专利名称：利用惰性气体喷射研磨硼粉末以满足纯度要求的制作方法
技术领域：
本文中公开的主题涉及喷射研磨硼粉末，并且更具体地涉及利用惰性气体喷射研磨硼粉末以满足纯度要求。
背景技术：
喷射研磨机用于将具有相对较大颗粒大小的原料材料粉碎成具有相对较小颗粒大小的粉末。通常，喷射研磨机利用从车间的环境大气所获得的压缩空气进行操作，其中，压缩空气用作使颗粒悬浮在喷射研磨机内的流体流中的载体。然而，压缩空气可能包含相当的油含量。此种油含量可从多种源引入到压缩空气中。例如，运动的压缩机构件可具有位于其上的油并且该油可与被压缩的空气混合。当压缩空气用作供给气体、研磨气体或二者以操作喷射研磨机时，包含在压缩空气中的油通常给予到喷射研磨操作的最终产品。诸 如油的杂质可弄脏诸如从喷射研磨机提取的被研磨的硼粉末的最终产品。因此，被研磨的硼粉末可能变得不可用，或者可能在制造过程中使用该粉末之前必须经受进一步的加工以移除杂质。因此，存在对用于喷射研磨硼原料的方法和装备的改进的需要。
发明内容
下文介绍了对本发明的简要概述以提供对本发明的一些示范方面的基本理解。该概述不是对本发明的广泛综述。此外，该概述既非意图确定本发明的关键元件也非意图描绘本发明的范围。本概述的唯一目的是以简化形式介绍本发明的一些概念而作为对随后介绍的更详细描述的前序部分。根据一个方面，本发明提供了一种用于在避免杂质污染的情况下研磨硼的加工系统。加工系统包括用于减小硼原料颗粒大小的喷射研磨机。该系统包括用于朝向喷射研磨机传送硼原料的原料入口。该系统包括用于将至少一种气体传送到喷射研磨机中的至少一个入口。该气体和硼原料在研磨减小硼颗粒大小期间在喷射研磨机内混合。该系统包括操作地连接至该至少一个入口的该至少一种气体的源。该至少一种气体是避免在研磨减小硼颗粒大小期间转移杂质的气体。其中，硼原料包括按重量计为至少98%的B-IO硼。根据另一个方面，本发明提供了一种在避免杂质污染的情况下研磨硼的方法。该方法包括提供用于减小硼原料颗粒大小的喷射研磨机。原料入口设置成用于朝向喷射研磨机传送硼原料。至少一个入口设置成用于将至少一种气体传送到喷射研磨机中。该气体和硼原料在研磨减小硼颗粒大小期间在喷射研磨机内混合。该至少一种气体的源被提供并且操作地连接至该至少一个入口。该至少一种气体是避免在研磨减小硼颗粒大小期间转移杂质的气体。其中，硼原料包括按重量计为至少98%的B-IO硼。
当参照附图研读下列描述，本发明的前述和其它的方面对本发明所涉及领域的技术人员而言将变得显而易见，其中
图I是根据本发明的方面的示范加工系统的示范喷射研磨机的示意平面图；图2是图I的示范加工系统的截面图，并且还示出了示范系统的气体供应装置，该截面图示出了经过加工系统的上部分的图I中的截面A-A和经过加工系统的下部分的图I中的截面B-B ;和图3是根据本发明的方面的在喷射研磨机中研磨硼原料的示范方法的上层流程图。
具体实施例方式在附图中描述和示出的是结合本发明的一个或更多个方面的示范实施例。这些示出的实例并非意图是对本发明的限制。例如， 本发明的一个或更多个方面可用在其它的实施例且甚至是其它类型的装置中。此外，某些术语在文中仅是为了方便使用而并不看作是对本发明的限制。更进一步，在附图中相同的附图标记用于表示相同的元件。包括喷射研磨机42的示范加工系统40大体示出在图I和图2内。在一个具体实例中，加工系统40用于生产被研磨的硼粉末。应当理解，也可研磨其它的粉末。加工系统40根据本发明的方面利用至少一种惰性气体，如将在下文详细地描述。应当理解，图I和图2示出了可能的结构/构造等的一个实例，并且在本发明的范围内可设想到其它的实例。