专利名称：利用苦卤合成硼酸镁晶须的方法
技术领域：
本发明涉及硼酸镁(Mg2B205 )晶须的合成方法，特别是涉及利 用苦卣为原料合成硼酸镁晶须的方法。
技术背景硼酸镁(Mg2B205 )晶须为纤维状单晶体，具有高强度、高模量、 高耐磨性、轻质以及耐腐蚀和热稳定性好等优点，可作为新型材料 增强剂应用于轻金属材料以及塑料、橡胶、陶瓷等复合材料的制品 中，可广泛用于汽车、电气、电子、机械、化工等领域。现有技术的硼酸镁晶须合成方法包括l)高温气相合成法；2) 微波固相合成法；3 )水热—高温合成法；4 )高温干法固相合成法； 5)高温湿法固相合成法。高温气相合成法以钼/钯为催化剂，由氧化镁、碘化硼和硼酸 在高温气相条件下合成硼酸镁晶须，这种方法的原材料成本太高而 不适宜工业化生产。微波固相合成法是以氯化镁和硼砂为原料，在微波辐射下以氧 化锌为加热介质合成硼酸镁晶须，此方法能耗巨大而不适用于工业 化生产。水热-高温合成法以硼酸或者硼砂为硼源，以氢氧化镁、碳酸镁或氧化镁作为镁源，将硼源和镁源加水混合，放于高压釜中以 100 400。C加热得到碱式硼酸镁浆液，再经过滤、洗涤、干燥得到 碱式硼酸4美，然后将》成式硼酸镁在660 ~ 1100。C加热得到硼酸4美晶 须。此方法在高压下进行，对反应设备要求高，不易操作，并且合 成的晶须增强性能差而难以实际应用。高温千法固相合成法以氧化镁、氢氧化镁、碱性碳酸镁、硫酸 镁、氯化镁或溴化镁作为镁源，以氧化硼、硼酸、偏硼酸或者相应 的碱金属盐如硼酸钠、焦硼酸钠、焦硼酸钾、偏硼酸钠等作为硼源， 以卣化钠或g化钾作为助熔剂。将镁源、硼源和添加的助熔剂混合 后于600 1000。C的温度范围内加热反应，然后再冷却、洗涤、干
燥得到硼酸镁晶须。该方法合成的硼酸镁晶须纤维化不显著，纤维 之间熔融而形成明显的团聚，晶须尺度分布范围广，粗细纤维混杂 在一起，作为增强剂使用时增强性能较差，因此影响其实际应用。高温湿法固相合成法以硼酸、氯化镁、氢氧化钠为原料，氯化 钠或者氯化钾为助熔剂，混合后的悬浮液喷雾干燥后得到粉体，将粉体在750 950。C加热反应，再冷却到室温后分离得到硼酸镁晶 须。此方法合成的晶须纤维化显著，长径比大于IO,用于增强铝基 和镁基复合材料取得较好的效果。但是，该方法所采用的氯化钠、 氯化钾、氯化镁原料均需化学纯或者优级工业品，存在原料成本较 高的问题，影响其产业化生产。 发明内容针对上述现有技术存在的问题，本发明推出了利用苦卣制取硼 酸镁晶须的方法。苦卤是制盐工业的副产物，成本低廉，含有高浓 度的氯化镁、硫酸镁、氯化钠和氯化钾。利用苦卤中的镁离子作为 合成硼S臾镁晶须的镁源，苦卣中的氯化钾、氯化钠及合成反应副产 的硫酸钠作为助熔剂，外加的硼酸作为硼源，可以实现利用低成本 原料合成硼酸镁晶须。本发明所涉及的利用苦卤合成硼酸镁晶须的方法包括苦卤预 处理、配料反应、喷雾干燥、烧结熔融、洗涤和干燥等工艺步骤。 (1)苦卣预处理在苦g中加入适量的次氯酸钠药剂，搅拌后过滤，去除苦卣里 的有机物以及胶体等杂质，得到净化的苦卤。次氯酸钠与苦卣混合 的体积比为1: 1000。 (2 )配料反应将预处理后的苦卣、硼酸、氯化钠在室温下搅拌混匀后加入氢 氧化钠，再搅拌得到悬浮液。上述配料质量比为Mg(苦卣中的镁) :H3B03 : NaCl : NaOH = 1 : 3. 