三氧化二硼性质、用途与生产工艺
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。
高纯三氧化二硼一般有两种外观,一种玻璃状的碎块,另一种白色粉末状的。硼镁矿石是提炼硼的原料,硼镁矿石的三氧化二硼含量一般从3%~30%,当硼镁矿石
中的三氧化二硼含量在15%-30%时,此矿石适合做制取硼酸的原料,其它品位的硼镁矿石适 合制取硼及硼化物原料。
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。
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。
每100毫升水中的溶解克数:
2.2g/20℃
化学性质
无色玻璃状晶体或粉末。表面有滑腻感,无味。 可溶于酸、乙醇、热水,微溶于冷水。
用途
用于制取元素硼和精细硼化合物,制造硼玻璃、光学玻璃、耐热玻璃及玻璃纤维等,还用作油漆阻燃剂和干燥剂
用途
用作硅酸盐分解时的助熔剂,半导体材料的掺杂剂,耐热玻璃器皿和油漆耐火添加剂。是制取元素硼和各种硼化合物的原料。在冶金工业上用于合金钢的生产。可用作有机合成的催化剂,高温用润滑剂的添加剂以及化学试剂等。
用途
冶金,硅酸盐分析中测定二氧化硅和碱。吹管分析。分解硅酸盐的助熔剂。
用途
用作助熔剂,还用于玻璃、搪瓷、制造硼化合物原料及彩色电视机工业 用作半导体硅的掺杂源和硅酸盐分解时的助熔剂,还可用于硼的制造
生产方法
常压法将硼酸送人加热釜内,升温,硼酸徐徐脱水。当温度升到107.5℃时变为偏硼酸(HBO2),升温到150~160℃时转变为四硼酸(H2B4O7),650℃以上则熔体产生大量泡沫,最终将温度保持在800~1000℃,灼烧脱水到物料呈红色并不再鼓泡为止。熔料相对密度为1.52。这时开启抽丝机进行抽丝,温度控制在700~900℃。然后将抽丝机上的氧化硼丝用退切机切断,包装,得氧化硼成品。其
2H3BO3→B2O3+3H2O
真空法将硼酸置于不锈钢盘中,放人烘箱内先烘1.5 h,再升温至150℃,加热4 h。加热过程中要经常翻动,使其脱水均匀。接着将物料移出,冷却,粉碎,然后置于真空烘箱中,保持密封,在220℃下加热1.5 h,再升温至260℃,并加热4 h。再将物料冷却、粉碎,放入管式炉中,加热温度控制在280℃,在真空下脱水4h,制得氧化硼产品。其
2H3BO3→B2O3+3H2O
类别
农药
毒性分级
中毒
急性毒性
口服-小鼠 LD50: 3163 毫克/公斤; 腹腔-小鼠LD50: 1868 毫克/公斤
刺激数据
皮肤-兔 1000 毫克; 眼睛-兔 50 毫克
可燃性危险特性
与氧化钙混合, 或直接放入石灰乳中混合物发热至白炽化
储运特性
库房通风低温干燥; 与石灰分开存放
灭火剂
水,干粉、二氧化碳
职业标准
TWA 10 毫克/立方米 (尘); TWA 10 毫克/立方米
三氧化二硼
上下游产品信息
上游原料
下游产品