应当注意，图I指示了用于提供图2的截面图的复合截面位置(即，不同的部分是沿着不同的相应截面线予以截取)。具体而言，图2中示出的截面是经过加工系统40的上部分的截面A-A (图I)和经过加工系统的下部分的截面B-B (图I)的组合。喷射研磨机42用于减小硼原料44的颗粒大小。示出的示范喷射研磨机42是涡流型喷射研磨机。然而，喷射研磨机可以是其它类型的，例如但不受限于流化床喷射研磨机。应当理解，图2中示出的硼原料44仅出于说明的目的，而并不表示实际颗粒大小或标度大小，并且因此不应当用于确定相对尺寸。硼原料44可包括各种大小的颗粒，并且可通过特定的“网孔(mesh)”或“筛目(screen)”颗粒大小(多个)予以标识。此外，硼原料可包括B-IO硼，使得B-IO占至少98%的重量。加工系统40还可包括第一气体入口 46，其用于将供给气体48(以瓶装型源的实例示意性地表示)传送到喷射研磨机42中。第一气体入口 46可包括喷嘴50以将供给气体48的流动引导到喷射研磨机42中并且使供给气体48加速。因此，产生前行到喷射研磨机42中的供给气体入口流。入口管52可用于将供给气体48从第一气体入口 46传送到喷射研磨机42。入口管52可与喷射研磨机42的圆周切向地附接至喷射研磨机42 (在图2中最佳地示出)。应当理解，供给气体48源和第一气体入口 46之间的连接可固定成使得很少或没有环境大气能与供给气体48 —起进入到喷射研磨机42中。此外，应当理解，供给气体48源和第一气体入口 46之间的连接可固定成使得很少或没有供给气体48泄漏至环境大气。加工系统40还包括原料入口 54，其用于将硼原料44传送到供给气体48的供给气体入口流中，使得原料44与供给气体48混合并且与供给气体48 —起前行到喷射研磨机42中。原料入口 54可设置为入口管52中的孔口，该孔口使硼原料44能够进入流过该孔口的供给气体流。包含硼原料44的硼原料料斗56 (例如，漏斗形装置或相似装置)附接至入口管52以在入口 54处供应硼原料44。应当理解，原料料斗56 (或相似装置)可固定/密封成使得很少或没有环境大气能与原料44 一起进入到喷射研磨机42中。在加工系统40中还包括第二气体入口 60，其用于将研磨气体62 (以瓶装型源的实例示意性地表示)传送到喷射研磨机42中。第二气体入口 60可设置有喷嘴50以引导研磨气体62的流动并且使研磨气体62加速。应当理解，研磨气体62源和第二气体入口 60之间的连接可固定成使得很少或没有环境大气能与研磨气体62 —起进入到喷射研磨机42中。此外，应当理解，研磨气体62源和第二气体入口 60之间的连接可固定成使得很少或没有研磨气体62泄漏至环境大气。研磨气体62可利用围绕喷射研磨机42外部的环形歧管64而引导到喷射研磨机42中。环形歧管64给予研磨气体62围绕喷射研磨机42的整个圆周流动的定向运动。研 磨气体62经由沿着环形歧管64分布的多个孔口 66而从环形歧管64前行至喷射研磨机42。孔口 66设计成在与喷射研磨机42的圆周充分相切的方向上将研磨气体62的流动引导到喷射研磨机42中。加工系统40的喷射研磨机42还包括研磨室70。研磨室70可以是如本领域中已知的涡流型研磨室。研磨室70可为圆柱形形状，其具有为其高度若干倍大的直径。供给气体48及其携带的硼原料44在与研磨室70圆周的切向方向上进入喷射研磨机42的研磨室70。研磨气体62也在与研磨室70的圆周充分相切的方向上引入到研磨室70中。供给气体48和研磨气体62的流动方向在研磨室70中产生涡流流动路径。因此，原料44和气体(供给气体48和研磨气体62)在喷射研磨机42的研磨室70内混合。