8的乙醇钾溶液滴加完毕，继续加热含 硅渣的超纯水，使含硅渣的超纯水的温度达到120℃，反应12h，得到nSiO ·mH O溶液,其中， 2 2 n＜m,再对反应后的溶液进行过滤或抽滤，并收集滤液，然后取5％的滤液加热到45℃，并缓 慢加入剩下的滤液，然后加入pH为10的乙醇钾溶液加入至滤液中，加入至滤液的pH至9.5， 搅拌时间2h后，即可得到xSiO ·yHO溶液，其中，x＞y。 2 2 [0100] 步骤3，将xSiO ·yH O溶液，其中，x＞y，放置于含若干个凹槽容器中，在高温中煅 2 2 烧，得到高纯二氧化硅成品。 [0101] 具体的，步骤3中包括以下步骤： [0102] 将S206步骤中制备的xSiO ·yHO溶液(x＞y)加入到含若干个凹槽的容器中，并将 2 2 所述容器推送到高温设备中，高温处理后，即可得到高纯二氧化硅成品，其中，高温设备可 选择推板窑、电阻炉，也可是真空炉，本实施例中的高温设备选择推板窑。 [0103] 本实施例中的容器内有数个凹槽，凹槽设置在容器底部，制备的xSiO ·yH O溶液 2 2 9 9 CN 112299423 B 说明书 7/10页 (x＞y)加入至含若干个凹槽的容器中时，xSiO ·yH O溶液(x＞y)的高度低于凹槽高度，或 2 2 者刚好没过凹槽高度即可，凹槽的大小根据需要的成品的粒径大小和分离后的反应溶液中 二氧化硅的浓度做调整，且每个凹槽之间相互独立，本实施例的凹槽的数量为225个，容 3 积为0.5cm 。 [0104] 优选的，容器中与xSiO ·yH O溶液(x＞y)的接触面的材质为高纯石英，能够减少 2 2 由于反应容器带来的杂质引入。 [0105] 本实施例中的反应溶液在容器中凝固后，进入高温设备后，1200℃高温下煅烧2h， 得到纯度99.999％、90％的粒径范围为60目‑120目的高纯二氧化硅。 [0106] 实施例3 [0107] 本实施例的一种二氧化硅制备方法，包括以下步骤： [0108] 步骤1，将粉碎后的硅渣加入到酸性溶液中酸洗，去除硅渣的杂质； [0109] 具体的，步骤1分为以下步骤： [0110] S100：将多晶硅生产的全部过程中产生的粒径≥10目的硅渣收集，然后将收集到硅渣加 入到超纯水中进行超声波清洗，超声波清洗的时间为2h，清洗后的硅渣粉碎，粉碎后的硅渣 的粒径范围≥200目。 [0111] S101：将粉碎后的硅渣浸泡在酸性溶液中酸洗，除去硅渣表面粘附的污染物和杂 质；本实施例中，酸性溶液为硝酸和氢氟酸混合溶液，硝酸和氢氟酸的比例不限，只需保证 硝酸和氢氟酸混合溶液的pH为1； [0112] S102：将酸洗后的硅渣加入至超纯水中，先进行超声波清洗，再加入到超纯水中漂 洗，去除硅渣表面残留的酸；本实施例中超声波清洗的时间为0.5h，超纯水漂洗的时间为 2h，此外，本实施例中的超纯水漂洗采用多级固定水槽对酸洗后的硅渣进行漂洗。 [0113] 优选的，本实施例的S101步骤中，硅渣浸泡在酸性溶液的同时还进行超声波清洗， 进一步确保将硅渣表面的污染物从硅渣表面分离，超声波清洗的时间为3h。 [0114] 本实施例的步骤1处理后的硅渣的杂质含量为430ppb，即硅渣纯度为 99.999957％。 [0115] 步骤2，将去除杂质后的硅渣加入至超纯水中加热至目标温度、并搅拌，所述目标 温度为在此温度下能够使硅与超纯水反应得到xSiO ·yHO溶液，其中，x＞y； 2 2 [0116] 具体的，步骤2中包括以下步骤： [0117] S201：将步骤S102清理洗涤干净的硅渣加入到超纯水中，并加热搅拌，本实施例中硅渣 与超纯水的质量比为1：10，加热设定的温度为370℃； [0118] S204：加热至目标温度后，硅渣中的硅与超纯水反应一段时间，对反应后溶液进行 过滤，本实施例中，反应时间为0.5h，得到的nSiO ·mH O溶液,其中，n＜m，反应结束后对反 2 2 应溶液进行抽滤，得到目标滤液； [0119] S205：取部分滤液加热，到达一定温度后，缓慢滴加剩余的滤液，本实施例中， 首先取20％体积的滤液加热，本实施例中的一定温度为85℃； [0120] S206：滤液滴加完毕后再加入碱性溶液，搅拌一段时间后，得到xSiO ·yH O溶液， 2 2 其中，x＞y，本实施例中的碱性溶液采用pH为9的碱金属氢氧化物，加入至滤液的pH至8，搅 拌时间为0.1h。 [0121] 优选的，本实施例中步骤2中还包括以下步骤： 10 10 CN 112299423 B 说明书 8/10页 [0122] S202：将碱性催化剂加入超纯水中，配制成需要的碱性溶液，本实施例中，碱性催 化剂与硅渣的质量比为1:100，碱性催化剂为碱金属氢氧化物、氨水、有机碱中的一种或多 种，本实施例中的碱性催化剂选用碱金属氢氧化物，其中碱金属氢氧化物溶液配置成两种， 一种为pH为9的碱金属氢氧化物溶液，另一种为pH为14的碱金属氢氧化物溶液，其中，碱金 属氢氧化物溶液可以为氢氧化锂溶液、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液中的一种，本实施例的 碱金属氢氧化物溶液为氢氧化钠溶液； [0123] S203：待含硅渣的超纯水温度升到一定温度后，缓慢加入碱性溶液，本实施例中的 碱性溶液为氢氧化钠溶液；本实施例中一定温度为100℃，加入的碱性溶液为pH为14的氢氧 化钠溶液，滴加至溶液的pH为10。 [0124] 优选的，在S201步骤中，在反应器中预充0.1MPa氦气，在本反应中会产生氢气，预 充氦气能够更好的起到保护作用，防止大量产生的氢气造成的气体爆炸等安全事故，此外还能增 加含硅渣的超纯水的沸点，确保含硅渣的超纯水能够加热至所述温度。 [0125] 具体的，本实施例在步骤2中，首先将硅渣和水按照质量比1：10进行混合搅拌，并 将含硅渣的超纯水加入至反应容器中，其中反应容器中预先充入0.1MPa氦气，加热搅 拌，加热设定的最终温度为370℃，当含硅渣的超纯水的温度上升到100℃时，缓慢加入pH为 14的氢氧化钠溶液，待含硅渣的超纯水达到150℃时，pH为14的氢氧化钠溶液滴加完毕，继 续加热含硅渣的超纯水，使含硅渣的超纯水的温度达到370℃，反应0.5h，得到的nSiO · 2 mH O溶液,其中，n＜m，再对反应后的溶液进行过滤或抽滤，并收集滤液，然后取20％体积的 2 滤液加热到85℃，并缓慢加入剩下的滤液，然后加入pH为9的氢氧化钠溶液加入至滤液中， 加入至滤液的pH至8，搅拌时间0.1h后，即可得到xSiO ·yHO溶液，其中，x＞y。 2 2 [0126] 步骤3，将xSiO ·yH O溶液，其中，x＞y放置于含若干个凹槽容器中，在高温中煅 2 2 烧，得到高纯二氧化硅成品。 [0127] 具体的，步骤3中包括以下步骤： [0128] 将S206步骤中制备的xSiO ·yHO溶液(x＞y)加入到含若干个凹槽的容器中，并将 2 2 所述容器推送到高温设备中，高温处理后，即可得到高纯二氧化硅成品，其中，高温设备可 选择推板窑、电阻炉，也可是真空炉，本实施例中的高温设备选择电阻炉。 [0129] 本实施例中的容器内有数个凹槽，凹槽设置在容器底部，制备的xSiO ·yH O溶液 2 2 (x＞y)加入至含若干个凹槽的容器中时，xSiO ·yH O溶液(x＞y)的高度低于凹槽高度，或 2 2 者刚好没过凹槽高度即可，凹槽的大小根据需要的成品的粒径大小和分离后的反应溶液中 二氧化硅的浓度做调整，且每个凹槽之间相互独立，本实施例的凹槽的数量为225个，容 3 积为1cm 。 [0130] 优选的，容器中与xSiO ·yH O溶液(x＞y)的接触面的材质为高纯石英，能够减少 2 2 由于反应容器带来的杂质引入。 [0131] 本实施例中的带反应溶液在容器中凝固后，进入高温设备后，800℃高温下煅烧 70h，得到纯度为99.9993％、60％的粒径范围为40目‑80目的高纯二氧化硅。 [0132] 实施例4 [0133] 本实施例的一种二氧化硅制备方法，包括以下步骤： [0134] 步骤1，将粉碎后的硅渣加入到酸性溶液中酸洗，去除硅渣的杂质； [0135] 具体的，步骤1分为以下步骤： 11 11 CN 112299423 B 说明书 9/10页 [0136] S100：将多晶硅生产的全部过程中产生的粒径≥10目的硅渣收集，然后将收集到硅渣加 入到超纯水中进行超声波清洗，超声波清洗的时间为1h，清洗后的硅渣粉碎，粉碎后的硅渣 的粒径范围≥200目； [0137] S101：将粉碎后的硅渣浸泡在酸性溶液中酸洗，除去硅渣表面粘附的污染物和杂 质；本实施例中，酸性溶液为硝酸溶液，硝酸溶液的pH为2.5； [0138] S102：将酸洗后的硅渣加入至超纯水中，先进行超声波清洗，再加入到超纯水中漂 洗，去除硅渣表面残留的酸；本实施例中超声波清洗的时间为1.5h，超纯水漂洗的时间为 0.8h，此外，本实施例中的超纯水漂洗采用多级固定水槽对酸洗后的硅渣进行漂洗。 [0139] 优选的，本实施例的S101步骤中，硅渣浸泡在酸性溶液的同时还进行超声波清洗， 进一步确保将硅渣表面的污染物从硅渣表面分离，其中，超声波清洗的时间为0.5h。 [0140] 本实施例的步骤1处理后的硅渣的杂质含量为1000ppb，即硅渣纯度为99.9999％。 [0141] 步骤2，将去除杂质后的硅渣加入至超纯水中加热至目标温度、并搅拌，所述目标 温度为在此温度下能够使硅与超纯水反应得到xSiO ·yHO溶液，其中，x＞y； 2 2 [0142] 具体的，步骤2中包括以下步骤： [0143] S201：将步骤S102清理洗涤干净的硅渣加入到超纯水中，并加热搅拌，本实施例中硅渣 与超纯水的质量比为1：50，加热至温度为300℃； [0144] S204：加热至目标温度后，硅渣中的硅与超纯水反应一段时间，对反应后溶液进行 过滤，本实施例中，反应时间为5h，得到的nSiO ·mH O溶液,其中，n＜m，反应结束后对反应 2 2 溶液进行抽滤，得到目标滤液； [0145] S205：取部分滤液加热，到达一定温度后，缓慢滴加剩余的滤液，本实施例中， 首先取40％体积的滤液加热，本实施例中的一定温度为60℃； [0146] S206：滤液滴加完毕后再加入碱性溶液，搅拌一段时间后，得到xSiO ·yH O溶液， 2 2 其中，x＞y，本实施例中的碱性溶液采用pH为9.5的氨水，加入至滤液的pH至9，搅拌时间为 1.5h。 [0147] 优选的，本实施例中步骤2中还包括以下步骤： [0148] S202：将碱性催化剂加入超纯水中，配制成需要的碱性溶液，本实施例中，碱性催 化剂与硅渣的质量比为1:800，碱性催化剂为碱金属氢氧化物、氨水、有机碱中的一种或多 种，本实施例中的碱性催化剂选用氨水，其中氨水溶液配置成两种，一种为pH为9.5的氨水 溶液，另一种为pH为9的氨水溶液； [0149] S203：待含硅渣的超纯水的温度升到一定温度后，缓慢加入碱性溶液；本实施例中 一定温度为80℃，加入的碱性溶液为pH为9的氨水溶液，滴加至溶液的pH为8。 [0150] 优选的，在S201步骤中，在反应器中预充2MPa氩气，在本反应中会产生氢气，预充 氩气能够更好的起到保护作用，防止大量产生的氢气造成的气体爆炸等安全事故，此外还能增加 含硅渣的超纯水的沸点，确保含硅渣的超纯水能够加热至所述温度。 [0151] 具体的，在本实施例的步骤2中，首先将硅渣和水按照质量比1：50进行混合搅拌， 并将含硅渣的超纯水加入至反应容器中，其中反应容器中预先充入2MPa氩气，加热搅 拌，加热设定的最终温度为300℃，当含硅渣的超纯水的温度上升到80℃时，缓慢加入pH为9 的氨水溶液，待含硅渣的超纯水达到120℃时，pH为9的氨水溶液滴加完毕，继续加热含硅渣 的超纯水，使含硅渣的超纯水的温度达到300℃，反应5h，得到的nSiO ·mH O溶液,其中，n＜ 2 2 12 12 CN 112299423 B 说明书 10/10页 m，再对反应后的溶液进行过滤或抽滤，并收集滤液，然后取40％的滤液加热到60℃，并缓慢 加入剩下的滤液，然后加入pH为9.5的氨水，加入至滤液的pH至9，搅拌时间1.5h后，即可得 到xSiO ·yHO溶液，其中，x＞y。 2 2 [0152] 步骤3，将xSiO ·yH O溶液，其中，x＞y放置于含若干个凹槽容器中，在高温中煅 2 2 烧，得到高纯二氧化硅成品。 [0153] 具体的，步骤3中包括以下步骤： [0154] 将S206步骤中制备的xSiO ·yHO溶液(x＞y)加入到含若干个凹槽的容器中，并将 2 2 所述容器推送到高温设备中，高温处理后，即可得到高纯二氧化硅成品，其中，高温设备可 选择推板窑、电阻炉，也可是真空炉，本实施例中的高温设备选择线] 本实施例中的容器内有数个凹槽，凹槽设置在容器底部，制备的xSiO ·yH O溶液 2 2 (x＞y)加入至含若干个凹槽的容器中时，xSiO ·yH O溶液(x＞y)的高度低于凹槽高度，或 2 2 者刚好没过凹槽高度即可，凹槽的大小根据需要的成品的粒径大小和分离后的反应溶液中 二氧化硅的浓度做调整，且每个凹槽之间相互独立，本实施例的凹槽的数量为225个，容 3 积为5cm 。 [0156] 优选的，容器中与xSiO ·yH O溶液，其中，x＞y的接触面的材质为高纯石英，能够 2 2 减少由于反应容器带来的杂质引入。 [0157] 本实施例中的带反应溶液在容器中凝固后，进入高温设备后，1100℃高温下煅烧 72h，得到纯度为99.995％、70％的粒径范围60目‑120目的高纯二氧化硅。 [0158] 实施例5 [0159] 本实施例提供了一种二氧化硅，所述二氧化硅是根据实施例1‑实施例4中任意一 种制备方法所制得的。所制得的二氧化硅为纯度99.995％‑99.9995％、60％‑90％的粒径范 围为40目‑120目的高纯二氧化硅。 [0160] 能够理解的是，以上实施方式仅仅是为说明本发明的原理而采用的示例性实施 方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精 神和实质的情况下，能做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。 13 13
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