四硼酸锂的主要应用

背景及概述^[1]

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。五硼酸锂(Li₂B₁₀O₁₆)常为八水合物，白色粉末，相对密度1.72，在300—350℃时失去全部结晶水。均可由氢氧化锂和硼酸一起熔融反应而制得。用作瓷釉。。

应用^[2-4]

四硼酸锂又名焦硼酸锂，分子式为Li₂B₄O₇，分子量为169.12。高纯、高密度四硼酸锂是一种新型温度补偿型表面波基片芯片和压电单晶基片材料，在微电子、数码技术、光电子科技、新型计算机、视频传播、军事科技、航空航天、卫星通讯、国防技术等许多领域有着广泛而重要的应用。如可制备一种四硼酸锂压电晶体，特别是涉及一种大尺寸四硼酸锂压电晶体的制备方法。包括将先合成的四硼酸锂多晶料压成致密圆柱状料块，将料块装入事先已放入籽晶的Pt坩埚并入炉，炉温控制在950~1000℃，坩埚下降速率为0.1~0.6mm/h，可生长出厚度30~80mm、宽度大于120mm、长度150mm以上的优质大单晶，再通过侧向加工即沿尺寸大的一侧作为晶棒轴向，小的一侧作为晶棒厚度方向加工，即可得大尺寸的四硼酸锂压电晶体型材。与传统下降法相比，上述方法克服了传统下降法生长大尺寸四硼酸锂晶体时遇到的难接种、易漏坩埚、晶体易开裂等技术瓶颈，采用侧向生长和扁型坩埚设计，可提高晶体生长速率，从而降低晶体生长难度，有利于实现大尺寸四硼酸锂晶体的工业化生长。

早在20世纪初，人们就制得了四硼酸锂，但当时由于应用化工技术比较薄弱，四硼酸锂并没有广泛地应用于各行各业，直到上世纪80年代才逐步开始应用于搪瓷工业的釉药、润滑脂组分，后期随着材料化学的推广，四硼酸锂逐步应用于缓冲剂和防腐剂，并且也被应用于新材料的开发，直到21世纪，随着钢铁冶炼技术的革新，四硼酸锂被用于波长色散XRF荧光光谱仪、AA原子吸收和ICP等制样以检测钢铁组分，这才正式宣告四硼酸锂新春的到来，但随着技术步伐的不断迈进，传统方法生产的高纯四硼酸锂（密度约为0.7g/㎝³）已经不能满足检测行业的使用，各种高纯高密度的四硼酸锂越来越受欢迎。

此外，四硼酸锂还可用于分析领域，如检测工业碳酸钡主含量，该方法包括：用分析纯四硼酸锂作为溶剂于白金坩埚内高温熔制成荧光仪要求的样片，作为待测样品，检测之前要用分析纯四硼酸锂做溶剂加优级纯碳酸钡熔制系列标准样品，建立标准工作曲线，最后将待测样品用工作曲线检测分析其碳酸钡含量。(1)本发明利用分析纯四硼酸锂熔制标样和待测样品，利用荧光仪检测稳定快速的特点进行检测，一个样品整个过程为熔样(自动进行)、检测(仪器检测)，时间在25min之内，可以排除化学滴定认为造成的误差，同时解放劳动力，提高科技含量。(2)用分析纯四硼酸锂作为溶剂，熔制样品均一稳定，检测结果真实可靠；(3)分析纯四硼酸锂元素都是轻元素，几乎没有基体干扰，检测结果可信度较传统方法高。

制备^[2,6]

方法1：一种工艺简化，工艺条件要求低，成本低廉，操作方便，质量指标能达到国际先进水平且对环境污染小易于治理的高纯高密度四硼酸锂的制备方法。技术构思如下：将工业级氢氧化锂经低温溶解、过滤、蒸发浓缩、冷却结晶、离心分离等步骤进行提纯，提纯后的氢氧化锂按固液质量比1：2溶于煮沸的纯水中，根据溶液中氢氧化锂的含量，按反应的化学计量数之比（以下简称“化学计量比”）的105%～120%加入工业级硼酸中和反应（即加入过量5～20%的硼酸），然后经蒸发浓缩、一次烘干、破碎、二次烘干、高温熔融、水淬冷却等流程制得高纯高密度的四硼酸锂，其主要反应原理为：

步骤如下：

A、提纯氢氧化锂：将原料工业级单水氢氧化锂以固液质量比1：5比例溶于纯水中；加入除杂试剂并过滤除去不溶物；滤液蒸发浓缩至可见明显晶体；冷却至室温后离心分离得重结晶单水氢氧化锂；所述除杂试剂由乙二胺四乙酸与碳酸氢铵按质量比1：0.54混合而成；所述除杂试剂中的乙二胺四乙酸的物质的量为所述原料工业级单水氢氧化锂中杂质金属Ca、Mg、Fe、Pb总物质的量的两倍；

B、中和配料：将重结晶单水氢氧化锂以固液质量比1：2用煮沸的纯水溶解，然后按照化学计量比的105%～120%加入硼酸中和，得中和液；

C、将中和液用不锈钢桶蒸发浓缩至溶液变白；

D、一次烘干：将蒸发至变白的四硼酸锂溶液趁热倒入不锈钢烘盘中，先在100—150℃下烘干3—4h，再在200—240℃下烘干8—10h；

E、二次烘干：将一次烘干后的物料破碎至粒度在10—60目之间，在400—450℃，4—5h条件下进行二次烘干；

F、将二次烘干后的四硼酸锂粉料在电热炉中进行熔融，熔融温度930‑950℃，时间4‑‑5h；

G、熔融后的物料倒入循环流动的纯水之中进行水淬冷却结晶，离心分离得高密度四硼酸锂晶体；

H、将步骤G所得晶体在60‑80℃烘干1‑2h，去除晶体表面水分。

方法2：一种四硼酸锂水热提纯方法，所述方法包括以下步骤：1)将商品无水四硼酸锂与去离子水按比例混合；2)将混合后的样品装入水热反应釜中，密闭于90~200℃恒温1~12小时；3)自然冷却，进行固液分离，固相物经洗涤、干燥得到纯化的四硼酸锂，液相返回水热反应釜中循环使用，或根据纯度要求排出。本发明省去了四硼酸锂溶解以及过饱和溶液的制备过程，且不需要搅拌与冷凝回流，简化了工艺流程、设备简单易操作，且可以批量生产，有效地解决现有提纯方法工艺复杂、成本高、提纯效果不理想等技术难题，可以大大地降低生产成本，具有较好的产业化前景。

主要参考资料

[1] 无机化合物辞典

[2] CN201210347200.5一种高纯高密度四硼酸锂的制备方法

[3] CN200810200499.5一种大尺寸四硼酸锂压电晶体的制备方法

[4] CN201310528856.1一种高效、准确检测工业碳酸钡主含量的方法

[5] CN201510078259.2一种四硼酸锂水热提纯方法