供给气体48和研磨气体62将高速度和高能量给予所携带的硼原料44，从而迫使硼原料44颗粒在围绕研磨室70内的涡流行进时高速碰撞。颗粒之间的这些高速碰撞和颗粒与研磨室70壁之间的碰撞使得硼原料44破裂成越来越小的颗粒。离心力倾向于使较大硼原料44颗粒保持更靠近研磨室70的圆周。当硼原料44颗粒变得越来越小时，它们能够移动至更靠近研磨室的中心，从而一直被其它的硼颗粒撞击。换言之，当硼原料44颗粒研磨成越来越小的大小时，它们具有将迫使其朝向研磨室外圆周的较小质量。最后，硼原料颗粒磨碎成由期望颗粒大小构成的被研磨硼粉末72。所产生的颗粒大小可经由若干操作参数控制，这些操作参数包括供给气体48和研磨气体62的流速和压力、喷嘴50几何形状、研磨室70几何形状以及硼原料44的供给速率。加工系统40可在喷射研磨硼原料44颗粒到范围在一微米内的大小时使用，但也可设想到其它的颗粒大小范围。加工系统40还包括用于从研磨室70排放被研磨硼粉末72的出口 74。供给气体48和研磨气体62也从出口 74排出。现在认为是被研磨硼粉末72的较小颗粒最终移动至研磨室的中心，并且经由退出/排出的供给气体48和研磨气体62而运送穿过出口 74。示出的实例将出口 74设置在研磨室70顶部处的地点，处在与研磨室70同轴的位置。在穿过出口 74之后，被研磨的硼粉末72可根据颗粒大小而容易地收集/捕获和分类。另外，流经出口的供给气体48和研磨气体62可予以收集/捕获和回收，或者可将其排放至环境大气。根据本发明的方面，所描述的加工系统40可提供包含相对少量的杂质或没有杂质的被研磨的硼粉末72。不管硼44、72和气体48、62在研磨期间的混合，该方面都会发生。这种最小化的杂质量与利用包含作为示范污染杂质的油的压缩空气进行的研磨形成对比。提供包含相对少量的杂质或没有杂质的被研磨的硼粉末72的发明方面通过选定用于加工系统40的适当的供给气体48和/或研磨气体62来完成。对于供给气体48和/或研磨气体62的选定的一个根据是在气体内缺少可能在研磨期间转移到硼原料44/被研磨硼粉末72的杂质。因此，将硼原料44研磨成被研磨的硼粉末72使得所产生的被研磨硼粉末72包含减少量的杂质是选择供给气体48和/或研磨气体62 (可以是同一气体)以给予硼原料44较少(如果有)杂质的直接结果。在一个实例中，氮选择为供给气体48和/或研磨气体62。因此，使用氮而不是包含较高水平杂质的诸如压缩空气的气体。如提到的那样，先前/已知的研磨机通常使用压缩空气作为供给气体和研磨气体，并且因此某些喷射研磨机操作参数针对压缩空气的使用而进行设定。氮气的粘度和一般特性与空气的粘度和一般特性相似，因此导致喷射研磨机42的操作参数很少需要变化。氮的供应装置(以图2中的瓶装型源示意性地表示)可以是供应氮的任何合适装置。例如，该供应装置可包括带有使液态氮气化的蒸发器的液态氮容器，或压缩氮气容器。应当注意，如果供给气体48和研磨气体62 二者都是氮，则图2中的示意性地表示的瓶装型源可结合成单一源。
另外，用于氮的工业净化过程消除气体中的大百分比的杂质。当在工业地点处用作压缩空气的代替物时，氮不会给予硼原料44或被研磨硼粉末72显著量的杂质。氮用作供给气体48和研磨气体62能够生产杂质量减少的被研磨硼粉末72,该减少量的杂质小于大约O. I重量百分比的可溶残余物。这种水平的杂质可认为是不影响被研磨硼粉末72亲水性质的可接受水平的可溶残余物。尽管留意于喷射研磨机42的操作参数，但其它实例也可基于其它气体的利用。例如，其它的惰性气体可用作供给气体48和/或研磨气体62。作为具体实例，稀有气体可用作供给气体48和/或研磨气体62。一个具体的稀有气体实例是氩。