[发明专利]反应性二氧化硅相的制备方法

说明书

本发明涉及由石英砂制备反应性二氧化硅相的方法。该反应相系由方晶石英、鳞石英、非晶形二氧化硅及碱金属硅酸盐组成，其特征在于石英组分低。

已知在常压下，有三种晶状的二氧化硅变体。它们是石英、鳞石英及方晶石英。石英直到870℃为稳定相，而鳞石英超过1470℃时转化为方晶英石（Hollemann-Wiberg，“Lehrbuch  der  Anorganischen  Chmie”，81-90  Auflage，Verlag，De  Gruyter，Berlin  1976，第545页）。在这些变体内的转化，只有经过断键及形成新的Si-O-Si-键才有可能。

鳞石英和方晶石英所具有的缩孔结构多于石英，也表现出具有不同的密度（石英为2，65g/cm³，鳞石英和方晶石英约为2.3g/cm³）以及较高的反应活性，例如用于水热法制备聚硅酸钠。

不同作业的目的在于制备方晶石英，由于其呈白色并能控制膨胀系数，主要用作原料及填料，例如用于陶瓷制品，也用于制备染料。

方晶石英在管式转炉中，于大约1500℃及加碱情况下，由石英砂转化而制得（Ullmann's  Encyklopadie  der  Technischen  Chemie，4  Auflage，Verlag  Chemie，Weinheim，Band  21（1982），第442页）。

EP-A-0283933介绍，在1000和1300℃温度之间，由具有特定比表面的非晶形二氧化硅制备方晶石英。这种非晶形二氧化硅之所以用于制备方晶石英，是因为它已具有较高的反应特性。建议采用含有锂、钠或钾的碱金属化合物作为该反应所用催化剂。这些化合物用量很少，因为最后要经过1300℃以上温度的处理，将其从方晶石英中脱除。整个方法的特征是，要用很长的反应时间。

不加入催化剂，而使石英转化为方晶石英的相位转换，已见诸很多研究文献。Schneider等（Materials  Science  Forum，7（1986）第91页）介绍过这样一种相位转换，它需要数小时甚至一天的时间。反应速度明显取决于石英结晶度及杂质组分。经研究清楚表明，相位转换是通过非晶形中间相来完成的。Ibrahim等（La  Ceramica，（1985）第19页）介绍，在1350℃和1500℃温度范围内，石英与活化了的硅酸盐进行反应。根据该介绍，在三天内生成鳞石英和方晶石英混合物。

鳞石英是否基本上不含杂质，即是稳定的，文献上对此并无一致结论。大量伴生元素（碱金属，铝）有利于生成晶格中具有许多结构缺陷的鳞石英。按Novakovic等（Interce-ram，（1986）第29-30页）意见，先生成方晶石英，再转化成为鳞石英（1350℃，114小时，锂催化剂），即方晶石英在第二阶段中转化成为鳞石英。

本发明任务是，由石英砂制备以石英组分很低为特色的反应性二氧化硅相。所用反应温度低，特别是反应时间较短或低于已知方法。

根据本发明，采用一种制备反应性二氧化硅相的方法来完成任务，其特征在于，将石英砂与碱金属化合物或其水溶液混合，其中所用碱金属化合物选自加热转化为相应碱金属氧化物的一组伦合物，SiO₂对碱金属氧化物的摩尔比介于1∶0.0025和1∶0.1之间，并将这种混合物加热到1100℃和1700℃温度之间。

此处以及此后，每当谈到SiO₂对碱金属氧化物的摩尔比时，其含意均指含于石英砂中的二氧化硅对碱金属氧化物（涉及当时所用碱金属化合物）的摩尔比而言。

按该法制得的反应性二氧化硅相由方晶石英，鳞石英，非晶形二氧化硅以及碱金属硅酸盐组成，其特征是石英组分低，如同X射线衍射分析所检证的那样。

反应时间随反应温度上升而下降，特别是自1300℃起更为缩短。在1400℃和加入催化剂5%（重量）氢氧化钠时，相当于二氧化硅对碱金属氧化物的摩尔比1∶0.0375，经过30分钟反应时间后，该实施例的反应产物中，不再有石英残量存在。

对特定催化剂为言，反应温度还可进一步提高。从而进一步缩短反应时间。温度下降到1200℃时，会导致石英残量增加。