硼酸-10B的制备

背景及概述^[1]

硼（B）有两种稳定的同位素：10B和11B，它们在自然界中的丰度大约为19.8%和80.2%左右。硼酸-10B对中子的吸收能力非常强，广泛应用于核电、军事装备、现代工业及医药等方面。

其中，富集硼酸-10B作为很好的中子吸收剂应用于核工业上，较之天然丰度的硼酸有着极为显著的优势：可大幅增加反应堆冷却系统中10B的浓度，减少硼酸的整体用量。相关研究表明，10B浓度增加带来的好处在于：增强反应堆能力、增加使用MOX燃料（混合氧化物）、增加循环和燃烧周期、减少每个循环的燃料消耗量，大幅减少废液处理费用、最终所需的燃料费用及中间和最后的储存费用。

制备^[2]

报道一、

一，水解反应：

1、在反应釜中加入质量比为1.5:1的去离子水和碳酸钙，开启搅拌，混合均匀后，通过电加热或夹套蒸汽加热至75℃；

2、向反应釜中通入三氟化硼-10气体，持续搅拌，使三氟化硼-10气体均匀分散在碳酸钙与去离子水的固液混合物中，当三氟化硼-10气体和碳酸钙与去离子水的固液混合物的体积比达到45:1时停止通气；

3、三氟化硼-10气体的通入速度应使三氟化硼-10气体在混合物中的停留时间在15分钟；

4、反应6小时后，保持反应釜温度在75℃，对反应釜内的固液混合物进行抽滤或过滤，所得滤液即为硼酸水溶液，滤饼为碳酸钙和氟化钙混合物；用去离子水洗涤固体滤饼，所得洗液与母液混合，洗涤滤饼使用的去离子水数量为反应釜中去离子水总量的1/3；

二、硼酸结晶：

1、向过滤所得的硼酸水溶液中加入去离子水，进行稀释、冲洗和降温，加水在静态混合器中进行，去离子水与硼酸溶液在静态混合器中逆流接触，混合后一起进入过滤罐中,过滤罐的搅拌器持续搅拌，过滤罐中的硼酸浓度降至1%（wt）;

2、过滤罐中硼酸溶液温度降至室温后，对过滤罐内的硼酸水溶液再次进行抽滤或过滤，所得滤液仍为硼酸水溶液，滤饼为氟化钙和碳酸钙混合物，硼酸水溶液进入蒸发罐中；

3、对蒸发罐内的硼酸水溶液进行蒸发浓缩，当硼酸水溶液的温度达到105℃时，溶液达到饱和状态，停止脱水；此时开始降温结晶，搅拌桨的转速为80转/分钟，硼酸溶液以3℃/分钟的降温速度降至室温后，过滤干燥所得硼酸晶体即为硼-10酸固体；结晶母液循环使用，将硼-10酸固体在82℃下恒温干燥15小时，得到硼酸-10B。

报道二、

称取粉末状碳酸锂（Li₂CO₃）55.4g（0.75mol，三氟化硼与碳酸锂比例为1:1.5），加入277.0g水溶解，形成碳酸锂与水的固液混合物。将固液混合物加热到40℃后，以10ml/min的速率缓慢通入富集三氟化硼10BF₃33.9g（0.5mol），同时不断搅拌，三氟化硼10BF₃通入时间约为2h。三氟化硼气体通入完成后继续水浴维持40℃反应25小时，促进反应（6）的发生。

反应完成后溶液pH在7左右，生成的氟化锂是非常容易过滤的固体状沉淀。室温下过滤，将氟化锂与母液分离开来，并用大约100g去离子水洗涤固体滤饼，所得洗液与母液混合。

所有滤液以1cm/min的线速度通过732强酸性阳离子交换树脂进行离子交换，将溶液中残余的少量锂离子交换成氢离子。全部滤液通过离子交换树脂后，用200g去离子水洗涤树脂以回收被树脂吸附的母液。

加热滤液，蒸发水分，直到有硼酸-10B晶体析出。之后将含析出固体的悬浮液冷却到大约0℃，继续析出硼酸-10B晶体。过滤得到硼酸固体，并用去离子水冲洗硼酸-10B固体，得到的滤液与母液混合继续进行蒸发结晶。重复操作，直到蒸发结晶后得不到硼酸-10B固体。经60℃恒温干燥30小时得到硼酸-10B产品。此方法得到硼酸-10B收率在95%以上，纯度在98%以上。

参考文献

[1][中国发明,中国发明授权]CN201510101259.X一种硼-10酸和硼-11酸的工业生产方法

[2][中国发明,中国发明授权]CN201310583193.3一种硼-10酸制备方法