惰性/稀有气体(多种)的供应装置(以图2中的瓶装型源示意性地表示)可以是供应惰性/稀有气体(多种)的任何合适装置(多种)。稀有气体对硼而言是化学惰性的。作为又一个实例，与普通压缩空气相比，蒸气可用作供给气体48和/或研磨气体62以减少杂质。此种蒸气可通过煮沸液态水源而产生。因此，蒸气的供应装置(以图2中的瓶装型源示意性地表示)可以是供应蒸气的任何合适装置(多种)。蒸气不会化学地影响硼，并且因此对该过程而言可认为是化学惰性的。利用惰性气体喷射研磨硼原料44以满足纯度要求的方法和相关过程系统是从被研磨硼粉末72中减少杂质的一个解决方案。另外，当减少在被研磨硼粉末72内发现的杂质时，以氮气代替标准车间压缩空气是一种对于其它净化气体的低成本备选方案。氮气的性质与压缩空气的性质相似，从而导致用于喷射研磨工艺规程的较少操作参数变化。此外，氮用作供给气体48和研磨气体62减小了已磨碎原料氧化的可能性。在图3中大体描述了利用惰性气体喷射研磨硼粉末以满足纯度要求的示范方法。该方法可与图I和图2中示出的示范喷射研磨机相结合地执行。该方法包括步骤110，也即提供用于减小硼原料颗粒大小的喷射研磨机。硼原料可包括各种大小的颗粒，并且可通过特定的“网孔”或“筛目”大小予以标识。喷射研磨机可以是本领域中已知的许多类型，包括但不限于涡流型喷射研磨机和流化床喷射研磨机。该方法包括步骤112，也即设置用于允许供给气体进入喷射研磨机的第一气体入口。第一气体入口可包括喷嘴以将供给气体的流动引导到喷射研磨机中并且使供给气体加速。入口管可用于将供给气体从第一气体入口传送到喷射研磨机。
该方法包括步骤114，也即设置用于允许硼原料进入供给气体入口流的原料入口。原料入口可包括入口管中的孔口，该孔口使硼原料能够进入流过该孔口的供给气体流。包含硼原料的硼原料漏斗、料斗或相似装置可附接至入口管。该方法还包括步骤116，也即设置用于允许研磨气体进入喷射研磨机的第二气体入口。第二气体入口可设置有喷嘴以引导研磨气体的流动进入环形歧管并且使研磨气体加速。该方法还包括步骤118，也即设置研磨室。研磨室可以是如本领域中已知的涡流型研磨室。研磨室可为圆柱形形状，其具有为其高度若干倍大的直径。该方法还包括步骤120，也即设置来自研磨室的出口以便移除被研磨的硼粉末、供给气体和研磨气体。出口可位于研磨室的顶壁上，从而与研磨室共享中心轴线。该方法还进一步包括步骤122，也即允许供给气体进入第一气体入口。供给气体以充分的压力和体积供应以操作喷射研磨机。喷嘴典型地用于引导供给气体、使供给气体加速，以及在供给气体进入喷射研磨机时产生流畅的供给气体流。该方法还包括步骤124，也即允许硼原料进入供给气体入口流。当硼原料移动经过原料入口时，硼原料变成携带在供给气体入口流中。随后，供给气体入口流在与研磨室圆柱形本体的切向方向上将硼原料传送到研磨室。该方法还包括步骤126，也即允许研磨气体进入第二气体入口。涡流喷射研磨机可包括围绕其圆周的环形歧管。环形歧管可包括孔口，该孔口设计成在与研磨室圆柱形本体的切向方向上将研磨气体引导到研磨室中，从而在研磨室内产生涡流流动路径。该方法还进一步包括步骤128，也即将硼原料研磨成被研磨的硼粉末，其中，被研磨的硼粉末包含减少量的杂质。供给气体和研磨气体对所携带的硼原料给予高速度和高能量，从而迫使硼原料颗粒在围绕研磨室内的涡流行进时高速碰撞。这些高速碰撞使得硼原料破裂成越来越小的颗粒。离心力倾向于使较大硼原料颗粒保持更靠近研磨室的圆周。当硼原料颗粒变得越来越小时，它们能够移动至更靠近研磨室的中心，从而一直被其它的硼颗粒撞击。最后，硼原料颗粒磨碎成由期望颗粒大小构成的硼粉末。