一种利用废弃硼化物陶瓷制备硼化物粉体的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用废弃硼化物陶瓷制备硼化物粉体的方法，包括：（1）将废弃硼化物陶瓷经破碎，得到一次粉料；（2）将所得一次粉料经二次粉碎得到二次粉料，控制所述二次粉料中硼化物的颗粒尺寸在100目以上的含量占20wt%～90wt%；（3）将所得二次粉料置于盐酸溶液或硝酸溶液进行酸洗处理后，再进行多次筛分，得到颗粒尺寸为2mm以上的第一硼化物陶瓷颗粒、颗粒尺寸为2mm～100目的第二硼化物陶瓷颗粒和颗粒尺寸为100目以下的第三硼化物陶瓷颗粒；（4）将所得第二硼化物陶瓷颗粒装入搅拌磨中作为研磨介质，将第三硼化物陶瓷颗粒配成浆料注入搅拌磨进料，经过球磨混合后，得到D50为0.5～5μm的硼化物粉体。

A Method for Preparing Boride Powder from Waste Boride Ceramics

The invention relates to a method for preparing boride powder by using waste boride ceramics, which includes: (1) crushing waste boride ceramics to obtain primary powder; (2) twice crushing the obtained primary powder to obtain secondary powder, controlling the content of boride particles in the secondary powder above 100 meshes to account for 20 wt%-90 wt%; (3) placing the secondary powder in salt. After pickling with acid or nitric acid solution, the first boride ceramic particles with particle size of 2 mm or more, the second boride ceramic particles with particle size of 2 mm to 100 mesh and the third boride ceramic particles with particle size of less than 100 mesh were obtained by screening for several times. (4) The second boride ceramic particles were loaded into stirring mill as grinding medium, and the third boron was obtained. The slurry of chemical ceramics particles is injected into the feed of stirring mill. After ball milling and mixing, the boride powder with D50 of 0.5-5 micron is obtained.

【技术实现步骤摘要】
一种利用废弃硼化物陶瓷制备硼化物粉体的方法
本专利技术涉及一种利用废弃硼化物陶瓷制备硼化物粉体的方法，尤其是用于回收处理废硼-10化合物陶瓷靶材及相关废弃物。
技术介绍
硼化物陶瓷作为磁控溅射的靶材，用于在UO2燃料芯块表面制备含硼的涂层，作为整体式可燃毒物。可用的硼化物材料包括硼化锆、硼化钛、硼化铌、硼化钼等，当前用实际使用的多为硼化锆。为提高涂层效率，减少涂层厚度，燃料表面处理用富集硼-10的硼化锆作为靶材。在靶材制备及使用过程中，产生大量硼化物陶瓷废弃物，如新的靶材，一般用到重量的50％上下就废弃不用了；在制备靶材过程中，还产生大量的加工余料、制备失败产生的废弃硼化物陶瓷等。由于硼-10原料价格昂贵，所以这些废弃物具有较高的回收利用价值。在现有技术中，硼化物陶瓷要研磨成超细粉体时，缺乏合适的研磨介质，特别制备相应的硼化物陶瓷研磨球的成本将非常高；如果用其它工业上有生产和销售的研磨球，将会在粉体中引入较多量的杂质。