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特開2024-127551高純度シリカ微粒子分散液の製造方法、および高純度シリカ微粒子分散液
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024127551
(43)【公開日】2024-09-20
(54)【発明の名称】高純度シリカ微粒子分散液の製造方法、および高純度シリカ微粒子分散液
(51)【国際特許分類】
C01B 33/141 20060101AFI20240912BHJP
【ＦＩ】
C01B33/141
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023036768
(22)【出願日】2023-03-09
(71)【出願人】
【識別番号】000190024
【氏名又は名称】日揮触媒化成株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000637
【氏名又は名称】弁理士法人樹之下知的財産事務所
(72)【発明者】
【氏名】川上 翔大
(72)【発明者】
【氏名】中山 和洋
【テーマコード（参考）】
4G072
【Ｆターム（参考）】
4G072AA25
4G072AA28
4G072BB05
4G072CC01
4G072DD06
4G072EE01
4G072GG01
4G072GG03
4G072HH21
4G072JJ15
4G072JJ21
4G072KK01
4G072KK03
4G072LL06
4G072MM01
4G072PP01
4G072RR05
4G072RR12
4G072TT19
4G072TT20
(57)【要約】
【課題】従来の製造方法に見られた煩雑な問題を解決できる高純度シリカ微粒子分散液の製造方法を提供すること。
【解決手段】工程１から工程３までを含む、高純度シリカ微粒子分散液の製造方法。
（工程１）
珪酸ナトリウム水溶液（ＳｉＯ２濃度２質量％以上７質量％以下の範囲）に、無機酸などを添加し混合し、続いて陽イオン交換処理を行って、ｐＨ１．５以上２．５以下の範囲の酸性珪酸液を得る工程。
（工程２）
前記工程１で得られた酸性珪酸液に、キレートイオン交換処理を行い、続いて陽イオン交換処理を行うことにより精製酸性珪酸液を得る工程。
（工程３）
前記工程２で得られた精製酸性珪酸液の一部に、水酸化アルカリ水溶液を添加した後に、加熱し、所定温度で所定時間保持し、さらに、前記工程２で得られた精製酸性珪酸液の別の一部を、所定の添加速度にて添加して、高純度シリカ微粒子分散液を得る工程。
【選択図】なし
【解決手段】工程１から工程３までを含む、高純度シリカ微粒子分散液の製造方法。
（工程１）
珪酸ナトリウム水溶液（ＳｉＯ２濃度２質量％以上７質量％以下の範囲）に、無機酸などを添加し混合し、続いて陽イオン交換処理を行って、ｐＨ１．５以上２．５以下の範囲の酸性珪酸液を得る工程。
（工程２）
前記工程１で得られた酸性珪酸液に、キレートイオン交換処理を行い、続いて陽イオン交換処理を行うことにより精製酸性珪酸液を得る工程。
（工程３）
前記工程２で得られた精製酸性珪酸液の一部に、水酸化アルカリ水溶液を添加した後に、加熱し、所定温度で所定時間保持し、さらに、前記工程２で得られた精製酸性珪酸液の別の一部を、所定の添加速度にて添加して、高純度シリカ微粒子分散液を得る工程。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記工程１から工程３までを含む、高純度シリカ微粒子分散液の製造方法。
（工程１）
珪酸ナトリウム水溶液（ＳｉＯ２濃度２質量％以上７質量％以下の範囲）に、無機酸または無機酸塩を添加し混合し、続いて陽イオン交換処理を行って、ｐＨ１．５以上２．５以下の範囲の酸性珪酸液を得る工程。
（工程２）
前記工程１で得られた酸性珪酸液に、キレートイオン交換処理を行い、続いて陽イオン交換処理を行うことにより精製酸性珪酸液を得る工程。
（工程３）
前記工程２で得られた精製酸性珪酸液の一部に、水酸化アルカリ水溶液を添加し、ｐＨ１０以上１３以下の範囲に調整した後に、温度５０℃以上９８℃以下で加熱し、温度５０℃以上９８℃以下の範囲の温度を２０分間以上保持し、さらに、前記工程２で得られた精製酸性珪酸液の別の一部を、添加速度０．００１ｇ／ｍｉｎ・ｇ以上０．５ｇ／ｍｉｎ・ｇ以下（シリカ固形分換算）の範囲の添加速度にて添加し、併せてｐＨ調整剤を同時添加してなる高純度シリカ微粒子分散液を得る工程。
（工程１）
珪酸ナトリウム水溶液（ＳｉＯ２濃度２質量％以上７質量％以下の範囲）に、無機酸または無機酸塩を添加し混合し、続いて陽イオン交換処理を行って、ｐＨ１．５以上２．５以下の範囲の酸性珪酸液を得る工程。
（工程２）
前記工程１で得られた酸性珪酸液に、キレートイオン交換処理を行い、続いて陽イオン交換処理を行うことにより精製酸性珪酸液を得る工程。
（工程３）
前記工程２で得られた精製酸性珪酸液の一部に、水酸化アルカリ水溶液を添加し、ｐＨ１０以上１３以下の範囲に調整した後に、温度５０℃以上９８℃以下で加熱し、温度５０℃以上９８℃以下の範囲の温度を２０分間以上保持し、さらに、前記工程２で得られた精製酸性珪酸液の別の一部を、添加速度０．００１ｇ／ｍｉｎ・ｇ以上０．５ｇ／ｍｉｎ・ｇ以下（シリカ固形分換算）の範囲の添加速度にて添加し、併せてｐＨ調整剤を同時添加してなる高純度シリカ微粒子分散液を得る工程。
【請求項2】
前記工程１において、前記珪酸ナトリウム水溶液に前記無機酸または無機酸塩を添加し混合する際に、スタティックミキサーを用いて混合し、その際、下記数式（Ｆ１）で表される混合ファクター（Ｂ）の値が１，０００以上１，０００，０００以下の範囲である、請求項１に記載の高純度シリカ微粒子分散液の製造方法。
Ｂ＝Ｒｅ×ｎ ・・・（Ｆ１）
（Ｂ：スタティックミキサーの混合ファクター、ｎ：スタティックミキサーのエレメント数、Ｒｅ：レイノルズ数）
Ｂ＝Ｒｅ×ｎ ・・・（Ｆ１）
（Ｂ：スタティックミキサーの混合ファクター、ｎ：スタティックミキサーのエレメント数、Ｒｅ：レイノルズ数）
【請求項3】
前記陽イオン交換処理を、下記数式（Ｆ２）で表される反応ファクター（Ａ）の値が１３以上２２５以下の範囲を満たすようにして行う、請求項１または請求項２に記載の高純度シリカ微粒子分散液の製造方法。
Ａ＝ｐ×ｓ×ｔ ・・・（Ｆ２）
（ｐ：前記工程１で調製した酸性珪酸液のｐＨと、前記工程２の陽イオン交換処理前の酸性珪酸液のｐＨの平均値、
ｓ：前記工程１および前記工程２での各イオン交換処理にて、通液させる際の空間速度（単位：ｈ－１）の平均値、
ｔ：前記工程１および前記工程２での各イオン交換処理にて、通液させる前の液の温度（単位：℃）の平均値）
Ａ＝ｐ×ｓ×ｔ ・・・（Ｆ２）
（ｐ：前記工程１で調製した酸性珪酸液のｐＨと、前記工程２の陽イオン交換処理前の酸性珪酸液のｐＨの平均値、
ｓ：前記工程１および前記工程２での各イオン交換処理にて、通液させる際の空間速度（単位：ｈ－１）の平均値、
ｔ：前記工程１および前記工程２での各イオン交換処理にて、通液させる前の液の温度（単位：℃）の平均値）
【請求項4】
前記数式（Ｆ２）において、ｐの値が１．５以上２．５以下の範囲であり、ｓの値が２ｈ－１以上６ｈ－１以下の範囲であり、ｔの値が３℃以上１８℃以下の範囲である、請求項３に記載の高純度シリカ微粒子分散液の製造方法。
【請求項5】
前記工程２で得られた精製酸性珪酸液において、シリカ固形分に対して、Ａｌ濃度が５ｐｐｍ以上８０ｐｐｍ以下であり、Ｔｉ濃度が５ｐｐｍ以上８０ｐｐｍ以下であり、Ｆｅ濃度が１ｐｐｍ以上２０ｐｐｍ以下であり、Ｃａ濃度が１ｐｐｍ以上８ｐｐｍ以下であり、Ｎａ濃度が１ｐｐｍ以上２０ｐｐｍ以下であり、Ｍｇ濃度が０．２ｐｐｍ以上４ｐｐｍ以下であり、Ｃｒ濃度が０．０５ｐｐｍ以上１ｐｐｍ以下であり、Ｎｉ濃度が１ｐｐｍ未満であり、Ｃｕ濃度が１ｐｐｍ未満であり、Ｚｎ濃度が１ｐｐｍ未満である（但し、これらの金属の合計量は１４０ｐｐｍ以下に限られる。）、求項１または請求項２に記載の高純度シリカ微粒子分散液の製造方法。
【請求項6】
シリカ固形分に対して、Ａｌ濃度が５ｐｐｍ以上８０ｐｐｍ以下であり、Ｔｉ濃度が５ｐｐｍ以上８０ｐｐｍ以下であり、Ｆｅ濃度が１ｐｐｍ以上２０ｐｐｍ以下であり、Ｃａ濃度が１ｐｐｍ以上８ｐｐｍ以下であり、Ｎａ濃度が１ｐｐｍ以上２０ｐｐｍ以下であり、Ｍｇ濃度が０．２ｐｐｍ以上４ｐｐｍ以下であり、Ｃｒ濃度が０．０５ｐｐｍ以上１ｐｐｍ以下であり、Ｎｉ濃度が１ｐｐｍ未満であり、Ｃｕ濃度が１ｐｐｍ未満であり、Ｚｎ濃度が１ｐｐｍ未満である（但し、これらの金属の合計量は１４０ｐｐｍ以下に限られる。）、高純度シリカ微粒子分散液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、シリカ微粒子分散液（シリカゾル）、特に高純度シリカ微粒子分散液（高純度シリカゾル）の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、実質的に金属不純物を含まないシリカゾルが提案されており、このような高純度シリカゾルは、例えば半導体シリコンウェハなどの電子材料の研磨剤として好ましく利用することができる。シリカゾル中に金属不純物を含むと、研磨加工時に金属不純物がウェハ内部に拡散し、ウェハ品質が劣化する。そして、このようなウェハを用いて形成された半導体デバイスの性能は著しく低下する。
高純度なシリカゾルの製造方法としては、極力不純物を抑制させる手段として、精製したシリコンアルコキシドを原料としてシリカゾルを合成する製造方法が広く知られている。しかしながら、この製造方法の場合、原料のシリコンアルコキシド（アルコキシシラン）が高価なため、そのような製造方法で得られたシリカゾルの利用は、例えば、付加価値の高い用途や特殊な用途などに限定されていた（特許文献１参照）。
高純度なシリカゾルの別の製造方法としては、珪酸アルカリと鉱酸による湿式反応でシリカゲルを合成し、さらに水酸化第四アンモニウム水溶液を作用させる工程を含むシリカゾルの製造方法が知られている。しかしながら、この製造方法の場合、シリカゲルの調製工程において、キレート剤および過酸化水素を含む酸濃度１規定以上の酸性領域中でシリカゲルを沈殿生成させ、さらに分離および洗浄を必要とするなど、製造効率と経済性に問題があった（特許文献２参照）。
高純度なシリカゾルの製造方法としては、極力不純物を抑制させる手段として、精製したシリコンアルコキシドを原料としてシリカゾルを合成する製造方法が広く知られている。しかしながら、この製造方法の場合、原料のシリコンアルコキシド（アルコキシシラン）が高価なため、そのような製造方法で得られたシリカゾルの利用は、例えば、付加価値の高い用途や特殊な用途などに限定されていた（特許文献１参照）。
高純度なシリカゾルの別の製造方法としては、珪酸アルカリと鉱酸による湿式反応でシリカゲルを合成し、さらに水酸化第四アンモニウム水溶液を作用させる工程を含むシリカゾルの製造方法が知られている。しかしながら、この製造方法の場合、シリカゲルの調製工程において、キレート剤および過酸化水素を含む酸濃度１規定以上の酸性領域中でシリカゲルを沈殿生成させ、さらに分離および洗浄を必要とするなど、製造効率と経済性に問題があった（特許文献２参照）。
【0003】
特許文献３の高純度シリカゾルの製法では、シリカゾルの製造工程において、珪酸液中の珪酸を構成するシロキサン骨格内に存在するイオン不純物を除去する目的で、珪酸液を酸処理し、具体的にはｐＨ０～２．５にする工程を含む。この酸処理には、例えば、実施例１では、３号珪酸ソーダ水希釈品を陽イオン交換して得られた５％珪酸液（原料投入量から少なくとも約４０００ｇ以上と推定される）に対し、３５％塩酸５００ｇを用いている。このような多量の酸を含む酸性珪酸液を原料として調製した場合は、シリカゾルの安定性を損ない、ゲル化や凝集沈殿発生の原因となるので、通常は、洗浄処理あるいは陰イオン交換処理が必要となる。特許文献３の製法においても、溶媒置換などの処理を行って塩酸を除去・精製する旨が開示されている。このように多量の酸の除去処理は、高純度シリカゾルの製造において、工数、製造に要する時間および経済面で不利な要素となる。
【0004】
