[發明專利]利用苦鹵合成硼酸鎂晶須的方法

有效

• 申請號: 200710058972.6
• 申請日: 2007-08-20
• 公開（公告）號: CN101165227A
• 公開（公告）日: 2008-04-23
• 發明（設計）人: 張旖;王俐聰;張家凱;黃西平;曹冬梅
• 申請（專利權）人: 國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所
• 主分類號: C30B29/22
• 分類號: C30B29/22;C30B29/62
• 代理公司: 天津市宗欣專利商標代理有限公司
• 代理人: 崔立增

技術領域

本發明涉及硼酸鎂(Mg₂B₂O₅)晶須的合成方法，特別是涉及利用苦鹵為原料合成硼酸鎂晶須的方法。

背景技術

硼酸鎂(Mg₂B₂O₅)晶須為纖維狀單晶體，具有高強度、高模量、高耐磨性、輕質以及耐腐蝕和熱穩定性好等優點，可作為新型材料增強劑應用于輕金屬材料以及塑料、橡膠、陶瓷等復合材料的制品中，可廣泛用于汽車、電氣、電子、機械、化工等領域。

現有技術的硼酸鎂晶須合成方法包括：1)高溫氣相合成法；2)微波固相合成法；3)水熱-高溫合成法；4)高溫干法固相合成法；5)高溫濕法固相合成法。

高溫氣相合成法以鉬/鈀為催化劑，由氧化鎂、碘化硼和硼酸在高溫氣相條件下合成硼酸鎂晶須，這種方法的原材料成本太高而不適宜工業化生產。

微波固相合成法是以氯化鎂和硼砂為原料，在微波輻射下以氧化鋅為加熱介質合成硼酸鎂晶須，此方法能耗巨大而不適用于工業化生產。

水熱-高溫合成法以硼酸或者硼砂為硼源，以氫氧化鎂、碳酸鎂或氧化鎂作為鎂源，將硼源和鎂源加水混合，放于高壓釜中以100～400℃加熱得到堿式硼酸鎂漿液，再經過濾、洗滌、干燥得到堿式硼酸鎂，然后將堿式硼酸鎂在660～1100℃加熱得到硼酸鎂晶須。此方法在高壓下進行，對反應設備要求高，不易操作，并且合成的晶須增強性能差而難以實際應用。

高溫干法固相合成法以氧化鎂、氫氧化鎂、堿性碳酸鎂、硫酸鎂、氯化鎂或溴化鎂作為鎂源，以氧化硼、硼酸、偏硼酸或者相應的堿金屬鹽如硼酸鈉、焦硼酸鈉、焦硼酸鉀、偏硼酸鈉等作為硼源，以鹵化鈉或鹵化鉀作為助熔劑。將鎂源、硼源和添加的助熔劑混合后于600～1000℃的溫度范圍內加熱反應，然后再冷卻、洗滌、干燥得到硼酸鎂晶須。該方法合成的硼酸鎂晶須纖維化不顯著，纖維之間熔融而形成明顯的團聚，晶須尺度分布范圍廣，粗細纖維混雜在一起，作為增強劑使用時增強性能較差，因此影響其實際應用。

高溫濕法固相合成法以硼酸、氯化鎂、氫氧化鈉為原料，氯化鈉或者氯化鉀為助熔劑，混合后的懸浮液噴霧干燥后得到粉體，將粉體在750～950℃加熱反應，再冷卻到室溫后分離得到硼酸鎂晶須。此方法合成的晶須纖維化顯著，長徑比大于10，用于增強鋁基和鎂基復合材料取得較好的效果。但是，該方法所采用的氯化鈉、氯化鉀、氯化鎂原料均需化學純或者優級工業品，存在原料成本較高的問題，影響其產業化生產。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明推出了利用苦鹵制取硼酸鎂晶須的方法。苦鹵是制鹽工業的副產物，成本低廉，含有高濃度的氯化鎂、硫酸鎂、氯化鈉和氯化鉀。利用苦鹵中的鎂離子作為合成硼酸鎂晶須的鎂源，苦鹵中的氯化鉀、氯化鈉及合成反應副產的硫酸鈉作為助熔劑，外加的硼酸作為硼源，可以實現利用低成本原料合成硼酸鎂晶須。

本發明所涉及的利用苦鹵合成硼酸鎂晶須的方法包括：苦鹵預處理、配料反應、噴霧干燥、燒結熔融、洗滌和干燥等工藝步驟。

(1)苦鹵預處理

在苦鹵中加入適量的次氯酸鈉藥劑，攪拌后過濾，去除苦鹵里的有機物以及膠體等雜質，得到凈化的苦鹵。次氯酸鈉與苦鹵混合的體積比為1∶1000。

(2)配料反應

將預處理后的苦鹵、硼酸、氯化鈉在室溫下攪拌混勻后加入氫氧化鈉，再攪拌得到懸浮液。上述配料質量比為：比(苦鹵中的鎂)∶H₃BO₃∶NaCl∶NaOH＝1∶3.05～3.31∶12.5?7∶3.38。

對于上述配料反應，可以在攪拌混合苦鹵、硼酸、氯化鈉后加入氫氧化鈉的同時加入少量硼酸鎂晶須晶種，然后攪拌得到懸浮液。硼酸鎂晶須晶種加入量為合成晶須理論量的10％。

(3)噴霧干燥

將上述配料反應得到的懸浮液進行噴霧干燥，得到粉體。

(4)燒結熔融

將上述噴霧干燥所得到的粉體置于坩堝中，再將內置粉體的坩堝放入程序升溫爐中燒結，以10℃/分鐘的速率升溫至800～850℃，在此溫度區間反應2～3小時，然后將燒結熔融物冷卻至室溫，得到硼酸鎂晶須和助熔劑的混合物。

(5)洗滌

將燒結得到的硼酸鎂晶須和助熔劑的混合物溶解于水中，攪拌10～30分鐘后過濾，得到濾餅。用清水反復洗滌濾餅，直到濾液中不含有氯離子和硫酸根離子為止。

(6)干燥

將上述反復洗滌得到的濾餅在100～120℃溫度下干燥，即得到硼酸鎂晶須產品。