氧化硼的应用

概述^[1]

氧化硼亦称“硼酸酐”。化学式B2O3，溶于热水，冷水中仅微热溶解。在水中形成正硼酸。在热的水蒸气中形成可挥发的偏硼酸。熔融状态下，可溶解多种金属氧化物，得到有色的硼玻璃。碱金属以及镁、铝能使之还原为单质硼。要得到高纯氧化硼，必须先制备出高纯硼酸，高纯硼酸的制备方法主要有重结晶法、离子交换法、络合法、酯化-水解法以及膜分离法、电化学方法、吸附法等。

其中酯化-水解法综合效果相对较好，该方法易于实现工业化，制备的硼酸产品纯度高，该法采用硼酸和低级醇反应生成低沸点硼酸酯，用精馏的方式实现硼酸酯和杂质的分离，再将酯化物水解，可得到99.999%的高纯硼酸。高纯硼酸在新兴技术及核工业都有广泛的应用，常作为高纯试剂及生产各种高纯硼酸盐原料，在核工业中用作冷却剂等。

应用^[2-3]

氧化硼可广泛用作硅酸盐分解时的助熔剂、半导体材料的掺杂剂、有机合成中的酸性催化剂、油漆的耐火添加剂及制取元素硼和多种硼化物的原料等，高纯氧化硼（≥99.999%）则是制造Ⅲ~Ⅴ族化合物半导体（如砷化镓、磷化镓、砷化铟）时的液封剂。近年来随着LED行业的迅速发展，其衬底材料砷化镓的产量越来越大，对高纯氧化硼的需求也随之增加。

1）用氧化硼制备硼粉：

将氧化硼、铝粉按照一定比例经研磨、还原、酸溶、过滤、烘干而成；所述原料氧化硼和铝粉的重理比例为5∶3.5-4.5；原料使用前将其研磨至过150目筛；所述还原温度为80-900℃，还原时间为30-50分钟；所述酸溶是用质量浓度为20-30%的盐酸进行溶解。本发明方法设计合理，可操作性强，制备工艺流程短、简便可控，对设备的腐蚀轻，制备的硼粉纯度和得率高。

2）制备绿色环保氧化硼高档陶瓷釉料：

为解决现有含氧化铅的陶瓷釉面材料，避免陶瓷制品因铅溶出对人体及环境造成危害等问题而设计的。其制备方法如下：原料过60目标准筛，取筛下部分；原料经干燥后按重量百分比混合： SiO250-60%； Al2O35-8%； B2O315-2O%； Na2O2-8%； CaO2-8%； Li2O1-2%； K2O1-2%； MgO1-2%； BaO1-2%； ZrO21-2%。原料充分搅拌混合后入炉，经1250~1300℃熔制，烧好的熔块流入水中淬冷，然后捞出经烘干后制得绿色环保氧化硼高档陶瓷釉料。本发明提供的绿色环保氧化硼高档陶瓷釉料从根本上消除了高档日用陶瓷产品中的铅对人类的威胁。同时，氧化硼无铅釉的成功使用，从材料和工艺上彻底解决了高档陶瓷生产中的铅污染问题，对于保护工人健康，延长窑炉寿命等都非常有利。

制备^[4]

以纯度为99%的工业硼酸为原料，生成容易和杂质分离的中间产物，同时要求中间产物便于重新制备成硼酸，硼酸和甲醇反应得到的硼酸三甲酯符合上述条件，主要反应如下：

步骤1：高纯硼酸的制备

1）重结晶。将360g工业硼酸置于2000mL反应瓶中，加入1400mL纯水，加热搅拌溶解，再加入3%（质量分数）的双氧水。反应回流1h，趁热过滤，冷却结晶，过滤，将物料于60℃下干燥。

2）酯化硼酸。将180g重结晶的工业硼酸置于2000mL反应瓶中，分别加入1500mL无水甲醇（物质的量比为1∶12）和几滴醋酸，搅拌的同时边加热，恒温回流反应1h。控制温度以蒸出硼酸甲酯为主要成分的共沸物，收集蒸馏温度为40～60℃的共沸物。当蒸气温度达到60℃以上时，换接收瓶，回收甲醇，蒸至瓶中出现少量固体时停止加热，冷却瓶底液，过滤，回收硼酸。

3）水解硼酸酯化物。将40～60℃的共沸物放入烧瓶中，再加入占共沸物体积80%的高纯水，水解回流1h，蒸出甲醇。冷却结晶，过滤，干燥后得到高纯硼酸。

步骤2：氧化硼煅烧

将高纯硼酸置于铂金坩埚中，依次于200℃下煅烧0.5h、900℃下煅烧1h、800℃下真空煅烧1h，在真空下随炉冷却后快速取出，真空包装。

主要参考资料

[1] 化合物词典

[2] CN201410571789.6一种用氧化硼制备硼粉的方法

[3] CN200910220614.X绿色环保氧化硼高档陶瓷釉料

[4] 高纯氧化硼的制备