特許文献４の高純度大粒子径シリカゾルの製法では、シリカゾルの製造工程において、活性珪酸の水性コロイド溶液に酸を加えて、ｐＨ０～２．０とし、熟成、陽イオン交換、陰イオン交換および陽イオン交換を行って、高純度活性珪酸液を調製し、この高純度活性珪酸液を原料として高純度大粒子径シリカゾルを調製するとされている。この製法においては、例えば、実施例１では、活性珪酸の水性コロイド溶液５９５０ｇに硝酸（濃度６１．３質量％）２０．２ｇを用いており、続いて、４８時間の熟成、陽イオン交換、陰イオン交換および陽イオン交換を行うことが開示されており、特許文献３と同様な問題を有している。特に、特許文献４の製法では活性珪酸液を４８時間熟成する必要があり、非常に生産効率が悪く経済性に問題がある。
【0005】
特許文献５に記載の高純度水性シリカゾルの製造方法では、水硝子を陽イオン交換して酸性珪酸液とし、さらに強酸を加えてｐＨ０～２．０にて、０～１００℃、０．５～１２０時間の熟成を経て、陰イオン交換することにより高純度シリカゾルを得る製法が記載されている。この製法においては、０～１００℃／０．５～１２０時間の熟成処理が必要であり、熟成時間が長いため生産性が悪く、実用的には、改良が求められていた。
【0006】
特許文献６に記載の高純度シリカゾルの製造方法では、水硝子に強酸の塩を加えて陽イオン交換がなされており、強酸の塩としては、アミノトリス（メチレンホスホン酸）、１－ヒドロキシエタン－１，１－ジホスホン酸またはこれらの塩の少なくとも１つが用いられていた。このような有機酸を含むシリカゾルは製造時に生じる廃水の処理に手間とコストがかかり、また有機酸を含むシリカゾルはその使用用途が制限されるという問題があった。特に、研磨用途においては、シリカゾルに化学成分を添加して研磨性能を調整することが行われているが、有機酸が研磨性能を悪化させる可能性が指摘されていた。
【0007】
特許文献７に記載のシリカゾルの製造方法では、水溶性アルカリ金属ケイ酸塩またはアルカリ金属ケイ酸塩水溶液を酸性化剤と混合してｐＨ２未満の酸性アルカリ金属ケイ酸塩水溶液を製造し、続いて、所定の陰イオン交換および陽イオン交換処理を行って、珪酸液を調製し、この珪酸液を原料として安定したシリカゾルを得る製法が記載されている。この製法においては、酸性化剤を必要とし、過酸化水素などの酸化剤は、爆発事例が多く発生しており、安全性の問題があった。また、このような酸化剤を含むシリカゾルは安全性の懸念から使用用途が制限されるという問題があった。
【0008】
特許文献８に記載の高純度シリカゾルの製造方法では、珪酸液にシュウ酸と無機強酸を添加混合し、陰イオン交換と陽イオン交換を行って高純度シリカゾルを調製する製法が記載されている。この製法においては、シュウ酸を必要とし、シュウ酸は劇物であるため取り扱う上で注意が必要であった。また、シュウ酸を含むシリカゾルは使用用途が制限され、特に研磨用途においては化学成分を添加して研磨性能を調整することが行われているが、シュウ酸が研磨性能を悪化させる可能性が指摘されていた。
【0009】
特許文献９に記載の高純度水性シリカゾルの製造方法では、強酸などとアルカリ金属珪酸塩を所定の条件で水に溶解させ、陽イオン交換、続いて陰イオン交換し、更に水酸化カリウム又は水酸化ナトリウムを加えて水性シリカゾルを調製し、更に該水性シリカゾルを陽イオン交換し、アンモニアを加えてｐＨ８～１０．５に調整して、安定で高純度な水性シリカゾルを得る製法が記載されている。同文献の実施例１では、上記操作に加えて、陰イオン交換後に再度陽イオン交換をおこなっている。この製法においては、イオン交換処理の回数が多く非常に生産効率が悪いという問題がある。また、酸性珪酸液に陰イオン交換処理をしているため、酸性珪酸液の安定化のために必要な陰イオンが除かれるため珪酸液のｐＨが高くなり、珪酸液の安定性が著しく低下してゲル化し易いという問題もあった。
【0010】
特許文献４の高純度大粒子径シリカゾルの製法では、特許文献３の製法で見られるような問題に加えて、前記のとおり４８時間の熟成処理を必要としており、製造上さらに不利な点があるといえる。特許文献５も熟成（保持工程）に時間を要する問題点を有していた。
【0011】
特許文献６に記載の高純度シリカゾルの製造方法では、製造中に有機酸を含む排水が生じ、この廃水を処理するために手間とコストがかかる面で問題を有していた。さらに、研磨性能への影響の点で問題があった。
【0012】
特許文献７に記載のシリカゾルの製造方法では、前記のとおり酸性化剤を必要とし、安全性の点で問題があった。
特許文献８に記載の高純度シリカゾルの製造方法では、劇物であるシュウ酸を必要とし、取り扱い、および研磨性能への影響の点で問題があった。
特許文献８に記載の高純度シリカゾルの製造方法では、劇物であるシュウ酸を必要とし、取り扱い、および研磨性能への影響の点で問題があった。
【0013】
特許文献９に記載の高純度水性シリカゾルの製造方法では、前記のとおりイオン交換操作を始め操作ないし処理が多く、実用的には改良が求められていた。珪酸液から陰イオンを除去しているため、陰イオン交換後の酸性珪酸液のｐＨは４．０程度となっており、このような酸性珪酸液は安定性が非常に悪く極めて短時間にゲル化が生じる。そのため、このような陰イオン交換を必須とするシリカゾルの製法は、安定的に生産することが難しいという問題点を有していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0014】
【特許文献1】特開平０１－２７８４１３号公報
【特許文献2】特開２０００－２４７６２５号公報
【特許文献3】特開昭６１－１５８８１０号公報
【特許文献4】特開昭６３－２８５１１２号公報
【特許文献5】特開平０４－００２６０６号公報
【特許文献6】特表２００３－５１４７４２号公報
【特許文献7】特表２０１４－５１１３３０号公報
【特許文献8】特開平０４－２３１３１９号公報
【特許文献9】特開平０６－０１６４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0015】
本発明は、従来の高純度シリカゾルの製造方法で見られた、酸を除去するための陰イオン交換処理、製造工程の中間段階の珪酸液を所定条件（ｐＨ範囲ないし温度範囲など）にて所定時間範囲保持してなる熟成処理、その他煩雑な処理が不要であり、研磨性能を低下させるような薬剤の添加を必要としない高純度シリカ微粒子分散液の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0016】
本発明の一態様によれば、下記工程１から工程３までを含む、高純度シリカ微粒子分散液の製造方法が提供される。
（工程１）
珪酸ナトリウム水溶液（ＳｉＯ２濃度２質量％以上７質量％以下の範囲）に、無機酸または無機酸塩を添加し混合し、続いて陽イオン交換処理を行って、ｐＨ１．５以上２．５以下の範囲の酸性珪酸液を得る工程。
（工程２）
前記工程１で得られた酸性珪酸液に、キレートイオン交換処理を行い、続いて陽イオン交換処理を行うことにより精製酸性珪酸液を得る工程。
（工程３）
前記工程２で得られた精製酸性珪酸液の一部に、水酸化アルカリ水溶液を添加し、ｐＨ１０以上１３以下の範囲に調整した後に、温度５０℃以上９８℃以下で加熱し、温度５０℃以上９８℃以下の範囲の温度を２０分間以上保持し、さらに、前記工程２で得られた精製酸性珪酸液の別の一部を、添加速度０．００１ｇ／ｍｉｎ・ｇ以上０．５ｇ／ｍｉｎ・ｇ以下（シリカ固形分換算）の範囲の添加速度にて添加し、併せてｐＨ調整剤を同時添加してなる高純度シリカ微粒子分散液を得る工程。
（工程１）
珪酸ナトリウム水溶液（ＳｉＯ２濃度２質量％以上７質量％以下の範囲）に、無機酸または無機酸塩を添加し混合し、続いて陽イオン交換処理を行って、ｐＨ１．５以上２．５以下の範囲の酸性珪酸液を得る工程。
（工程２）
前記工程１で得られた酸性珪酸液に、キレートイオン交換処理を行い、続いて陽イオン交換処理を行うことにより精製酸性珪酸液を得る工程。
（工程３）
前記工程２で得られた精製酸性珪酸液の一部に、水酸化アルカリ水溶液を添加し、ｐＨ１０以上１３以下の範囲に調整した後に、温度５０℃以上９８℃以下で加熱し、温度５０℃以上９８℃以下の範囲の温度を２０分間以上保持し、さらに、前記工程２で得られた精製酸性珪酸液の別の一部を、添加速度０．００１ｇ／ｍｉｎ・ｇ以上０．５ｇ／ｍｉｎ・ｇ以下（シリカ固形分換算）の範囲の添加速度にて添加し、併せてｐＨ調整剤を同時添加してなる高純度シリカ微粒子分散液を得る工程。
【0017】
本発明の一態様によれば、シリカ固形分に対して、Ａｌ濃度が５ｐｐｍ以上８０ｐｐｍ以下であり、Ｔｉ濃度が５ｐｐｍ以上８０ｐｐｍ以下であり、Ｆｅ濃度が１ｐｐｍ以上２０ｐｐｍ以下であり、Ｃａ濃度が１ｐｐｍ以上８ｐｐｍ以下であり、Ｎａ濃度が１ｐｐｍ以上２０ｐｐｍ以下であり、Ｍｇ濃度が０．２ｐｐｍ以上４ｐｐｍ以下であり、Ｃｒ濃度が０．０５ｐｐｍ以上１ｐｐｍ以下であり、Ｎｉ濃度が１ｐｐｍ未満であり、Ｃｕ濃度が１ｐｐｍ未満であり、Ｚｎ濃度が１ｐｐｍ未満である（但し、これらの金属の合計量は１４０ｐｐｍ以下に限られる。）、高純度シリカ微粒子分散液が提供される。
【発明の効果】
【0018】
本発明の一態様によれば、従来の高純度シリカゾルの製造方法で見られた、酸を除去するための陰イオン交換処理、製造工程の中間段階の珪酸液を所定条件にて所定時間範囲保持してなる熟成処理、その他煩雑な処理が不要であり、研磨性能を低下させるような薬剤の添加を必要としない高純度シリカ微粒子分散液の製造方法を提供できる。
【発明を実施するための形態】
【0019】
［高純度シリカ微粒子分散液の製造方法］
本実施形態に係る高純度シリカ微粒子分散液の製造方法は、下記工程１から工程３までを含む方法である。
本実施形態に係る製造方法によれば、以下に述べるような煩雑な問題を解決することができる。
例えば、イオン交換工程が増えると、イオン交換後の珪酸液を受けるタンクないし貯蔵するタンクを設ける必要が生じる。さらに、イオン交換プロセス毎にシリカ成分のロスが生じるため収率が低下するという問題がある。また、珪酸液を貯蔵するために設けたタンクのメンテナンスやイオン交換樹脂の再生や洗浄も行われるため、再生に必要な薬液量や洗浄水の量が増加し、その処理にも工程に負荷がかかる。
一般的に、珪酸液を陰イオン交換すると、珪酸液のｐＨが弱酸性から中性領域に上昇し、珪酸液がゲル化しやすくなる。このため、陰イオン交換後の珪酸液は極めて短時間で次の工程に投入するなど、迅速に使用する必要があり、そのような工程管理、時間管理および品質管理の負担が増大する。
また、珪酸液を所定時間保持する熟成処理をして酸処理を行う場合、珪酸液を所定時間保持しないと使用できないため、シリカ粒子調製に必要な珪酸液を、シリカ粒子の調製工程に合わせて予め計画的に調製する必要がある。そのため、シリカ粒子調製において連続的に複数バッチの調合を行う場合、前記保持時間とシリカ粒子調製工程の開始時間に合わせて、複数の酸処理保持用のタンクを準備する必要がある。この場合、複数のタンクおよび酸処理珪酸液の管理が必要となり生産が非常に複雑となる。
なお、本明細書において、シリカ微粒子分散液のことをシリカゾルとも表記する。
本実施形態に係る高純度シリカ微粒子分散液の製造方法は、下記工程１から工程３までを含む方法である。
本実施形態に係る製造方法によれば、以下に述べるような煩雑な問題を解決することができる。
例えば、イオン交換工程が増えると、イオン交換後の珪酸液を受けるタンクないし貯蔵するタンクを設ける必要が生じる。さらに、イオン交換プロセス毎にシリカ成分のロスが生じるため収率が低下するという問題がある。また、珪酸液を貯蔵するために設けたタンクのメンテナンスやイオン交換樹脂の再生や洗浄も行われるため、再生に必要な薬液量や洗浄水の量が増加し、その処理にも工程に負荷がかかる。
一般的に、珪酸液を陰イオン交換すると、珪酸液のｐＨが弱酸性から中性領域に上昇し、珪酸液がゲル化しやすくなる。このため、陰イオン交換後の珪酸液は極めて短時間で次の工程に投入するなど、迅速に使用する必要があり、そのような工程管理、時間管理および品質管理の負担が増大する。
また、珪酸液を所定時間保持する熟成処理をして酸処理を行う場合、珪酸液を所定時間保持しないと使用できないため、シリカ粒子調製に必要な珪酸液を、シリカ粒子の調製工程に合わせて予め計画的に調製する必要がある。そのため、シリカ粒子調製において連続的に複数バッチの調合を行う場合、前記保持時間とシリカ粒子調製工程の開始時間に合わせて、複数の酸処理保持用のタンクを準備する必要がある。この場合、複数のタンクおよび酸処理珪酸液の管理が必要となり生産が非常に複雑となる。
なお、本明細書において、シリカ微粒子分散液のことをシリカゾルとも表記する。
【0020】
［工程１：酸性珪酸液の調製］
工程１においては、珪酸ナトリウム水溶液に、無機酸または無機酸塩を添加し混合する。