05 ~ 3.31 : 12. 57 : 3. 38。对于上述配料反应，可以在搅拌混合苦面、硼酸、氯化钠后加 入氢氧化钠的同时加入少量硼酸镁晶须晶种，然后搅拌得到悬浮 液。硼酸镁晶须晶种加入量为合成晶须理论量的10%。(3 )喷雾干燥将上述配料反应得到的悬浮液进行喷雾干燥，得到粉体。 (4 )烧结熔融将上述喷雾干燥所得到的粉体置于坩埚中，再将内置粉体的坩 埚放入程序升温炉中烧结，以10 。C/分钟的速率升温至800 - 850 。C ,在此温度区间反应2 ~ 3小时，然后将烧结熔融物冷却至室温， 得到硼酸镁晶须和助熔剂的混合物。 (5 )洗涤将烧结得到的硼酸镁晶须和助熔剂的混合物溶解于水中，搅拌 10~30分钟后过滤，得到滤饼。用清水反复洗涤滤饼，直到滤液中 不含有氯离子和硫酸根离子为止。 (6)干燥将上述反复洗涤得到的滤饼在].00~120 。C温度下干燥，即得 到硼酸镁晶须产品。本发明所涉及的合成硼酸镁晶须的方法利用了制盐工业的副 产物苦卣，解决了现有方法中存在的原料成本较高的问题。我国海 盐产量已达2200万吨/年以上，相应副产苦卣总量达1800万立方 米，使苦卣成为既丰富又可持续开发利用的成本低廉的液体资源。 本制取方法中充分利用苦卣中的主要成分，高浓度的氯化镁、硫酸 镁作为合成硼酸镁晶须的镁源，以氯化钾、氯化钠及反应副产的硫 酸钠作为烧结熔融的助熔剂，降低了合成硼酸^:晶须的成本，具有 广阔的工业化前景。
具体实施方式
1、实施例1取6毫升次氯酸钠置于6升苦卣中，搅拌10分钟后停止，过 滤，分析滤液的组成为Mg2+， 52g/l; Cl_， 177g/l; S042—， 64g/l; Na + , 40g/l; K+, 13g/l。将915克氯化钠、222克硼酸、1. 4升上 述滤液置于反应器中，同时加入6升水，开启搅拌机，搅拌的同时 加入246克氢氧化钠，搅拌2G分钟后停止，进行喷雾干燥，得到 粉体。将所制得的粉体放在坩埚中，置于程序升温炉中以10。C/分 钟速率升温到800 °C,反应2小时后冷却，得到反应完成物。将反应完成物取出放入水中浸泡、搅碎，再经多次洗涤、过滤，直到滤液中不含有cr和so42—为止。得到的滤饼放入烘箱中干燥得到白 色粉末200克。第一次洗涤含有液助熔剂浓度较高，保存此滤液作 为下次合成晶须时使用。x衍射物相分析上述白色粉末为三斜系硼酸镁(Mg2B205 )单晶体，扫描电镜形貌分析其直径为0. 1 ~ 0. 2 iu m， 长度为2 ~ 4 iu m。2、 实施例2取实施例1中过滤的苦卤1.4升、实施例1中的洗涤液4升， 混合后加入100克氯化钠、231克硼酸和2升水，开启搅拌，搅拌 的同时加入246克氢氧化钠，搅拌20分钟后停止，进行喷雾干燥， 得到粉体。将所制得的粉体放在坩埚中，将所制得的粉体放在坩埚 中，置于程序升温炉中以10 。C/分钟速率升温到800 。C,反应 2. 5小时，冷却至室温得到反应完成物。将反应完成物取出放入水中浸泡、搅碎，再经多次洗涤、过滤，直到滤液中不含有cr和so,为止。得到的滤饼放入烘箱中干燥得到白色粉末208克。第一次洗 涤含有液助熔剂浓度较高，保存此滤液作为下次合成晶须时使用。 