專利名稱：過(guò)渡金屬硼化物的制備工藝及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及過(guò)渡金屬硼化物，尤其涉及過(guò)渡金屬硼化物的制備エ藝及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
目前鋁電解エ業(yè)仍采用傳統(tǒng)的Hall-Heroult法，電解質(zhì)一直以冰晶石-氧化鋁為基本體系，現(xiàn)行的預(yù)焙陽(yáng)極電解槽主要采用碳素陰極。碳素陰極對(duì)鋁液不潤(rùn)濕，且會(huì)受到冰晶石的長(zhǎng)期腐蝕，為延長(zhǎng)電解槽的使用壽命，往往需要在碳素陰極表面涂覆惰性涂層。過(guò)渡金屬硼化物對(duì)鋁液具有良好的潤(rùn)濕性，且耐冰晶石的腐蝕，因此過(guò)渡金屬硼化物非常適用于碳素陰極表面涂層。同吋，過(guò)渡金屬硼化物由于對(duì)鋁 液具有良好的潤(rùn)濕性，耐冰晶石的腐蝕，且兼?zhèn)鋬?yōu)良的導(dǎo)電性和抗熱沖擊性，可用于制備惰性陽(yáng)極材料。由于硼化鈦等過(guò)渡金屬硼化物價(jià)格昂貴，目前難以實(shí)現(xiàn)其在制備碳素陰極表面涂層材料和惰性陽(yáng)極材料中的廣泛應(yīng)用。現(xiàn)有的過(guò)渡金屬硼化物エ業(yè)生產(chǎn)主要是由鈦、鋯、鉻或釩和單質(zhì)硼在高溫下直接反應(yīng)而得。由于單質(zhì)硼的エ業(yè)生產(chǎn)得率不高(往往低于90%)且生產(chǎn)成本高，單質(zhì)硼的價(jià)格昂貴導(dǎo)致了過(guò)渡金屬硼化物的價(jià)格昂貴，從而限制了過(guò)渡金屬硼化物的大規(guī)模エ業(yè)生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，發(fā)明人在過(guò)渡金屬硼化物及其生產(chǎn)原料的制備方面進(jìn)行了大量的探索，預(yù)料不到地發(fā)現(xiàn)，以氟硼酸鉀或氟硼酸鈉為原料，采用熱化學(xué)還原的方法生產(chǎn)單質(zhì)硼，再以單質(zhì)硼和過(guò)渡金屬為原料生產(chǎn)相應(yīng)的過(guò)渡金屬硼化物，具有制備エ藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)物得率高，產(chǎn)物性能好的優(yōu)點(diǎn)，從而降低了過(guò)渡金屬硼化物的綜合生產(chǎn)成本。本發(fā)明提供一種過(guò)渡金屬硼化物的制備エ藝，包括如下步驟
A)將鋁放入反應(yīng)器中，抽真空后通入惰性氣體，升溫至70(T80(TC，往反應(yīng)器中加入干燥的氟硼酸鉀或氟硼酸鈉，快速攪拌，反應(yīng)4 6h，生成單質(zhì)硼和冰晶石，將上層熔融的液體抽出，分離得到單質(zhì)硼；涉及的化學(xué)反應(yīng)式為
KBF4+A1 = B+KF · AlF3, NaBF4+Al = B+NaF · AlF3 ；
B)往得到的單質(zhì)硼中加入過(guò)渡金屬硼化物，在180(T250(TC條件下反應(yīng)O.5 2h生成相應(yīng)的過(guò)渡金屬硼化物。采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的過(guò)渡金屬硼化物的制備エ藝具有エ藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)周期短，產(chǎn)物得率高，產(chǎn)物性能好的優(yōu)點(diǎn)，從而降低了過(guò)渡金屬硼化物的綜合生產(chǎn)成本，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模エ業(yè)生產(chǎn)。作為本發(fā)明的進(jìn)ー步改進(jìn)，所述過(guò)渡金屬選自鈦、鋯、鉻或釩，涉及的化學(xué)反應(yīng)式為Ti+2B= TiB2, Zr+2B= ZrB2, Cr +2B= CrB2, V+2B= VB20作為本發(fā)明的進(jìn)ー步改進(jìn),所述惰性氣體為氬氣。