ここで使用する珪酸ナトリウム水溶液としては、珪酸ナトリウムを水に溶解した、いわゆる水硝子（珪酸ソーダ）ないしは希釈水硝子を用いることができる。珪酸ナトリウム水溶液に含まれるＳｉＯ２濃度は、２質量％以上７質量％以下の範囲とすることが必要である。ＳｉＯ２濃度が前記範囲であることは、後述するイオン交換処理において、イオン交換樹脂層内でのゲル化が生じ難いので好ましい。
このような濃度範囲の珪酸ナトリウム水溶液は、例えば、市販の水硝子を水、イオン交換水、純水あるいは超純水で希釈して得ることができる。このような水硝子は、例えば、Ｎａ２Ｏ・ｎＳｉＯ２・ｍＨ２Ｏの組成式で表され、ＳｉＯ２濃度２２質量％以上３８質量％以下の範囲、Ｎａ２Ｏ濃度５質量％以上１９質量％以下の範囲、ＳｉＯ２：Ｎａ２Ｏ（モル比）が０．５以上４以下の範囲、並びに、ｐＨ９以上の範囲にあるものが挙げられる。
工程１においては、珪酸ナトリウム水溶液に、無機酸または無機酸塩を添加し混合する。
ここで使用する珪酸ナトリウム水溶液としては、珪酸ナトリウムを水に溶解した、いわゆる水硝子（珪酸ソーダ）ないしは希釈水硝子を用いることができる。珪酸ナトリウム水溶液に含まれるＳｉＯ２濃度は、２質量％以上７質量％以下の範囲とすることが必要である。ＳｉＯ２濃度が前記範囲であることは、後述するイオン交換処理において、イオン交換樹脂層内でのゲル化が生じ難いので好ましい。
このような濃度範囲の珪酸ナトリウム水溶液は、例えば、市販の水硝子を水、イオン交換水、純水あるいは超純水で希釈して得ることができる。このような水硝子は、例えば、Ｎａ２Ｏ・ｎＳｉＯ２・ｍＨ２Ｏの組成式で表され、ＳｉＯ２濃度２２質量％以上３８質量％以下の範囲、Ｎａ２Ｏ濃度５質量％以上１９質量％以下の範囲、ＳｉＯ２：Ｎａ２Ｏ（モル比）が０．５以上４以下の範囲、並びに、ｐＨ９以上の範囲にあるものが挙げられる。
【0021】
（無機酸および無機酸塩）
珪酸ナトリウム水溶液に添加する無機酸または無機酸塩の種類は、格別に制限されるものではないが、塩酸、硫酸、硝酸、およびリン酸などが挙げられる。これらの無機酸または無機酸塩の添加量は、無機酸または無機酸塩の種類と、無機酸または無機酸塩の水溶液の濃度によって異なるが、続いて処理される陽イオン交換後の酸性珪酸液のｐＨ範囲がｐＨ１．５以上２．５以下の範囲となる限り格別に制限されるものではない。
なお、本明細書においては、工程１にて無機酸または無機酸塩を添加された珪酸ナトリウム水溶液のことを「無機酸等含有珪酸ナトリウム水溶液」という場合がある。また、無機酸または無機酸塩のことを「無機酸等」という場合がある。なお、例えば、前記無機酸等が硫酸の場合は、「硫酸含有珪酸ナトリウム水溶液」と記す場合がある。
珪酸ナトリウム水溶液に添加する無機酸または無機酸塩の種類は、格別に制限されるものではないが、塩酸、硫酸、硝酸、およびリン酸などが挙げられる。これらの無機酸または無機酸塩の添加量は、無機酸または無機酸塩の種類と、無機酸または無機酸塩の水溶液の濃度によって異なるが、続いて処理される陽イオン交換後の酸性珪酸液のｐＨ範囲がｐＨ１．５以上２．５以下の範囲となる限り格別に制限されるものではない。
なお、本明細書においては、工程１にて無機酸または無機酸塩を添加された珪酸ナトリウム水溶液のことを「無機酸等含有珪酸ナトリウム水溶液」という場合がある。また、無機酸または無機酸塩のことを「無機酸等」という場合がある。なお、例えば、前記無機酸等が硫酸の場合は、「硫酸含有珪酸ナトリウム水溶液」と記す場合がある。
【0022】
（酸リーチング後の珪酸ナトリウム水溶液のｐＨについて）
一般に、固相中に含まれる不純分を、酸やアルカリで溶出させるプロセスは、リーチング（Ｌｅａｃｈｉｎｇ）と呼ばれ、固相から特定の元素を水溶液中に溶解あるいは溶出させる操作を意味する。例えば、特許文献５で行われている、酸性珪酸液に無機酸を添加する操作もリーチングであり、リーチングで溶出させた金属不純分は、イオン交換などで除去される。なお、酸によるリーチングを特に「酸リーチング」ともいう。特許文献５では珪酸液に強酸を添加しｐＨを０～１．５４に調整している。水硝子（珪酸ナトリウム水溶液）に対する酸リーチングにおいても、リーチング後の酸性珪酸液のｐＨを低くする程、水硝子中の固相（シリカ成分）からの特定元素の溶出に有効であることが知られている。
一般に、固相中に含まれる不純分を、酸やアルカリで溶出させるプロセスは、リーチング（Ｌｅａｃｈｉｎｇ）と呼ばれ、固相から特定の元素を水溶液中に溶解あるいは溶出させる操作を意味する。例えば、特許文献５で行われている、酸性珪酸液に無機酸を添加する操作もリーチングであり、リーチングで溶出させた金属不純分は、イオン交換などで除去される。なお、酸によるリーチングを特に「酸リーチング」ともいう。特許文献５では珪酸液に強酸を添加しｐＨを０～１．５４に調整している。水硝子（珪酸ナトリウム水溶液）に対する酸リーチングにおいても、リーチング後の酸性珪酸液のｐＨを低くする程、水硝子中の固相（シリカ成分）からの特定元素の溶出に有効であることが知られている。
【0023】
リーチングによって酸性珪酸液中に溶出させた不純分イオンは、引き続いて行われる陽イオン交換処理により除去される。特許文献５の例では酸性珪酸液のｐＨを１．５４以下としてから陽イオン交換処理を行っている。しかしながら、通常、金属不純分を吸着した陽イオン交換樹脂は、塩酸や硫酸などの強酸の作用により陽イオン交換樹脂の再生がなされるため、酸性珪酸液のｐＨが低いほど、イオン交換樹脂に吸着された不純分イオンが、再び酸性珪酸液中に溶出するという問題が生じる。本発明者らが実際に実験確認したところ、酸性珪酸液のｐＨが１．５未満ではＮａなどのアルカリ金属が脱離しやすくなり、得られた酸性珪酸液はシリカｄｒｙ１ｇあたりにＮａを数十～百数十ｐｐｍ含むという結果が得られた。
【0024】
前述のとおり、リーチング効果を高めるためには、酸性珪酸液のｐＨを低くする必要があるが、ｐＨが低すぎるとイオン交換樹脂の再生効果によって不純分イオンが脱離して不純分が十分に除去できないという問題が生じる。そのため、リーチング効果と樹脂の再生効果を考慮した最適なｐＨが必要であり、本発明者らが検討した結果、酸リーチングとそれに続く陽イオン交換処理により得られる酸性珪酸液のｐＨは、前記のとおり、１．５以上２．５以下の範囲が最も好適な条件であった。なお、酸性珪酸液にイオン交換を行う場合、イオン交換前に酸性珪酸液のｐＨを１．５以上２．５以下の範囲で調整しても構わない。
【0025】
また、イオン交換とリーチングを組み合わせる方法としては、まず珪酸ナトリウムを陽イオン交換し（１回目イオン交換）、得られた酸性珪酸液に無機酸を添加して好適なｐＨに調整したのちに、再びイオン交換処理（２回目イオン交換）を行って溶出した不純分を除去するプロセスが挙げられる。別の方法として、予め珪酸ナトリウム水溶液に、陽イオン交換後の酸性珪酸液のｐＨが好適な範囲となるような量の無機酸を添加し、１回目のイオン交換を行い、得られた酸性珪酸液を２回目のイオン交換するプロセスも挙げられる。
前者のプロセスでは１回目の陽イオン交換ではリーチングがなされないため、不純分除去効率が劣るが、後者のプロセスでは１回目のイオン交換処理からリーチングがなされるため不純分除去効果が高い。そのため、珪酸ナトリウム水溶液に、イオン交換後のｐＨが好適な範囲となる量の無機酸を添加してイオン交換する方法が望ましい。
なお、後者のプロセスにおいて、陽イオン交換後の酸性珪酸液のｐＨが１．５以上２．５以下となるように、予め珪酸ナトリウム水溶液に無機酸を添加しても、通常は珪酸ナトリウム水溶液のｐＨは酸性にはならず強アルカリ性である。したがって珪酸アルカリに無機酸を添加した段階ではリーチング効果はほとんど無い。しかし、無機酸が添加された珪酸ナトリウム水溶液に対して陽イオン交換処理を行うと、イオン交換塔内では強アルカリ性の珪酸ナトリウム水溶液からアルカリが除去されて、ｐＨが１．５以上２．５以下の酸性珪酸液となる。この酸性珪酸液はイオン交換塔の出口まで引き続きイオン交換がなされるためイオン交換塔内部でリーチングが始まるため、不純分除去効果が高くなる。また、この場合、酸性珪酸液のｐＨが低いため、酸性珪酸液の重合が進みにくく、遷移元素などの不純分は酸性珪酸液のシロキサン骨格内に取り込まれにくいため不純分除去効果が高くなる効果もあると、発明者らは推測している。
前者のプロセスでは１回目の陽イオン交換ではリーチングがなされないため、不純分除去効率が劣るが、後者のプロセスでは１回目のイオン交換処理からリーチングがなされるため不純分除去効果が高い。そのため、珪酸ナトリウム水溶液に、イオン交換後のｐＨが好適な範囲となる量の無機酸を添加してイオン交換する方法が望ましい。
なお、後者のプロセスにおいて、陽イオン交換後の酸性珪酸液のｐＨが１．５以上２．５以下となるように、予め珪酸ナトリウム水溶液に無機酸を添加しても、通常は珪酸ナトリウム水溶液のｐＨは酸性にはならず強アルカリ性である。したがって珪酸アルカリに無機酸を添加した段階ではリーチング効果はほとんど無い。しかし、無機酸が添加された珪酸ナトリウム水溶液に対して陽イオン交換処理を行うと、イオン交換塔内では強アルカリ性の珪酸ナトリウム水溶液からアルカリが除去されて、ｐＨが１．５以上２．５以下の酸性珪酸液となる。この酸性珪酸液はイオン交換塔の出口まで引き続きイオン交換がなされるためイオン交換塔内部でリーチングが始まるため、不純分除去効果が高くなる。また、この場合、酸性珪酸液のｐＨが低いため、酸性珪酸液の重合が進みにくく、遷移元素などの不純分は酸性珪酸液のシロキサン骨格内に取り込まれにくいため不純分除去効果が高くなる効果もあると、発明者らは推測している。
【0026】
（スタティックミキサーによる混合）
工程１において、珪酸ナトリウム水溶液に無機酸などを添加し、引き続いて行われる陽イオン交換塔内でｐＨが低い酸性珪酸液が生成して不純分のリーチングがなされ、イオン交換塔出口から流出するまで不純分の除去がなされる。このため、珪酸ナトリウム水溶液と無機酸などが均一に混合されていることが非常に重要である。
前述の通り、ｐＨが低いほどリーチング効果は高くなるため、混合が不均一な場合は局所的にｐＨが低くならない箇所が生じ、リーチングが不十分となり、不純分が十分に低減できない場合がある。
混合を均一に行うためには、攪拌機で長時間攪拌操作を行えば均一化できる。しかしながら、工程時間が長くなり過ぎ経済性が低下するため好ましくない。そこで、短時間で十分に均一混合することが求められる。
短時間で混合するために、珪酸アルカリ水溶液が流される配管に無機酸の配管を接続して混合する方法が知られているが、２液を十分に混合させるためには送液速度を高くして配管内のレイノルズ数を高めることが必要とされる。しかしながら、この方法では均一に混合することが難しいため、十分に混合されるまでに時間がかかり、リーチング不良が生じる可能性がある。
工程１において、珪酸ナトリウム水溶液に無機酸などを添加し、引き続いて行われる陽イオン交換塔内でｐＨが低い酸性珪酸液が生成して不純分のリーチングがなされ、イオン交換塔出口から流出するまで不純分の除去がなされる。このため、珪酸ナトリウム水溶液と無機酸などが均一に混合されていることが非常に重要である。
前述の通り、ｐＨが低いほどリーチング効果は高くなるため、混合が不均一な場合は局所的にｐＨが低くならない箇所が生じ、リーチングが不十分となり、不純分が十分に低減できない場合がある。
混合を均一に行うためには、攪拌機で長時間攪拌操作を行えば均一化できる。しかしながら、工程時間が長くなり過ぎ経済性が低下するため好ましくない。そこで、短時間で十分に均一混合することが求められる。
短時間で混合するために、珪酸アルカリ水溶液が流される配管に無機酸の配管を接続して混合する方法が知られているが、２液を十分に混合させるためには送液速度を高くして配管内のレイノルズ数を高めることが必要とされる。しかしながら、この方法では均一に混合することが難しいため、十分に混合されるまでに時間がかかり、リーチング不良が生じる可能性がある。
【0027】
