一種碳化硼用高純硼酸制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種化工硼酸制備方法，特別是涉及一種碳化硼用高純硼酸制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，碳化硼已被國內(nèi)外廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)材料、化學(xué)原料、電性能、核性能、復(fù)合陶 瓷等方面，其中，在結(jié)構(gòu)材料方面，可用于各種各樣硬金屬、剛玉或玻璃的加工，還可制取耐 磨、耐腐蝕的碳化硼器件；另外，外敷碳化硼材料還可用作切削刀刃、研缽、搗錘等;還可用 作直升飛機(jī)的輕質(zhì)裝甲、防彈背心、軸承支承面、矯正工具等。在化學(xué)原料上可用作鋼或其 他合金的硼化劑在鋼表面滲硼，以生成硼化鐵薄層增強(qiáng)材料的強(qiáng)度和耐磨性;還可用于一 些金屬基摩擦材料的添加劑;在還原-化合法制取硼化物粉末時(shí)，碳化硼作為硼源，可制取 TiB2、ZrB2、CrB2等粉末，也可制造鹵化硼、硼化氫等，稱為制取粉末的"碳化硼法"。利用 碳化硼電性能可作碳化硼-石墨熱電偶。在核性能中的利用其中子吸收能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)用作 中子吸收材料控制棒、調(diào)節(jié)棒、事故棒、安全棒、屏蔽棒等功能元件。碳化硼復(fù)合陶瓷應(yīng)用方 面可通過添加燒結(jié)助劑改善其燒結(jié)行為，獲得價(jià)廉物美的碳化硼制品，還可添加大量的 SiC制成復(fù)合材料，它已經(jīng)在工業(yè)噴嘴、栗的密封以及熱擠壓模領(lǐng)域得以應(yīng)用，是一種具有 廣泛應(yīng)用前景的高溫耐蝕、耐磨材料。
[0003] 由于生產(chǎn)碳化硼所用的硼酸純度不夠，含有一定量的鈣離子，導(dǎo)致碳化硼陶瓷有 兩個(gè)致命的弱點(diǎn)：一是碳化硼陶瓷的斷裂韌性很低;二是原子間以牢固的共價(jià)鍵連接，共價(jià) 鍵含量高達(dá)93.9%，因而，獲得高密度的燒結(jié)體非常困難。因此，去除硼酸中的鈣離子，提高 硼酸的純度至關(guān)重要。國內(nèi)外生產(chǎn)高純硼酸的方法很多，如重結(jié)晶法、離子交換法、酯化-蒸 餾法、電化學(xué)與滲透膜法等，但這些方法都有各自的缺點(diǎn)，比如無法得到滿意的純化效果、 能耗大、易引入雜質(zhì)、工藝復(fù)雜等，而且諸多的純化方法中，大多忽略了鈣離子的去除。
[0004] 采用螯合吸附法制備高純硼酸，工藝簡單，純化效果好，且吸附劑可回收利用，避 免環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。制得的高純硼酸主要用于生產(chǎn)碳化硼，用于飛機(jī)裝甲，以增強(qiáng)其硬 度及耐高溫等性能。
[0005] 目前，國產(chǎn)的工業(yè)硼酸純度較低，一般在99%_99.5%之間，達(dá)不到激光晶體、通信光 纖以及核工業(yè)等一些特殊行業(yè)對(duì)硼酸純度的要求，因此，對(duì)現(xiàn)有工業(yè)硼酸進(jìn)行提純，制備高 純硼酸迫在眉睫，國內(nèi)外制備高純硼酸的方法主要有以下幾種： (1) 重結(jié)晶法是純度在99.5 %以上的硼酸的主要生產(chǎn)方法； (2) 離子交換法是一種應(yīng)用離子交換樹脂將雜質(zhì)分離的方法； (3) 酯化-水解法得到高純硼酸； (4)電化學(xué)與滲透膜法達(dá)到純化硼酸的目的； (5) 絡(luò)合法，加入絡(luò)合劑可以掩蔽被提純物質(zhì)中的金屬陽離子雜質(zhì)，從而降低金屬陽離 子的濃度，重結(jié)晶，得到高純硼酸； (6) 其他方法:螯合吸附法、萃取法、多種方法并用等。
[0006]以上制備高純硼酸的方法中，都忽略了硼酸中鈣離子的含量問題，為此主要是除 去工業(yè)硼酸中的鈣離子。除鈣的方法有多種，國內(nèi)外常用的方法大致分為沉淀法、陽離子交 換樹脂法、添加阻垢劑法、萃取法、浮選法、添加絮凝劑法、吸附法、膜分離法和蒸餾法等。膜 分離法和蒸餾法很少單獨(dú)使用，常以離子交換法或沉淀法作為預(yù)處理。將合成的馬來酸酐 丙烯酸共聚物加入改性劑進(jìn)行改性，改性后的馬來酸酐-丙烯酸共聚物螯合鈣離子的能力 為289.3mg/ml，碳酸|丐分散能力為202.5mg/ml。采用螯合吸附法制備高純硼酸，工藝簡單， 純化效果好。鰲合劑可回收利用，避免了二次環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種碳化硼用高純硼酸制備方法，該方法以馬來酸酐和丙 烯酸為聚合單體，加入引發(fā)劑，合成馬來酸酐丙烯酸共聚物。同時(shí)，將合成的馬來酸酐丙烯 酸共聚物加入改性劑進(jìn)行改性，制得的高純硼酸生產(chǎn)碳化硼，可增強(qiáng)其硬度及耐高溫等性 能。