该方法还包括步骤130，也即从出口移除被研磨的硼粉末、供给气体和研磨气体。当硼原料颗粒磨碎成越来越小的大小时，它们具有将迫使其朝向研磨室圆周的较小质量。最后，较小颗粒移动至研磨室的中心，并且在供给气体和研磨气体经由出口退出研磨室时通过该气体运送穿过出口。在该方法的一个实例中，氮选择为供给气体和/或研磨气体。因此，使用氮而不是包含较高水平杂质的诸如压缩空气的气体。如提到的那样，先前/已知的研磨机通常使用压缩空气作为供给气体和研磨气体，并且因此某些喷射研磨机操作参数针对压缩空气的使用而设定。氮气的粘度和一般特性与空气的粘度和一般特性相似，因此导致喷射研磨机的操作参数较少需要变化。此外，当用作压缩空气的代替物时，氮并不给予硼显著量的杂质。氮用作供给气体和研磨气体能够生产杂质量减少的被研磨硼粉末，该减少量的杂质小于大约O. I重量百分比的可溶残余物。这种水平的杂质可认为是不影响被研磨硼粉末亲水性质的可接受水平的可溶残余物。其它的实例也可基于其它气体的利用。例如，其它的惰性气体可用作供给气体和/或研磨气体。作为具体实例，稀有气体可用作供给气体和/或研磨气体。一个具体稀有气体实例是氩。作为又一个实例，与普通压缩空气相比，蒸气可用作供给气体和/或研磨气体以减少杂质。蒸气不会化学地影响硼，并且因此对该过程而言可认为是化学惰性的。本书面描述使用包括最佳模式 的实例来公开本发明，并且还使本领域技术人员能够实施本发明，包括制备和使用任何装置或系统并且执行任何所结合的方法。本发明的专利权范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员所想到的其它实例。如果此类其它实例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构元件或者如果此类其它实例包括与权利要求的字面语言并无实质差别的等效结构元件，则认为这些其它实例在权利要求的范围内。
权利要求
1.一种用于在避免杂质污染的情况下研磨硼(44，72)的加工系统(40)，所述加工系统(40)包括 喷射研磨机(42)，其用于减小硼原料(44)的颗粒大小； 原料入口(54)，其用于朝向所述喷射研磨机(42)传送所述硼原料(44)； 至少ー个入口(例如，46，60)，其用于将至少ー种气体(例如，48，62)传送到所述喷射研磨机(42)中，所述气体和所述硼原料(44)在研磨减小硼颗粒大小期间在所述喷射研磨机(42)内混合;和 所述至少一种气体的源，其操作地连接至所述至少ー个入ロ(例如，46，60)，其中，所述至少一种气体(例如，48，62)是避免在研磨减小硼颗粒大小期间转移杂质的气体。
2.根据权利要求I所述的加工系统(40)，其特征在于，所述至少一种气体(例如，48，62)是惰性气体。
3.根据权利要求2所述的加工系统(40)，其特征在于，所述至少一种气体(例如，48，62)是氮。
4.根据权利要求I所述的加工系统(40)，其特征在于，所述至少一种气体(例如，48，62)是稀有气体。
5.根据权利要求4所述的加工系统(40)，其特征在于，所述至少一种气体(例如，48，62)是気。
6.根据权利要求I所述的加工系统(40)，其特征在于，所述至少一种气体(例如，48，62)是蒸气。
7.根据权利要求I所述的加工系统(40)，其特征在于，被研磨的硼粉末(72)中的杂质量不大于大约O. I重量百分比的可溶残余物。
8.根据权利要求I所述的加工系统(40)，其特征在于，用于将所述至少ー种气体传送到所述喷射研磨机(42)中的所述至少ー个入口包括供给气体入口(46)，其中，所述供给气体(48)使所述硼原料(44)移动。
