CN101780960B - 一种粗硼粉提纯的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种粗硼粉提纯的方法。以镁热还原法生产的粗硼粉为原料，在粗硼粉中配入三氧化二硼粉末，经混合制块，置于卧式气氛炉中，在一定温度下进行提纯，冷却后利用盐酸溶解和清洗物料中的可溶物，经过滤、烘干即得到纯度为95～97％的硼粉。本发明工艺稳定可靠，操作易于控制，制备过程简单，硼粉提纯后附加值高，产品纯度可稳定在95％以上。

Description

一种粗硼粉提纯的方法

技术领域

本发明涉及硼精细化工技术领域，具体地说是一种粗硼粉提纯的方法。

背景技术

硼粉是一种重要的硼精细化工产品，其用途广泛。由于硼的燃烧热值高并且燃烧后“洁净”，因而含硼推进剂能满足火箭发动机及整体级发动机推进剂所要求的高能贫氧和“洁净”的要求。作为固体燃料，硼的热值比碳高一倍以上，大约是铝的二倍，镁的二倍还多，其容积热值几乎是碳氢燃料的三倍，密度仅略低于铝，具有最高的体积热值，就其能量而言，硼应是最佳的非金属燃料。且无定形硼由于形状不规则、比表面积大而使其着火温度大大降低。

近十年来汽车制造业飞速发展，由于硼粉优良的燃烧性能而被用于汽车工业，硼粉很突出的一点是被用作安全汽囊的引发剂，并且随着汽车工业的发展其用量大增，在美国已达几十吨的用量。在科技日新月异的今天，人们正逐渐把目光转向高科技的航空、航天领域，美国SB Boron公司生产的SB95无定形硼粉已经广泛应用于固体燃料，美国正把无定形元素硼应用在飞机、原子能、火箭、弹药、爆炸物及化学武器等军事燃料的制备上。

镁粉还原三氧化二硼可以得到纯度在85～95％不等的无定形硼粉，对于纯度较低(85～92％)的粗硼粉而言，燃烧性能达不到美国SB Boron 95的标准。目前，我国硼化工企业和研究机构制备和生产的硼粉纯度均较低，东北大学豆志河等人在《东北大学学报(自然科学版)》发表论文“自蔓延冶金法制备硼粉的基础研究”(2005，26(1)：63-6)，采用镁热还原法制备的硼粉纯度只能达到92.43％；Y.C.Yi等人在《J.Mater.Sci.》上发表论文(1990，(25)：1159)，制备出的硼粉纯度在90％以下。镁热还原法制备的硼粉纯度较低(95％以下)，因此，粗硼粉提纯对硼精细化工产业非常重要，硼粉提纯不仅可以使国内的无定形硼粉用于高科技的航空、航天及军事等领域，而且可以缓解目前我国硼工业面临的压力，此外，对于加速我国镁工业产品的发展也十分有利。

西安近代化学研究所胥会祥等人在《火炸药学报》上发表论文(2007，30(2)：8-12)，用乙醇、蒸馏水对无定形硼粉进行提纯处理，有效去除硼粉表面的H₃BO₃杂质，改善了硼粉的表面性能，有利于硼粉的燃烧性能。卤素硼化物的氢还原和氢气硼裂解法可制备高纯硼(≥4N)，制备高纯卤素硼化物和氢化物的工艺过程复杂，投资大，而且环保要求高，对设备的腐蚀也提出了很高的要求，生产成本很高，产量小。

目前，对于镁热还原法生产的粗硼粉的提纯研究工作开展的比较少，为了实现从85～92％的粗硼粉提纯达到95～97％的硼粉，本发明提出了一种分步骤提纯粗硼粉的技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种粗硼粉提纯的方法，该方法使粗硼粉提纯达到95～97％，不仅投资少，成本低，产品附加值高。

本发明针对镁热还原方法制备的纯度在92％以下的粗硼粉进行提纯，使硼粉纯度达到95％以上。该方法采用向粗硼粉中加入一定配比的三氧化二硼粉，经充分混合，将混合物料压制成块状；将压块装入不锈钢坩埚并置于卧式气氛炉内，炉内充入氩气保护，将物料在一定温度下保持一定时间；反应后冷却物料，将提纯后的物料从不锈钢坩埚中取出并置于浸出反应器中；先后加入盐酸和蒸馏水进行酸洗和清洗；最后过滤、烘干、筛分，即得到提纯后得硼粉，其纯度可达到95～97％，其中杂质Mg、O、Si、Fe含量分别在1.5％、2％、1.0％、0.5％以下。

本发明按以下步骤进行：

1、配料：以镁热还原法制备的纯度为85～92％粗硼粉为原料(其中主要含有Mg、Si、O、Fe、Al等杂质)，按重量配比1∶1～1∶3比例加入纯度为99％的三氧化二硼粉，将两种粉末在玛瑙球磨罐中充分混合均匀；

2、压块：将混合好的物料在压块机中压制成圆形薄片，压制压力为15MPa，压块厚度5mm以内；

3、提纯：将压块装入不锈钢坩埚并置于卧式气氛炉内，向炉内充入氩气驱赶炉内空气，将炉内温度逐渐加热至700～1000℃，同时炉内继续充入氩气进行保护，恒温时间保持2～4h，停止加热，冷却后取出坩埚及反应后的物料，将物料从不锈钢坩埚中捣出并置于浸出反应器中；

