尺寸和形貌可控的硼酸镁晶须的制备方法
【专利说明】
[0001]技术领域:
本发明涉及一种化学物质的制备，尤其是涉及一种尺寸和形貌可控的硼酸镁晶须的制备方法。
[0002]【背景技术】:
硼酸镁晶须，其外观为白色蓬松状固体，显微镜下观察为纤维状晶体。耐强碱，能很好的分散于有机无机溶液中。它具有优异的力学性能、耐热性、耐腐蚀好。可作为复合增强材料、摩擦材料、过滤材料、电池隔膜、绝缘材料、耐热材料等。
[0003]国内外研宄硼酸镁的制备方法主要采用高温气相合成法、高温干法固相合成法、高温湿法固相合成法、微波固相合成法和水热高温合成法，然而后两者方法条件苛刻，操作步骤烦琐，目前仅限于实验室研宄，而最有可能实现工业化生产的方法是高温合成法。在高温气相合成法中，要用到稀有贵金属作为催化剂，硼源需要用碘化硼和硼酸，这样的方法成本太高，不适合规模化生产。水热高温合成法需要首先在高压釜中、中等温度下将镁源和硼源转化成碱式硼酸镁，然后在600-110(TC煅烧得到硼酸镁晶须。此方法如果产业化必须要用到生产用的高压釜，而这种设备增加了很大的危险性，对设备提出了很高的要求，而且合成的晶须性能差难以实际应用。高温湿法固相合成法中，主要是镁源、硼源和助溶剂按一定比例与水混合，经喷雾干燥、高温焙烧、洗涤和干燥等工序，得到硼酸镁晶须产品，此方法试先与水混合形成悬浮液的目的就是使原料混合均匀，但混合后需要喷雾干燥，消耗大量能量。高温干法固相最简单，目前一般用便宜的氯化镁作镁源，此方法在高温焙烧过程中有大量HCl气体和H2O的释放，一般是无组织排放，高温下反应设备腐蚀严重，对环境造成污染，工作人员也无法正常作业，并且焙烧时间过长，能耗高，不利于大规模工业化生产，晶须质量也差。
[0004]
【发明内容】
:
本发明的目的在于克服上述晶须制备方法的缺点，为生产企业提供一种生产工艺简单、操作可行，晶须形貌可控，产品质量好、收率高，原料成本低、可回收利用的新方法，适合于大规模产业化生产的尺寸和形貌可控的硼酸镁晶须的制备方法。
[0005]本发明专利所采用的技术方案是:它是以氢氧化镁或氧化镁、硼砂或硼酸、助溶剂等物质为原料，通过物料混合、合成反应、洗涤干燥等工序制得硼酸镁晶须产品，具体步骤如下:
(1)物料混合:将氢氧化镁或氧化镁:硼砂或硼酸:助溶剂=1:0.5?5:1?4的摩尔比混合，加入I?3%的十二烷基苯磺酸钠(可减少原料低温脱水时产生团聚现象，解决产品板结难洗问题)，放入直径4cm和1.5cm的两种刚玉球于球磨机内，大球:小球:原料质量比为80:20:100，球磨至60?75目混合均匀粉粒；所述助溶剂为氯化钠和氯化钾中的任意一种或两种的混合物；
(2)合成反应:先将上述混合均匀的粉粒物料置于刚玉坩祸中，装料深度不得超过14cm ;再将刚玉坩祸放入马福炉中以10°C /min的升温速度升至700°C _900°C，保温5?8小时，刚玉坩祸内形成烧结块，制得粗硼酸镁晶须； (3)洗涤干燥:将上述烧结块用水浸泡、洗涤，滤去水分，烘干即得硼酸镁晶须，该工序过程中的洗涤液可循环利用。
