一种在液相中通过控制反应液中锂含量制备高纯四硼酸锂的方法技术

本发明专利技术公开了一种在液相中通过控制反应液中锂含量制备高纯四硼酸锂的方法，通过将碳酸锂的浓度控制在60

【技术实现步骤摘要】
一种在液相中通过控制反应液中锂含量制备高纯四硼酸锂的方法


[0001]本专利技术涉及四硼酸锂制备
，具体是一种在液相中通过控制反应液中锂含量制备高纯四硼酸锂的方法。

技术介绍

[0002]硼化合物由于具有两种配位键型而使其种类繁多，结构复杂多样，尤其是硼酸盐，其不同于其他无机盐，具有复杂多变的结构和性质，且水溶性具有多粒子共存，硼氧阴离子之间存在相互作用等特点，使得硼酸盐在水溶液中以多种形式出现。在使用锂盐和含硼化合物在液相中制备四硼酸锂时，可能产生多种副产物。而且，现有方法在制备高纯四硼酸锂时，多采用高纯氢氧化锂作为锂盐原料。但高纯氢氧化锂制备工艺复杂，且价格昂贵，大大增加了高纯四硼酸锂的制备成本。因此，反应产物的复杂性以及高纯度原料锂盐的制备使得高纯度四硼酸锂的制备变得极为困难。
[0003]另外，硼酸盐还普遍存在过饱和溶解的现象，即，硼酸盐在溶液中并不会析出溶质，而是形成水玻璃溶液，即使蒸发浓缩也不会析出溶质，得不到硼酸盐粉体湿料。现有使水玻璃溶液中析出硼酸盐的方法均为加入乙醇，然而，该方法在实际操作中存在以下问题：1、硼酸盐的水玻璃溶液中加入乙醇后会瞬间析出硼酸盐，但该硼酸盐为胶状，且粘稠度很高，会黏住搅拌装置，从而导致搅拌失灵。2、得到的胶状硼酸盐后续还需在强搅拌作用下加入大量的乙醇，才能得到硼酸盐粉料，溶剂消耗量大。因此，现有采用乙醇使硼酸盐析出的方法生产连续性差，设备要求高，成本高。

