一种高纯超细无定形硼粉及其制备方法技术

本发明专利技术属于无定形硼粉制备技术领域，具体涉及一种高纯超细无定形硼粉及其制备方法，所述制备方法包括：将硼源和还原剂进行混合，得到混合料；再通过两步加热法使所述混合料发生自蔓延反应；然后进行冷却和除杂；其中，所述两步加热法的过程包括：在保护性气氛下，先将混合料进行预热、保温，再升温进行自蔓延反应；所述预热的温度低于所述自蔓延反应的温度。本发明专利技术所采用的两步加热法，能通过预热、保温使得液态的硼源和还原剂通过互扩散混合的更加充分，自蔓延反应更彻底，生成杂质相显著降低。且在本发明专利技术优选的加入氯化钙的方案中，能够进一步提高所制备硼粉的纯度，同时通过对冷却进行控制，使得制备的硼粉具有纯度高、粒度细、松比大等特点。大等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种高纯超细无定形硼粉及其制备方法


[0001]本专利技术属于无定形硼粉制备
，具体涉及一种高纯超细无定形硼粉及其制备方法。

技术介绍

[0002]无定形硼粉具有高能量特点，是一种重要的国家战略性资源，主要应用于JG燃料、民用炸药及火工产品制造等领域，特别是在火箭推进燃料、火炸药燃料、点火剂及火工制品等行业大量应用，可极大的提高我国新型燃料的能量水平。此外，该产品还可用于汽车安全气囊引爆剂、高温抗氧化涂层、合成硼化物原料、特殊合金组分、无氧铜冶炼脱氧剂、炼钢添加剂、焊接助剂及高端陶瓷烧结添加剂等众多领域。为了更好的发挥无定形硼粉高能量优势，要求无定形硼粉具有较高的燃烧热值和较好的燃烧性能，这就要求其具有高纯度、细粒径等一系列特点，因此，开发满足使用要求的高纯超细无定形硼粉至关重要。
[0003]目前，无定形硼粉合成方法主要有镁热自蔓延法、铝热自蔓延法、熔盐电解法、卤化硼还原法等，其中已工业化的合成方法为镁热自蔓延法。
[0004]CN111777079A公开了一种超细无定形硼粉的制备方法，该方法以Mg粉末、B2O3粉末和稀释剂（KCl、MgCl2、NaCl）为反应原料，对反应原料进行混合处理后进行镁热还原反应，制得的硼粉纯度在94
‑
95%之间，粒度在0.7
‑
1μm左右，通过该方法制备的硼粉纯度有待进一步提高。
[0005]CN101863662A公开了一种纳米硼粉的制备方法，以B2O3、Mg和KBH4为反应原料，经混合后在氩气保护下于700
>‑
850℃引发自蔓延反应，所得反应粗产物经分离提纯即可得到纳米硼粉，制得的硼粉纯度≥93wt%，粒径为20
‑
120nm。通过该方法制备的硼粉粒度较细，但所制得的硼粉纯度较低，有待进一步提高。
[0006]从以上分析可以看出，通过现有镁热自蔓延法直接制备的无定形硼粉存在着纯度低等问题，为了进一步提高火箭推进燃料、火炸药等产品的能量水平，用户单位对无定形硼粉的纯度提出了越来越高的要求，因此，为了推动我国无定形硼粉及相关行业发展，急需开发一种高纯超细无定形硼粉制备方法。