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提出一种把硼化物陶瓷废料经粉碎、回收得到超细硼化物粉体的方法，可以及将所得超细硼化物粉体用做烧结为硼化物靶材的原料，其具有较高的经济价值。一方面，本专利技术提供了一种利用废弃硼化物陶瓷制备硼化物粉体的方法，包括：(1)将废弃硼化物陶瓷经破碎，得到一次粉料(硼化物一次颗粒)；(2)将所得一次粉料经二次粉碎得到二次粉料，控制所述二次粉料中硼化物的颗粒尺寸在100目(0.15mm)以上的含量占20wt％～90wt％；(3)将所得二次粉料置于盐酸溶液或硝酸溶液进行酸洗处理后，再进行多次筛分，得到颗粒尺寸为2mm以上的第一硼化物陶瓷颗粒、颗粒尺寸为2mm～100目的第二硼化物陶瓷颗粒和颗粒尺寸为100目以下的第三硼化物陶瓷颗粒；(4)将所得第二硼化物陶瓷颗粒装入搅拌磨中作为研磨介质，将第三硼化物陶瓷颗粒配成浆料注入搅拌磨进料，经过球磨混合后，得到D50为0.5～5μm的硼化物粉体。较佳地，步骤(1)中，所述一次粉料的颗粒尺寸为10毫米以下(例如，2～3mm)。较佳地，步骤(1)中，所述废弃硼化物陶瓷为硼-10化合物陶瓷，优选为硼-10化锆、硼-10化钛、硼-10化铌、硼-10化钼中的至少一种。较佳地，步骤(2)中，在二次粉碎过程中，将所得一次粉料装入容器中，并加入球磨介质和水，然后进行球磨处理，所述球磨处理的参数包括：球磨介质为5～20mm铁球；溶剂为水，球磨转速为10～100转/分钟，球磨时间为0.5～10小时；优选地，所述一次粉料和球磨介质的质量比为1：(1～5)，所述一次粉料和溶剂的质量比为1：(0.4～5)。较佳地，步骤(3)中，所述盐酸溶液的浓度为0.1～12mol/L，所述硝酸溶液的浓度为0.1～6mol/L；所述酸洗处理的时间为0.5～5小时。其中，酸洗处理主要是除去破碎、和二次粉碎阶段带入的金属杂质。较佳地，步骤(3)中，直接将酸洗处理后的二次粉体的颗粒尺寸筛分至10μm以下，优选为筛分至5μm以下，更优选为筛分至2μm以下，得到所述硼化物粉体。较佳地，步骤(4)中，在球磨过程中，控制第二硼化物陶瓷颗粒的装填比例为搅拌磨的研磨腔容积的30％～80％，优选为50～80％。较佳地，步骤(4)中，所述球磨混合的参数包括：转速维持在400～1800rpm；电流控制在4～7A之间。其中，当搅拌磨电机电流明显变小时，补加第二硼化物陶瓷颗粒以提升粉碎效率。作为一个示例，维持转速为1000rpm时，电流为4A～6A之间(优选4～5A)，当电流小于4A时，补加第二硼化物陶瓷颗粒；或当电流超过6.5A时，补加溶剂(水、乙醇等)、控制降低浆料的进料速度或者调节至更低转速。较佳地，步骤(4)中，所述浆料的溶剂为水或乙醇，固含量为30～65wt％。较佳地，将步骤(3)中所得颗粒尺寸为2mm以上的第一硼化物陶瓷颗粒重复步骤(2)～步骤(4)，直至得到D50为0.5～5μm的硼化物粉体。即，重复步骤(2)～步骤(4)，直至最后所得硼化物的浆料中有足够多的超细颗粒，粉碎过程的终点可以通过目视、沉降或粒度分析判断。再一方面，本专利技术还可提供了一种利用根据上述的方法制备的硼化物粉体制备的硼化物陶瓷靶材。本专利技术中，重新利用废弃硼化合物陶瓷，特别用于处理溅射后残余的含富集硼-10化合物的陶瓷靶材、靶材加工时产生的切割余料、靶材制备时的残次品等。将废弃的硼化物陶瓷首先经过破碎、二次粉碎后分出一定量的较大的颗粒作为研磨介质，然后经超细粉碎等处理过程后，得到超细的硼化合物粉体。所得的硼化合物粉体可以单独烧结为陶瓷或者与新制备的粉体混合一起烧结为陶瓷。具体实施方式以下通过下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本专利技术的目的在于用于处理废弃的硼化物陶瓷，特别是用于处理用过的硼化物靶材及生产中废弃的硼化物陶瓷。在实际应用中产生的废弃硼化物陶瓷最大尺寸多在数毫米至十几厘米。这些材料首先要经过破碎过程，最大尺寸降低到10毫米以下，得到一次粉体。破碎的方法包括，但不限于以下的方法或设备：用手工的办法砸碎、用设备破碎，破碎设备包括颚式破碎机、锤式破碎机、辊式破碎机等。破碎后的陶瓷颗粒进一步的粉碎，得到含100目以上颗粒的粉料，且颗粒尺寸在100目以上的含量占粉料总量的20wt％～90wt％。可用于该步骤的粉碎设备包括，但不限于以下设备：气流粉碎机、球磨机、行星磨、震动磨等。