[0008]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的： 一種碳化硼用高純硼酸制備方法，所述方法包括以下過程： a. 首先，向裝有溫度計(jì)和冷凝回流裝置的四口燒瓶中加入馬來酸酐和蒸餾水，待馬來 酸酐完全溶解后，量取丙烯酸，同時(shí)稱取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.67%的過硫酸銨溶解于蒸餾水中，使 其濃度為〇.〇2mol/L，作為引發(fā)劑，同時(shí)向四口燒瓶中滴加丙烯酸和過硫酸銨水溶液，恒溫 反應(yīng)后，將溶液放入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中，進(jìn)行減壓蒸餾，所得液體即為馬來酸酐-丙烯酸共聚物； b. 向裝有溫度計(jì)和冷凝回流裝置的四口燒瓶中加入馬來酸酐、改性劑和蒸餾水，待馬 來酸酐和烯丙基磺酸鈉完全溶解后，量取丙烯酸，同時(shí)稱取過硫酸銨溶解于蒸餾水中，同時(shí) 向四口燒瓶中滴加丙烯酸和過硫酸銨水溶液;滴加完畢后，恒溫反應(yīng)，將反應(yīng)后的溶液倒入 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中，所得液體即為磺酸基馬來酸酐-丙烯酸共聚物； c. 稱取工業(yè)硼酸加入三口燒瓶中，取去離子水?dāng)嚢枞芙?，配制成硼酸飽和溶液，待硼?全部溶解后，根據(jù)磺酸基馬來酸酐-丙烯酸共聚物的鈣螯合能力大小，用移液管準(zhǔn)確量取 2ml的磺酸基馬來酸酐-丙烯酸共聚物作為吸附劑，加入硼酸飽和溶液中，反應(yīng)結(jié)束后立即 趁熱進(jìn)行真空抽濾，過濾雜質(zhì)，將濾液放入冰箱冷藏，析出硼酸晶體，再次進(jìn)行抽濾，將所得 的硼酸晶體放入烘箱中干燥； d. 將所得濾液集中，使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器把多余的水分蒸發(fā)出去，再次過濾，干燥得到少許 硼酸晶體，并向剩余溶液中滴加硫酸，使用高速臺(tái)式離心機(jī)進(jìn)行離心，固液分離，回收吸附 劑，由于反應(yīng)過程中加入了大量的水，因此回收吸附劑中含有些許水，因此需要再次使用旋 轉(zhuǎn)蒸發(fā)器將水分蒸出，最終得到較純的吸附劑。
[0009]所述的一種碳化硼用高純硼酸制備方法，所述步驟a中，恒溫反應(yīng)后的溶液放入旋 轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中，水浴溫度調(diào)至50°C，循環(huán)水力真空栗壓力升至0.09MPa進(jìn)行減壓蒸餾1.5h。
[0010] 所述的一種碳化硼用高純硼酸制備方法，所述步驟b中，恒溫反應(yīng)后的溶液倒入旋 轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中，將水浴溫度調(diào)至50°C，循環(huán)水力真空栗壓力升至0 · 09MPa進(jìn)行減壓蒸餾1 · 5h。
[0011] 所述的一種碳化硼用高純硼酸制備方法，所述步驟c中，恒溫反應(yīng)結(jié)束后立即趁熱 進(jìn)行真空抽濾，過濾雜質(zhì)，將濾液放入冰箱冷藏，冷卻至5°C左右，析出硼酸晶體，再次進(jìn)行 抽濾。
[0012] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是： 1.本發(fā)明以改性后的馬來酸酐-丙烯酸共聚物為鰲合劑，螯合鈣離子的能力強(qiáng)，鈣離子 鰲合能力為289 · 3mg/ml，碳酸|丐分散能力為202 · 5mg/ml。
[0013] 2.本發(fā)明采用螯合吸附法制備高純硼酸，工藝簡單，純化效果好。
[0014] 3.本發(fā)明鰲合劑可回收利用，避免了二次環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。制得的高純硼酸 主要用于生產(chǎn)碳化硼，用于飛機(jī)裝甲，以增強(qiáng)其硬度及耐高溫等性能。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明技術(shù)路線簡圖； 圖2為本發(fā)明產(chǎn)品性能表征共聚物IR圖； 圖3為本發(fā)明產(chǎn)品性能表征改性共聚物的IR圖