專利名稱：一種高純高密度四硼酸鋰的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及四硼酸鋰的制備技術領域，尤其涉及一種高純高密度四硼酸鋰的制備方法。
背景技術：
四硼酸鋰又名焦硼酸鋰，分子式為Li2B4O7，分子量為169. 12。高純、高密度四硼酸鋰是一種新型溫度補償型表面波基片芯片和壓電單晶基片材料，在微電子、數(shù)碼技術、光電子科技、新型計算機、視頻傳播、軍事科技、航空航天、衛(wèi)星通訊、國防技術等許多領域有著廣泛而重要的應用。早在20世紀初，人們就制得了四硼酸鋰，但當時由于應用化工技術比較薄弱，四硼酸鋰并沒有廣泛地應用于各行各業(yè)，直到上世紀80年代才 逐步開始應用于搪瓷工業(yè)的釉藥、潤滑脂組分，后期隨著材料化學的推廣，四硼酸鋰逐步應用于緩沖劑和防腐齊U，并且也被應用于新材料的開發(fā)，直到21世紀，隨著鋼鐵冶煉技術的革新，四硼酸鋰被用于波長色散XRF熒光光譜儀、AA原子吸收和ICP等制樣以檢測鋼鐵組分，這才正式宣告四硼酸鋰新春的到來，但隨著技術步伐的不斷邁進，傳統(tǒng)方法生產的高純四硼酸鋰(密度約為O. 7g/ cm 3)已經不能滿足檢測行業(yè)的使用，各種高純高密度的四硼酸鋰越來越受歡迎。目前就四硼酸鋰的生產工藝而言，發(fā)達國家生產此類產品主要采用“還原、電解、區(qū)域熔融、真空蒸餾、真空升華”等工藝技術，雖具有一定的應用價值，但技術繁瑣復雜、工藝流程長、設備昂貴、工藝條件要求十分苛刻、生產成本高、污染環(huán)境且難于治理，不適用于現(xiàn)階段國內的技術條件。
發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供了一種工藝簡化，工藝條件要求低，成本低廉，操作方便，質量指標能達到國際先進水平且對環(huán)境污染小易于治理的高純高密度四硼酸鋰的制備方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術構思如下將工業(yè)級氫氧化鋰經低溫溶解、過濾、蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、離心分離等步驟進行提純，提純后的氫氧化鋰按固液質量比1:2溶于煮沸的純水中，根據溶液中氫氧化鋰的含量，按反應的化學計量數(shù)之比(以下簡稱“化學計量比”)的105% 120%加入工業(yè)級硼酸中和反應(即加入過量5 20%的硼酸)，然后經蒸發(fā)濃縮、一次烘干、破碎、二次烘干、高溫熔融、水淬冷卻等流程制得高純高密度的四硼酸鋰，其主要反應原理為2Li0H+4H3B03 = Li2B407+7H20(I)L i 2 B 4 O 7 (粉料) 高溫熔融 L i 2 B 4 O 7 ( 熔體)
(2)具體的，本發(fā)明的一種高純高密度四硼酸鋰的制備方法，步驟如下A、提純氫氧化鋰將原料工業(yè)級單水氫氧化鋰以固液質量比1:5比例溶于純水中；加入除雜試劑并過濾除去不溶物；濾液蒸發(fā)濃縮至可見明顯晶體；冷卻至室溫后離心分離得重結晶單水氫氧化鋰；所述除雜試劑由乙二胺四乙酸與碳酸氫銨按質量比1:0. 