CN102745704A - 一种生产硼化锆并同步产出冰晶石的方法 - Google Patents

一种生产硼化锆并同步产出冰晶石的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种生产硼化锆并同步产出冰晶石的方法，包括如下步骤：步骤A：将铝置于反应器中，升温至700至850℃，往反应器中再加入氟锆酸盐和氟硼酸盐；步骤B:搅拌4至6小时后，将上层熔融的液体抽出，得到冰晶石；下层为硼化锆。本发明的有益效果是：本发明提供了一种硼化锆的全新制备方法，该方法所采用的设备和方法简单，制备周期短且具有反应效率高的特点，且得到的硼化锆比表面积大、接触角多和铝含量可控等优点，且同步生产的低分子比冰晶石用于铝电解工业，具有合适的电导率，提高了氧化铝的溶解度，从而降低了电解温度，降低电能消耗，提高了电解效率，降低了综合生产成本。

Description

一种生产硼化锆并同步产出冰晶石的方法
技术领域
本发明涉及生产金属硼化物的制备方法，尤其涉及一种硼化锆的制备并同步产出冰晶石的方法。
背景技术
目前铝电解工业仍采用传统的Hall-Heroult法，电解质一直以冰晶石-氧化铝为基本体系，现行的预焙阳极电解槽主要采用碳素阴极。碳素阴极对铝液不润湿，且会受到冰晶石的长期腐蚀，为延长电解槽的使用寿命，往往需要在碳素阴极表面涂覆惰性涂层。硼化锆对铝液具有良好的润湿性，且耐冰晶石的腐蚀，因此硼化锆非常适用于碳素阴极表面涂层。由于硼化锆等过渡金属硼化物价格昂贵，目前难以实现其在碳素阴极表面涂层中的广泛应用。
现有的硼化锆工业生产方法主要包括以下三种：
（1）金属锆和单质硼在高温下直接反应：Zr+2B=ZrB2；
（2）碳化硼法：二氧化锆和碳化硼在C存在下，在碳管内直接反应：
  2ZrO2+B4C+3C=2ZrB2 +4CO ，如果碳管内为H2气氛，反应温度为1800-1900℃；如果碳管为真空，则反应温度可以降至1650-1750℃；
 （3）气相沉积法：以ZrCl4和 BCl3为原料，在H2参与下，进行如下反应： ZrCl4+BCl3+5H2=ZrB2+10HCl ；沉积温度为8000-1000℃，可以制得磨料级和电子级产品。
目前由于单质硼的工业生产得率不高（往往低于90%）且生产成本高，单质硼的价格昂贵导致了硼化锆的价格昂贵，从而限制了硼化锆的大规模工业生产。 
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，发明人在电解质的选择以及制备方法方面进行了大量的探索，尤其在硼化锆及其生产原料的制备方面进行了大量的探索，预料不到地发现，以氟锆酸盐和氟硼酸盐为原料与铝反应即可生成硼化锆，解决了硼化锆制备的问题，并且同步所生产的低分子比钠冰晶石作为铝电解体系的电解质，可降低铝电解工业的电解温度，从而降低电能消耗，降低综合生产成本。
本发明提供一种生产硼化锆并同步产生冰晶石的方法，包括如下步骤：
步骤A：将铝置于反应器中，升温至700至850℃，往反应器中再加入氟锆酸盐和氟硼酸盐；
步骤B: 搅拌4至6h后，将上层熔融的液体抽出，得到冰晶石；下层为硼化锆。
优选的，所述氟硼酸盐与氟锆酸盐的物质的量比为2：1。
优选的，所述氟锆酸盐采用氟锆酸钾，所述氟硼酸盐采用氟硼酸钾。
优选的，所述氟锆酸盐采用氟锆酸钠，所述氟硼酸盐采用氟硼酸钠。
优选的，所述步骤B中得到的冰晶石为钾冰晶石，所述钾冰晶石的分子式为mKF·AlF3，m为1.2。
优选的，所述步骤B中得到的冰晶石为钠冰晶石，所述钠冰晶石的分子式为nKF·AlF3，n为1.2。
本发明中所涉及的化学反应式为：
Figure 561675DEST_PATH_IMAGE001
Al+K2ZrF6+2KBF4=ZrB2+
Figure 760575DEST_PATH_IMAGE001
(
Figure 2012102592283100002DEST_PATH_IMAGE002
KF·AlF3）
Figure 789973DEST_PATH_IMAGE001
Al+Na2ZrF6+2NaBF4=ZrB2+(
Figure 990196DEST_PATH_IMAGE002
NaF·AlF3）
采用上述技术方案，本发明提供的低分子比冰晶石（
Figure 664891DEST_PATH_IMAGE002
KF·AlF3和
Figure 873762DEST_PATH_IMAGE002
NaF·AlF3）用于铝电解工业，氧化铝的溶解性能得到改善，从而降低了电解温度，降低了电能消耗，提高了电解效率，降低了综合生产成本。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：提供了一种硼化锆的全新制备方法，该方法所采用的设备和方法简单，制备周期短且具有反应效率高的特点，且得到的硼化锆比表面积大、接触角多和铝含量可控等优点，且同步生产的低分子比冰晶石用于铝电解工业，具有合适的电导率，提高了氧化铝的溶解度，从而降低了电解温度，降低电能消耗，提高了电解效率，降低了综合生产成本；本发明提供的低分子比普通的冰晶石的制备方法反应条件温和，容易控制，工艺流程简单，反应完全，产物质量好。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例 1
称取1吨铝置于反应器中，抽真空后通入氩气保护，升温至750℃，按反应比例往反应器中缓慢加入干燥的氟硼酸钾与氟锆酸钾混合物，氟硼酸钾与氟锆酸钾的摩尔比为2：1，快速搅拌5h后，生成硼化锆和钾冰晶石（
Figure 303606DEST_PATH_IMAGE002
KF·AlF3），打开反应器盖，用虹吸泵抽出上层熔融的液态钾冰晶石。
将制得的钾冰晶石（
Figure 217336DEST_PATH_IMAGE002
KF·AlF3）用于铝电解工业，电解质体系是由钾冰晶石和氧化铝组成，使用本发明提供的钾冰晶石（KF·AlF3）组成的电解质，电解温度的工作范围可控制在900-960℃之间。
 