本發(fā)明還提供所述的過(guò)渡金屬硼化物的制備方法制備的過(guò)渡金屬硼化物在制備預(yù)焙陽(yáng)極電解槽陰極涂層中的應(yīng)用。采用本發(fā)明制備的過(guò)渡金屬硼化物(包括硼化鈦、硼化鋯、硼化鉻和硼化釩)導(dǎo)電性能和機(jī)械強(qiáng)度好，對(duì)鋁液具有良好的潤(rùn)濕性，且耐冰晶石的腐蝕，將得到的硼化鈦與碳素材料熔融，搗固到碳素陰極表面，經(jīng)燒結(jié)后形成鋁電解用惰性陰極涂層材料。本發(fā)明還提供所述的過(guò)渡金屬硼化物的制備方法制備的過(guò)渡金屬硼化物在制備預(yù)焙陽(yáng)極電解槽惰性陽(yáng)極材料中的應(yīng)用。本發(fā)明制備的過(guò)渡金屬硼化物具有導(dǎo)電性能好、抗腐蝕和抗沖擊能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，將得到的硼化鈦與碳素材料混合均勻后，高壓成型，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后形成鋁電解用惰性陽(yáng)極材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明提供的過(guò)渡金屬硼化物的制備具有制備エ藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)周期短，可提高單質(zhì)硼的生產(chǎn)效率和得率，產(chǎn)物性能好，降低了過(guò)渡金屬硼化物的綜合生產(chǎn)成本，經(jīng)濟(jì)效益好，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模 エ業(yè)生產(chǎn)；本發(fā)明制備的過(guò)渡金屬硼化物對(duì)鋁液具有良好的潤(rùn)濕性，且耐冰晶石的腐蝕，可廣泛應(yīng)用于預(yù)焙陽(yáng)極電解槽碳素陰極表面涂層以及惰性陽(yáng)極材料的制備。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)ー步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例一
稱取2噸鋁置于反應(yīng)器中，抽真空后通入氬氣保護(hù)，升溫至750°C，按反應(yīng)比例往反應(yīng)器中加入干燥的氟硼酸鉀，快速攪拌，反應(yīng)5h，生成單質(zhì)硼和冰晶石，經(jīng)現(xiàn)有的常規(guī)分離方法分離后得到單質(zhì)硼，干燥后稱重為O. 78噸，產(chǎn)率達(dá)到95%以上；將得到的單質(zhì)硼置于另ー反應(yīng)器中，按反應(yīng)比例往該反應(yīng)器中加入鈦粉，升溫至2000°C，反應(yīng)Ih后反應(yīng)完全，生成硼化鈦。實(shí)施例ニ
稱取2噸鋁置于反應(yīng)器中，抽真空后通入氬氣保護(hù)，升溫至750°C，按反應(yīng)比例往反應(yīng)器中加入干燥的氟硼酸鈉，快速攪拌，反應(yīng)5h，生成單質(zhì)硼和冰晶石，經(jīng)現(xiàn)有的常規(guī)分離方法分離后得到單質(zhì)硼，干燥后稱重為O. 79噸，產(chǎn)率達(dá)到95%以上；將得到的單質(zhì)硼置于另ー反應(yīng)器中，按反應(yīng)比例往該反應(yīng)器中加入鈦粉，升溫至2000°C，反應(yīng)I h后反應(yīng)完全，生成硼化鈦。實(shí)施例三
稱取2噸鋁置于反應(yīng)器中，抽真空后通入氬氣保護(hù)，升溫至750°C，按反應(yīng)比例往反應(yīng)器中加入干燥的氟硼酸鈉，快速攪拌，反應(yīng)5h，生成單質(zhì)硼和冰晶石，經(jīng)現(xiàn)有的常規(guī)分離方法分離后得到單質(zhì)硼，干燥后稱重為O. 79噸，產(chǎn)率達(dá)到95%以上；將得到的單質(zhì)硼置于另ー反應(yīng)器中，按反應(yīng)比例往該反應(yīng)器中加入鋯粉，升溫至2100°C，反應(yīng)I h后反應(yīng)完全，生成硼化鋯。實(shí)施例四