54混合而成；所述除雜試劑中的乙二胺四乙酸的物質的量為所述原料工業(yè)級單水氫氧化鋰中雜質金屬Ca、Mg、Fe、Pb總物質的量的兩倍；B、中和配料將重結晶單水氫氧化鋰以固液質量比1:2用煮沸的純水溶解，然后按照化學計量比的105% 120%加入硼酸中和，得中和液；C、將中和液用不銹鋼桶蒸發(fā)濃縮至溶液變白；D、一次烘干將蒸發(fā)至變白的四硼酸鋰溶液趁熱倒入不銹鋼烘盤中，先在100—150°C下烘干 3 — 4h，再在 200— 240°C下烘干 8— IOh ;E、二次烘干將一次烘干后的物料破碎至粒度在10 — 60目之間，在400— 450°C， 4—5h條件下進行二次烘干；F、將二次烘干后的四硼酸鋰粉料在電熱爐中進行熔融，熔融溫度930_950°C，時間4__5h ；G、熔融后的物料倒入循環(huán)流動的純水之中進行水淬冷卻結晶，離心分離得高密度四硼酸鋰晶體；H、將步驟G所得晶體在60_80°C烘干l_2h，去除晶體表面水分。所述硼酸為俄羅斯BOR MCC進口硼酸(硼酸/%彡99. 9 ;水不溶物含量/%彡O. 010 ；硫酸鹽/%彡O. 10 ;氯化物/% ( O. 050 ；鐵/% ( O. 0020 ;氨/%彡O. 30 ;重金屬/% 彡 O. 0010)。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果在于I、采用先制備四硼酸鋰粉料再由粉料高溫熔融出四硼酸鋰晶體的工藝流程比直接用氫氧化鋰和硼酸高溫合成四硼酸鋰晶體工藝解決了四硼酸鋰化學結構不穩(wěn)定，夾雜其他硼酸鹽或碳酸鋰，產品純度不夠高，過程控制條件不準的問題；2、直接將濃縮后的四硼酸鋰濃溶液進行液體烘干，提高了四硼酸鋰的收率；3、本發(fā)明工藝除高溫熔融工序外其他工序全部在常壓、中低溫、采用普通不銹鋼化工器材進行，使工藝大為簡化，操作方便簡潔，對環(huán)境無污染，生產成本遠遠低于國外現(xiàn)有工藝；4、采用傳統(tǒng)工藝生產的四硼酸鋰密度只有O. 7g/ cm 3左右，而本工藝所制四硼酸鋰晶體密度在I. 4g/ cm 3左右，密度幾近翻倍，更適應于現(xiàn)今的市場需求。
具體實施例方式下面申請人將結合具體的實施例對本發(fā)明方法做進一步的詳細說明，應理解，以下實施例僅用于清楚闡述本發(fā)明的技術方案，而不應在任何程度上理解為對本發(fā)明權利要求書請求保護范圍的限制。實施例1-3中所用硼酸為俄羅斯BOR MCC進口硼酸(硼酸/%彡99. 9 ;水不溶物含量 /% ( O. 010 ;硫酸鹽 /% ( O. 10 ;氯化物 /% ( O. 050 ;鐵 /% ( O. 0020 ;氨 /% ( O. 30 ;重金屬 /% < O. 0010)。實施例I一種高純高密度四硼酸鋰的制備方法，其步驟如下
A、提純氫氧化鋰將原料工業(yè)級單水氫氧化鋰以固液質量比1:5比例溶于純水中；加入除雜試劑(由乙二胺四乙酸與碳酸氫銨按質量比1:0. 54混合而成)并過濾除去不溶物；濾液蒸發(fā)濃縮至可見明顯晶體；冷卻至室溫后離心分離得重結晶單水氫氧化鋰；所述除雜試劑中的乙二胺四乙酸的物質的量為所述原料工業(yè)級單水氫氧化鋰中雜質金屬Ca、Mg、Fe、Pb總物質的量的兩倍；B、中和配料取6Kg重結晶單水氫氧化鋰以固液質量比1:2用煮沸的純水攪拌溶解至無明顯固體沉淀，攪拌下按照化學計量比的105%倍緩慢加入硼酸(B卩18. 54Kg)中和，