[0006]本发明具有如下优点:1、产品尺寸和形貌可控。本发明合成出的晶须可根据实际需求在合成过程中通过控制反应时间和原料粒度来进行调控，长度可在5?100 μπι之间，直径可在0.5?I μπι之间，长径比10?200，产品的收率大于93%。2、工艺简单，成本低廉。本发明原料混合过程中省去了喷雾干燥步骤，简化了合成工艺，且物料混合设备简单，无需防腐，焙烧时间短，能耗大大降低，节省生产成本。3、合成反应过程中无设备腐蚀，无废弃物排放。现有制备技术中以氯化镁和硼酸为原料，合成过程中有大量的HCl放出，不仅严重腐蚀设备，而且对周围环境造成污染，工作人员也无法正常作业。本发明中在原料中不引进氯离子，无HCl气体放出，并且由于洗涤母液可回收利用，故无废弃物排放，是一种绿色环保合成技术。
[0007]【具体实施方式】:
下面通过实施例对本发明作进一步的说明。
[0008]实施例1:
称取20千克工业一级氢氧化镁，36千克工业一级硼砂，15千克工业一级氯化钠，1.5千克十二烷基苯磺酸钠，放于200L球磨机中(有效容积70L)，加入直径4cm的刚玉球两袋(50千克)，直径为1.5cm的刚玉球12千克，封闭球磨机，启动开始球磨。2小时后筛分出60目粒度的混合粒料(35转/分的4KW电机，75目粒度需要2时)，装入高度为15cm的方形刚玉坩祸中(装入混合料不高度不得超过14cm，不能结实)，置于马弗炉中焙烧，升温速度为10°C/min，升温至800°C，恒温5h，自然冷却至室温，将方形刚玉坩祸中烧结块取出，即得粗硼酸镁晶须。再将该粗硼酸镁晶须烧结块放入60千克水中浸泡、搅碎，再经洗涤、滤去水分，放入大型鼓风烘箱中100°C干燥3小时，得到硼酸镁晶须成品。
[0009]实施例二:
称取13.8千克氧化镁，36千克工业一级硼砂，15千克工业一级氯化钠，1.5千克十二烷基苯磺酸钠，放于200L球磨机中(有效容积70L)，加入直径4cm的刚玉球两袋(50千克)，直径为1.5cm的刚玉球12千克，封闭球磨机，启动开始球磨。2小时后筛分出60目粒度的混合粒料(35转/分的4KW电机，75目粒度需要2时)，装入高度为15cm的方形刚玉坩祸中(装入混合料不高度不得超过14cm，不能结实)，置于马弗炉中焙烧，升温速度为10°C /min,升温至850°C，恒温8h，自然冷却至室温，将方形刚玉坩祸中烧结块取出，即得粗硼酸镁晶须。再将该粗硼酸镁晶须烧结块放入60千克水中浸泡、搅碎，再经洗涤、滤去水分，放入大型鼓风烘箱中100°C干燥3小时，得到硼酸镁晶须成品。
[0010]实施例三:
称取22千克工业一级氢氧化镁，25千克工业一级硼砂，16千克工业一级氯化钾，12千克工业一级氯化钠，1.5千克十二烷基苯磺酸钠，放于200L球磨机中(有效容积70L)，加入直径4cm的刚玉球两袋(50千克)，直径为1.5cm的刚玉球12千克，封闭球磨机，启动开始球磨。3.5小时后筛分出75目粒度的混合粒料(35转/分的4KW电机，75目粒度需要3.5小时)，装入高度为15cm的方形刚玉坩祸中(混合料不宜装得过满，过结实)，置于马弗炉中焙烧，升温速度为10°C /min,升温至900°C，恒温6h，自然冷却至室温，将产物取出，放入62千克水中浸泡、搅碎，再经洗涤、滤去水分，放入大型鼓风烘箱中100°C干燥3小时，得到硼酸镁晶须产品。
[0011]实施例四:
称取25千克工业一级氢氧化镁，19千克工业一级硼砂，16千克工业一级氯化钾，1.2千克十二烷基苯磺酸钠，放于200L球磨机中(有效容积70L)，加入直径4cm的刚玉球两袋(50千克)，直径为1.5cm的刚玉球12千克，封闭球磨机，启动开始球磨。3.5小时后筛分出75目粒度的混合粒料，装入高度为15cm的方形刚玉坩祸中(混合料不宜装得过满，过结实)，置于马弗炉中焙烧，升温速度为10°C/min，升温至700°C，恒温6h，自然冷却至室温，将产物取出，放入62千克水中浸泡、搅碎，再经洗涤、滤去水分，放入大型鼓风烘箱中110°C干燥3小时，得到硼酸镁晶须产品。