技术实现思路

[0007]为了克服现有方法制得的无定形硼粉存在纯度低的缺陷，进一步提高无定形硼粉的使用效果，本专利技术提供了一种高纯超细无定形硼粉及其制备方法，该方法制得的无定形硼粉兼具高纯度、高松比、超细粒度的优势。
[0008]本专利技术的专利技术人在研究过程中发现，自蔓延法直接制备硼粉纯度低，至少有如下几个方面的问题：
①
反应原料通过机械混合，然后进行高温烧结反应，由于机械混合无法实现完全混合均匀的目的，会导致反应不彻底，生成的杂质较多，纯度较低；
②
酸浸水洗除杂阶段一般均采用常规酸洗和水洗，没有其他特定工艺控制点进一步提高除杂效果，除杂效果较差，导致最终产品纯度较低。基于此寻求解决方案，进行了进一步研究，进而提出本发
明。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种高纯超细无定形硼粉的制备方法，包括：将硼源和还原剂进行混合，得到混合料；再通过两步加热法使所述混合料发生自蔓延反应；然后进行冷却和除杂；其中，所述两步加热法的过程包括：在保护性气氛下，先将混合料进行预热、保温，再升温进行自蔓延反应；所述预热的温度低于所述自蔓延反应的温度。
[0010]优选地，所述预热的温度为680
‑
700℃。
[0011]优选地，所述保温的时间为10
‑
20min。
[0012]优选地，所述自蔓延反应的温度为750
‑
800℃。
[0013]优选地，以所述硼源和还原剂的总量为基准，所述硼源质量占比为60
‑
80%，所述还原剂质量占比为20
‑
40%。
[0014]优选地，所述硼源为氧化硼，所述还原剂为镁粉或铝粉。
[0015]优选地，所述除杂包括酸洗；且所述制备方法还包括：在所述混合中引入氯化钙。
[0016]优选地，所述酸洗的次数在5
‑
10次。
[0017]优选地，所述除杂还包括：在所述酸洗之前和/或酸洗之后进行水洗。
[0018]优选地，以所述硼源、还原剂和氯化钙的总量为基准，硼源质量占比为60
‑
75%，还原剂质量占比为20
‑
30%，氯化钙质量占比为2
‑
20%。
[0019]优选地，所述冷却的过程包括：在所述自蔓延反应中温度不再继续升高时，将所述自蔓延反应得到的烧结料直接推入冷却区进行所述冷却，直至室温。
[0020]优选地，所述冷却的方式包括：所述冷却区内处于保护性气氛中，进行水冷和气冷。
[0021]优选地，所述水冷采用的冷却水的温度为5
‑
10℃。
[0022]优选地，所述气冷采用的冷却气体的温度为5
‑
10℃。
[0023]第二方面，本专利技术提供第一方面所述方法制得的高纯超细无定形硼粉。
[0024]优选地，所述无定形硼粉满足：纯度在95
‑
97%，粒度D
50
在0.3
‑
0.6μm，松比在0.5
‑
0.7g/cm3。
[0025]本专利技术通过上述技术方案，尤其是在反应原料混合完成后，再通过两步加热法进行自蔓延反应，能够使得，在该预热温度条件下，硼源、还原剂熔化为液态，液态的硼源和还原剂发生相互扩散、相互渗透，能进行微观混合，从而使得硼源和还原剂混合地更均匀，能够解决上述第
①
方面的问题；保温结束后继续升温至自蔓延反应的温度，引发自蔓延反应，使得反应更彻底，生成杂质相显著降低，从而提高了所得无定形硼粉的纯度。
[0026]在本专利技术优选的加入氯化钙的方案中，由于氯化钙在混料阶段加入，自蔓延反应（也称烧结）后存留在生成的硼颗粒周围；在后续酸洗阶段，氯化钙溶于水放出大量热，能提高硼颗粒周围局部温度，从而提高硼颗粒表面杂质与酸的反应程度，能够解决上述第
②
方面的问题，从而加大硼颗粒表面杂质的去除效果，进而进一步提高硼粉纯度。
[0027]在本专利技术优选的冷却过程的方案中，本专利技术在自蔓延反应结束后将所得烧结料迅速地、及时地推入冷却区内，使得烧结料温度迅速降低，防止烧结料在保温过程（指自蔓延反应结束后进入的保温）中硼颗粒的进一步长大，进一步使得所制备的无定形硼粉粒度更细，松比提高，对粒度控制效果较好。
[0028]本专利技术制得的无定形硼粉纯度高，达到95
‑
97%，而且粒径小、松比高，整体燃烧性、相容性好，可用于含硼固体推进燃料等领域。
具体实施方式
[0029]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高纯超细无定形硼粉的制备方法，其特征在于，包括：将硼源和还原剂进行混合，得到混合料；再通过两步加热法使所述混合料发生自蔓延反应；然后进行冷却和除杂；其中，所述两步加热法的过程包括：在保护性气氛下，先将混合料进行预热、保温，再升温进行自蔓延反应；所述预热的温度低于所述自蔓延反应的温度。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预热的温度为680
‑
700℃；和/或，所述保温的时间为10
‑
20min；和/或，所述自蔓延反应的温度为750
‑
800℃。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以所述硼源和还原剂的总量为基准，所述硼源质量占比为60
‑
80%，所述还原剂质量占比为20
‑
40%；和/或，所述硼源为氧化硼，所述还原剂为镁粉或铝粉。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述除杂包括酸洗；且所述制备方法还包括：在所述混合中引入氯化钙。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述酸洗的次数在5
‑
10次；和/或，所述除杂还包括：在所述酸洗之前和/或酸洗之后进行水洗。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鑫，张思源，王彦军，阴荫，冀国娟，贾坤乐，胡晓蕾，
申请(专利权)人：北矿新材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：