Công nghệ sản xuất bột silica hình cầu có độ tinh khiết cao, ít phóng xạ

Bột silicon hình cầu được sử dụng rộng rãi trong bao bì mạch tích hợp do tính lưu động tuyệt vời và hệ số giãn nở nhiệt thấp. Với sự phát triển của công nghệ đóng gói mạch tích hợp quy mô lớn và siêu lớn, để tránh sai số mềm trong các thiết bị bán dẫn thu được các nguyên tố phóng xạ. Đặc biệt, vi hạt silica hình cầu có độ tinh khiết cao và phóng xạ thấp với hàm lượng uranium (U) (phần khối lượng) nhỏ hơn 1 × 10-9 đã trở thành điểm nóng nghiên cứu trong những năm gần đây.

Đầu tiên, phần tử uranium (U6 +) trong bột silicon siêu mịn được phân tán trong bùn có tính axit, sau đó thiết bị hấp phụ trung tính hỗn hợp gốm SiO2 và gốm tổ ong được sử dụng để hấp phụ nó nhằm hoàn thành quá trình lựa chọn và tinh chế vật liệu, để tạo ra silicon siêu mịn. bột Tổng hàm lượng của nguyên tố uranium (U) giảm xuống dưới 1 × 10-9, và bột silica hình cầu có độ tinh khiết cao và phóng xạ thấp cuối cùng thu được bằng phương pháp nấu chảy ngọn lửa và công nghệ sau xử lý không gây ô nhiễm. Thiết bị hấp phụ trung tính có thể dễ dàng và nhanh chóng tách ra khỏi bùn sau khi quá trình hấp phụ hoàn thành, đồng thời có thể tái chế và khuếch đại quy mô lớn; và các mẫu thu được có các đặc điểm về độ hình cầu cao và sự phân bố kích thước hạt có thể kiểm soát được, đồng thời, hiệu suất ứng dụng như hiệu suất lưu động tốt.

1. Lựa chọn và tinh chế microsilica

Bước đầu tiên là xử lý trước vi nguyên liệu silicon chứa uranium (U)

Bước thứ hai là chuẩn bị một thiết bị hấp phụ mê

Bước thứ ba, hấp phụ và thanh lọc

Trong thí nghiệm, bột silicon thông thường có hàm lượng uranium (U) là 9,7 × 10-9 được chọn để tinh chế. Nếu chỉ sử dụng nước khử ion để tinh chế bột silic siêu mịn thì hàm lượng nguyên tố uranium (U) trong nguyên liệu chỉ từ 9,7 × 10-9 thì giảm xuống còn 9,0 × 10-9; khi bột silic siêu mịn được phân tán với dung dịch có pH≤4,5, hàm lượng nguyên tố uranium (U) trong bột silic tinh khiết có thể giảm xuống còn 7,3 × 10-9.

Tuy nhiên, do không loại bỏ được nguyên tố urani hóa trị sáu phân tán trong bùn axit, nguyên tố urani bị tái hấp phụ trên bề mặt của các hạt vi hạt silic trong quá trình lắng và làm khô, làm giảm hiệu quả tinh chế. nguyên tố uranium. Sau khi sử dụng thiết bị hấp phụ trung tính, phần tử uranium (U6 +) hóa trị sáu phân tán trong bùn có thể được aerogel gốc SiO2 hấp phụ một cách hiệu quả và giảm dần khi tăng thời gian hấp phụ. Sau ba thí nghiệm tinh chế và phân tách, Hàm lượng nguyên tố uranium (U) có thể giảm xuống còn 6 × 10-10. Điều này cho thấy rằng khi độ tinh khiết của vật liệu không thể đáp ứng các yêu cầu để sản xuất trực tiếp bột silica hình cầu có độ tinh khiết cao và phóng xạ thấp, thì hàm lượng uranium cũng có thể được giảm xuống bằng cách sử dụng công nghệ tinh chế chọn lọc. Kết quả thí nghiệm cũng cho thấy rằng uranium trong vi nguyên liệu silicon có thể được tách một cách hiệu quả bằng cách rửa axit, và uranium đã tách ra có thể được vật liệu hấp phụ trung tính hấp thụ một cách hiệu quả. Dựa trên quy trình công nghệ này, có thể tiến hành sản xuất hàng loạt tiếp theo.

2. Thiết kế hình cầu hóa và phân bố kích thước hạt

Đầu tiên, thêm lớp bảo vệ gốm zirconia lên bề mặt của tất cả các bộ phận mà bột silicon siêu mịn có thể tiếp xúc trong quá trình tiếp theo để đảm bảo rằng nguyên tố uranium (U) sẽ không được đưa vào trong quá trình tiếp theo để gây ô nhiễm thứ cấp, và sau đó đưa bột silic siêu mịn vào trong lò nung hình cầu, thông qua trường nhiệt độ (1800 ~ 2200 ℃), trường dòng không khí (với oxy là khí mang và chất oxy hóa, khí tự nhiên là khí, tỷ lệ giữa tốc độ dòng chảy của khí và chất oxy hóa là 1,05) và dòng nguyên liệu (50 ~ 500kg / h) Việc kiểm soát hình cầu được thực hiện và bột silicon siêu mịn ở trong trường nhiệt độ trong 0,1-3 giây dưới một áp suất không khí nhất định. Các sản phẩm hình cầu được phân loại cỡ hạt và kết hợp, và sự phân bố cỡ hạt tương ứng được thiết kế theo các yêu cầu đóng gói khác nhau.

Quá trình sản xuất làm giảm sự phụ thuộc quá nhiều vào nguyên liệu thô có độ tinh khiết cao để sản xuất vi hạt silica hình cầu có độ tinh khiết cao và phóng xạ thấp ở một mức độ nhất định.