本発明者らは、静止型混合器、いわゆるスタティックミキサーを用い、その特定のエレメント数範囲において、さらに所定範囲のレイノルズ数とすることで、リーチング不良を起こさず、比較的短時間で混合することができることを見出した。スタティックミキサーは、駆動部のない静止型混合器 (ラインミキサー)であり、その構造はエレメント（長方形の板を左右逆方向に１８０度捩じったような構造）を必要な数だけ管内に交互に配列してなる構造を有する。必要とされるエレメント数は、対象となる流体の性状やプロセスの目的によりそれぞれ設定される。スタティックミキサー内に入った流体は、配管内に設けられたエレメントにより順次撹拌混合される。スタティックミキサーは様々なタイプがあるが、一例としてエレメントタイプのスタティックミキサーは、右エレメントと左エレメントが交互に配置され、分割、転換、または反転作用を生じさせる方法で、２種類の流体を均一に混合することができる。本発明においては、珪酸ナトリウム水溶液と無機酸を均一に混合する混合器である。ここでスタティックミキサーのエレメント数をｎ、レイノルズ数をＲｅとして、その積Ｂ（以下、「混合ファクターＢ」と称す）を１，０００以上１，０００，０００以下の範囲とすることで、リーチング不良を生じさせず、短時間で均一な混合液を得ることができる。この混合ファクターＢの範囲は、より好適には、５，０００以上５００，０００以下の範囲が、さらに好ましくは、８，０００以上４００，０００以下の範囲が推奨される。
前記エレメント数は、スタティックミキサーのメーカーが目的あるいは用途に応じて任意に設定し、市販されている。市販のスタティックミキサーのエレメント数は、格別に制限されるものではないが、例えば、５以上７０以下の範囲で設定されたものが知られている。
なお、混合ファクターＢは、下記数式（Ｆ１）で示すとおりである。
Ｂ＝Ｒｅ×ｎ ・・・（Ｆ１）
前記エレメント数は、スタティックミキサーのメーカーが目的あるいは用途に応じて任意に設定し、市販されている。市販のスタティックミキサーのエレメント数は、格別に制限されるものではないが、例えば、５以上７０以下の範囲で設定されたものが知られている。
なお、混合ファクターＢは、下記数式（Ｆ１）で示すとおりである。
Ｂ＝Ｒｅ×ｎ ・・・（Ｆ１）
【0028】
工程１においては、珪酸ナトリウム水溶液に対する無機酸または無機酸塩の添加により得られた無機酸等含有珪酸ナトリウム水溶液に陽イオン交換処理を行って、ｐＨ１．５以上２．５以下の範囲の酸性珪酸液を得る。
【0029】
（陽イオン交換樹脂）
陽イオン交換処理に用いる陽イオン交換樹脂としては、格別に制限されるものではないが、例えば、Ｈ型陽イオン交換樹脂を用いることが好ましい。また、陽イオン交換樹脂は、ビーズ状、または繊維状など、その形態は問わない。本実施形態においては、カラムに陽イオン交換樹脂を充填して通液する方法が好ましい。
陽イオン交換処理に用いる陽イオン交換樹脂としては、格別に制限されるものではないが、例えば、Ｈ型陽イオン交換樹脂を用いることが好ましい。また、陽イオン交換樹脂は、ビーズ状、または繊維状など、その形態は問わない。本実施形態においては、カラムに陽イオン交換樹脂を充填して通液する方法が好ましい。
【0030】
（陽イオン交換温度）
一般に、イオン交換操作においては、イオン交換温度と、イオン交換される液体とイオン交換樹脂との接触時間［空間速度（Ｓｐａｃｅ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ：ＳＶ）］が重要な因子である。ここで、イオン交換温度としては、イオン交換樹脂に通液させる前の溶液の温度、イオン交換樹脂を充填したカラムの内部の温度、イオン交換樹脂を含む溶液の温度、イオン交換中のイオン交換塔内部の温度、および、イオン交換塔のカラム出口から流出する溶液の温度などが挙げられる。本実施形態においては、イオン交換反応に影響の大きい因子として、イオン交換温度をイオン交換樹脂に通液させる前の溶液の温度とした。
一般に、イオン交換反応の温度が高いほど、イオン交換効率は高くなり、さらに、後述するリーチング効果も高まるが、希釈した水硝子（珪酸ナトリウム水溶液）あるいは酸性珪酸液などのイオン交換の場合、温度が高くなると、特に酸性珪酸液は重合が進みゲル化しやすくなる傾向にあり、酸性珪酸液の安定性は低下する。また、ゲル化しない場合であっても、重合が進んだ珪酸液を用いて粒子の調合を行った場合、珪酸による自己核が生じ、所望のサイズのシリカ微粒子が得られない場合がある。
一般に、イオン交換操作においては、イオン交換温度と、イオン交換される液体とイオン交換樹脂との接触時間［空間速度（Ｓｐａｃｅ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ：ＳＶ）］が重要な因子である。ここで、イオン交換温度としては、イオン交換樹脂に通液させる前の溶液の温度、イオン交換樹脂を充填したカラムの内部の温度、イオン交換樹脂を含む溶液の温度、イオン交換中のイオン交換塔内部の温度、および、イオン交換塔のカラム出口から流出する溶液の温度などが挙げられる。本実施形態においては、イオン交換反応に影響の大きい因子として、イオン交換温度をイオン交換樹脂に通液させる前の溶液の温度とした。
一般に、イオン交換反応の温度が高いほど、イオン交換効率は高くなり、さらに、後述するリーチング効果も高まるが、希釈した水硝子（珪酸ナトリウム水溶液）あるいは酸性珪酸液などのイオン交換の場合、温度が高くなると、特に酸性珪酸液は重合が進みゲル化しやすくなる傾向にあり、酸性珪酸液の安定性は低下する。また、ゲル化しない場合であっても、重合が進んだ珪酸液を用いて粒子の調合を行った場合、珪酸による自己核が生じ、所望のサイズのシリカ微粒子が得られない場合がある。
【0031】
無機酸等含有珪酸ナトリウム水溶液を、陽イオン交換樹脂が充填されたカラムに通液させる前の液温［Ｔ１］は、３℃以上１８℃以下の範囲にあることが好ましい。この温度範囲にあるとイオン交換効率に優れ、得られる酸性珪酸液も安定している。珪酸ナトリウム水溶液の液温が３℃未満の場合、陽イオン交換が効率的に進まない場合があり、またこれ以上温度を下げても珪酸液の安定性はあまり向上しない傾向にある。珪酸ナトリウム水溶液の液温が１８℃を超える場合は、不純分の吸着効果は高まるものの酸性珪酸液は重合が進行し、ゲル化し易くなる傾向にあり、酸性珪酸液の安定性が低下しやすくなる傾向にある。また、このような酸性珪酸液を用いて粒子を調合した場合、珪酸による自己核生成が生じ、所望のサイズの粒子が得られない場合がある。
前記カラムに通液させる前の無機酸等含有珪酸ナトリウム水溶液の液温は、より好適には、５℃以上１５℃以下の範囲、さらに好適には６℃以上１５℃以下の範囲、最も好適には７℃以上１５℃以下の範囲が推奨される。なお、無機酸等含有珪酸ナトリウム水溶液の温度については、通常、前記温度範囲であれば、そのまま通液させることができる。液温が前記温度範囲を超える場合は、冷却して温度を調整させる。また、カラムに充填させた陽イオン交換樹脂についても、通液中の温度上昇を防ぐ目的で、予め冷蔵などの手段を用いて温度３℃以上１８℃以下の範囲に調整しておくことが望ましい。
なお、本明細書では工程１において、無機酸等含有珪酸ナトリウム水溶液を、陽イオン交換樹脂が充填されたカラムに通液させる前の液温をＴ１と表すことがある。
前記カラムに通液させる前の無機酸等含有珪酸ナトリウム水溶液の液温は、より好適には、５℃以上１５℃以下の範囲、さらに好適には６℃以上１５℃以下の範囲、最も好適には７℃以上１５℃以下の範囲が推奨される。なお、無機酸等含有珪酸ナトリウム水溶液の温度については、通常、前記温度範囲であれば、そのまま通液させることができる。液温が前記温度範囲を超える場合は、冷却して温度を調整させる。また、カラムに充填させた陽イオン交換樹脂についても、通液中の温度上昇を防ぐ目的で、予め冷蔵などの手段を用いて温度３℃以上１８℃以下の範囲に調整しておくことが望ましい。
なお、本明細書では工程１において、無機酸等含有珪酸ナトリウム水溶液を、陽イオン交換樹脂が充填されたカラムに通液させる前の液温をＴ１と表すことがある。
【0032】
（空間速度）
無機酸等含有珪酸ナトリウム水溶液を、陽イオン交換樹脂が充填されたカラムに通液させる際の空間速度［Ｓ１］は、２ｈ－１以上６ｈ－１以下の範囲にあることが好ましい。空間速度がこの範囲にあると、珪酸アルカリ水溶液と陽イオン交換樹脂の接触時間が十分なレベルとなり、イオン交換効率の点で好ましい。空間速度が２ｈ－１未満の場合、イオン除去効果は高まるもののイオン交換に時間がかかるため、生産性が悪く経済性に問題がある傾向にある。空間速度が６ｈ－１を超えるとイオン交換時間が短く経済性は良いものの、イオンの除去効率が低下したり、イオン交換塔内で溶液の偏流が生じ、イオン交換されない溶液が流出する可能性もあるので支障がある傾向にある。
この空間速度は、より好適には、２．５ｈ－１以上５．０ｈ－１以下の範囲が推奨される。なお、一般的に液が濾過材を通過する際の速度を表す場合、空間速度が用いられる。本明細書の場合、イオン交換樹脂を充填したカラムに溶液を通液させる場合の空間速度は、イオン交換樹脂体積当たりの通液速度のため、通液速度（ｍ３／ｈ）÷樹脂体積（ｍ３）＝空間速度（ｈ－１ ）の関係となる。
なお、本明細書では工程１において、無機酸等含有珪酸ナトリウム水溶液を陽イオン交換樹脂が充填されたカラムに通液させる際の空間速度をＳ１と表すことがある。
無機酸等含有珪酸ナトリウム水溶液を、陽イオン交換樹脂が充填されたカラムに通液させる際の空間速度［Ｓ１］は、２ｈ－１以上６ｈ－１以下の範囲にあることが好ましい。空間速度がこの範囲にあると、珪酸アルカリ水溶液と陽イオン交換樹脂の接触時間が十分なレベルとなり、イオン交換効率の点で好ましい。空間速度が２ｈ－１未満の場合、イオン除去効果は高まるもののイオン交換に時間がかかるため、生産性が悪く経済性に問題がある傾向にある。空間速度が６ｈ－１を超えるとイオン交換時間が短く経済性は良いものの、イオンの除去効率が低下したり、イオン交換塔内で溶液の偏流が生じ、イオン交換されない溶液が流出する可能性もあるので支障がある傾向にある。
この空間速度は、より好適には、２．５ｈ－１以上５．０ｈ－１以下の範囲が推奨される。なお、一般的に液が濾過材を通過する際の速度を表す場合、空間速度が用いられる。本明細書の場合、イオン交換樹脂を充填したカラムに溶液を通液させる場合の空間速度は、イオン交換樹脂体積当たりの通液速度のため、通液速度（ｍ３／ｈ）÷樹脂体積（ｍ３）＝空間速度（ｈ－１ ）の関係となる。
なお、本明細書では工程１において、無機酸等含有珪酸ナトリウム水溶液を陽イオン交換樹脂が充填されたカラムに通液させる際の空間速度をＳ１と表すことがある。
【0033】
工程１においては、無機酸等含有珪酸ナトリウム水溶液を、ｐＨ１．５以上２．５以下の範囲の酸性珪酸液となるまで陽イオン交換処理を行う。酸性珪酸液のｐＨ値［Ｐ１］が１．５未満の場合、酸量が過剰となり、工程３以降の工程中に粒子が凝集しやすくなるので望ましくない。また、粒子の安定性を保とうとすると、陰イオン除去処理が必要となり、工程が長くなり工程負荷が増大する。酸性珪酸液のｐＨが２．５を超える場合、酸性珪酸液中の不純物の除去が不十分となりやすい。得られる酸性珪酸液のｐＨは、好適には、１．６以上２．４以下の範囲が、より好適には、１．７以上２．２以下の範囲が、さらに好適には、１．８以上２．０以下の範囲が推奨される。
本実施形態において、工程１では、後述する反応ファクターＡを満たすようにして陽イオン交換処理を施すことが望ましい。反応ファクターＡについては後記した。
なお、本明細書では、工程１において、珪酸ナトリウム水溶液に無機酸等を添加し混合して、続いて陽イオン交換処理して得られた酸性珪酸液のｐＨ値をＰ１と表すことがある。
本実施形態において、工程１では、後述する反応ファクターＡを満たすようにして陽イオン交換処理を施すことが望ましい。反応ファクターＡについては後記した。
なお、本明細書では、工程１において、珪酸ナトリウム水溶液に無機酸等を添加し混合して、続いて陽イオン交換処理して得られた酸性珪酸液のｐＨ値をＰ１と表すことがある。
【0034】
［工程２：精製酸性珪酸液の調製］
工程２においては、前記工程１で得られたｐＨ１．５以上２．５以下の範囲の酸性珪酸液にキレートイオン交換処理を行い、続いて陽イオン交換処理を行うことにより精製酸性珪酸液を調製する。
このキレートイオン交換処理（「処理２ａ」と称する場合がある）は、キレートイオン交換樹脂を充填したカラムに酸性珪酸液を通液することにより行うことができる。キレートイオン交換により、珪素以外の金属元素の除去を行い、一層の高純度化を図る。キレートイオン交換は、特に多価の金属元素の除去効率が高い。
工程２においては、前記工程１で得られたｐＨ１．５以上２．５以下の範囲の酸性珪酸液にキレートイオン交換処理を行い、続いて陽イオン交換処理を行うことにより精製酸性珪酸液を調製する。
このキレートイオン交換処理（「処理２ａ」と称する場合がある）は、キレートイオン交換樹脂を充填したカラムに酸性珪酸液を通液することにより行うことができる。キレートイオン交換により、珪素以外の金属元素の除去を行い、一層の高純度化を図る。キレートイオン交換は、特に多価の金属元素の除去効率が高い。
【0035】
