1303-86-2 / 氧化硼的應用

概述^[1]

氧化硼亦稱“硼酸酐”。化學式B2O3，溶于熱水，冷水中僅微熱溶解。在水中形成正硼酸。在熱的水蒸氣中形成可揮發的偏硼酸。熔融狀態下，可溶解多種金屬氧化物，得到有色的硼玻璃。堿金屬以及鎂、鋁能使之還原為單質硼。要得到高純氧化硼，必須先制備出高純硼酸，高純硼酸的制備方法主要有重結晶法、離子交換法、絡合法、酯化-水解法以及膜分離法、電化學方法、吸附法等。

其中酯化-水解法綜合效果相對較好，該方法易于實現工業化，制備的硼酸產品純度高，該法采用硼酸和低級醇反應生成低沸點硼酸酯，用精餾的方式實現硼酸酯和雜質的分離，再將酯化物水解，可得到99.999%的高純硼酸。高純硼酸在新興技術及核工業都有廣泛的應用，常作為高純試劑及生產各種高純硼酸鹽原料，在核工業中用作冷卻劑等。

應用^[2-3]

氧化硼可廣泛用作硅酸鹽分解時的助熔劑、半導體材料的摻雜劑、有機合成中的酸性催化劑、油漆的耐火添加劑及制取元素硼和多種硼化物的原料等，高純氧化硼（≥99.999%）則是制造Ⅲ~Ⅴ族化合物半導體（如砷化鎵、磷化鎵、砷化銦）時的液封劑。近年來隨著LED行業的迅速發展，其襯底材料砷化鎵的產量越來越大，對高純氧化硼的需求也隨之增加。

1）用氧化硼制備硼粉：

將氧化硼、鋁粉按照一定比例經研磨、還原、酸溶、過濾、烘干而成；所述原料氧化硼和鋁粉的重理比例為5∶3.5-4.5；原料使用前將其研磨至過150目篩；所述還原溫度為80-900℃，還原時間為30-50分鐘；所述酸溶是用質量濃度為20-30%的鹽酸進行溶解。本發明方法設計合理，可操作性強，制備工藝流程短、簡便可控，對設備的腐蝕輕，制備的硼粉純度和得率高。

2）制備綠色環保氧化硼高檔陶瓷釉料：

為解決現有含氧化鉛的陶瓷釉面材料，避免陶瓷制品因鉛溶出對人體及環境造成危害等問題而設計的。其制備方法如下：原料過60目標準篩，取篩下部分；原料經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%。原料充分攪拌混合后入爐，經1250~1300℃熔制，燒好的熔塊流入水中淬冷，然后撈出經烘干后制得綠色環保氧化硼高檔陶瓷釉料。本發明提供的綠色環保氧化硼高檔陶瓷釉料從根本上消除了高檔日用陶瓷產品中的鉛對人類的威脅。同時，氧化硼無鉛釉的成功使用，從材料和工藝上徹底解決了高檔陶瓷生產中的鉛污染問題，對于保護工人健康，延長窯爐壽命等都非常有利。

制備^[4]

以純度為99%的工業硼酸為原料，生成容易和雜質分離的中間產物，同時要求中間產物便于重新制備成硼酸，硼酸和甲醇反應得到的硼酸三甲酯符合上述條件，主要反應如下：

步驟1：高純硼酸的制備

1）重結晶。將360g工業硼酸置于2000mL反應瓶中，加入1400mL純水，加熱攪拌溶解，再加入3%（質量分數）的雙氧水。反應回流1h，趁熱過濾，冷卻結晶，過濾，將物料于60℃下干燥。

2）酯化硼酸。將180g重結晶的工業硼酸置于2000mL反應瓶中，分別加入1500mL無水甲醇（物質的量比為1∶12）和幾滴醋酸，攪拌的同時邊加熱，恒溫回流反應1h。控制溫度以蒸出硼酸甲酯為主要成分的共沸物，收集蒸餾溫度為40～60℃的共沸物。當蒸氣溫度達到60℃以上時，換接收瓶，回收甲醇，蒸至瓶中出現少量固體時停止加熱，冷卻瓶底液，過濾，回收硼酸。

3）水解硼酸酯化物。將40～60℃的共沸物放入燒瓶中，再加入占共沸物體積80%的高純水，水解回流1h，蒸出甲醇。冷卻結晶，過濾，干燥后得到高純硼酸。

步驟2：氧化硼煅燒

將高純硼酸置于鉑金坩堝中，依次于200℃下煅燒0.5h、900℃下煅燒1h、800℃下真空煅燒1h，在真空下隨爐冷卻后快速取出，真空包裝。

主要參考資料

[1] 化合物詞典

[2] CN201410571789.6一種用氧化硼制備硼粉的方法

[3] CN200910220614.X綠色環保氧化硼高檔陶瓷釉料

[4] 高純氧化硼的制備