用廣泛PH試紙測得終點pH值為8-9，得中和液；C、將中和液用不銹鋼桶蒸發(fā)濃縮至溶液變白(即有四硼酸鋰析出，此時溶液黏稠，溫度230°C左右)；D、一次烘干將蒸發(fā)至變白的四硼酸鋰溶液趁熱倒入不銹鋼烘盤中，先在100°C下烘干4h，再在200°C下烘干IOh ；E、二次烘干將一次烘干后的物料用鄂式破碎機和對輥破碎機破碎后(破碎后物料粒度在10 — 60目之間，共出四硼酸鋰粉料14Kg)在400°C下烘干5h ；F、將二次烘干后的四硼酸鋰粉料在管式電熱爐中進行高溫熔融，熔融溫度930°C，時間5h ；G、熔融后的物料倒入循環(huán)流動的純水之中進行水淬冷卻結晶，離心分離得高密度四硼酸鋰晶體；H、將步驟G所得晶體在60°C烘干2h，去除晶體表面水分。對步驟E所得四硼酸鋰粉料進行元素分析，對步驟H所得四硼酸鋰晶體進行比重分析，結果如下
權利要求
1.一種高純高密度四硼酸鋰的制備方法，步驟如下 A、提純氫氧化鋰將原料工業(yè)級單水氫氧化鋰以固液質量比1:5比例溶于純水中；力口入除雜試劑并過濾除去不溶物；濾液蒸發(fā)濃縮至可見明顯晶體；冷卻至室溫后離心分離得重結晶單水氫氧化鋰； 所述除雜試劑由乙二胺四乙酸與碳酸氫銨按質量比1:0. 54混合而成； 所述除雜試劑中的乙二胺四乙酸的物質的量為所述原料工業(yè)級單水氫氧化鋰中雜質金屬Ca、Mg、Fe、Pb總物質的量的兩倍； B、中和配料將重結晶單水氫氧化鋰以固液質量比1:2用煮沸的純水溶解，然后按照化學計量比的105% 120%加入硼酸中和，得中和液； C、將中和液用不銹鋼桶蒸發(fā)濃縮至溶液變白； D、一次烘干將蒸發(fā)至變白的四硼酸鋰溶液趁熱倒入不銹鋼烘盤中，先在100—150°C下烘干3 — 4h，再在200— 240°C下烘干8— IOh ; E、二次烘干將一次烘干后的物料破碎至粒度在10—60目之間，在400—450°C，4一5h條件下進行二次烘干； F、將二次烘干后的四硼酸鋰粉料在電熱爐中進行熔融，熔融溫度930—950°C，時間4—5h ； G、熔融后的物料倒入循環(huán)流動的純水之中進行水淬冷卻結晶，離心分離得高密度四硼酸裡晶體； H、將步驟G所得晶體在60—80°C烘干I一2h，去除晶體表面水分。
2.根據權利要求I所述的制備方法，其特征在于所述硼酸為俄羅斯BORMCC進口硼酸。
全文摘要
本發(fā)明涉及四硼酸鋰的制備技術領域，具體公開了一種高純高密度四硼酸鋰的制備方法。該方法將工業(yè)級氫氧化鋰經低溫溶解、過濾、蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、離心分離等步驟進行提純，提純后的氫氧化鋰按固液質量比1:2溶于煮沸的純水中，根據溶液中氫氧化鋰的含量，按反應的化學計量數(shù)之比的105%～120%加入工業(yè)級硼酸中和反應，然后經蒸發(fā)濃縮、一次烘干、破碎、二次烘干、高溫熔融、水淬冷卻等流程制得高純高密度的四硼酸鋰。所制四硼酸鋰晶體密度在1.4g/㎝3左右，更適應于現(xiàn)今的市場需求。
文檔編號C01B35/12GK102838125SQ201210347200
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月19日 優(yōu)先權日2012年9月19日
發(fā)明者紀東海, 范黎, 羅釗, 李興 申請人:湖北百杰瑞新材料有限公司