このキレートイオン交換処理に用いるキレート樹脂（キレートイオン交換樹脂）としては、特定の金属イオンとキレート形成する官能基が樹脂に導入された公知のキレートイオン交換樹脂が用いられる。官能基の種類としては、例えば、イミノジ酢酸基、チオール基、スルホン酸基、ホスホン酸基、および１級アミン基などをあげることができるが、これらに限定されるものではない。
【0036】
工程２において、工程１で得られた酸性珪酸液を、キレートイオン交換樹脂が充填されたカラムに通液させる前の液温［Ｔ２ａ］は、３℃以上１８℃以下の範囲にあることが好ましい。この温度範囲にあるとイオン交換効率に優れ、通液後の酸性珪酸液も安定している。通液させる前の酸性珪酸液の液温が３℃未満の場合、陽イオン交換が効率的に進まない場合がある。通液させる前の酸性珪酸液の液温が１８℃を超える場合は、酸性珪酸液は重合が進行し、ゲル化しやすくなる傾向にあり、通液後の酸性珪酸液の安定性が低下しやすくなる。ここで、通液させる前の酸性珪酸液の液温は、より好適には、５℃以上１５℃以下の範囲が、さらに好適には６℃以上１５℃以下の範囲が、最も好適には７℃以上１５℃以下が推奨される。なお、通液させる前の酸性珪酸液の温度については、通常、前記温度範囲であれば、そのまま通液させることができる。液温が前記温度範囲を超える場合は、冷却して温度を調整させる。また、カラムに充填させた陽イオン交換樹脂についても、通液中の温度上昇を防ぐ目的で、予め冷蔵などの手段を用いて温度３℃以上１８℃以下の範囲に調整しておくことが望ましい。
なお、本明細書では工程２において、酸性珪酸液を、キレートイオン交換樹脂が充填されたカラムに通液させる前の液温をＴ２ａと表すことがある。
また、本明細書では、工程２においてキレートイオン交換した後の酸性珪酸液のことを「キレートイオン交換した後の酸性珪酸液」ないしは「キレートイオン交換処理後の酸性珪酸液」等とも表記する。
なお、本明細書では工程２において、酸性珪酸液を、キレートイオン交換樹脂が充填されたカラムに通液させる前の液温をＴ２ａと表すことがある。
また、本明細書では、工程２においてキレートイオン交換した後の酸性珪酸液のことを「キレートイオン交換した後の酸性珪酸液」ないしは「キレートイオン交換処理後の酸性珪酸液」等とも表記する。
【0037】
工程１で得られた酸性珪酸液とキレートイオン交換樹脂との接触時間が長いほど、すなわちイオン交換樹脂を充填したイオン交換塔への通液速度が遅く、空間速度が低いほど、イオン交換効率は高くなるが、空間速度が低くなると運転に時間がかかるため生産効率が悪化する。
工程２での酸性珪酸液のキレートイオン交換樹脂への通液速度［Ｓ２ａ］は、格別に制限されるものではないが、好適には、２ｈ－１以上６ｈ－１以下の範囲、より好適には、２．５ｈ－１以上５．０ｈ－１以下の範囲の空間速度で通液することが推奨される。
なお、本明細書では工程２において、工程１で得られた酸性珪酸液を、キレートイオン交換樹脂が充填されたカラムに通液させる際の空間速度をＳ２ａと表すことがある。
工程２での酸性珪酸液のキレートイオン交換樹脂への通液速度［Ｓ２ａ］は、格別に制限されるものではないが、好適には、２ｈ－１以上６ｈ－１以下の範囲、より好適には、２．５ｈ－１以上５．０ｈ－１以下の範囲の空間速度で通液することが推奨される。
なお、本明細書では工程２において、工程１で得られた酸性珪酸液を、キレートイオン交換樹脂が充填されたカラムに通液させる際の空間速度をＳ２ａと表すことがある。
【0038】
工程２において、キレートイオン交換樹脂に通液する前の酸性珪酸液のｐＨは１．５以上２．５以下の範囲にあることが好ましい。本発明の製造方法においては、工程２において、キレートイオン交換樹脂に通液する前の酸性珪酸液のｐＨは、工程１で得られた酸性珪酸液のｐＨ［Ｐ１］と等しい。
【0039】
キレートイオン交換処理に続いて、陽イオン交換処理（「処理２ｂ」と称する場合がある）を行う。ここで使用する陽イオン交換樹脂は、前述のとおりである。
【0040】
キレートイオン交換処理後の酸性珪酸液を、陽イオン交換樹脂が充填されたカラムに通液させる前の液温［Ｔ２ｂ］は３℃以上１８℃以下の範囲にあることが好ましい。この温度範囲にあるとイオン交換効率に優れ、得られる精製酸性珪酸液も安定している。通液前の酸性珪酸液の液温が３℃未満の場合、陽イオン交換が効率的に進まない場合がある。通液前の酸性珪酸液の液温が１８℃を超える場合は、酸性珪酸液は重合が進行し、ゲル化しやすくなる傾向にあり、得られる精製酸性珪酸液の安定性が低下しやすくなる。前記通液前の酸性珪酸液の液温は、より好適には、５℃以上１５℃以下の範囲、さらに好適には６℃以上１５℃以下の範囲、最も好適には７℃以上１５℃以下の範囲が推奨される。なお、前記通液前の酸性珪酸液の温度については、通常、前記温度範囲であれば、そのまま通液させることができる。液温が前記温度範囲を超える場合は、冷却して温度を調整させる。また、カラムに充填させた陽イオン交換樹脂についても、通液中の温度上昇を防ぐ目的で、予め冷蔵などの手段を用いて温度３℃以上１８℃以下の範囲に調整しておくことが望ましい。
なお、本明細書では工程２において、キレートイオン交換処理後の酸性珪酸液を、陽イオン交換樹脂が充填されたカラムに通液させる前の液温をＴ２ｂと表すことがある。
なお、本明細書では工程２において、キレートイオン交換処理後の酸性珪酸液を、陽イオン交換樹脂が充填されたカラムに通液させる前の液温をＴ２ｂと表すことがある。
【0041】
キレートイオン交換処理後の酸性珪酸液とイオン交換樹脂との接触時間が長いほど、すなわちイオン交換樹脂を充填したイオン交換塔への通液速度が遅く、空間速度が低いほど、イオン交換効率は高くなるが、空間速度が低くなると運転に時間がかかるため生産効率が悪化する。
なお、工程２では、陽イオン交換に先だって、キレートイオン交換を行うが、このように複数回に渡ってイオン交換を行う場合、各イオン交換のステップで、それぞれ最適な空間速度を選択しても良いが、各ステップで空間速度が大きく異なると、処理時間が合わなくなり、後続する工程で待ち時間が生じ好ましくない。そのため、複数ステップでイオン交換を行う場合は、同程度の空間速度で行うことが好ましい。
工程２での酸性珪酸液の陽イオン交換樹脂への通液速度［Ｓ２ｂ］は、格別に制限されるものではないが、好適には、２ｈ－１以上６ｈ－１以下の範囲、より好適には、２．５ｈ－１以上５ｈ－１以下の範囲の空間速度で通液することが推奨される。
なお、本明細書では工程２において、キレートイオン交換処理後の酸性珪酸液を、陽イオン交換樹脂が充填されたカラムに通液させる際の空間速度をＳ２ｂと表すことがある。
なお、工程２では、陽イオン交換に先だって、キレートイオン交換を行うが、このように複数回に渡ってイオン交換を行う場合、各イオン交換のステップで、それぞれ最適な空間速度を選択しても良いが、各ステップで空間速度が大きく異なると、処理時間が合わなくなり、後続する工程で待ち時間が生じ好ましくない。そのため、複数ステップでイオン交換を行う場合は、同程度の空間速度で行うことが好ましい。
工程２での酸性珪酸液の陽イオン交換樹脂への通液速度［Ｓ２ｂ］は、格別に制限されるものではないが、好適には、２ｈ－１以上６ｈ－１以下の範囲、より好適には、２．５ｈ－１以上５ｈ－１以下の範囲の空間速度で通液することが推奨される。
なお、本明細書では工程２において、キレートイオン交換処理後の酸性珪酸液を、陽イオン交換樹脂が充填されたカラムに通液させる際の空間速度をＳ２ｂと表すことがある。
【0042】
工程２において、陽イオン交換樹脂に通液する前の酸性珪酸液のｐＨ［Ｐ２ｂ］は、１．５以上２．５以下の範囲にあることが好ましい。本発明の製造方法においては、工程２において、陽イオン交換樹脂に通液する前の酸性珪酸液のｐＨは、キレートイオン交換樹脂に通液する前の酸性珪酸液のｐＨとほぼ等しい。陽イオン交換樹脂に通液する前の酸性珪酸液のｐＨは、好適には、１．６以上２．４以下の範囲が、より好適には、１．７以上２．２以下の範囲が、さらに好適には、１．８以上２．０以下の範囲が推奨される。
なお、本明細書では工程２において、キレートイオン交換処理後の酸性珪酸液を、陽イオン交換樹脂が充填されたカラムに通液させる前のｐＨをＰ２ｂと表すことがある。
なお、本明細書では工程２において、キレートイオン交換処理後の酸性珪酸液を、陽イオン交換樹脂が充填されたカラムに通液させる前のｐＨをＰ２ｂと表すことがある。
【0043】
工程２においては、陽イオン交換した後の精製酸性珪酸液のｐＨ値は、１．５以上２．５以下の範囲となることが好ましい。リーチング処理によって固相から液相に不純分イオンは溶出するが、溶出した不純分はｐｐｍオーダーであるため、陽イオン交換の前後において酸性珪酸液のｐＨはほとんど変動しない。逆に、このｐＨ範囲から大きく外れる場合は、工程中で何らかの汚染が生じていると考えられる。精製酸性珪酸液のｐＨは、好適には、１．６以上２．４以下の範囲が、より好適には、１．７以上２．２以下の範囲が、さらに好適には、１．８以上２．０以下の範囲が推奨される。
【0044】
［工程３：シリカ微粒子分散液の調製］
工程３においては、前記工程２で得られた精製酸性珪酸液の一部に、水酸化アルカリ水溶液を添加し、温度５０℃以上９８℃以下の範囲で加熱し、温度５０℃以上９８℃以下の範囲で温度を２０分間以上保持し、さらに前記工程２で得られた精製酸性珪酸液の一部を、シリカｄｒｙ添加速度０．００１ｇ／ｍｉｎ・ｇ以上０．５ｇ／ｍｉｎ・ｇ以下（シリカ固形分換算）の範囲の添加速度にて、ｐＨ調整剤を同時に添加して、高純度シリカ微粒子分散液を得る。
工程３においては、前記工程２で得られた精製酸性珪酸液の一部に、水酸化アルカリ水溶液を添加し、温度５０℃以上９８℃以下の範囲で加熱し、温度５０℃以上９８℃以下の範囲で温度を２０分間以上保持し、さらに前記工程２で得られた精製酸性珪酸液の一部を、シリカｄｒｙ添加速度０．００１ｇ／ｍｉｎ・ｇ以上０．５ｇ／ｍｉｎ・ｇ以下（シリカ固形分換算）の範囲の添加速度にて、ｐＨ調整剤を同時に添加して、高純度シリカ微粒子分散液を得る。
【0045】
具体的には、精製酸性珪酸液の一部をシード液、別の一部をフィード液とし、シード液をアルカリ性に調整することができる。具体的にはシード液にアルカリを添加して溶液のｐＨを１０以上１３以下の範囲に、好適には１０．５以上１２以下の範囲に調整することが望ましい。次に、この溶液を５０℃以上９８℃以下の範囲、より好適には、６０℃以上９８℃以下の範囲、さらに好適には、６５℃以上９８℃以下の範囲に昇温する。昇温後は所定時間、温度を維持した後、フィード液を添加することで、シード液とフィード液とを混合し、粒子成長させることができる。また、この際の保持温度は、２０分以上の範囲、好適には、３０分以上の範囲が推奨される。
【0046】
ここでアルカリの種類は、格別に制限されるものではないが、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、および有機アルカリなどを使用することができる。アルカリは、シード液のｐＨをｐＨ１０以上１３以下の範囲に調整できる量が使用される。
フィード液の使用量は、シード液に対して、シリカ換算［質量部］で１００：１００～１００：１０，０００のフィード液が使用される。フィード液の添加速度は、好適には、０．００２ｇ／ｍｉｎ・ｇ以上０．３ｇ／ｍｉｎ・ｇ以下の範囲で添加される。
ここで添加速度の単位「ｇ／ｍｉｎ・ｇ」は、シード液中のシリカｄｒｙに対し、毎分添加されるフィード液の時間あたりのシリカｄｒｙ供給量を意味する。ここで、単位「ｇ／ｍｉｎ・ｇ」は、単位「ｇ／（ｍｉｎ・ｇ）」とも表示できる。
フィード液の使用量は、シード液に対して、シリカ換算［質量部］で１００：１００～１００：１０，０００のフィード液が使用される。フィード液の添加速度は、好適には、０．００２ｇ／ｍｉｎ・ｇ以上０．３ｇ／ｍｉｎ・ｇ以下の範囲で添加される。
ここで添加速度の単位「ｇ／ｍｉｎ・ｇ」は、シード液中のシリカｄｒｙに対し、毎分添加されるフィード液の時間あたりのシリカｄｒｙ供給量を意味する。ここで、単位「ｇ／ｍｉｎ・ｇ」は、単位「ｇ／（ｍｉｎ・ｇ）」とも表示できる。
【0047】
また、このフィード液とｐＨ調整剤を同時添加することで、シード液とフィード液とを混合することができる。
