专利名称：一种高纯高密度四硼酸锂的制备方法
技术领域：
本发明涉及四硼酸锂的制备技术领域，尤其涉及一种高纯高密度四硼酸锂的制备方法。
背景技术：
四硼酸锂又名焦硼酸锂，分子式为Li2B4O7，分子量为169. 12。高纯、高密度四硼酸锂是一种新型温度补偿型表面波基片芯片和压电单晶基片材料，在微电子、数码技术、光电子科技、新型计算机、视频传播、军事科技、航空航天、卫星通讯、国防技术等许多领域有着广泛而重要的应用。早在20世纪初，人们就制得了四硼酸锂，但当时由于应用化工技术比较薄弱，四硼酸锂并没有广泛地应用于各行各业，直到上世纪80年代才 逐步开始应用于搪瓷工业的釉药、润滑脂组分，后期随着材料化学的推广，四硼酸锂逐步应用于缓冲剂和防腐齐U，并且也被应用于新材料的开发，直到21世纪，随着钢铁冶炼技术的革新，四硼酸锂被用于波长色散XRF荧光光谱仪、AA原子吸收和ICP等制样以检测钢铁组分，这才正式宣告四硼酸锂新春的到来，但随着技术步伐的不断迈进，传统方法生产的高纯四硼酸锂(密度约为O. 7g/ cm 3)已经不能满足检测行业的使用，各种高纯高密度的四硼酸锂越来越受欢迎。目前就四硼酸锂的生产工艺而言，发达国家生产此类产品主要采用“还原、电解、区域熔融、真空蒸馏、真空升华”等工艺技术，虽具有一定的应用价值，但技术繁琐复杂、工艺流程长、设备昂贵、工艺条件要求十分苛刻、生产成本高、污染环境且难于治理，不适用于现阶段国内的技术条件。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供了一种工艺简化，工艺条件要求低，成本低廉，操作方便，质量指标能达到国际先进水平且对环境污染小易于治理的高纯高密度四硼酸锂的制备方法。为了实现上述目的，本发明的技术构思如下将工业级氢氧化锂经低温溶解、过滤、蒸发浓缩、冷却结晶、离心分离等步骤进行提纯，提纯后的氢氧化锂按固液质量比1:2溶于煮沸的纯水中，根据溶液中氢氧化锂的含量，按反应的化学计量数之比(以下简称“化学计量比”)的105% 120%加入工业级硼酸中和反应(即加入过量5 20%的硼酸)，然后经蒸发浓缩、一次烘干、破碎、二次烘干、高温熔融、水淬冷却等流程制得高纯高密度的四硼酸锂，其主要反应原理为2Li0H+4H3B03 = Li2B407+7H20(I)L i 2 B 4 O 7 (粉料) 高温熔融 L i 2 B 4 O 7 ( 熔体)
(2)具体的，本发明的一种高纯高密度四硼酸锂的制备方法，步骤如下A、提纯氢氧化锂将原料工业级单水氢氧化锂以固液质量比1:5比例溶于纯水中；加入除杂试剂并过滤除去不溶物；滤液蒸发浓缩至可见明显晶体；冷却至室温后离心分离得重结晶单水氢氧化锂；所述除杂试剂由乙二胺四乙酸与碳酸氢铵按质量比1:0. 54混合而成；所述除杂试剂中的乙二胺四乙酸的物质的量为所述原料工业级单水氢氧化锂中杂质金属Ca、Mg、Fe、Pb总物质的量的两倍；B、中和配料将重结晶单水氢氧化锂以固液质量比1:2用煮沸的纯水溶解，然后按照化学计量比的105% 120%加入硼酸中和，得中和液；C、将中和液用不锈钢桶蒸发浓缩至溶液变白；D、一次烘干将蒸发至变白的四硼酸锂溶液趁热倒入不锈钢烘盘中，先在100—150°C下烘干 3 — 4h，再在 200— 240°C下烘干 8— IOh ;E、二次烘干将一次烘干后的物料破碎至粒度在10 — 60目之间，在400— 450°C， 4—5h条件下进行二次烘干；F、将二次烘干后的四硼酸锂粉料在电热炉中进行熔融，熔融温度930_950°C，时间4__5h ；G、熔融后的物料倒入循环流动的纯水之中进行水淬冷却结晶，离心分离得高密度四硼酸锂晶体；H、将步骤G所得晶体在60_80°C烘干l_2h，去除晶体表面水分。所述硼酸为俄罗斯BOR MCC进口硼酸(硼酸/%彡99. 9 ;水不溶物含量/%彡O. 010 ；硫酸盐/%彡O. 10 ;氯化物/% ( O. 050 ；铁/% ( O. 0020 ;氨/%彡O. 30 ;重金属/% 彡 O. 0010)。与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于I、采用先制备四硼酸锂粉料再由粉料高温熔融出四硼酸锂晶体的工艺流程比直接用氢氧化锂和硼酸高温合成四硼酸锂晶体工艺解决了四硼酸锂化学结构不稳定，夹杂其他硼酸盐或碳酸锂，产品纯度不够高，过程控制条件不准的问题；2、直接将浓缩后的四硼酸锂浓溶液进行液体烘干，提高了四硼酸锂的收率；3、本发明工艺除高温熔融工序外其他工序全部在常压、中低温、采用普通不锈钢化工器材进行，使工艺大为简化，操作方便简洁，对环境无污染，生产成本远远低于国外现有工艺；4、采用传统工艺生产的四硼酸锂密度只有O. 7g/ cm 3左右，而本工艺所制四硼酸锂晶体密度在I. 4g/ cm 3左右，密度几近翻倍，更适应于现今的市场需求。