[0012]实施例五:
称取17.2千克氧化镁，19千克工业一级硼砂，16千克工业一级氯化钾，1.2千克十二烷基苯磺酸钠，放于200L球磨机中(有效容积70L)，加入直径4cm的刚玉球两袋(50千克)，直径为1.5cm的刚玉球12千克，封闭球磨机，启动开始球磨。3.5小时后筛分出75目粒度的混合粒料，装入高度为15cm的方形刚玉坩祸中(混合料不宜装得过满，过结实)，置于马弗炉中焙烧，升温速度为10°C /min,升温至750°C，恒温7h，自然冷却至室温，将产物取出，放入62千克水中浸泡、搅碎，再经洗涤、滤去水分，放入大型鼓风烘箱中110°C干燥3小时，得到硼酸镁晶须产品。
【主权项】
1.一种尺寸和形貌可控的硼酸镁晶须的制备方法，其特征在于:它是以氢氧化镁或氧化镁、硼砂或硼酸、助溶剂为原料，通过物料混合、合成反应、洗涤干燥工序制得硼酸镁晶须产品，具体步骤如下: (1)物料混合:将氢氧化镁或氧化镁:硼砂或硼酸:助溶剂=1:0.5?5:1?4的摩尔比混合，加入I?3%的十二烧基苯磺酸钠，放入直径4cm和1.5cm的两种刚玉球于球磨机内，大球:小球:原料质量比为80:20:100，球磨至60?75目混合均匀粉粒； (2)合成反应:先将上述混合均匀的粉粒物料置于刚玉坩祸中，再将刚玉坩祸放入马福炉中以10°C /min的升温速度升至700°C -900°C，保温5?8小时，刚玉坩祸内形成烧结块，制得粗硼酸镁晶须； (3)洗涤干燥:将上述烧结块用水浸泡、洗涤，滤去水分，烘干即得硼酸镁晶须。
2.根据权利要求1所述的尺寸和形貌可控的硼酸镁晶须的制备方法，其特征在于:所述助溶剂为氯化钠和氯化钾中的任意一种或两种的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的尺寸和形貌可控的硼酸镁晶须的制备方法，其特征在于:在容器刚玉坩祸中装料深度不得超过14cm。
4.根据权利要求1或2或3所述的尺寸和形貌可控的硼酸镁晶须的制备方法，其特征在于:步骤(3)的洗涤液可循环利用。
【专利摘要】本发明公开了一种尺寸和形貌可控的硼酸镁晶须的制备方法，它解决了现有技术存在生产工艺条件苛刻、制造成本高、工业化生产困难等问题，其特征在于：将氢氧化镁或氧化镁、硼砂、助溶剂按一定摩尔比混合，使用球磨机球磨均匀后置于焙烧炉700℃-900℃下焙烧5-8小时，冷却至室温，再用水浸泡，洗涤，滤去水分，烘干得硼酸镁晶须。制备过程中根据不同的产品添加要求，可通过原料粒径和反应时间来控制其长径比，实现产物的定向生长，从而获得性能各异的晶须产品。所得产品长度可在5-100μm之间，直径可在0.5-1μm之间，长径比为10－200，产品的收率大于93%。
【IPC分类】C30B29-62, C30B9-12, C30B29-22
【公开号】CN104562210
【申请号】CN201510017954
【发明人】冉敬文, 杨水彬
【申请人】黄冈师范学院
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月14日