ここでｐＨ調整剤の使用量は、フィード液として用いられる精製珪酸液中に含まれる無機酸の量に応じて添加され、無機酸が１価の無機酸の場合は該無機酸と等モルとなる量を、無機酸が２価の無機酸の場合は該無機酸の倍モルとなる量を、無機酸が３価の無機酸の場合はこの無機酸と３倍モルとなる量を使用する。ｐＨ調整剤の添加速度は、アルカリ水溶液の濃度によって変わるため、格別に制限されるものではない。ｐＨ調整剤の種類は、格別に制限されるものではないが、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどを使用することができる。ｐＨ調整剤は、調合液中のｐＨを十分にアルカリ性に保つことで、添加された精製珪酸液を溶解させ、核粒子またはシリカ粒子の表面に沈着させる目的で添加され、フィード液添加時において、シード液、アルカリおよびフィード液からなる系のｐＨを、 １０以上１３以下の範囲に維持する目的で添加される。
ここで、フィード液の液温は、好適には、１℃以上３０℃以下の範囲、より好適には、１℃以上２０℃以下の範囲として、シード液に添加する。
ここでｐＨ調整剤の使用量は、フィード液として用いられる精製珪酸液中に含まれる無機酸の量に応じて添加され、無機酸が１価の無機酸の場合は該無機酸と等モルとなる量を、無機酸が２価の無機酸の場合は該無機酸の倍モルとなる量を、無機酸が３価の無機酸の場合はこの無機酸と３倍モルとなる量を使用する。ｐＨ調整剤の添加速度は、アルカリ水溶液の濃度によって変わるため、格別に制限されるものではない。ｐＨ調整剤の種類は、格別に制限されるものではないが、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどを使用することができる。ｐＨ調整剤は、調合液中のｐＨを十分にアルカリ性に保つことで、添加された精製珪酸液を溶解させ、核粒子またはシリカ粒子の表面に沈着させる目的で添加され、フィード液添加時において、シード液、アルカリおよびフィード液からなる系のｐＨを、 １０以上１３以下の範囲に維持する目的で添加される。
ここで、フィード液の液温は、好適には、１℃以上３０℃以下の範囲、より好適には、１℃以上２０℃以下の範囲として、シード液に添加する。
【0048】
好ましくは、上記のようなｐＨおよび温度に調整したシード液へ、フィード液を徐々に添加していくと、シード液中でシリカ微粒子が成長し、シリカ微粒子分散液（シリカゾル）が得られる。 シード液中へフィード液を添加した後、数十分から数時間程度、温度５０℃以上９８℃以下の範囲程度で保持すると、添加した精製酸性珪酸液が十分にシリカ微粒子に沈着して、シリカ微粒子が成長しやすいので好ましい。
【0049】
工程３においては、一段階目で、フィード液およびｐＨ調整剤を添加した後に、二段階目で、フィード液およびｐＨ調整剤の添加速度を変えて、さらにフィード液を添加しても構わない。
二段階目は、工程２で得られた精製酸性珪酸液の一部であるフィード液を、一段階目の添加速度の１．０倍以上１０．０倍以下の範囲で添加して、高純度シリカ微粒子分散液を得てもよい。
二段階目は、工程２で得られた精製酸性珪酸液の一部であるフィード液を、一段階目の添加速度の１．０倍以上１０．０倍以下の範囲で添加して、高純度シリカ微粒子分散液を得てもよい。
【0050】
本実施形態に係る高純度シリカ微粒子分散液の製造方法においては、次の態様１が好適である。
［態様１：反応ファクターＡ］
本実施形態における陽イオン交換処理を、下記数式（Ｆ２）で表される反応ファクター（Ａ）の値が１３以上２２５以下の範囲を満たすようにして施すことが好ましい。
Ａ＝ｐ×ｓ×ｔ ・・・（Ｆ２）
ｐ：前記工程１で調製した酸性珪酸液のｐＨと、前記工程２の陽イオン交換処理前の酸性珪酸液のｐＨの平均値、
ｓ：前記工程１および前記工程２での各イオン交換処理にて、通液させる際の空間速度（単位：ｈ－１）の平均値、
ｔ：前記工程１および前記工程２での各イオン交換処理にて、通液させる前の液の温度（単位：℃）の平均値
［態様１：反応ファクターＡ］
本実施形態における陽イオン交換処理を、下記数式（Ｆ２）で表される反応ファクター（Ａ）の値が１３以上２２５以下の範囲を満たすようにして施すことが好ましい。
Ａ＝ｐ×ｓ×ｔ ・・・（Ｆ２）
ｐ：前記工程１で調製した酸性珪酸液のｐＨと、前記工程２の陽イオン交換処理前の酸性珪酸液のｐＨの平均値、
ｓ：前記工程１および前記工程２での各イオン交換処理にて、通液させる際の空間速度（単位：ｈ－１）の平均値、
ｔ：前記工程１および前記工程２での各イオン交換処理にて、通液させる前の液の温度（単位：℃）の平均値
【0051】
前記のとおり数式（Ｆ２）におけるｐは、工程１で調製した酸性珪酸液のｐＨ［Ｐ１］と、前記工程２の陽イオン交換処理前の酸性珪酸液のｐＨ［Ｐ２ｂ］の平均値である。この関係はｐ＝（［Ｐ１］+［Ｐ２ｂ］）／２と表すことができる。
【0052】
前記のとおり数式（Ｆ２）におけるｓは、前記工程１および前記工程２の各イオン交換処理にて、通液させる際の空間速度（単位：ｈ－１）の平均値を表す。すなわち、数式（Ｆ２）におけるｓは、工程１において陽イオン交換樹脂に珪酸ナトリウム水溶液を通液させた際の通液速度［Ｓ１］と、工程２においてキレートイオン交換樹脂に酸性珪酸液を通液させた際の通液速度［Ｓ２ａ］と、同じく工程２において陽イオン交換樹脂に酸性珪酸液を通液させた際の通液速度［Ｓ２ｂ］の平均値を意味する。この関係はｓ＝（［Ｓ１］+［Ｓ２ａ］+［Ｓ２ｂ］)／３と表すことができる。
【0053】
前記のとおり数式（Ｆ２）におけるｔは、前記工程１および前記工程２の各イオン交換処理にて、通液させる前の液温の平均値を表す。すなわち、数式（Ｆ２）におけるｔは、工程１において陽イオン交換樹脂に珪酸ナトリウム水溶液を通液させる前の温度［Ｔ１］と、工程２においてキレートイオン交換樹脂に酸性珪酸液を通液させる前の温度［Ｔ２ａ］と、同じく工程２において陽イオン交換樹脂に酸性珪酸液を通液させる前の温度［Ｔ２ｂ］の平均値を意味する。この関係はｔ＝（［Ｔ１］+［Ｔ２ａ］+［Ｔ２ｂ］）／３と表すことができる。
【0054】
本発明者らは、高純度シリカゾルの製造方法において、効率的に不純分を低減させるために、原料水硝子の陽イオン交換と、中間段階での酸性珪酸液の陽イオン交換の条件に着目し、本発明を完成させた。
すなわち、工程１で、珪酸ナトリウム水溶液に無機酸等を添加し、更に陽イオン交換処理を経て得られた酸性珪酸液のｐＨ値［Ｐ１］と、工程２でキレートイオン交換処理後の精製酸性珪酸液のｐＨ値［Ｐ２ａ］の平均値（ｐ）、工程１での陽イオン交換処理における珪酸ナトリウム水溶液の空間速度［Ｓ１］と、工程２でのキレートイオン交換処理における空間速度［Ｓ２ａ］と工程２での陽イオン交換処理における空間速度［Ｓ２ｂ］の平均値（ｓ）、工程１での陽イオン交換処理に投入する前の珪酸ナトリウム水溶液の液温［Ｔ１］と、工程２でのキレートイオン交換処理に投入する前の酸性珪酸液の液温［Ｔ２ａ］と、工程２での陽イオン交換処理後に投入する前の酸性珪酸液の液温［Ｔ２ｂ］の平均値（ｔ）について、ｐ、ｓおよびｔの積をＡとするとＡは、１３以上２２５以下の範囲であれば、経済性が良く、金属不純分の除去効率も良く、製造工程中における各酸性珪酸液と、精製酸性珪酸液の安定性も保たれることを本発明者らは見出した。
なお、本発明において、工程の設定上、前記工程１で、珪酸ナトリウム水溶液に無機酸を添加し、更に陽イオン交換処理を経て得られる酸性珪酸液のｐＨ値［Ｐ１］は、工程２でのキレートイオン交換処理前の酸性珪酸液のｐＨ値と等しい。
すなわち、工程１で、珪酸ナトリウム水溶液に無機酸等を添加し、更に陽イオン交換処理を経て得られた酸性珪酸液のｐＨ値［Ｐ１］と、工程２でキレートイオン交換処理後の精製酸性珪酸液のｐＨ値［Ｐ２ａ］の平均値（ｐ）、工程１での陽イオン交換処理における珪酸ナトリウム水溶液の空間速度［Ｓ１］と、工程２でのキレートイオン交換処理における空間速度［Ｓ２ａ］と工程２での陽イオン交換処理における空間速度［Ｓ２ｂ］の平均値（ｓ）、工程１での陽イオン交換処理に投入する前の珪酸ナトリウム水溶液の液温［Ｔ１］と、工程２でのキレートイオン交換処理に投入する前の酸性珪酸液の液温［Ｔ２ａ］と、工程２での陽イオン交換処理後に投入する前の酸性珪酸液の液温［Ｔ２ｂ］の平均値（ｔ）について、ｐ、ｓおよびｔの積をＡとするとＡは、１３以上２２５以下の範囲であれば、経済性が良く、金属不純分の除去効率も良く、製造工程中における各酸性珪酸液と、精製酸性珪酸液の安定性も保たれることを本発明者らは見出した。
なお、本発明において、工程の設定上、前記工程１で、珪酸ナトリウム水溶液に無機酸を添加し、更に陽イオン交換処理を経て得られる酸性珪酸液のｐＨ値［Ｐ１］は、工程２でのキレートイオン交換処理前の酸性珪酸液のｐＨ値と等しい。
【0055】
反応ファクターＡの値は、好適には、６０以上１７３以下の範囲が、より好適には、６５以上１６０以下の範囲が、さらに好適には、７０以上１４４以下の範囲が推奨される。
【0056】
本実施形態においては、数式（Ｆ２）において、ｐの値は、好適には１．５以上２．５以下の範囲であり、より好適には１．６以上２．４以下の範囲であり、さらに好適には１．７以上２．４以下の範囲であり、特に好適には１．８以上２．４以下の範囲である。また、ｓの値は、好適には２ｈ－１以上６ｈ－１以下の範囲であり、好適には２．５ｈ－１以上５ｈ－１以下の範囲であり、さらに好適には３．２ｈ－１以上４．８ｈ－１以下の範囲であり、特に好適には３．２ｈ－１以上４．６ｈ－１以下の範囲である。また、ｔの値は、好適には３℃以上１８℃以下の範囲であり、さらに好適には５℃以上１５℃以下の範囲であり、さらに好適には６℃以上１５℃以下の範囲であり、特に好適には７℃以上１５℃以下の範囲である。
【0057】
また、本実施形態において、得られる高純度シリカ微粒子分散液におけるシリカ微粒子の平均粒子径は格別に制限されるものではない。例えば、平均粒子径３ｎｍ以上３００ｎｍ以下（動的光散乱法）のシリカ微粒子分散液を得ることができる。
【0058】
［高純度シリカ微粒子分散液］
本実施形態に係る高純度シリカ微粒子分散液は、前述の本実施形態に係る高純度シリカ微粒子分散液の製造方法により得ることができる。
本実施形態に係る高純度シリカ微粒子分散液は、シリカ固形分に対して、Ａｌ濃度が５ｐｐｍ以上８０ｐｐｍ以下であり、Ｔｉ濃度が５ｐｐｍ以上８０ｐｐｍ以下であり、Ｆｅ濃度が１ｐｐｍ以上２０ｐｐｍ以下であり、Ｃａ濃度が１ｐｐｍ以上８ｐｐｍ以下であり、Ｎａ濃度が１ｐｐｍ以上２０ｐｐｍ以下であり、Ｍｇ濃度が０．２ｐｐｍ以上４ｐｐｍ以下であり、Ｃｒ濃度が０．０５ｐｐｍ以上１ｐｐｍ以下であり、Ｎｉ濃度が１ｐｐｍ未満であり、Ｃｕ濃度が１ｐｐｍ未満であり、Ｚｎ濃度が１ｐｐｍ未満である（但し、これらの金属の合計量は１４０ｐｐｍ以下に限られる。）。
本実施形態に係る高純度シリカ微粒子分散液は、前述の本実施形態に係る高純度シリカ微粒子分散液の製造方法により得ることができる。
本実施形態に係る高純度シリカ微粒子分散液は、シリカ固形分に対して、Ａｌ濃度が５ｐｐｍ以上８０ｐｐｍ以下であり、Ｔｉ濃度が５ｐｐｍ以上８０ｐｐｍ以下であり、Ｆｅ濃度が１ｐｐｍ以上２０ｐｐｍ以下であり、Ｃａ濃度が１ｐｐｍ以上８ｐｐｍ以下であり、Ｎａ濃度が１ｐｐｍ以上２０ｐｐｍ以下であり、Ｍｇ濃度が０．２ｐｐｍ以上４ｐｐｍ以下であり、Ｃｒ濃度が０．０５ｐｐｍ以上１ｐｐｍ以下であり、Ｎｉ濃度が１ｐｐｍ未満であり、Ｃｕ濃度が１ｐｐｍ未満であり、Ｚｎ濃度が１ｐｐｍ未満である（但し、これらの金属の合計量は１４０ｐｐｍ以下に限られる。）。
【実施例0059】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。また、実施例および比較例における高純度シリカゾルの各種特性の測定方法については、特に断りの無い限り、以下に記す方法にて実施した。
【0060】
＜シリカゾルおよび精製酸性珪酸液などの測定＞
１．純度
（１）金属（Ａｌ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、またはＮａ）含有量
１）試料（シリカゾルまたは精製酸性珪酸液）約１０ｇを白金皿に採取し、０．１ｍｇまで秤量する。
２）硝酸５ｍＬとフッ化水素酸２０ｍＬを加えて、サンドバス上で加熱し、蒸発乾固する。
３）液量が少なくなったら、さらにフッ化水素酸２０ｍＬを加えてサンドバス上で加熱し、蒸発乾固する。
４）室温まで冷却後、硝酸２ｍＬと水約５０ｍＬを加えて、サンドバス上で加熱溶解する。
５）室温まで冷却後、フラスコ（１００ｍＬ）に入れ、水で１００ｍＬに希釈して試料溶液とする。
６）下記測定装置により試料溶液中に存在する各金属の含有量を測定した。
１．純度
（１）金属（Ａｌ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、またはＮａ）含有量
１）試料（シリカゾルまたは精製酸性珪酸液）約１０ｇを白金皿に採取し、０．１ｍｇまで秤量する。