X衍射物相分析上述白色粉末为三斜系硼酸4美(Mg2B205 )单晶体， 扫描电镜形貌分析其直径为0. 2 ~ 0. 4 jLim，长度为3 ~ 6 iam。3、 实施例3取实施例1中过滤的苦卤1. 4升、实施例2中的洗涤液4升， 混合后加入100克氯化钠、241克硼酸和2升水，开启搅拌，搅拌 的同时加入246克氢氧化钠和22克硼酸4^晶种，搅拌20分钟后停 止，进行喷雾干燥，得到粉体。将所制得的粉体放在坩埚中，将所 制得的粉体放在坩埚中，置于程序升温炉中以10。C/分钟速率升 温至850 。C，反应3小时，冷却至室温得到反应完成物。将反应完 成物取出放入水中浸泡、搅碎，再经多次洗涤、过滤，直到滤液中 不含有Cl —和SO,为止。得到的滤饼放入烘箱中干燥得到白色粉 末222克。第一次洗涤含有液助熔剂浓度较高，保存此滤液作为下 次合成晶须时使用。X衍射物相分析上述白色粉末为三斜系硼酸镁 (Mg2B205 )单晶体，扫描电镜形貌分析其直径为0. 5~1.8|am,长 度为6~20拜。
权利要求
1、一种利用苦卤合成硼酸镁晶须的方法，其特征在于包括苦卤预处理、配料反应、喷雾干燥、烧结熔融、洗涤和干燥等工艺步骤；苦卤预处理是在苦卤中加入次氯酸钠药剂；配料反应是将预处理后净化的苦卤与硼酸、氯化钠搅拌混匀后加入氢氧化钠，配料质量比为Mg(苦卤中的镁)∶H3BO3∶NaCl∶NaOH＝1∶3.05～3.31∶12.57∶3.38；将配料反应悬浮液进行喷雾干燥，得到粉体；将喷雾干燥所得到的粉体置于坩埚中烧结熔融，在800～850℃熔融反应2～3小时；将烧结得到的硼酸镁晶须和助熔剂的混合物溶解于水中，洗涤得到滤饼；将洗涤得到的滤饼干燥得到硼酸镁晶须。
2、 根据权利要求1所述的利用苦S合成硼酸镁晶须的方法， 其特征在于次氯酸钠与苦卣混合的体积比为1: 1000。
3、 根据权利要求1所述的利用苦卣合成硼酸镁晶须的方法， 其特征在于配料反应混料时加入硼酸镁晶须晶种，加入量为合成晶 须理论量的10%。
4、 根据权利要求1所述的利用苦卣合成硼酸镁晶须的方法， 其特征在于洗涤滤饼是反复进行，直到滤液中不含有氯离子和硫酸 根离子为止。
5、 根据权利要求1所述的利用苦卣合成硼酸镁晶须的方法， 其特征在于将反复洗涤得到的滤饼在100~120 。C温度下干燥，以 得到硼酸镁晶须产品。
全文摘要
本发明涉及利用苦卤制取硼酸镁晶须的方法，包括苦卤预处理、配料反应、喷雾干燥、烧结熔融、洗涤和干燥等工艺步骤。将预处理的苦卤加入硼酸、氯化钠和水，再加入氢氧化钠和晶种制成悬浮液，喷雾干燥此悬浮液得到粉体，将粉体程序升温至800～850℃，在此温度区间反应2～3小时后，经冷却、洗涤、干燥得硼酸镁晶须。本制取方法中充分利用苦卤中的主要成分，以高浓度的氯化镁、硫酸镁作为合成硼酸镁晶须的镁源，以氯化钾、氯化钠及反应副产的硫酸钠作为烧结熔融的助熔剂，降低了合成硼酸镁晶须的成本，具有广阔的工业化前景。
文档编号C30B29/10GK101165227SQ20071005897
公开日2008年4月23日 申请日期2007年8月20日 优先权日2007年8月20日
发明者旖 张, 张家凯, 曹冬梅, 王俐聪, 黄西平 申请人:国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所