一种络合结晶法脱除硼酸中金属杂质的方法

摘要

本发明公开了一种络合结晶法脱除硼酸中金属杂质制备高纯硼酸的方法，属于精细化学品生产技术领域。其特征是以工业级硼酸为原料，将其与溶剂混合，在一定温度下溶解，加入助剂和络合剂，搅拌反应一定时间之后热过滤、冷却重结晶、离心分离、洗涤、干燥得到的晶体产品即为高纯硼酸，产品纯度达到99.99％。本发明在原料成本、产品性能、工艺流程、环境友好和经济利润等方面具有显著优势，适用于工业化生产，可满足在光学材料、特种玻璃、通信光纤、晶体材料等高科技领域的对硼酸的特殊需求。

说明书

技术领域

本发明属于精细化学品生产技术领域，涉及到一种络合结晶法脱除硼酸中金属杂质的方法。

背景技术

硼酸作为一种多功能的重要化工原料，不仅在传统行业有着广泛应用(包括玻璃、搪瓷、电镀、冶金、医药、橡胶、洗涤剂等诸多方面)，同时也是国家安全、航空航天和核工业的必需品。硼酸的纯度是其应用于特殊材料领域和高科技领域的关键，以非线性光学材料用硼酸为例，其纯度要求达到99.9％以上。目前国产硼酸因为硼矿品位和生产方法的限制，纯度一般在95.0％～99.5％，通常含有铁、钙、铅、砷、镁、铝和卤素、硫酸根等杂质，高纯度专用硼酸还没有形成规模生产，国内的需求基本依赖进口。为了解决我国特殊材料领域和高科技领域日趋增大的市场需求，提高硼工业产品的附加值，有必要开发具有自主知识产权的硼酸高纯化技术。已有的制备高纯度硼酸的方法多数采用工业硼酸或硼酐与醇通过共沸脱水酯化反应获得硼酸酯，再经水解得到硼酸，整个工艺要求苛刻，设备复杂，成本居高，从而限制了产业化应用。本发明提出了简便宜行的络合结晶法脱除硼酸中金属杂质来制备高纯硼酸，产品纯度达到99.99％，其中铁、钙、钾、镁、镍、铅、铜等各杂质均可控制在10ppm以下，必要时可低于2ppm，可以满足光学材料、特种玻璃、晶体材料等领域的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种络合结晶法脱除硼酸中金属杂质制备高纯硼酸的方法，满足在光学材料、特种玻璃、晶体材料、核电等高科技领域对硼酸纯度的特殊需求。

本发明的技术方案是：以工业硼酸为原料，将其与溶剂混合，在一定温度下溶解，加入助剂和络合剂，搅拌反应一定时间之后热过滤、冷却重结晶、离心分离、洗涤、干燥得到的晶体产品即为高纯硼酸。

原料、溶剂、络合剂和助剂的种类和用量，反应温度和干燥温度如下：

原料为工业硼酸；溶剂为C₄以下的一元醇、醚、酸、水，可选取其中的一种或者两种以上；络合剂为氨、C₄以下的一元醇胺、柠檬酸、柠檬酸胺、柠檬酸碱金属盐、酒石酸、酒石酸胺、酒石酸碱金属盐、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸碱金属盐、二乙氨基二硫代甲酸、二乙氨基二硫代甲酸碱金属盐、三辛胺，可选取其中的一种或者两种以上，原料与络合剂的重量配比为100∶0.5～3；助剂是分子式为C_xH_yO_z(x为0、1或2；y为0、1或2；z为1或2)的化合物，原料与助剂的重量配比为100∶0.2～1.5；反应温度为90～120℃，干燥温度为70～110℃。制备的工艺流程如下：

步骤1.将原料溶解于溶剂中，加热温度为90～100℃，滴加助剂，搅拌反应20～60分钟；

步骤2.向将步骤1的反应溶液中加入络合剂，在反应温度90～100℃下搅拌反应2～10小时；

步骤3.将步骤2得到的溶液热过滤，冷却到近饱和，二次过滤，之后继续冷却到30℃左右重结晶，离心分离晶体和母液，母液可以循环使用；晶体真空干燥得到高纯硼酸产品。

本发明的效果和益处是，制备的硼酸纯度达到99.99％，整个流程简单易控制，无环境污染，在制造成本、产品性能等方面都展现出显著的竞争优势和利润空间。

具体实施方式

以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施方式。

实施例1：取1000g工业硼酸，加蒸馏水溶解，搅拌，加热至90℃，添加2～5g酸性氧化性助剂，反应20分钟左右后、加入络合剂(有机碱金属盐)5～8克，在90℃下反应3小时，得到溶液过滤，冷却70～80℃二次过滤，继续冷却重结晶，将所得晶体与母液分离，晶体在90℃真空干燥，获得高纯硼酸样品，产品纯度99.99％，其中杂质含量为：Fe 0.00034％，Ca0.00089％，Co 0.00008％，Cu 0.00026％，Ni 0.00005％，Cr 0.00008％，Ti 0.00002％。

实施例2：取1000g工业硼酸，加蒸馏水溶解，搅拌，加热至90℃，添加10～15g氧化性助剂，反应60分钟左右后、加入络合剂(氨或C₄以下的一元醇胺)10～20克，加热到100℃，反应8小时左右，得到溶液过滤，冷却80℃左右二次过滤，继续冷却重结晶，将所得晶体与母液分离，晶体在100℃真空干燥，获得高纯硼酸样品，产品纯度99.99％，其中杂质含量为：Fe 0.00058％，Ca 0.00096％，Co 0.00006％，Cu 0.00023％，Ni 0.00008％，Cr 0.00006％，Ti 0.00008％。