[发明专利]一种脱除高纯硼酸中痕量钙的方法

说明书

本发明属于高纯无机产品制备技术领域，提供了一种脱除高纯硼酸中痕量钙的方法。该方法基于硼酸中硼的缺电子性质，选取含有孤对电子和电负性较强官能团的有机或无机分子，在硼酸结晶过程中对金属离子杂质特别是钙离子进行束缚，在适当降温梯度范围内降低金属离子与硼酸结晶面之间相互作用。通过该过程可以获得钙杂质含量小于1ppm的硼酸，同时也降低其它金属杂质含量，可方便嫁接到酯化法高纯硼酸制备工艺中，也可以分析纯硼酸为原料。脱钙工艺操作方便，设备简单，整个过程不引进有害杂质。该方法为高纯硼酸进一步深度脱除其中痕量钙杂质提供了有效途径，有望在核用高纯硼酸及其它对钙等金属杂质含量严格限制的高端应用领域得到应用。

技术领域

本发明属于高纯无机产品制备技术领域，涉及一种高纯硼酸中痕量钙的脱除方法。

背景技术

硼酸的纯度是其应用于特殊材料领域和高科技领域的关键。高纯硼酸在新能源、新材料、光电通信和医疗等领域发挥着重要作用，它不仅是一些高端含硼材料或器件的原料，同时还作为添加剂或催化剂等直接应用于生物医药医疗、化工过程和核电站核反应控制等领域。工业硼酸中通常含有Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Al³⁺、SO₄^2-、F^-、Cl^-、PO₄^3-及SiO₂等杂质，这些杂质将不同程度地影响其应用性能。以核电用高纯硼酸为例，杂质容易引起沉积物生成和设备腐蚀，影响设备性能和寿命，因此一般对硼酸中杂质限制在1ppm以下。然而，硼酸中杂质与硼矿品位及其加工工艺有关，国内大部分硼矿组成复杂，采用传统重结晶、络合结晶等方法无法达到核电级等高纯硼酸的应用要求，为此前期发明了利用酯化法等制备核电级高纯硼酸专利技术，如:宁桂玲等发明的一种核电级高纯硼酸制备方法(ZL201318002033.6)，叶俊伟等发明的一种核电级高纯硼酸的制备方法(ZL201010581338.2)，宁桂玲等发明的一种络合结晶法脱除硼酸中金属杂质的方法(ZL200910303392.8)，以及田朋等发明的一种高转化率制备硼酸三甲酯的方法(ZL202010122788.9)，等等。但是，大量实验表明，尽管酯化方法能使纯化后硼酸中大部分杂质控制在1ppm以下，但钙含量仍然在2～10ppm范围内波动。本发明提出一种结合硼酸酯化法工艺脱除酯化后高纯硼酸中痕量钙的方法，在保证不增加其它杂质前提下，使钙的含量低于1ppm。纯化后硼酸不仅满足核电级硼酸质量要求，同时在光学材料、特种玻璃、电子器件等各高端应用领域显示潜在优势。

发明内容

本发明提供一种脱除高纯硼酸中痕量钙的方法，该方法基于硼酸中硼的缺电子性质，在适当降温梯度范围内，利用特定功能分子(简称干扰剂)与硼之间相互作用以降低金属离子特别是钙离子与硼酸结晶的作用，进而可以获得钙杂质含量小于1ppm的高纯硼酸，整个过程不引进任何其它杂质。该方法不仅适用于酯化法高纯硼酸中痕量钙的脱除，对于杂质含量较低的分析纯硼酸，仍然可以高效脱除其中痕量钙杂质。

本发明的技术方案是：

一种脱除高纯硼酸中痕量钙的方法，以硼酸酯化法获得的硼酸甲酯或分析纯硼酸为原料，以高纯水与给定量干扰剂配成的混合液为溶剂，其中干扰剂在含有羧基、硝基或胺基官能团的C6以下已商品化的有机或无机物中选取，干扰剂分子中可同时含有两种所述的官能团，混合液溶剂中也可同时含有两种或两种以上干扰剂。将硼酸甲酯或分析纯硼酸放入到混合液溶剂中，经升温水解或溶解后，再在慢速搅拌下进行降温冷却结晶，注意控制冷却结晶温度梯度在一定范围内，冷却至室温，经过滤、干燥得到脱钙高纯硼酸，其中钙含量可以降至1ppm以下。这种脱除高纯硼酸中痕量钙的方法，其特征在于脱钙工艺过程、脱钙过程中所用干扰剂分子结构及混合液组成的配方设计、冷却结晶的温度梯度控制。

具体步骤如下：