具体实施例方式下面申请人将结合具体的实施例对本发明方法做进一步的详细说明，应理解，以下实施例仅用于清楚阐述本发明的技术方案，而不应在任何程度上理解为对本发明权利要求书请求保护范围的限制。实施例1-3中所用硼酸为俄罗斯BOR MCC进口硼酸(硼酸/%彡99. 9 ;水不溶物含量 /% ( O. 010 ;硫酸盐 /% ( O. 10 ;氯化物 /% ( O. 050 ;铁 /% ( O. 0020 ;氨 /% ( O. 30 ;重金属 /% < O. 0010)。实施例I一种高纯高密度四硼酸锂的制备方法，其步骤如下
A、提纯氢氧化锂将原料工业级单水氢氧化锂以固液质量比1:5比例溶于纯水中；加入除杂试剂(由乙二胺四乙酸与碳酸氢铵按质量比1:0. 54混合而成)并过滤除去不溶物；滤液蒸发浓缩至可见明显晶体；冷却至室温后离心分离得重结晶单水氢氧化锂；所述除杂试剂中的乙二胺四乙酸的物质的量为所述原料工业级单水氢氧化锂中杂质金属Ca、Mg、Fe、Pb总物质的量的两倍；B、中和配料取6Kg重结晶单水氢氧化锂以固液质量比1:2用煮沸的纯水搅拌溶解至无明显固体沉淀，搅拌下按照化学计量比的105%倍缓慢加入硼酸(B卩18. 54Kg)中和，
用广泛PH试纸测得终点pH值为8-9，得中和液；C、将中和液用不锈钢桶蒸发浓缩至溶液变白(即有四硼酸锂析出，此时溶液黏稠，温度230°C左右)；D、一次烘干将蒸发至变白的四硼酸锂溶液趁热倒入不锈钢烘盘中，先在100°C下烘干4h，再在200°C下烘干IOh ；E、二次烘干将一次烘干后的物料用鄂式破碎机和对辊破碎机破碎后(破碎后物料粒度在10 — 60目之间，共出四硼酸锂粉料14Kg)在400°C下烘干5h ；F、将二次烘干后的四硼酸锂粉料在管式电热炉中进行高温熔融，熔融温度930°C，时间5h ；G、熔融后的物料倒入循环流动的纯水之中进行水淬冷却结晶，离心分离得高密度四硼酸锂晶体；H、将步骤G所得晶体在60°C烘干2h，去除晶体表面水分。对步骤E所得四硼酸锂粉料进行元素分析，对步骤H所得四硼酸锂晶体进行比重分析，结果如下
权利要求
1.一种高纯高密度四硼酸锂的制备方法，步骤如下 A、提纯氢氧化锂将原料工业级单水氢氧化锂以固液质量比1:5比例溶于纯水中；力口入除杂试剂并过滤除去不溶物；滤液蒸发浓缩至可见明显晶体；冷却至室温后离心分离得重结晶单水氢氧化锂； 所述除杂试剂由乙二胺四乙酸与碳酸氢铵按质量比1:0. 54混合而成； 所述除杂试剂中的乙二胺四乙酸的物质的量为所述原料工业级单水氢氧化锂中杂质金属Ca、Mg、Fe、Pb总物质的量的两倍； B、中和配料将重结晶单水氢氧化锂以固液质量比1:2用煮沸的纯水溶解，然后按照化学计量比的105% 120%加入硼酸中和，得中和液； C、将中和液用不锈钢桶蒸发浓缩至溶液变白； D、一次烘干将蒸发至变白的四硼酸锂溶液趁热倒入不锈钢烘盘中，先在100—150°C下烘干3 — 4h，再在200— 240°C下烘干8— IOh ; E、二次烘干将一次烘干后的物料破碎至粒度在10—60目之间，在400—450°C，4一5h条件下进行二次烘干； F、将二次烘干后的四硼酸锂粉料在电热炉中进行熔融，熔融温度930—950°C，时间4—5h ； G、熔融后的物料倒入循环流动的纯水之中进行水淬冷却结晶，离心分离得高密度四硼酸裡晶体； H、将步骤G所得晶体在60—80°C烘干I一2h，去除晶体表面水分。
2.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于所述硼酸为俄罗斯BORMCC进口硼酸。
全文摘要
本发明涉及四硼酸锂的制备技术领域，具体公开了一种高纯高密度四硼酸锂的制备方法。该方法将工业级氢氧化锂经低温溶解、过滤、蒸发浓缩、冷却结晶、离心分离等步骤进行提纯，提纯后的氢氧化锂按固液质量比1:2溶于煮沸的纯水中，根据溶液中氢氧化锂的含量，按反应的化学计量数之比的105%～120%加入工业级硼酸中和反应，然后经蒸发浓缩、一次烘干、破碎、二次烘干、高温熔融、水淬冷却等流程制得高纯高密度的四硼酸锂。所制四硼酸锂晶体密度在1.4g/㎝3左右，更适应于现今的市场需求。
文档编号C01B35/12GK102838125SQ201210347200
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月19日 优先权日2012年9月19日
发明者纪东海, 范黎, 罗钊, 李兴 申请人:湖北百杰瑞新材料有限公司