技术实现思路

[0004]基于以上所述，本专利技术的目的是提供一种在液相中通过控制反应液中锂含量制备高纯四硼酸锂的方法，以解决现有四硼酸锂制备方法存在的产物纯度低、成本高的技术问题。
[0005]为实现其目的，本专利技术采用如下技术方案：一种在液相中通过控制反应液中锂含量制备高纯四硼酸锂的方法，包括以下步骤：（1）取纯度为99.9%的碳酸锂，加入纯度为99.9%的硼酸干粉，混合均匀，得到混合粉料；（2）向反应容器中加入纯水，开启搅拌，加入步骤（1）中混合粉料反应50
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70min，得到澄清透明溶液；所述纯水的加入量以溶液中碳酸锂的浓度为60
‑
75g/L为准；此步骤控制碳酸锂浓度的目的是打破硼酸盐溶液过饱和溶解特性，不析出溶质，形成水玻璃状溶液，便于步骤（3）中进行净化。
[0006]（3）将步骤（2）中澄清透明溶液先经过3级精密过滤，然后通过阳离子交换树脂除杂，最后再经过1级精密过滤，得到净化液；
（4）高温反应阶段：将步骤（3）中净化液在冷凝回流的作用下升温至120
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150℃，有白色沉淀析出后，每隔10
‑
12min取少量溶液，降温至室温后测定其中锂含量，当锂含量为2.6
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2.8g/L时，进行固液分离，得到四硼酸锂湿料和滤液；（5）将步骤（4）中四硼酸锂湿料进行干燥，得到四硼酸锂粉料。
[0007]作为本专利技术技术方案的进一步优选，步骤（1）中，所述硼酸的用量为反应理论量的1.02
‑
1.05倍。
[0008]进一步地，步骤（2）中，所述反应温度为25
‑
28℃。
[0009]进一步地，步骤（3）中，所述精密过滤是指，采用孔径0.02μm的滤膜进行过滤。
[0010]进一步地，步骤（4）中，所述升温速率为0.5
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2℃/min。
[0011]进一步地，步骤（4）中，所述溶液采用冰水浴方法快速降温至25
‑
27℃后测试其中锂含量。
[0012]进一步地，步骤（4）中，滤液作为母液循环使用，检测母液中锂和硼的含量，按照步骤（1）中要求，补加碳酸锂和硼酸继续生成高纯度的四硼酸锂，可进一步降低高纯四硼酸锂制备成本。
[0013]进一步地，步骤（5）中，干燥温度400
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450℃，干燥时间2
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3h。
[0014]相比于现有技术，本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术将加入的碳酸锂的浓度控制在60
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75g/L，打破了硼酸盐溶液过饱和溶解不析出溶质，形成水玻璃溶液的问题。具体的，当碳酸锂的浓度低于60g/L时，不管如何改变其他反应条件，均无法打破硼酸盐溶液的过饱和溶解的特性，反应结束后仅仅会形成水玻璃溶液，不会析出四硼酸锂。当碳酸锂的浓度高于75g/L时，无法形成清澈透明的中间态溶液，从而无法对反应液进行净化，进而得不到纯度为99.99%的高纯四硼酸锂。
[0015]2、为解决硼酸盐溶液中多粒子共存，结构复杂多变，极易形成多种结构，无法制得单一四硼酸锂的问题，本专利技术设置高温反应阶段，使复杂的硼酸盐趋于生成单一成分的四硼酸锂。当反应进行一段时间，有沉淀析出，溶液开始变为乳白色后，每隔10
‑
12min，放出溶液测试溶液中锂含量。高温反应得以实现的主要关键点有3个：第一，反应温度必须在100
‑
150℃之间；第二，硼酸必须过量，如果仅仅按照反应理论量加入碳酸锂和硼酸，后期由于四硼酸锂的析出，导致溶液中锂和硼的含量减少，后期产物更偏向于生成偏硼酸锂；第三，在溶液中出现沉淀变为乳白色后，开始不断检测溶液中的锂含量。当溶液中锂含量达到2.6
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2.8g/L之间时，产物四硼酸锂中锂含量最接近理论含量8.21%。综上，在本专利技术设置的高温条件下配合反应后液锂含量的监测，生成的产物只有四硼酸锂而不含有其他副产物。
[0016]3、本专利技术方法工艺简单，易于操作，成本低廉，便于工业化生产应用。
具体实施方式
[0017]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。
[0018]本专利技术以下实施例中所述碳酸锂为纯度99.9%的高纯碳酸锂，所述硼酸为纯度为99.9%的硼酸。所述精密过滤是指，采用孔径0.02μm的滤膜进行过滤。所述阳离子交换树脂为D401阳离子树脂。
[0019]实施例1（1）取纯度99.9%的碳酸锂100g，加入350.7g硼酸（反应理论量1.05倍）干粉，混合
均匀，得到混合粉料；（2）向带冷凝回流装置的反应釜中加入1.43L纯水，开启搅拌，加入步骤（1）中混合粉料，在26℃下反应50min，溶液由浆料变为澄清透明溶液；纯水的加入量以溶液中碳酸锂的浓度为70g/L为准；（3）将步骤（2）中澄清透明溶液先经过3级精密过滤，然后通过3级阳离子交换树脂除杂，最后再经过1级精密过滤，得到净化液；（4）高温反应阶段：将步骤（3）中净化液在冷凝回流的作用下升温至120℃，有白色沉淀析出后，每隔10min取少量溶液，快速降温至26℃后测定其中锂含量，当锂含量为2.7g/L时，进行固液分离，得到四硼酸锂湿料和滤液；滤液作为母液循环使用，检测母液中锂和硼的含量，按照步骤（1）中要求，补加碳酸锂和硼酸继续生成高纯度的四硼酸锂；（5）将（4）中四硼酸锂湿料在400℃下干燥2h，得到四硼酸锂粉料。
[0020]制得的四硼酸锂进行主含量及各元素分析结果如表1所示。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在液相中通过控制反应液中锂含量制备高纯四硼酸锂的方法，其特征在于，包括以下步骤：取纯度为99.9%的碳酸锂，加入纯度为99.9%的硼酸干粉，混合均匀，得到混合粉料；向反应容器中加入纯水，开启搅拌，加入步骤（1）中混合粉料反应50
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70min，得到澄清透明溶液；所述纯水的加入量以溶液中碳酸锂的浓度为60
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75g/L为准；（3）将步骤（2）中澄清透明溶液先经过3级精密过滤，然后通过阳离子交换树脂除杂，最后再经过1级精密过滤，得到净化液；（4）高温反应阶段：将步骤（3）中净化液在冷凝回流的作用下升温至120
‑
150℃，有白色沉淀析出后，每隔10
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12min取少量溶液，降温至室温后测定其中锂含量，当锂含量为2.6
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2.8g/L时，固液分离，得到四硼酸锂湿料和滤液；（5）将步骤（4）中四硼酸锂湿料进行干燥，得到四硼酸锂粉料。2.如权利要求1所述的一种在液相中通过控制反应液中锂含量制备高纯四硼酸锂的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述硼酸的用量为反应理论量的1.02
‑
1.05倍。3.如权利要求1所述的一种在液相中通过控制反应液中...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨东东，陈世鹏，
申请(专利权)人：甘肃睿思科新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：