專利名稱：一種高純高密度四硼酸鋰的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及四硼酸鋰的制備技術(shù)領(lǐng)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(shù)：
四硼酸鋰又名焦硼酸鋰，分子式為L(zhǎng)i2B4O7，分子量為169. 12。高純、高密度四硼酸鋰是一種新型溫度補(bǔ)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(shù)、光電子科技、新型計(jì)算機(jī)、視頻傳播、軍事科技、航空航天、衛(wèi)星通訊、國(guó)防技術(shù)等許多領(lǐng)域有著廣泛而重要的應(yīng)用。早在20世紀(jì)初，人們就制得了四硼酸鋰，但當(dāng)時(shí)由于應(yīng)用化工技術(shù)比較薄弱，四硼酸鋰并沒(méi)有廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，直到上世紀(jì)80年代才 逐步開始應(yīng)用于搪瓷工業(yè)的釉藥、潤(rùn)滑脂組分，后期隨著材料化學(xué)的推廣，四硼酸鋰逐步應(yīng)用于緩沖劑和防腐齊U，并且也被應(yīng)用于新材料的開發(fā)，直到21世紀(jì)，隨著鋼鐵冶煉技術(shù)的革新，四硼酸鋰被用于波長(zhǎng)色散XRF熒光光譜儀、AA原子吸收和ICP等制樣以檢測(cè)鋼鐵組分，這才正式宣告四硼酸鋰新春的到來(lái)，但隨著技術(shù)步伐的不斷邁進(jìn)，傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的高純四硼酸鋰(密度約為O. 7g/ cm 3)已經(jīng)不能滿足檢測(cè)行業(yè)的使用，各種高純高密度的四硼酸鋰越來(lái)越受歡迎。目前就四硼酸鋰的生產(chǎn)工藝而言，發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)此類產(chǎn)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(shù)，雖具有一定的應(yīng)用價(jià)值，但技術(shù)繁瑣復(fù)雜、工藝流程長(zhǎng)、設(shè)備昂貴、工藝條件要求十分苛刻、生產(chǎn)成本高、污染環(huán)境且難于治理，不適用于現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)的技術(shù)條件。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供了一種工藝簡(jiǎn)化，工藝條件要求低，成本低廉，操作方便，質(zhì)量指標(biāo)能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平且對(duì)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(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思如下將工業(yè)級(jí)氫氧化鋰經(jīng)低溫溶解、過(guò)濾、蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、離心分離等步驟進(jìn)行提純，提純后的氫氧化鋰按固液質(zhì)量比1:2溶于煮沸的純水中，根據(jù)溶液中氫氧化鋰的含量，按反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比(以下簡(jiǎn)稱“化學(xué)計(jì)量比”)的105% 120%加入工業(yè)級(jí)硼酸中和反應(yīng)(即加入過(guò)量5 20%的硼酸)，然后經(jīng)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(yīng)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(jí)單水氫氧化鋰以固液質(zhì)量比1:5比例溶于純水中；加入除雜試劑并過(guò)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(jié)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(zhì)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(zhì)的量為所述原料工業(yè)級(jí)單水氫氧化鋰中雜質(zhì)金屬Ca、Mg、Fe、Pb總物質(zhì)的量的兩倍；B、中和配料將重結(jié)晶單水氫氧化鋰以固液質(zhì)量比1:2用煮沸的純水溶解，然后按照化學(xué)計(jì)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(jìn)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(jìn)行熔融，熔融溫度930_950°C，時(shí)間4__5h ；G、熔融后的物料倒入循環(huán)流動(dòng)的純水之中進(jìn)行水淬冷卻結(jié)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(jìn)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(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)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(xué)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，夾雜其他硼酸鹽或碳酸鋰，產(chǎn)品純度不夠高，過(guò)程控制條件不準(zhǔn)的問(wèn)題；2、直接將濃縮后的四硼酸鋰濃溶液進(jìn)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(jìn)行，使工藝大為簡(jiǎn)化，操作方便簡(jiǎn)潔，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，生產(chǎn)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)外現(xiàn)有工藝；4、采用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)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(yīng)于現(xiàn)今的市場(chǎng)需求。
具體實(shí)施例方式下面申請(qǐng)人將結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明方法做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解，以下實(shí)施例僅用于清楚闡述本發(fā)明的技術(shù)方案，而不應(yīng)在任何程度上理解為對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求書請(qǐng)求保護(hù)范圍的限制。實(shí)施例1-3中所用硼酸為俄羅斯BOR MCC進(jìn)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(shí)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(jí)單水氫氧化鋰以固液質(zhì)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(zhì)量比1:0. 54混合而成)并過(guò)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(jié)晶單水氫氧化鋰；所述除雜試劑中的乙二胺四乙酸的物質(zhì)的量為所述原料工業(yè)級(jí)單水氫氧化鋰中雜質(zhì)金屬Ca、Mg、Fe、Pb總物質(zhì)的量的兩倍；B、中和配料取6Kg重結(jié)晶單水氫氧化鋰以固液質(zhì)量比1:2用煮沸的純水?dāng)嚢枞芙庵翢o(wú)明顯固體沉淀，攪拌下按照化學(xué)計(jì)量比的105%倍緩慢加入硼酸(B卩18. 54Kg)中和，
用廣泛PH試紙測(cè)得終點(diǎn)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(shí)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(jī)和對(duì)輥破碎機(jī)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(jìn)行高溫熔融，熔融溫度930°C，時(shí)間5h ；G、熔融后的物料倒入循環(huán)流動(dòng)的純水之中進(jìn)行水淬冷卻結(jié)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(duì)步驟E所得四硼酸鋰粉料進(jìn)行元素分析，對(duì)步驟H所得四硼酸鋰晶體進(jìn)行比重分析，結(jié)果如下
權(quán)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(jí)單水氫氧化鋰以固液質(zhì)量比1:5比例溶于純水中；力口入除雜試劑并過(guò)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(jié)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(zhì)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(zhì)的量為所述原料工業(yè)級(jí)單水氫氧化鋰中雜質(zhì)金屬Ca、Mg、Fe、Pb總物質(zhì)的量的兩倍； B、中和配料將重結(jié)晶單水氫氧化鋰以固液質(zhì)量比1:2用煮沸的純水溶解，然后按照化學(xué)計(jì)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(jìn)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(jìn)行熔融，熔融溫度930—950°C，時(shí)間4—5h ； G、熔融后的物料倒入循環(huán)流動(dòng)的純水之中進(jìn)行水淬冷卻結(jié)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(jù)權(quán)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(jìn)口硼酸。
全文摘要
本發(fā)明涉及四硼酸鋰的制備技術(shù)領(lǐng)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(jí)氫氧化鋰經(jīng)低溫溶解、過(guò)濾、蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、離心分離等步驟進(jìn)行提純，提純后的氫氧化鋰按固液質(zhì)量比1:2溶于煮沸的純水中，根據(jù)溶液中氫氧化鋰的含量，按反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比的105%～120%加入工業(yè)級(jí)硼酸中和反應(yīng)，然后經(jīng)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(yīng)于現(xiàn)今的市場(chǎng)需求。
文檔編號(hào)C01B35/12GK102838125SQ201210347200
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月19日
發(fā)明者紀(jì)東海, 范黎, 羅釗, 李興 申請(qǐng)人:湖北百杰瑞新材料有限公司