一种液相法直接制备四硼酸锂和偏硼酸锂混合助熔剂的方法技术

本发明专利技术公开了一种液相法直接制备四硼酸锂和偏硼酸锂混合助熔剂的方法，使用价格适中易制得的99.9%碳酸锂和99.9%的硼酸在液相中反应，通过控制投料中碳酸锂的浓度，打破四硼酸锂溶液过饱和溶解的特性，直接在水溶液中析出四硼酸锂和偏硼酸锂混合助熔剂。本发明专利技术通过控制反应温度并配合在反应体系中通入一定质量的二氧化碳，抑制副产物的产生，使溶液中多种形式的硼酸盐趋于生成所需的混合助熔剂。此方法所需的混合助熔剂均通过化学法在液相中生成，能耗较低，成本低，工序简单，易于操作，便于大规模生产。于大规模生产。

【技术实现步骤摘要】
一种液相法直接制备四硼酸锂和偏硼酸锂混合助熔剂的方法


[0001]本专利技术涉及混合助熔剂
，具体是一种液相法直接制备四硼酸锂和偏硼酸锂混合助熔剂的方法。

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，导致在合成反应中可能产生多种副产物，这使得生成特定的混合助熔剂难度极大。
[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。
[0004]现有技术中得到四硼酸锂和偏硼酸锂混合助熔剂的方法均是将单独制得的偏硼酸锂和四硼酸锂按照比例，以物理方法混合均匀得到，但该方法过程复杂，需要分别制备偏硼酸锂和四硼酸锂，且进行物理混合时还会出现混合不均匀，及出现扬尘造成物料损失的问题。而使用化学法仅仅需要一次反应，一锅即可制得所需的混合助熔剂，过程简单易操作，目前尚无使用化学法在液相中直接得到特定比例的混合助熔剂的方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种液相法直接制备四硼酸锂和偏硼酸锂混合助熔剂的方法，以解决四硼酸锂和偏硼酸锂混合助熔剂制备困难、制备成本较高的技术问题。
[0006]为实现其目的，本专利技术采用如下技术方案：一种液相法直接制备四硼酸锂和偏硼酸锂混合助熔剂的方法，包括以下步骤：（1）取纯度99.9%的碳酸锂，加入纯度99.9%的硼酸，混合均匀，得到混合粉料；其中，碳酸锂的用量（g）=（73.88a/169.12）+(73.88b/99.5)；硼酸的用量（g）=（247.24a/169.12）+（61.81b/49.75），其中a和b为所制得混合助熔剂中四硼酸锂与偏硼酸锂的质量比； 73.88为碳酸锂的摩尔质量，169.12为四硼酸锂的摩尔质量，61.81为硼酸的摩尔质量，49.75为偏硼酸锂的摩尔质量，247.24为4
×
61.81（硼酸的摩尔质量），99.5为2
×
49.75（偏硼酸锂的摩尔质量）。
[0007]四硼酸锂与偏硼酸锂的质量比优选1:0.49
‑
2。
[0008]（2）向反应容器中加入纯水，加入步骤（1）中混合粉料，在20
‑
30℃下进行反应，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；
（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）将步骤（3）中净化液放入反应釜，通入二氧化碳，然后将净化液升温至75
‑
80℃，反应1
‑
3h，得到反应液；（5）将步骤（4）中反应液升温至100
‑
130℃，反应3
‑
5h，然后降温至80
‑
90℃，继续反应1
‑
5h，得到乳白色浆料，趁热进行固液分离，得到四硼酸锂与偏硼酸锂混合助熔剂湿料；步骤（4）
‑
（5）持续保证二氧化碳在（4）
‑
（5）的反应时间内缓慢匀速释放出至二氧化碳排尽；（6）将步骤（5）中混合助熔剂湿料进行干燥，得到四硼酸锂与偏硼酸锂混合助熔剂成品。
[0009]作为本专利技术技术方案的进一步优选，步骤（2）中，所述反应时间为1
‑
2h。
[0010]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。
[0011]进一步地，步骤（4）中，所述二氧化碳的加入质量（kg）=反应釜体积（L）
×
（0.01
‑
0.05kg）；所述升温速率为0.5
‑
1℃/min。
[0012]进一步地，步骤（5）中，所述升温速率为0.8
