一种生产99%-99.99%高纯度单质硼的工艺方法技术

本发明专利技术提供了一种生产99％‑99.99％高纯度单质硼的工艺方法，属于化学物质制备技术领域，其以硼化物和氮化物为原料，通过低温脱水、高温合成，制备得到粉末状的六方体氮化硼，然后将六方体氮化硼粉末纯化后进行高温分解，最终得到微细硼粉，用本发明专利技术制备得到的单质硼的纯度高达99％‑99.99％，粒度≤30μm，且本发明专利技术的方法工艺简单，环保无毒。

【技术实现步骤摘要】
一种生产99％-99.99％高纯度单质硼的工艺方法
本专利技术涉及单质硼制备
，具体涉及一种生产99％-99.99％高纯度单质硼的工艺方法。
技术介绍
单质硼是一种用途广泛的化工原料矿物，除了在生产硼砂、硼酸和硼的各种化合物以外，还是冶金、建材、机械、电器、化工、轻毛、核工业、医药、农业等部门的重要原料。高纯度的单质硼可以应用于电子工业中，尤其是在热流锂硼电池的制造过程中有重要应用，可以改善军工装备的升级。在核工业中，高纯度单质硼可以使屏蔽材料走向小型化。在军工装备中，高纯度单质硼对推进剂升级起到重要作用。在金属材料中，高纯度单质硼具有耐磨、抗冲击、耐高温的效果。在非金属材料中，高纯度单质硼具有改性作用。关于单质硼的制备，目前主要有以下几种方法：1.氧化硼与镁或铝还原法2.卤化硼与氢还原法3.熔融电解法其中第一种和第二种方法比较适用于实验室制备，只有熔融电解法适于大规模生产，但这种方法的缺点是杂质高，很难得到高纯度的产品。另外，即使是氧化硼与镁或铝还原法，生产的产品也因杂质的作用，无法满足制备高纯度单质硼的技术要求，并且难以控制单质硼的粒度，限制了使用方向和范围，生产成本也较高。利用氢还原卤化硼，也可制备出高纯度产品，但这种方法工艺复杂，成本高，回收率低，对环境污染较大，生产条件苛刻。硼烷裂解法也可以得到高纯硼，但硼烷活泼，易燃易爆、毒性大、安全防护问题难以解决。由于缺乏工艺简单、安全环保的制备方法，我国99％以上的高纯度单质硼要完全依赖于进口。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术采用高温分解法来制备高纯度单质硼，不仅工艺简单、环保无污染，制得的产品纯度高达99％-99.99％。本专利技术为达到上述目的，所采用的技术方案如下：一种生产99％-99.99％高纯度单质硼的工艺方法，包括如下步骤：(1)将硼化物和氮化物按照化学计量比充分混合；(2)将混合好的硼化物和氮化物在300-400℃下脱水；将脱水后的物料压制成块，优选的脱水温度为300℃；(3)将脱水后的物料进行煅烧，煅烧温度为1650-1750℃，得到微细相精粉产物A；产物A为白色粉末状的六方体氮化硼；优选的煅烧温度为1700℃；(4)将产物A纯化后在1700-2700℃条件下高温真空煅烧，分解得到粉末状产物B；产物B为单质硼粉；单质硼粉为B型硼粉；(5)将产物B进行粉体捕杂后得到高纯度单质硼产品。进一步的，所述硼化物和氮化物按照物质的量，混合比例为2.24:1。作为本专利技术的进一步改进，所述硼化物为硼酸、无水硼砂、氧化硼和偏硼酸中的至少一种，优选硼酸。氮化硼在制备过程中，为了使最终产品硼粉的纯度要达到99％-99.99％，氮化硼的品质也要达到相应的高纯度要求。目前市场采购的硼酸直接与三聚氰胺混合制备的氮化硼纯度较低，达不到高纯度技术指标。因此，如果以硼酸为原料，本专利技术前期需要对硼酸进行除杂和重结晶，即先将硼酸用80℃以上的热水进行水洗，并加入EDTA去除金属杂质，进行充分过滤后，将滤液进行重结晶，制得高纯度的硼酸晶体作为前驱体。作为本专利技术的进一步改进，所述氮化物为三聚氰胺、氯化铵和双氰胺中的至少一种。进一步的，所述步骤(4)中的纯化过程如下：将产物A通过用热水冲洗、充分过滤和常温干燥。进一步的，所述步骤(5)中粉体捕杂过程如下：将产物B经过表面处理，用无水乙醇和EDTA除杂烘干，筛选块状晶体，进行粉碎处理后得到高纯度单质硼产品，单质硼产品为晶体粒。进一步的，所述表面处理过程如下：因为时差与温差原因，制备得到的硼粉粒度有差异，因此单质硼出炉时，分上、中、下三个层次出炉；对每个层次的硼粉料进行分筛，按照粒度进行分类；对每个类别的硼粉用蒸馏水或高纯度酒精进行清洗，烘干去除水分。以此得到不同等级的单质硼。与现有技术相比，本专利技术具有如下技术效果：六方体氮化硼，俗称白石墨，具有松散、润滑、易吸潮的特点，六方体氮化硼具有优良的化学稳定性，在真空条件下热分解温度很高。虽然在理论上用氮化硼分解得到的单质硼的纯度很高，但是由于分解温度很难达到，而且耐如此高温的化工设备也比较少，因此，用六方体氮化硼为原料制备单质硼具有很大的技术难度。