２）硝酸５ｍＬとフッ化水素酸２０ｍＬを加えて、サンドバス上で加熱し、蒸発乾固する。
３）液量が少なくなったら、さらにフッ化水素酸２０ｍＬを加えてサンドバス上で加熱し、蒸発乾固する。
４）室温まで冷却後、硝酸２ｍＬと水約５０ｍＬを加えて、サンドバス上で加熱溶解する。
５）室温まで冷却後、フラスコ（１００ｍＬ）に入れ、水で１００ｍＬに希釈して試料溶液とする。
６）下記測定装置により試料溶液中に存在する各金属の含有量を測定した。
【0061】
［Ａｌ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｃｒ、およびＺｎの含有量］
誘導結合プラズマ発光分光分析装置（セイコーインスツル（株）製、ＳＰＳ５５２０、高周波誘導結合アルゴンプラズマ中に溶液化した試料を導入し、試料中の各元素を励起発光させ、発光スペクトルにより定量、定性分析を行う装置。測定波長範囲は１７５～５００ｎｍ。）により測定した。
［ＮｉおよびＣｕの含有量］
原子吸光分光光度計（アジレント・テクノロジー（株）製、ＡＡ２４０Ｚ、フレームにより試料を原子蒸気化し、その原子蒸気層に適当な波長の光を照射する。その際、原子によって吸収された光の強さを測定し、これにより試料中の元素濃度を定量する。グラファイト炉を使用する。測定モード：原子吸光、測定波長範囲は１９０～９００ｎｍ。）を使用した。
［Ｎａの含有量］
原子吸光分光光度計（日立製作所（株）製、Ｚ－２３１０、測定波長範囲は１９０～９００ｎｍ。）を使用した。
誘導結合プラズマ発光分光分析装置（セイコーインスツル（株）製、ＳＰＳ５５２０、高周波誘導結合アルゴンプラズマ中に溶液化した試料を導入し、試料中の各元素を励起発光させ、発光スペクトルにより定量、定性分析を行う装置。測定波長範囲は１７５～５００ｎｍ。）により測定した。
［ＮｉおよびＣｕの含有量］
原子吸光分光光度計（アジレント・テクノロジー（株）製、ＡＡ２４０Ｚ、フレームにより試料を原子蒸気化し、その原子蒸気層に適当な波長の光を照射する。その際、原子によって吸収された光の強さを測定し、これにより試料中の元素濃度を定量する。グラファイト炉を使用する。測定モード：原子吸光、測定波長範囲は１９０～９００ｎｍ。）を使用した。
［Ｎａの含有量］
原子吸光分光光度計（日立製作所（株）製、Ｚ－２３１０、測定波長範囲は１９０～９００ｎｍ。）を使用した。
【0062】
（２）ＳｉＯ２濃度
シリカゾルまたは精製酸性珪酸液に含まれるＳｉＯ２濃度は、試料１０ｇに５０％硫酸水溶液２ｍＬを加え、白金皿上にて蒸発乾固し、得られた固形物を１０００℃にて１時間焼成後、冷却して秤量する。次に、秤量した固形物を微量の５０％硫酸水溶液に溶かし、さらにフッ化水素酸２０ｍＬを加えてから、白金皿上にて蒸発乾固し、１０００℃にて１５分焼成後、冷却して秤量する。これらの重量差よりシリカ含有量を求めた。
シリカゾルまたは精製酸性珪酸液に含まれるＳｉＯ２濃度は、試料１０ｇに５０％硫酸水溶液２ｍＬを加え、白金皿上にて蒸発乾固し、得られた固形物を１０００℃にて１時間焼成後、冷却して秤量する。次に、秤量した固形物を微量の５０％硫酸水溶液に溶かし、さらにフッ化水素酸２０ｍＬを加えてから、白金皿上にて蒸発乾固し、１０００℃にて１５分焼成後、冷却して秤量する。これらの重量差よりシリカ含有量を求めた。
【0063】
（３）上記（１）～（２）の測定結果からシリカゾルのシリカ固形分（シリカｄｒｙ）に対する各元素（Ａｌ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、またはＮａ）の各濃度（不純分濃度）を測定した。
【0064】
２．ｐＨ測定
酸性珪酸液、精製酸性珪酸液およびシリカゾル（シリカ微粒子分散液）のｐＨ測定は、測定用サンプル約５０ｇをポリエチレン製のサンプル瓶に採取し、これを２５℃の恒温槽に３０分以上浸漬した後、ｐＨ４、７および９の標準液で更正が完了した株式会社堀場製作所製のｐＨメータＦ２２のガラス電極を挿入して実施した。
酸性珪酸液、精製酸性珪酸液およびシリカゾル（シリカ微粒子分散液）のｐＨ測定は、測定用サンプル約５０ｇをポリエチレン製のサンプル瓶に採取し、これを２５℃の恒温槽に３０分以上浸漬した後、ｐＨ４、７および９の標準液で更正が完了した株式会社堀場製作所製のｐＨメータＦ２２のガラス電極を挿入して実施した。
【0065】
３．平均粒子径の測定
各実施例および比較例において得られたシリカゾル（シリカ微粒子分散液）について、動的光散乱法による粒子径測定装置である大塚電子社製、ｎａｎｏＳＡＱＬＡを用いて平均粒子径を測定した。
各実施例および比較例において得られたシリカゾル（シリカ微粒子分散液）について、動的光散乱法による粒子径測定装置である大塚電子社製、ｎａｎｏＳＡＱＬＡを用いて平均粒子径を測定した。
【0066】
４．レイノルズ数の算出
本願明細書において、レイノルズ数（Ｒｅ）は次の一般式により求めた。
レイノルズ数（Ｒｅ）＝Ｄｕρ／μ
（Ｄ：管内径［ｍ］、ｕ：流体の平均流速［ｍ／ｓ］、ρ：流体の密度［Ｋｇ／ｍ３］、μ：流体の粘性［ｍ３／ｓ］）
本願明細書において、レイノルズ数（Ｒｅ）は次の一般式により求めた。
レイノルズ数（Ｒｅ）＝Ｄｕρ／μ
（Ｄ：管内径［ｍ］、ｕ：流体の平均流速［ｍ／ｓ］、ρ：流体の密度［Ｋｇ／ｍ３］、μ：流体の粘性［ｍ３／ｓ］）
【0067】
［実施例１］
（高純度精製珪酸液の精製）
・工程１
３号水硝子（シリカ濃度２４．２３質量％）３００８．６ｇを純水で希釈し、希釈珪酸ナトリウム水溶液（ＳｉＯ２濃度５．０質量％）１４，５８０ｇを調製した。
次に、濃度５．０質量％の硫酸水溶液２９７．７ｇを準備して、スタティックミキサー（Ｔ３－１２、エレメント数１２、ノリタケカンパニーリミテド社製）を用いて、希釈珪酸ナトリウム水溶液１４，５８０ｇを３００．０ｇ／ｍｉｎで４８．６分かけてスタティックミキサーに導入しながら、同時に５．０質量％の硫酸水溶液２９７．７ｇを６．１３ｇ／ｍｉｎで４８．６分かけてスタティックミキサーに導入することでそれぞれ通液混合して、均一な硫酸含有珪酸ナトリウム水溶液を得た。なお、混合前の硫酸中のＳＯ４と珪酸ナトリウム水溶液の重量比（ＳＯ４重量／希釈珪酸ナトリウム水溶液重量の比）は１，０００ｐｐｍであり、またスタティックミキサー通液時のレイノルズ数は１，２７０であった。
この硫酸含有珪酸ナトリウム水溶液を１２℃に保ち、６Ｌの強酸性陽イオン交換樹脂（デュオライトＣ２５５ＬＦＨ、ローム・アンド・ハース社製）に空間速度４．０ｈ－１で通液させて、ｐＨ１．８で、ＳｉＯ２濃度４．７質量％の酸性珪酸液を得た。
・工程２
次に酸性珪酸液を１２℃に冷却し、６Ｌのキレート型イオン交換樹脂（ＣＲ－１１、三菱化学社製）に空間速度３．０ｈ－１で通液させた。通液後の酸性珪酸液のＳｉＯ２濃度は４．５質量％でｐＨは１．９であった。
続いて得られたキレートイオン交換処理後の酸性珪酸液を１２℃に冷却して６Ｌの強酸性陽イオン交換樹脂に空間速度４．０ｈ－１で通液させて精製酸性珪酸液を得た。得られた精製酸性珪酸液のｐＨは１．８でＳｉＯ２濃度は４．３質量％であった。
（シリカゾルの調製）
・工程３
内容積１０Ｌのセパラブルフラスコにシリカｄｒｙが１３．８６ｇとなるように精製酸性珪酸液３２２．３ｇを投入した。次いで、４８．７質量％の水酸化カリウム水溶液１６．３ｇを計量した。さらに、精製酸性珪酸液と水酸化カリウム、超純水の合計が８９４．０ｇとなるように純水５５５．４ｇを計量し、４８．７質量％の水酸化カリウム水溶液１６．３ｇと超純水を均一になるまで攪拌した。この希釈水酸化カリウム水溶液を１０Ｌのセパラブルフラスコに投入し、十分に攪拌した。１０Ｌセパラブルフラスコ内の溶液のシリカ濃度は１．５５質量％で、ｐＨは１１．３であった。
続いて、この溶液を攪拌しながら８３℃に昇温し、８３℃に到達した後、３０分間温度を保持した。保持が終了した後、精製酸性珪酸液をシリカｄｒｙで５０．８７ｇ（精製酸性珪酸液１１８３ｇ）を３時間かけて添加速度０．０２０ｇ／ｍｉｎ・ｇ（シリカ固形分換算）で添加し、同時に予め準備しておいた１．０質量％の水酸化カリウム水溶液１９０．６ｇを３時間かけて添加した（一段目添加）。引き続き精製酸性珪酸液をシリカｄｒｙで３０５．１（精製酸性珪酸液７０９５ｇ）を１２時間かけて添加速度０．０３１ｇ／ｍｉｎ・ｇ（シリカ固形分換算）で添加し、同時に予め準備しておいた１．０質量％の水酸化カリウム水溶液７６２．４ｇを１２時間かけて添加した（二段目添加）。添加終了後は８３℃のまま１時間保持し、その後室温まで冷却した。
得られた液を、限外濾過膜（旭化成ケミカルズ社製ＳＩＰ－１０１３）を用いて、１２質量％まで濃縮し、ついでロータリーエバポレーターで４０質量％まで濃縮して、高純度シリカゾルを得た。
そして、得られた精製酸性珪酸液およびシリカゾルの金属不純分濃度を測定したところ、シリカ固形分に対する各金属不純分濃度は、表２および表３に示す通りであった。また、製造条件を表１に示す（以下の実施例と比較例も同様。）。さらに、レイノルズ数（Ｒｅ）、混合ファクターＢ、並びに、ｐの値、ｔの値、ｓの値および反応ファクターＡの算出値を表１に示す（但し、該当する値を測定できない場合と算定できない場合を除く。以下の実施例と比較例も同様。）。また、得られたシリカゾル中のシリカ微粒子の平均粒子径は、３４ｎｍであった。
（高純度精製珪酸液の精製）
・工程１
３号水硝子（シリカ濃度２４．２３質量％）３００８．６ｇを純水で希釈し、希釈珪酸ナトリウム水溶液（ＳｉＯ２濃度５．０質量％）１４，５８０ｇを調製した。
次に、濃度５．０質量％の硫酸水溶液２９７．７ｇを準備して、スタティックミキサー（Ｔ３－１２、エレメント数１２、ノリタケカンパニーリミテド社製）を用いて、希釈珪酸ナトリウム水溶液１４，５８０ｇを３００．０ｇ／ｍｉｎで４８．６分かけてスタティックミキサーに導入しながら、同時に５．０質量％の硫酸水溶液２９７．７ｇを６．１３ｇ／ｍｉｎで４８．６分かけてスタティックミキサーに導入することでそれぞれ通液混合して、均一な硫酸含有珪酸ナトリウム水溶液を得た。なお、混合前の硫酸中のＳＯ４と珪酸ナトリウム水溶液の重量比（ＳＯ４重量／希釈珪酸ナトリウム水溶液重量の比）は１，０００ｐｐｍであり、またスタティックミキサー通液時のレイノルズ数は１，２７０であった。
この硫酸含有珪酸ナトリウム水溶液を１２℃に保ち、６Ｌの強酸性陽イオン交換樹脂（デュオライトＣ２５５ＬＦＨ、ローム・アンド・ハース社製）に空間速度４．０ｈ－１で通液させて、ｐＨ１．８で、ＳｉＯ２濃度４．７質量％の酸性珪酸液を得た。
・工程２
次に酸性珪酸液を１２℃に冷却し、６Ｌのキレート型イオン交換樹脂（ＣＲ－１１、三菱化学社製）に空間速度３．０ｈ－１で通液させた。通液後の酸性珪酸液のＳｉＯ２濃度は４．５質量％でｐＨは１．９であった。
続いて得られたキレートイオン交換処理後の酸性珪酸液を１２℃に冷却して６Ｌの強酸性陽イオン交換樹脂に空間速度４．０ｈ－１で通液させて精製酸性珪酸液を得た。得られた精製酸性珪酸液のｐＨは１．８でＳｉＯ２濃度は４．３質量％であった。
（シリカゾルの調製）
・工程３
内容積１０Ｌのセパラブルフラスコにシリカｄｒｙが１３．８６ｇとなるように精製酸性珪酸液３２２．３ｇを投入した。次いで、４８．７質量％の水酸化カリウム水溶液１６．３ｇを計量した。さらに、精製酸性珪酸液と水酸化カリウム、超純水の合計が８９４．０ｇとなるように純水５５５．４ｇを計量し、４８．７質量％の水酸化カリウム水溶液１６．３ｇと超純水を均一になるまで攪拌した。この希釈水酸化カリウム水溶液を１０Ｌのセパラブルフラスコに投入し、十分に攪拌した。１０Ｌセパラブルフラスコ内の溶液のシリカ濃度は１．５５質量％で、ｐＨは１１．３であった。
続いて、この溶液を攪拌しながら８３℃に昇温し、８３℃に到達した後、３０分間温度を保持した。保持が終了した後、精製酸性珪酸液をシリカｄｒｙで５０．８７ｇ（精製酸性珪酸液１１８３ｇ）を３時間かけて添加速度０．０２０ｇ／ｍｉｎ・ｇ（シリカ固形分換算）で添加し、同時に予め準備しておいた１．０質量％の水酸化カリウム水溶液１９０．６ｇを３時間かけて添加した（一段目添加）。引き続き精製酸性珪酸液をシリカｄｒｙで３０５．１（精製酸性珪酸液７０９５ｇ）を１２時間かけて添加速度０．０３１ｇ／ｍｉｎ・ｇ（シリカ固形分換算）で添加し、同時に予め準備しておいた１．０質量％の水酸化カリウム水溶液７６２．４ｇを１２時間かけて添加した（二段目添加）。添加終了後は８３℃のまま１時間保持し、その後室温まで冷却した。
得られた液を、限外濾過膜（旭化成ケミカルズ社製ＳＩＰ－１０１３）を用いて、１２質量％まで濃縮し、ついでロータリーエバポレーターで４０質量％まで濃縮して、高純度シリカゾルを得た。