‑
1℃/min。
[0013]进一步地，CO2排出速率=CO2加入质量/步骤（4）
‑
（5）反应总时间。
[0014]进一步地，步骤（6）中，所述干燥温度400
‑
450℃，干燥时间2
‑
3h。
[0015]相比于现有技术，本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术使用价格适中易制得的99.9%碳酸锂和99.9%的硼酸在液相中反应，通过控制投料中碳酸锂的浓度，打破四硼酸锂溶液过饱和溶解的特性，直接在水溶液中析出四硼酸锂和偏硼酸锂混合助熔剂。
[0016]2、本专利技术通过控制反应温度并配合在反应体系中通入一定质量的二氧化碳，抑制副产物的产生，使溶液中多种形式的硼酸盐趋于生成所需的混合助熔剂。此方法所需的混合助熔剂均在液相中生成，能耗较低，成本低，工序简单，易于操作，便于大规模生产。
[0017]3、碳酸锂和硼酸制备混合助熔剂的化学反应方程式如下：Li2CO3+4H3BO3=Li2B4O7+CO2+6H2OLiC2O3+2H3BO3=2LiBO2+CO2+3H2O由2个化学反应方程式可知，在反应釜中加入碳酸锂和硼酸的混合溶液后，反应正向进行时会产生偏硼酸锂和四硼酸锂并有其他形式的硼酸盐副产物产生，并伴随着产生大量二氧化碳。
[0018]（1）控制温度的目的是偏硼酸锂和四硼酸锂在不同温度下的生成趋势不同，特定的高温有利于四硼酸锂的产生，特定的低温有利于偏硼酸锂的产生；（2）向反应釜内通入一定质量的二氧化碳的目的是抑制其它副产物的产生，从而制得高纯度的四硼酸锂和偏硼酸锂混合助熔剂。
[0019]因此，本专利技术通过向反应釜内通入一定质量的二氧化碳，并控制进行温差反应，使得整个反应趋于生成高纯度的四硼酸锂和偏硼酸锂混合助熔剂。
[0020]4、本专利技术先将净化液在70
‑
85℃的低温下反应，以防止升温过快，生成后续无法转化为四硼酸锂和偏硼酸锂的硼酸盐副产物，然后在100
‑
130℃的高温下反应，反应产物趋向于生成四硼酸锂，而随着四硼酸锂的生成，四硼酸锂粉体的形成会使得反应体系中硼酸浓
度降低，更趋向于生成偏硼酸锂，最后利用低温有利于偏硼酸锂形成的特性，配合降温过程（降温至80
‑
90℃）生成偏硼酸锂，最终得到特定比例的四硼酸锂和偏硼酸锂的混合助熔剂。
附图说明
[0021]图1为本专利技术四硼酸锂:偏硼酸锂67:33本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液相法直接制备四硼酸锂和偏硼酸锂混合助熔剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）取纯度99.9%的碳酸锂，加入纯度99.9%的硼酸，混合均匀，得到混合粉料；其中，碳酸锂的用量（g）=（73.88a/169.12）+(73.88b/99.5)；硼酸的用量（g）=（247.24a/169.12）+（61.81b/49.75），其中a和b为所制得混合助熔剂中四硼酸锂与偏硼酸锂的质量比；（2）向反应容器中加入纯水，加入步骤（1）中混合粉料，在20
‑
30℃下进行反应，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；（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）将步骤（3）中净化液放入反应釜，通入二氧化碳，然后将净化液升温至75
‑
80℃，反应1
‑
3h，得到反应液；（5）将步骤（4）中反应液升温至100
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130℃，反应3
‑
5h，然后降温至80
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90℃，继续反应1
‑
5h，得到乳白色浆料，趁热进行固液分离，得到四硼酸锂与偏硼酸锂混合助熔剂湿料；步骤（4）
‑
（5）持续保证二氧化碳在（4）
‑
（5）的反应时间内缓慢匀速释放出至二氧化碳排尽；（6）将...

【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：