稱取2噸鋁置于反應(yīng)器中，抽真空后通入氬氣保護(hù)，升溫至750°C，按反應(yīng)比例往反應(yīng)器中加入干燥的氟硼酸鈉，快速攪拌，反應(yīng)5h，生成單質(zhì)硼和冰晶石，經(jīng)現(xiàn)有的常規(guī)分離方法分離后得到單質(zhì)硼，干燥后稱重為O. 79噸，產(chǎn)率達(dá)到95%以上；將得到的單質(zhì)硼置于另ー反應(yīng)器中，按反應(yīng)比例往該反應(yīng)器中加入鉻粉，升溫至2000°C，反應(yīng)O. 5 h后反應(yīng)完全，生成硼化鉻。實(shí)施例五
稱取2噸鋁置于反應(yīng)器中，抽真空后通入氬氣保護(hù)，升溫至750°C，按反應(yīng)比例往反應(yīng)器中加入干燥的氟硼酸鈉，快速攪拌，反應(yīng)5h，生成單質(zhì)硼和冰晶石，經(jīng)現(xiàn)有的常規(guī)分離方法分離后得到單質(zhì)硼，干燥后稱重為O. 79噸，產(chǎn)率達(dá)到95%以上；將得到的單質(zhì)硼置于另ー反應(yīng)器中，按反應(yīng)比例往該反應(yīng)器中加入釩粉，升溫至2000°C，反應(yīng)I h后反應(yīng)完全，生成硼化釩。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)ー步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明 所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種過(guò)渡金屬硼化物的制備エ藝，其特征在于包括如下步驟 A)將鋁放入反應(yīng)器中，抽真空后通入惰性氣體，升溫至70(T80(TC，往反應(yīng)器中加入干燥的氟硼酸鉀或氟硼酸鈉，快速攪拌，反應(yīng)4 6h，生成單質(zhì)硼和冰晶石，將上層熔融的液體抽出，分離得到單質(zhì)硼； B)往得到的單質(zhì)硼中加入過(guò)渡金屬，在180(T220(TC條件下反應(yīng)O.5^2h生成相應(yīng)的過(guò)渡金屬硼化物。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的過(guò)渡金屬硼化物的制備エ藝，其特征在于所述過(guò)渡金屬選自欽、錯(cuò)、絡(luò)或鑰^。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的過(guò)渡金屬硼化物的制備エ藝，其特征在于所述惰性氣體為1 氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的過(guò)渡金屬硼化物的制備エ藝制備的過(guò)渡金屬硼化物在制備用于低溫鋁電解槽陰極涂層材料中的應(yīng)用。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的過(guò)渡金屬硼化物的制備エ藝制備的過(guò)渡金屬硼化物在制備用于低溫鋁電解槽惰性陽(yáng)極材料中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明提供一種過(guò)渡金屬硼化物的制備工藝，包括如下步驟A)將鋁放入反應(yīng)器中，抽真空后通入惰性氣體，升溫至700~800℃，往反應(yīng)器中加入干燥的氟硼酸鉀或氟硼酸鈉，快速攪拌，反應(yīng)4~6h，生成單質(zhì)硼和冰晶石，將上層熔融的液體抽出，分離得到單質(zhì)硼；B)往得到的單質(zhì)硼中加入過(guò)渡金屬，在1800~2200℃條件下反應(yīng)生成相應(yīng)的過(guò)渡金屬硼化物。本發(fā)明具有制備工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)物得率高，產(chǎn)物性能好的優(yōu)點(diǎn)，從而降低了過(guò)渡金屬硼化物的綜合生產(chǎn)成本，制備的過(guò)渡金屬硼化物可廣泛應(yīng)用于鋁電解工業(yè)用碳素陰極表面涂層材料以及惰性陽(yáng)極材料的制備。
文檔編號(hào)C25C3/08GK102689907SQ20121017284
公開(kāi)日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月30日
發(fā)明者伍衛(wèi)平, 李志紅, 楊軍, 陳學(xué)敏 申請(qǐng)人:深圳市新星輕合金材料股份有限公司