在这一步的粉碎过程中，有的设备利用粉料自身的颗粒互相作用达到粉碎的目的，有的设备需要加入额外的研磨介质，研磨介质的选择有两种，一种是采用铁基磨介，另一种是采用同质的硼化物陶瓷制作的磨介。作为一个示例，将一次粉料装入球磨罐中，并加入球磨介质和水，然后进行球磨处理，得到二次粉料。球磨处理的参数包括：球磨介质为颗粒尺寸5～20mm的铁球；溶剂为水，球磨转速为10～100转/分钟，球磨时间为0.5～5小时。在上述两步处理过程之后，分离较粗的组分作为研磨介质，用于超细粉碎步骤。粗颗粒的最小尺寸与超细粉碎的具体方法和设备有关。采用搅拌磨时，可以分离100目以上的颗粒作为研磨介质，100目以下的颗粒作为被粉碎的物料。在破碎及粉碎过程中引入的金属杂质，可在粗颗粒分离前后采用酸洗的方法除去，也可以在超细粉碎步骤完成后仅酸洗处理所得的超细硼化物粉体产品。酸洗处理一般用盐酸或硝酸，反应完成后充分清洗后得到干净的研磨介质、粉体原料或最终产品。其中，盐酸的浓度可为0.1～12mol/L。硝酸的浓度可为0.1～6mol/L。酸洗处理的时间可为0.5～5小时，根据工艺周期，在盐酸或硝酸溶液中浸泡更长时间是可以的，但并非是必要的。粉体原料经过最后一步超细粉碎得到可用于烧结的粉体。超细粉碎的设备可以选用球磨机、行星磨、搅拌磨等，优先选择搅拌磨。磨介选用前面破碎和粉碎后分离出来的硼化物粗颗粒。具体来说，将酸洗处理后的二次粉料进行多次筛分，得到颗粒尺寸为2mm以上的第一硼化物陶瓷颗粒、颗粒尺寸为2mm～100目的第二硼化物陶瓷颗粒和颗粒尺寸为100目以下的第三硼化物陶瓷颗粒。选用其自身一体的第二硼化物陶瓷颗粒装入搅拌磨中作为球磨介质，避免了杂质的引入，将第三硼化物陶瓷颗粒配成浆料(固含量为30～65wt％)注入搅拌磨进料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用废弃硼化物陶瓷制备硼化物粉体的方法，其特征在于，包括：（1）将废弃硼化物陶瓷经破碎，得到一次粉料；（2）将所得一次粉料经二次粉碎得到二次粉料，控制所述二次粉料中硼化物的颗粒尺寸在100目以上的含量占20wt%～90wt%；（3）将所得二次粉料置于盐酸溶液或硝酸溶液进行酸洗处理后，再进行多次筛分，得到颗粒尺寸为2mm以上的第一硼化物陶瓷颗粒、颗粒尺寸为2mm～100目的第二硼化物陶瓷颗粒和颗粒尺寸为100目以下的第三硼化物陶瓷颗粒；（4）将所得第二硼化物陶瓷颗粒装入搅拌磨中作为研磨介质，将第三硼化物陶瓷颗粒配成浆料注入搅拌磨进料，经过球磨混合后，得到D50为0.5～5μm的硼化物粉体。

【技术特征摘要】
1.一种利用废弃硼化物陶瓷制备硼化物粉体的方法，其特征在于，包括：（1）将废弃硼化物陶瓷经破碎，得到一次粉料；（2）将所得一次粉料经二次粉碎得到二次粉料，控制所述二次粉料中硼化物的颗粒尺寸在100目以上的含量占20wt%～90wt%；（3）将所得二次粉料置于盐酸溶液或硝酸溶液进行酸洗处理后，再进行多次筛分，得到颗粒尺寸为2mm以上的第一硼化物陶瓷颗粒、颗粒尺寸为2mm～100目的第二硼化物陶瓷颗粒和颗粒尺寸为100目以下的第三硼化物陶瓷颗粒；（4）将所得第二硼化物陶瓷颗粒装入搅拌磨中作为研磨介质，将第三硼化物陶瓷颗粒配成浆料注入搅拌磨进料，经过球磨混合后，得到D50为0.5～5μm的硼化物粉体。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述一次粉料的颗粒尺寸为10毫米以下。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述废弃硼化物陶瓷为硼-10化合物陶瓷，优选为硼-10化锆、硼-10化钛、硼-10化铌、硼-10化钼中的至少一种。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，在二次粉碎过程中，将所得一次粉料装入容器中，并加入球磨介质和水，然后进行球磨处理，所述球磨处理的参数包括：球磨介质为5～20mm铁球；溶剂为水，球磨转速为10～100转/分钟，球磨时间为0.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兆泉，范武刚，董满江，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31