そして、得られた精製酸性珪酸液およびシリカゾルの金属不純分濃度を測定したところ、シリカ固形分に対する各金属不純分濃度は、表２および表３に示す通りであった。また、製造条件を表１に示す（以下の実施例と比較例も同様。）。さらに、レイノルズ数（Ｒｅ）、混合ファクターＢ、並びに、ｐの値、ｔの値、ｓの値および反応ファクターＡの算出値を表１に示す（但し、該当する値を測定できない場合と算定できない場合を除く。以下の実施例と比較例も同様。）。また、得られたシリカゾル中のシリカ微粒子の平均粒子径は、３４ｎｍであった。
【0068】
［実施例２］
実施例１の工程１において、実施例１では希釈ケイ酸ナトリウム水溶液に対して、濃度５．０質量％の硫酸水溶液２９７．７ｇを、スタティックミキサーを用いて混合したが、実施例２の工程１では、希釈ケイ酸ナトリウム水溶液（ＳｉＯ２濃度５．０質量％）１４，５８０ｇと、５．０質量％の硫酸水溶液２９．８ｇを、スタティックミキサーを用いて混合し、均一な硫酸含有珪酸ナトリウム水溶液を調製した。
また、実施例１の工程３では調合中に１．０質量％の水酸化カリウム水溶液１９０．６ｇを３時間かけて添加し、ついで７６２．４ｇを１２時間かけて添加したが、実施例２の工程３の調合では、精製酸性珪酸液の添加と同時に１．０質量％の水酸化カリウム水溶液２０．０ｇを３時間かけて添加し（一段目添加）、続いて精製酸性珪酸液の添加と同時に１．０質量％の水酸化カリウム水溶液７９．９ｇを１２時間かけて添加した（二段目添加）。なお、実施例２の各工程では、ここに記した条件以外は、表１に記した条件で実施した。
実施例１の工程１において、実施例１では希釈ケイ酸ナトリウム水溶液に対して、濃度５．０質量％の硫酸水溶液２９７．７ｇを、スタティックミキサーを用いて混合したが、実施例２の工程１では、希釈ケイ酸ナトリウム水溶液（ＳｉＯ２濃度５．０質量％）１４，５８０ｇと、５．０質量％の硫酸水溶液２９．８ｇを、スタティックミキサーを用いて混合し、均一な硫酸含有珪酸ナトリウム水溶液を調製した。
また、実施例１の工程３では調合中に１．０質量％の水酸化カリウム水溶液１９０．６ｇを３時間かけて添加し、ついで７６２．４ｇを１２時間かけて添加したが、実施例２の工程３の調合では、精製酸性珪酸液の添加と同時に１．０質量％の水酸化カリウム水溶液２０．０ｇを３時間かけて添加し（一段目添加）、続いて精製酸性珪酸液の添加と同時に１．０質量％の水酸化カリウム水溶液７９．９ｇを１２時間かけて添加した（二段目添加）。なお、実施例２の各工程では、ここに記した条件以外は、表１に記した条件で実施した。
【0069】
［実施例３］
実施例１の工程１において、実施例１では希釈ケイ酸ナトリウム水溶液に対して、濃度５．０質量％の硫酸水溶液２９７．７ｇを、スタティックミキサーを用いて混合したが、実施例３の工程１では、希釈ケイ酸ナトリウム水溶液（ＳｉＯ２濃度５．０質量％）１４，５８０ｇと、５．０質量％の硫酸水溶液６５４．９ｇを、スタティックミキサーを用いて混合し、均一な硫酸含有珪酸ナトリウム水溶液を調製した。また、実施例１の工程３では調合中に１．０質量％の水酸化カリウム水溶液１９０．６ｇを３時間かけて添加し、ついで７６２．４ｇを１２時間かけて添加したが、実施例３の工程３の調合では精製酸性珪酸液の添加と同時に２．０質量％の水酸化カリウム水溶液２２６．２ｇを３時間かけて添加し（一段目添加）、続いて精製酸性珪酸液の添加と同時に９０４．８ｇを１２時間かけて添加した（二段目添加）。なお、実施例３の各工程では、ここに記した条件以外は、表１に記した条件で実施した。
実施例１の工程１において、実施例１では希釈ケイ酸ナトリウム水溶液に対して、濃度５．０質量％の硫酸水溶液２９７．７ｇを、スタティックミキサーを用いて混合したが、実施例３の工程１では、希釈ケイ酸ナトリウム水溶液（ＳｉＯ２濃度５．０質量％）１４，５８０ｇと、５．０質量％の硫酸水溶液６５４．９ｇを、スタティックミキサーを用いて混合し、均一な硫酸含有珪酸ナトリウム水溶液を調製した。また、実施例１の工程３では調合中に１．０質量％の水酸化カリウム水溶液１９０．６ｇを３時間かけて添加し、ついで７６２．４ｇを１２時間かけて添加したが、実施例３の工程３の調合では精製酸性珪酸液の添加と同時に２．０質量％の水酸化カリウム水溶液２２６．２ｇを３時間かけて添加し（一段目添加）、続いて精製酸性珪酸液の添加と同時に９０４．８ｇを１２時間かけて添加した（二段目添加）。なお、実施例３の各工程では、ここに記した条件以外は、表１に記した条件で実施した。
【0070】
［実施例４］
実施例１の工程１において、実施例１では希釈ケイ酸ナトリウム水溶液に対して、濃度５．０質量％の硫酸水溶液２９７．７ｇを、スタティックミキサーを用いて混合したが、実施例４の工程１では希釈ケイ酸ナトリウム水溶液（ＳｉＯ２濃度５．０質量％）１４，５８０ｇと、５．０質量％の硫酸水溶液１１９．１ｇを、スタティックミキサーを用いて混合し、均一な硫酸含有珪酸ナトリウム水溶液を調製した。
また、実施例１の工程３では調合中に１．０質量％の水酸化カリウム水溶液１９０．６ｇを３時間かけて添加し、ついで７６２．４ｇを１２時間かけて添加したが、実施例４の工程３の調合では精製酸性珪酸液の添加と同時に１．０質量％の水酸化カリウム水溶液８２．２ｇを３時間かけて添加し（一段目添加）、続いて精製酸性珪酸液の添加と同時に３２８．８ｇを１２時間かけて添加した（二段目添加）。なお、実施例４の各工程では、ここに記した条件以外は、表１に記した条件で実施した。
実施例１の工程１において、実施例１では希釈ケイ酸ナトリウム水溶液に対して、濃度５．０質量％の硫酸水溶液２９７．７ｇを、スタティックミキサーを用いて混合したが、実施例４の工程１では希釈ケイ酸ナトリウム水溶液（ＳｉＯ２濃度５．０質量％）１４，５８０ｇと、５．０質量％の硫酸水溶液１１９．１ｇを、スタティックミキサーを用いて混合し、均一な硫酸含有珪酸ナトリウム水溶液を調製した。
また、実施例１の工程３では調合中に１．０質量％の水酸化カリウム水溶液１９０．６ｇを３時間かけて添加し、ついで７６２．４ｇを１２時間かけて添加したが、実施例４の工程３の調合では精製酸性珪酸液の添加と同時に１．０質量％の水酸化カリウム水溶液８２．２ｇを３時間かけて添加し（一段目添加）、続いて精製酸性珪酸液の添加と同時に３２８．８ｇを１２時間かけて添加した（二段目添加）。なお、実施例４の各工程では、ここに記した条件以外は、表１に記した条件で実施した。
【0071】
［比較例１］
実施例１の工程１において、実施例１では希釈ケイ酸ナトリウム水溶液に対して、濃度５．０質量％の硫酸水溶液２９７．７ｇを、スタティックミキサーを用いて混合したが、比較例１の工程１では希釈ケイ酸ナトリウム水溶液（ＳｉＯ２濃度５．０質量％）１４，５８０ｇと、５．０質量％の硫酸水溶液１９０５．１ｇを、スタティックミキサーを用いて混合し、均一な硫酸含有珪酸ナトリウム水溶液を調製した。
また、実施例１の工程３では調合中に１．０質量％の水酸化カリウム水溶液１９０．６ｇを３時間かけて添加し、ついで７６２．４ｇを１２時間かけて添加したが、比較例１の工程３の調合では精製酸性珪酸液の添加と同時に５．０質量％の水酸化カリウム水溶液２５７．３ｇを３時間かけて添加し（一段目添加）、続いて精製酸性珪酸液の添加と同時に１０２９．３ｇを１２時間かけて添加した（二段目添加）。なお、比較例１の各工程では、ここに記した条件以外は、表１に記した条件で実施した。
実施例１の工程１において、実施例１では希釈ケイ酸ナトリウム水溶液に対して、濃度５．０質量％の硫酸水溶液２９７．７ｇを、スタティックミキサーを用いて混合したが、比較例１の工程１では希釈ケイ酸ナトリウム水溶液（ＳｉＯ２濃度５．０質量％）１４，５８０ｇと、５．０質量％の硫酸水溶液１９０５．１ｇを、スタティックミキサーを用いて混合し、均一な硫酸含有珪酸ナトリウム水溶液を調製した。
また、実施例１の工程３では調合中に１．０質量％の水酸化カリウム水溶液１９０．６ｇを３時間かけて添加し、ついで７６２．４ｇを１２時間かけて添加したが、比較例１の工程３の調合では精製酸性珪酸液の添加と同時に５．０質量％の水酸化カリウム水溶液２５７．３ｇを３時間かけて添加し（一段目添加）、続いて精製酸性珪酸液の添加と同時に１０２９．３ｇを１２時間かけて添加した（二段目添加）。なお、比較例１の各工程では、ここに記した条件以外は、表１に記した条件で実施した。
【0072】
［比較例２］
実施例１の工程１において、実施例１では希釈ケイ酸ナトリウム水溶液に対して、濃度５．０質量％の硫酸水溶液２９７．７ｇを、スタティックミキサーを用いて混合したが、比較例２の工程１では、希釈ケイ酸ナトリウム水溶液（ＳｉＯ２濃度５．０質量％）１４，５８０ｇと、５．０質量％の硫酸水溶液２９７６．７ｇを、スタティックミキサーを用いて混合し、均一な硫酸含有珪酸ナトリウム水溶液を調製した。
また、実施例１の工程３では調合中に１．０質量％の水酸化カリウム水溶液１９０．６ｇを３時間かけて添加し、ついで７６２．４ｇを１２時間かけて添加したが、比較例２の工程３の調合では精製酸性珪酸液の添加と同時に１０．０質量％の水酸化カリウム水溶液１９９．３ｇを３時間かけて添加し（一段目添加）、続いて精製酸性珪酸液の添加と同時に７９７．１ｇを１２時間かけて添加した（二段目添加）。なお、比較例２の各工程では、ここに記した条件以外は、表１に記した条件で実施した。
実施例１の工程１において、実施例１では希釈ケイ酸ナトリウム水溶液に対して、濃度５．０質量％の硫酸水溶液２９７．７ｇを、スタティックミキサーを用いて混合したが、比較例２の工程１では、希釈ケイ酸ナトリウム水溶液（ＳｉＯ２濃度５．０質量％）１４，５８０ｇと、５．０質量％の硫酸水溶液２９７６．７ｇを、スタティックミキサーを用いて混合し、均一な硫酸含有珪酸ナトリウム水溶液を調製した。
また、実施例１の工程３では調合中に１．０質量％の水酸化カリウム水溶液１９０．６ｇを３時間かけて添加し、ついで７６２．４ｇを１２時間かけて添加したが、比較例２の工程３の調合では精製酸性珪酸液の添加と同時に１０．０質量％の水酸化カリウム水溶液１９９．３ｇを３時間かけて添加し（一段目添加）、続いて精製酸性珪酸液の添加と同時に７９７．１ｇを１２時間かけて添加した（二段目添加）。なお、比較例２の各工程では、ここに記した条件以外は、表１に記した条件で実施した。
【0073】
［比較例３］
実施例１において、工程１、工程２および工程３の順で処理を行うが、比較例３では工程１で希釈ケイ酸ナトリウム水溶液に硫酸水溶液の混合を行わず、工程１の陽イオン交換樹脂への通液、工程２および工程３の順で処理を行った。
また、実施例１の工程３では調合中に１．０質量％の水酸化カリウム水溶液１９０．６ｇを３時間かけて添加し、ついで７６２．４ｇを１２時間かけて添加したが、比較例３の工程３の調合では１．０質量％の水酸化カリウム水溶液は添加しなかった。比較例３の各工程では、ここに記した条件以外は、表１に記した条件で実施した。
なお、比較例３ではリーチング工程がないため、混合ファクターおよび反応ファクターは算出できなかった。
実施例１において、工程１、工程２および工程３の順で処理を行うが、比較例３では工程１で希釈ケイ酸ナトリウム水溶液に硫酸水溶液の混合を行わず、工程１の陽イオン交換樹脂への通液、工程２および工程３の順で処理を行った。
また、実施例１の工程３では調合中に１．０質量％の水酸化カリウム水溶液１９０．６ｇを３時間かけて添加し、ついで７６２．４ｇを１２時間かけて添加したが、比較例３の工程３の調合では１．０質量％の水酸化カリウム水溶液は添加しなかった。比較例３の各工程では、ここに記した条件以外は、表１に記した条件で実施した。
なお、比較例３ではリーチング工程がないため、混合ファクターおよび反応ファクターは算出できなかった。
【0074】
［比較例４］
比較例３では工程１の陽イオン交換樹脂への通液、工程２および工程３の順番に処理を行ったが、比較例４では工程２において、キレートイオン交換樹脂への通液を行わずに陽イオン交換樹脂への通液を行った。比較例４の各工程では、ここに記した条件以外は、表１に記した条件で実施した。
なお、比較例４ではリーチング工程がないため、混合ファクターおよび反応ファクターは算出できなかった。
比較例３では工程１の陽イオン交換樹脂への通液、工程２および工程３の順番に処理を行ったが、比較例４では工程２において、キレートイオン交換樹脂への通液を行わずに陽イオン交換樹脂への通液を行った。比較例４の各工程では、ここに記した条件以外は、表１に記した条件で実施した。
なお、比較例４ではリーチング工程がないため、混合ファクターおよび反応ファクターは算出できなかった。
【0075】
【表1】
【0076】
【表2】
【0077】
【表3】