氮化硼的热分解温度为1700-2700℃，真空度越高，分解温度越低，反之，真空度越低，分解温度越高，氮化硼分解产生单质硼与氮气，产生的氮气会增大体系压力，导致分解温度升高，而本申请将所产生的氮气在加热过程中全程保持真空，或接近于真空，主要是通过抽真空设备的辅助，随时抽取生成的氮气产物，以维持体系内部的真空度，从而使氮化硼在1800℃左右就可以分解得到单质硼，解决了这一技术难题，降低了现有技术的技术难度，制备得到的氮化硼纯度可到4N，即99.99％，且本专利技术制备的单质硼粒度分布均匀，单质硼粒度≤30μm，由于本专利技术采用高温分解氮化硼制备硼单质，产生的氮气以气体释放，过程中未引入其他杂质元素，固制备得到的固体产物主要为硼单质，杂质较少，因此除杂过程简单，硼的回收率高，在生产过程中没有污染。目前氮化硼的制备方式大部分是属于干锅式生产方式，这种方式制备的氮化硼中的氧化硼含量高，原因是烧制过程中，炉体内的料受温不一致，形成料的表层和内层温差大，产出的氮化硼达不到指标要求。本申请对混合好的物料先进行300度-400度的高温脱水烘干，将烘干的物料压制成块，增加密度，便于化合，然后采用管式炉逐渐加热升温，本专利技术是通过分段加温方式实现逐渐升温的目的的，这样可以使每一块原料都要经过一个恒定时间的高温区，从而物料充分聚晶，产出的氮化硼中的氧化硼含量低于0.02％。满足了硼粉制备的指标要求。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术的技术方案进行进一步详细说明。实施例1：本实施例的制备方法包括如下步骤：(1)称取122.6kg的硼酸，用85℃的热水进行水洗，并加入EDTA去除金属杂质，进行3次过滤，将滤液进行重结晶得到高纯度的硼酸晶体作为前驱体，然后将其与126.12kg的三聚氰胺至密封混料器中混合均匀；(2)将混合好的硼酸晶体和三聚氰胺放置到烘干炉中，300℃下脱水，将脱水后的物料压制成块；(3)将脱水后的物料置于高温真空炉中进行煅烧，煅烧温度为1700℃，硼酸和三聚氰胺的混合物受热，聚晶形成六方体氮化硼白色粉末，即产物A；(4)将产物A用热水进行3次冲洗、过滤、干燥后置于石墨坩埚中，将石墨坩埚置于高温真空炉中，在1800℃条件下高温真空煅烧，在煅烧过程中连接抽真空设备，及时将反应体系中产生的氮气排除，以保证反应体系的真空度，氮化硼分解得到粉末状产物B；产物B为单质硼；(5)将出炉后的产物B进行分级、分类，进行表面处理，用无水乙醇和EDTA除杂烘干，筛选得到块状晶体，经过粉碎后形成晶体粒产品，即高纯度单质硼。因为时差与温差原因，制备得到的硼粉粒度有差异，因此硼粉出炉时，分上中下三个层次出炉；对每个层次的硼粉料进行分筛，按照粒度进行分类；对每个类别的硼粉用蒸馏水或高纯度酒精进行清洗，烘干去除水分。对所得到的产物单质硼进行纯度测试和粒度检测，检测结果显示本实施例中硼的纯度为99.86％，平均粒度为22μm。实施例2：本实施例的制备方法包括如下步骤：(1)称取150kg的无水硼砂和75kg的双氰胺至密封混料器中混合均匀；(2)将混合好的无水硼砂和双氰胺放置到烘干本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生产99％‑99.99％高纯度单质硼的工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将硼化物和氮化物按照化学计量比充分混合；(2)将混合好的硼化物和氮化物在300‑400℃下脱水，将脱水后的物料压制成块；(3)将脱水后的物料进行煅烧，煅烧温度为1650‑1750℃，得到微细相精粉产物A；(4)将产物A纯化后在1700‑2700℃条件下高温真空煅烧，分解得到粉末状产物B；(5)将产物B进行粉体捕杂后得到高纯度单质硼晶体粒产品。

【技术特征摘要】
1.一种生产99％-99.99％高纯度单质硼的工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将硼化物和氮化物按照化学计量比充分混合；(2)将混合好的硼化物和氮化物在300-400℃下脱水，将脱水后的物料压制成块；(3)将脱水后的物料进行煅烧，煅烧温度为1650-1750℃，得到微细相精粉产物A；(4)将产物A纯化后在1700-2700℃条件下高温真空煅烧，分解得到粉末状产物B；(5)将产物B进行粉体捕杂后得到高纯度单质硼晶体粒产品。2.根据权利要求1所述的一种生产99％-99.99％高纯度单质硼的工艺方法，其特征在于，所述硼化物和氮化物按照物质的量，混合比例为2.24:1。3.根据权利要求1所述的一种生产99％-99.99％高纯度单质硼的工艺方法，其特征在于，所述步骤(4)中的纯化过程如下：将产物A通过用热水冲洗、充分过滤和常温干燥。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：董克胜，
申请(专利权)人：董克胜，
类型：发明
国别省市：河北,13