[发明专利]无定形硼粉的生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及无定形硼粉的生产工艺，属于粉体材料的制备领域。

背景技术

单质硼有晶体和无定形两种结构。元素硼熔点2300℃，密度2.35g/cm3，是一种特别硬而脆的固体，硬度仅次于金刚石。结晶硼为黑灰色，有时呈黑色到银灰色或亮红色，并有金属光泽，有高的电阻，导电率随温度升高而增大。无定形硼是一种无臭的黑褐色粉末，常温下在空气中稳定，加热到300℃时能被氧化，达到700℃时着火，无定形单质硼的化学性质比结晶单质硼活泼，且无定形硼粉还具有比表面积大，燃烧热值高等优点，在军事、航空航天、汽车及先进材料的制备等许多领域受到重视。

目前国际上只有美国、德国等少数国家能够工业化生产无定形硼粉，通常采用镁热还原法，另外还有氯化硼还原法、溴化硼氢还原法，氢化硼裂解法等多种工艺。镁热还原法工艺为以B₂O₃和Mg按一定比例混合后，进行高温热还原反应，高温下得到的无定形硼容易被进一步氧化，造成纯度不高，而通过制备的粗硼与Mg粉二次还原，由于二次反应热值较低、需要靠电加热的方式维持反应，纯度也只有90-92％；该工艺不安全因素较多，且易生成硼镁化合物杂质。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无定形硼粉的生产工艺，采用该工艺制备的无定形硼粉纯度高，达到97-98％，而且粒度小而均匀，燃烧性好。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种无定形硼粉的生产工艺，为将质量之比为3:1的硼酐粉和镁刨花叠层放置，在800-1100℃温度条件下进行热还原反应，制备无定形硼，然后再经酸洗和碱洗，烘干后过筛，得到无定形硼粉。

所述的一种无定形硼粉的生产工艺，具体包括以下步骤：

(1)按质量比3:1准备硼酐粉和镁刨花；

(2)将硼酐粉和镁刨花叠层置于钼盘中，底层为硼酐粉，上面铺镁刨花，逐层交错铺放，并使钼盘留有20％的体积余量；

(3)预热真空马弗炉，并稳定在800-1100℃；

(4)将装好原料的钼盘置于真空马弗炉中，进行抽真空，在真空状态下进行热还原反应；

(5)当观察到钼盘中固体变成棕色，这时表示反应已完成；停止加热，使钼盘在真空马弗炉中自然冷却，然后在关闭抽真空装置至压力回复到大气压，将钼盘取出，并将取出的产物进行破碎；

(6)将破碎后产物与盐酸和硝酸的混合液按一定比例混合，加热至沸腾进行杂质的酸解，直至溶液中的固体体积不再变化，然后过滤，洗涤；如此进行多次酸解；

(7)然后将酸解剩余固体与氢氧化钠溶液按一定比例混合，进行杂质的碱解，直至溶液中固体的体积不再变化，然后过滤、洗涤；如此重复多次碱解；

(8)过滤得粉状固体，并用纯水清洗至中性；

(9)然后将粉状固体平铺于烘盘中，并加少量的无水乙醇，置于烘箱中烘干；

(10)过150目筛，筛下物即为制得的无定形硼粉。

其中，

优选的，镁刨花的纯度不低于99.5％，如选用1#、0#镁锭。

优选的，镁刨花的尺寸为：宽不大于8mm、长不大于50mm、厚不大于0.5mm。所述镁刨花为以镁锭为原料，采用刨床制成的刨花。

优选的，所述硼酐粉粒度在0.3mm以下；更优选粒度在0.2mm以下。

步骤(4)中所述的热还原反应为瞬间反应，反应的一瞬间，炉温会急剧上升，钼盘中固体从黑色变成棕色，这表示反应已完成。

优选的，步骤(4)，抽真空至真空度为10^-5Pa。

优选的，步骤(6)中，所述盐酸和硝酸的混合液中HCl的浓度为50-60wt％，HNO₃的浓度为5-6wt％，其余为水。

优选的，步骤(6)中，每次酸解，固体与盐酸和硝酸的混合液的质量之比为1：8～10。

优选的，步骤(6)中，重复进行6次酸解。

优选的，步骤(7)中，所述氢氧化钠的浓度为1～2wt％。

优选的，步骤(7)中，每次碱解，固体与氢氧化钠溶液的质量之比为1：8～10。

优选的，步骤(7)中，重复进行2次碱解。

优选的，步骤(9)中，所述无水乙醇的添加量为烘盘中粉状固态总质量的5～10％，添加无水乙醇的目的在于除水更彻底与防止产品受热氧化。

优选的，步骤(9)中，所述烘箱的温度为120-200℃。