9.根据权利要求I所述的加工系统(40)，其特征在于，用于将所述至少ー种气体传送到所述喷射研磨机(42)的所述至少ー个入口包括磨碎气体入口(60)。
10.一种在避免杂质污染的情况下研磨硼(44，72)的方法，所述方法包括 提供喷射研磨机(42)，所述喷射研磨机用于减小硼原料(44)的颗粒大小； 设置原料入口(54)，所述原料入口用于朝向所述喷射研磨机(42)传送所述硼原料(44)； 设置至少ー个入口(例如，46，60)，所述至少ー个入口用于将至少ー种气体(例如，48，62)传送到所述喷射研磨机(42)中； 在研磨减小硼颗粒大小期间使所述气体(例如，48，62)和所述硼原料(44)在所述喷射研磨机内混合；和 提供所述至少一种气体(例如，48，62)的源，所述至少一种气体的源操作地连接至所述至少ー个入ロ(例如，46，60)，其中，所述至少一种气体是避免在研磨减小硼颗粒大小期间转移杂质的气体(例如，48，62)。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述至少一种气体(例如，46，60)是惰性气体。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述至少一种气体(例如，46，60)是氮。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述至少一种气体(例如，46，60)是稀有气体。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述至少一种气体(例如，46，60)是'11 , ο
15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述至少一种气体(例如，46，60)是蒸气。
16.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，被研磨的硼粉末(72)中的杂质量不大于大约O. I重量百分比的可溶残余物。
17.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，用于将所述至少ー种气体传送到所述喷射研磨机(42)中的所述至少ー个入口包括供给气体入口(46)，其中，所述供给气体(48)使所述硼原料(44)移动。
18.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，用于将所述至少ー种气体传送到所述喷射研磨机中的所述至少ー个入口包括磨碎气体入口(60)。
全文摘要
本发明涉及利用惰性气体喷射研磨硼粉末以满足纯度要求。提供了用于避免杂质污染的研磨硼(44，72)的加工系统(40)和相关方法。该系统包括用于减小硼原料(44)的颗粒大小的喷射研磨机(42)和用于朝向喷射研磨机(42)传送硼原料(44)的原料入口(54)。该系统包括至少一个入口(例如，46，60)，其用于将至少一种气体(例如，48，62)传送到喷射研磨机(42)中。气体和硼原料(44)在研磨减小硼颗粒大小期间在喷射研磨机(42)内混合。该系统包括至少一种气体的源，其操作地连接至至少一个入口(例如，46，60)，其中，该至少一种气体(例如，48，62)是避免在研磨减小硼颗粒大小期间转移杂质的气体。
文档编号B02C19/06GK102847596SQ20121031961
公开日2013年1月2日 申请日期2012年6月27日 优先权日2011年6月27日
发明者J·M·卢斯蒂格, J·L·约翰宁 申请人:通用电气公司