一种碳化硼用高纯硼酸制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种化工硼酸制备方法，特别是涉及一种碳化硼用高纯硼酸制备方 法。
【背景技术】
[0002] 目前，碳化硼已被国内外广泛应用于结构材料、化学原料、电性能、核性能、复合陶 瓷等方面，其中，在结构材料方面，可用于各种各样硬金属、刚玉或玻璃的加工，还可制取耐 磨、耐腐蚀的碳化硼器件；另外，外敷碳化硼材料还可用作切削刀刃、研钵、捣锤等;还可用 作直升飞机的轻质装甲、防弹背心、轴承支承面、矫正工具等。在化学原料上可用作钢或其 他合金的硼化剂在钢表面渗硼，以生成硼化铁薄层增强材料的强度和耐磨性;还可用于一 些金属基摩擦材料的添加剂;在还原-化合法制取硼化物粉末时，碳化硼作为硼源，可制取 TiB2、ZrB2、CrB2等粉末，也可制造卤化硼、硼化氢等，称为制取粉末的"碳化硼法"。利用 碳化硼电性能可作碳化硼-石墨热电偶。在核性能中的利用其中子吸收能力强的优点用作 中子吸收材料控制棒、调节棒、事故棒、安全棒、屏蔽棒等功能元件。碳化硼复合陶瓷应用方 面可通过添加烧结助剂改善其烧结行为，获得价廉物美的碳化硼制品，还可添加大量的 SiC制成复合材料，它已经在工业喷嘴、栗的密封以及热挤压模领域得以应用，是一种具有 广泛应用前景的高温耐蚀、耐磨材料。
[0003] 由于生产碳化硼所用的硼酸纯度不够，含有一定量的钙离子，导致碳化硼陶瓷有 两个致命的弱点：一是碳化硼陶瓷的断裂韧性很低;二是原子间以牢固的共价键连接，共价 键含量高达93.9%，因而，获得高密度的烧结体非常困难。因此，去除硼酸中的钙离子，提高 硼酸的纯度至关重要。国内外生产高纯硼酸的方法很多，如重结晶法、离子交换法、酯化-蒸 馏法、电化学与渗透膜法等，但这些方法都有各自的缺点，比如无法得到满意的纯化效果、 能耗大、易引入杂质、工艺复杂等，而且诸多的纯化方法中，大多忽略了钙离子的去除。
[0004] 采用螯合吸附法制备高纯硼酸，工艺简单，纯化效果好，且吸附剂可回收利用，避 免环境污染和资源浪费。制得的高纯硼酸主要用于生产碳化硼，用于飞机装甲，以增强其硬 度及耐高温等性能。
[0005] 目前，国产的工业硼酸纯度较低，一般在99%_99.5%之间，达不到激光晶体、通信光 纤以及核工业等一些特殊行业对硼酸纯度的要求，因此，对现有工业硼酸进行提纯，制备高 纯硼酸迫在眉睫，国内外制备高纯硼酸的方法主要有以下几种： (1) 重结晶法是纯度在99.5 %以上的硼酸的主要生产方法； (2) 离子交换法是一种应用离子交换树脂将杂质分离的方法； (3) 酯化-水解法得到高纯硼酸； (4)电化学与渗透膜法达到纯化硼酸的目的； (5) 络合法，加入络合剂可以掩蔽被提纯物质中的金属阳离子杂质，从而降低金属阳离 子的浓度，重结晶，得到高纯硼酸； (6) 其他方法:螯合吸附法、萃取法、多种方法并用等。
[0006]以上制备高纯硼酸的方法中，都忽略了硼酸中钙离子的含量问题，为此主要是除 去工业硼酸中的钙离子。除钙的方法有多种，国内外常用的方法大致分为沉淀法、阳离子交 换树脂法、添加阻垢剂法、萃取法、浮选法、添加絮凝剂法、吸附法、膜分离法和蒸馏法等。膜 分离法和蒸馏法很少单独使用，常以离子交换法或沉淀法作为预处理。将合成的马来酸酐 丙烯酸共聚物加入改性剂进行改性，改性后的马来酸酐-丙烯酸共聚物螯合钙离子的能力 为289.3mg/ml，碳酸|丐分散能力为202.5mg/ml。采用螯合吸附法制备高纯硼酸，工艺简单， 纯化效果好。鳌合剂可回收利用，避免了二次环境污染和资源浪费。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种碳化硼用高纯硼酸制备方法，该方法以马来酸酐和丙 烯酸为聚合单体，加入引发剂，合成马来酸酐丙烯酸共聚物。同时，将合成的马来酸酐丙烯 酸共聚物加入改性剂进行改性，制得的高纯硼酸生产碳化硼，可增强其硬度及耐高温等性 能。
