无水四硼酸锂的制备方法

背景及概述^[1-2]

四硼酸锂白色晶体。熔点930℃。微溶于水，不溶于乙醇及其它有机溶剂。通常为五水合物。无水四硼酸锂作为一种重要的无机材料，主要用于在X射线荧光分析助溶剂，广泛用于水泥厂，钢铁厂分析用；在搪瓷工业的釉药、润滑脂组分；广泛用于金属冶炼、珐琅制造及等。目前，无水四硼酸锂通常采用硼酸和氢氧化锂溶液反应中和再烘干的工艺生产，该方法生产周期长，能耗较高。专利中描述了一种制备高纯高密度四硼酸锂的方法，该工艺中首先将氢氧化锂溶于沸水并过滤除去杂质，得到重结晶的氢氧化锂；再将重结晶氢氧化锂用2倍沸水溶解，然后加入化学计量比的105％～120％的硼酸，得中和液；再将中和液用不锈钢桶蒸发浓缩得到四硼酸锂溶液，再将四硼酸锂溶液转入不锈钢烘盘中，先后以100-150℃、200-240℃下烘干进行次烘干，再将烘干后的四硼酸锂物料破碎至10-60目,再将破碎后的四硼酸锂在400-450℃下烘干4-5h，最后将二次烘干后的四硼酸锂粉料在930-950℃的电热炉中进行熔融4-5h，最后将熔融后的物料倒入循环流动的纯水中得到结晶，再经离心分离得高密度四硼酸锂晶体。现有技术中并无采用固相反应制备无水四硼酸锂的报道。

制备^[2]

一种固相法制备无水四硼酸锂的方法：

(1)将7407g的99.9％碳酸锂加入到1000L不锈钢双锥混料机中；

(2)将25000g的分析纯硼酸加入到不锈钢双锥混料机中；

(3)将双锥各阀门关闭，打开双锥调速器开始混合原料，控制转速度为50转/min，混合时间为120min，混合完毕后将混合料分均匀分别放于10个不锈钢盘中，即每个不锈钢盘中放3240g混合料；

(4)、将10个不锈钢盘放于高温烘箱中，控制烘箱的升温速率为10℃/min升温，当升温至200℃后，停止升温，并维持200℃4h后，再以10℃/min升温至维持500℃后3h后，关闭烘箱，自热冷却至室温；

(5)、将冷却至室温后的产品用不锈钢粉碎机粉碎，得到16776g产品，产品收率为99.19％。产品经检测结果如表所示：

通过检测结果可以看出，本实施例得到的四硼酸锂含量达到了99.9％。

应用^[3-5]

无水四硼酸锂应用举例如下：

1）制备X荧光分析用玻璃熔片的玻璃化试剂，由无水四硼酸锂或无水四硼酸锂和偏硼酸锂的混合物与硼酸组成。其使用方法为，X荧光分析时，在冶金熔剂中加入无水四硼酸锂或无水四硼酸锂和偏硼酸锂的混合物后，再加入分析纯的硼酸；或可以按一定的配比，预先让硼酸与无水四硼酸锂或无水四硼酸锂和偏硼酸锂的混合物充分混合，制成快速熔融的玻璃化试剂再与冶金熔剂混合。本发明分析结果准确稳定且大大缩短了冶金熔剂的分析周期，分析周期由一个多小时缩短至最快十五分钟左右，使冶金熔剂X荧光快速分析成为现实；本发明能大大降低熔片成本，根据目前市场价格，节约成本至少40%。

2）用于同步测试锰硅或锰铁合金中硅、锰、磷、铬、镍、铜、钛、铅、铁的X荧光测定方法。称取样品、BaO、LiCO，置于烧杯中，用玻璃棒搅拌均匀后，定量转入到事先称重的无水四硼酸锂预制坩埚(质量记为m)，将坩埚置于铂黄金坩埚中(坩埚底部预先平铺(6?m)g无水四硼酸锂)，置于500℃的马弗炉中，加热20分钟后，15分钟内升温至750℃，保温15分钟后取出，冷却。滴加碘化钾脱模剂10～15滴，置于预先升温至1050℃的自动熔样机中，在1050℃温度静止熔融10分钟，在摆动状态下熔融12分钟，浇筑到铂金模具中，冷区后取出融片。将融片置于X荧光仪预先建好的工作曲线上测定各组分含量、锰铁合金9组分的同步测试，测试结果准确、操作方便快捷。

3）用于一种氧化铁矿X射线荧光分析中熔片复合式脱模，包括如下步骤：①将无水四硼酸锂偏硼酸锂混合熔剂、钴粉、试样及硝酸锂混合匀均的混合物加入黄铂金坩埚后，加入溴化锂溶液；②经过一热阶段、二热阶段后，进入熔融阶段，在熔融阶段的180秒?200秒期间内加入碘化钾；③经过自冷阶段及风冷阶段后，将样片编号并倒置坩埚取下样片即可。本发明在双重脱模剂的作用下，极大地提高了脱膜效果，降低了对黄铂金坩埚的光洁度的要求，使黄铂金坩埚的平均使用寿命由原来的熔片170次提高到熔片600次以上，延长了黄铂金坩埚的使用寿命，是原来使用寿命的3倍以上，降低了黄铂金坩埚的重铸维修费用，降低了运行成本，提高了经济效益。

主要参考资料

[1] 无机化合物辞典

[2] CN201810804654.8一种无水四硼酸锂的制备方法

[3] CN200810233919.X制备冶金熔剂X荧光分析用玻璃熔片的玻璃化试剂及其玻璃熔片制备方法

[4] CN201811382662.4一种同步测试锰硅或锰铁合金中硅、锰、磷、铬、镍、铜、钛、铅、铁的X荧光测定方法

[5] CN201710721160.9氧化铁矿X射线荧光分析中熔片复合式脱模方法