实施例 2
称取1吨铝置于反应器中，抽真空后通入氩气保护，升温至750℃，按反应比例往反应器中缓慢加入干燥的氟硼酸钠与氟锆酸钠混合物，氟硼酸钠与氟锆酸钠的摩尔比为2：1，快速搅拌5h后，生成硼化锆和钠冰晶石（
Figure 588460DEST_PATH_IMAGE002
NaF·AlF3），打开反应器盖，用虹吸泵抽出上层熔融的液态钠冰晶石。
将制得的钠冰晶石（
Figure 549725DEST_PATH_IMAGE002
NaF·AlF3）用于铝电解工业，电解质体系是由钠冰晶石和氧化铝组成，使用本发明提供的钠冰晶石（
Figure 278647DEST_PATH_IMAGE002
NaF·AlF3）组成的电解质，电解温度的工作范围可控制在900-960℃之间。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种生产硼化锆并同步产出冰晶石的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤A：将铝置于反应器中，升温至700至850℃，往反应器中再加入氟锆酸盐和氟硼酸盐；
步骤B: 搅拌4至6小时后，将上层熔融的液体抽出，得到冰晶石；下层为硼化锆。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氟硼酸盐与氟锆酸盐的摩尔比为2：1。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述氟锆酸盐采用氟锆酸钾，所述氟硼酸盐采用氟硼酸钾。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述氟锆酸盐采用氟锆酸钠，所述氟硼酸盐采用氟硼酸钠。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤B中得到的冰晶石为钾冰晶石，所述钾冰晶石的分子式为mKF·AlF3，m为1.2。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤B中得到的冰晶石为钠冰晶石，所述钠冰晶石的分子式为nKF·AlF3，n为1.2。
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