[0008]本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 一种碳化硼用高纯硼酸制备方法，所述方法包括以下过程： a. 首先，向装有温度计和冷凝回流装置的四口烧瓶中加入马来酸酐和蒸馏水，待马来 酸酐完全溶解后，量取丙烯酸，同时称取质量分数为6.67%的过硫酸铵溶解于蒸馏水中，使 其浓度为〇.〇2mol/L，作为引发剂，同时向四口烧瓶中滴加丙烯酸和过硫酸铵水溶液，恒温 反应后，将溶液放入旋转蒸发器中，进行减压蒸馏，所得液体即为马来酸酐-丙烯酸共聚物； b. 向装有温度计和冷凝回流装置的四口烧瓶中加入马来酸酐、改性剂和蒸馏水，待马 来酸酐和烯丙基磺酸钠完全溶解后，量取丙烯酸，同时称取过硫酸铵溶解于蒸馏水中，同时 向四口烧瓶中滴加丙烯酸和过硫酸铵水溶液;滴加完毕后，恒温反应，将反应后的溶液倒入 旋转蒸发器中，所得液体即为磺酸基马来酸酐-丙烯酸共聚物； c. 称取工业硼酸加入三口烧瓶中，取去离子水搅拌溶解，配制成硼酸饱和溶液，待硼酸 全部溶解后，根据磺酸基马来酸酐-丙烯酸共聚物的钙螯合能力大小，用移液管准确量取 2ml的磺酸基马来酸酐-丙烯酸共聚物作为吸附剂，加入硼酸饱和溶液中，反应结束后立即 趁热进行真空抽滤，过滤杂质，将滤液放入冰箱冷藏，析出硼酸晶体，再次进行抽滤，将所得 的硼酸晶体放入烘箱中干燥； d. 将所得滤液集中，使用旋转蒸发器把多余的水分蒸发出去，再次过滤，干燥得到少许 硼酸晶体，并向剩余溶液中滴加硫酸，使用高速台式离心机进行离心，固液分离，回收吸附 剂，由于反应过程中加入了大量的水，因此回收吸附剂中含有些许水，因此需要再次使用旋 转蒸发器将水分蒸出，最终得到较纯的吸附剂。
[0009]所述的一种碳化硼用高纯硼酸制备方法，所述步骤a中，恒温反应后的溶液放入旋 转蒸发器中，水浴温度调至50°C，循环水力真空栗压力升至0.09MPa进行减压蒸馏1.5h。
[0010] 所述的一种碳化硼用高纯硼酸制备方法，所述步骤b中，恒温反应后的溶液倒入旋 转蒸发器中，将水浴温度调至50°C，循环水力真空栗压力升至0 · 09MPa进行减压蒸馏1 · 5h。
[0011] 所述的一种碳化硼用高纯硼酸制备方法，所述步骤c中，恒温反应结束后立即趁热 进行真空抽滤，过滤杂质，将滤液放入冰箱冷藏，冷却至5°C左右，析出硼酸晶体，再次进行 抽滤。
[0012] 本发明的优点与效果是： 1.本发明以改性后的马来酸酐-丙烯酸共聚物为鳌合剂，螯合钙离子的能力强，钙离子 鳌合能力为289 · 3mg/ml，碳酸|丐分散能力为202 · 5mg/ml。
[0013] 2.本发明采用螯合吸附法制备高纯硼酸，工艺简单，纯化效果好。
[0014] 3.本发明鳌合剂可回收利用，避免了二次环境污染和资源浪费。制得的高纯硼酸 主要用于生产碳化硼，用于飞机装甲，以增强其硬度及耐高温等性能。
【附图说明】
[0015]图1为本发明技术路线简图； 图2为本发明产品性能表征共聚物IR图； 图3为本发明产品性能表征改性共聚物的IR图