4、酸浸出：配置浓度为0.5～2mol·L^-1的盐酸，将盐酸加入浸出反应器中，液固比控制在5∶1～10∶1，浸出温度为60～80℃，经过1～3h后过滤；将滤饼重新放入浸出反应器中，加入液固比为10∶1的蒸馏水，加热至60～80℃进行清洗过滤，反复2～3次；

5、将最终的滤饼放入真空干燥箱中在100℃下进行烘干，真空度100Pa以下，2h后取出，将其在200目筛分机中进行筛分，即可得纯度达到95～97％的硼粉。

本发明与现有技术相比较具有以下优点：

本发明工艺稳定可靠，操作易于控制，制备过程简单，硼粉提纯后附加值高，产品纯度可稳定在95％以上。

附图说明

图为本发明工艺流程图。

具体实施方式

实施例1：

选取纯度90％的粗硼粉500g，向其中配入重量比为1∶2的三氧化二硼粉1000g，充分混合均匀，将物料在15Mpa压力下压制成块状；将压块装入不锈钢坩埚并置于卧式气氛炉内，向炉内充入氩气驱赶空气，将炉内温度加热至800℃，保持2h；停止加热，待降至室温后取出坩埚，将反应后的物料从不锈钢坩埚中捣出并置于浸出反应器中；加入浓度为2.0mol·L^-1的盐酸，液固比控制为6∶1，控制浸出温度在80℃，经过1h后过滤；取出滤饼并加入液固比为10∶1的蒸馏水清洗、过滤，清洗过程重复3次，最后烘干、筛分，得到提纯后得硼粉，硼粉中主要杂质Mg、O、Si、Fe含量分别在1.14％、1.6％、0.5％、0.2％以下，其纯度可达到96.4％。

实施例2：

选取纯度90％的粗硼粉500g，向其中配入重量比为1∶1的三氧化二硼粉500g，充分混合均匀，将物料在15Mpa压力下压制成块状；将压块装入不锈钢坩埚并置于卧式气氛炉内，向炉内充入氩气驱赶空气，将炉内温度加热至750℃，保持2h；停止加热，待降至室温后取出坩埚，将反应后的物料从不锈钢坩埚中捣出并置于浸出反应器中；加入浓度为1.0mol·L^-1的盐酸，液固比控制为5∶1，控制浸出温度在80℃，经过3h后过滤；取出滤饼并用加入液固比为10∶1的蒸馏水清洗、过滤，清洗过程重复3次，最后烘干、筛分，得到提纯后得硼粉，硼粉中主要杂质Mg、O、Si、Fe含量分别在1.38％、1.92％、0.8％、0.3％以下，其纯度可达到95.8％。

实施例3：

选取纯度92％的粗硼粉500g，向其中配入重量比为1∶3的三氧化二硼粉1500g，充分混合均匀，将物料在15Mpa压力下压制成块状；将压块装入不锈钢坩埚并置于卧式气氛炉内，向炉内充入氩气驱赶空气，将炉内温度加热至950℃，保持3h；停止加热，待降至室温后取出坩埚，将反应后的物料从不锈钢坩埚中捣出并置于浸出反应器中；加入浓度为0.5mol·L^-1的盐酸，液固比控制为8∶1，控制浸出温度在80℃，经过2h后过滤；取出滤饼并用加入液固比为10∶1的蒸馏水清洗、过滤，清洗过程重复3次，最后烘干、筛分，得到提纯后得硼粉，硼粉中主要杂质Mg、O、Si、Fe含量分别在0.88％、1.48％、0.5％、O.2％以下，其纯度可达到96.5％。

实施例4：

选取纯度86％的粗硼粉500g，向其中配入重量比为1∶2的三氧化二硼粉1000g，充分混合均匀，将物料在15Mpa压力下压制成块状；将压块装入不锈钢坩埚并置于卧式气氛炉内，向炉内充入氩气驱赶空气，将炉内温度加热至1000℃，保持4h；停止加热，待降至室温后取出坩埚)，将反应后的物料从不锈钢坩埚中捣出并置于浸出反应器中；加入浓度为1.Omol·L^-1的盐酸，液固比控制为10∶1，控制浸出温度在80℃，经过3h后过滤；取出滤饼并用加入液固比为10∶1的蒸馏水清洗、过滤，清洗过程重复3次，最后烘干、筛分，得到提纯后得硼粉，硼粉中主要杂质Mg、O、Si、Fe含量分别在1.45％、1.84％、0.8％、0.4％以下，其纯度可达到95.1％。

Claims (2)

1.一种粗硼粉提纯的方法，其特征在于：以镁热还原法制备的纯度为85～92％的粗硼粉为原料，配入重量比为1∶1～1∶3的三氧化二硼粉，充分混合均匀，将物料在15MPa压力下压制成块状，装入不锈钢坩埚并置于卧式气氛炉内，将炉内温度加热至700～1000℃，炉内充入氩气保护，保持2～4h，冷却并取出坩埚，将提纯后的物料从不锈钢坩埚中捣出，置于浸出反应器中，加入浓度为0.5～2mol·L^-1的盐酸，液固比控制在5∶1～10∶1，控制浸出温度在60～80℃，经过1～3h后过滤；取出滤饼并用蒸馏水重复清洗、过滤2～3次，最后烘干筛分，即可得提纯后的硼粉。

2.根据权利要求1所述的粗硼粉提纯的方法，其特征是：所述的烘干筛分是将滤饼放入真空干燥箱中在100℃下进行烘干，真空度100Pa以下，2h后取出，将其在200目筛分机中进行筛分，即可得提纯后的硼粉。

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