Способ получения полиборида магния Советский патент 1982 года по МПК C01B35/04 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИБОРИДА МАГНИЯ

i Изобретение относится к производству полиборида магния и может быть использовано при получении бора аморфного. Известен магнийтермический способ получения бора, предусматривающий восстановление борного ангидрида или борной кислоты металлическим магнием при 100О-1200 0 с последующей кислотной обработкой спека, отделением осадка и вакуумным рафинированием бора при. 1900-2000 С i. Магнийтермическое восстановление процесс экзотермичный, вследствие чего температура щихты поднимается выше 12ООС и магний частично горит, образуя оксид магния и не вступая в реакци с борда.1м ангидридом. Это связано с потерями магния. Сочетание металличео кого магния в шихте и высокой температуры обуславливает пожароопасность и в1зрывоопдсность процесса. Получаемый спек отличается высокой твердостью 23О-32О кг/см и неоднородностью соотава от стенок тигля к центру. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения полиборида магния, заключающийся в тем, что борный ангидрид смешивают с магнием в весовом отнощении 1:О,5-О,6 и ведут восстановление шихты в электровакуумных печах в атмосфере инертного газа при 1ООО-1200 0 в вакууме бОО мм рт. ст. Спек обрабатывают серной или соляной кислотой, осадок отделяют от сульфатов и сушат. Получают полниборид магния, содержащий 82-85% бора и 8-12% магния У Недостатком способа является его взрывоопасность и пожароопасность вследствие испарения магния и его самовоспламеняемости. Поэтому для введения процесса используют электровакуумные печи период11ческого действия, снабженные системой насосов, обеспечивающи надежную герметизацию установки. Высокая твердость образующегося спека 2ОО-ЗОО кг/см обуславливает не обходимость двухстадийного измельчения его перед выщелачиватюм. Сначала спек раскалывают на куски 5-10 см, затем дробит в щековой дробилке до 15-2О мм Цель изобретения - предотвращение самовоспламенения шихты, упрощение процесса за счет снижения температуры и исключения вакуума, обеспечение можности осуществления процесса непрерывно и снижение твердости спека. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения полибори да магния, состоящему в восстановлении, борного ангидрида или борной кислоты ма нием в присутствии измельченного спека при температуре 700-900 С в печах открытого типа без вакуума, с последукь щей кислотной обработкой, шихтуберут в смеси со спеком, содержащим 7,5-12% додекаборида магния, который вводят в количестве 1ОО-5ОО% к массе шихты при размере частиц спека 0,1-0,4 мм. Добавление спека в количестве 1ОО-50О% к массе щихты позволяет сни зить температуру процесса до 7ОО900 С и исключает возможность самовоспламенения магния шихты. Измельчение добавляемого спека до 0,1-0,4 мм обеспечивает равномерное перемешивание борного ангидрида или борной кислоты, магния и спека, что предотвращает расслоение шихты, местные перегревы, возможность испарения и горения магния, и уменьшает потери магния за счет испарения. Влияние размера частиц добавляемого спека на темпера тзфу .шихты .при восстановлении и на потери магния за счет испарения представлено в табл. 1. Наличие в добавляемом спеке 7,5-12 додекаборида магния, химически и терми чески устойчивого соединешш, способствует увеличению выхода товарного полиборида магния. Сравнительные показатели по предлагаемому и т звестному способам приведе ны в табл. 2. Пример. SO г борного ангидр да смешивают с 45 г мапшя и 125 г спека (размер частиц 0,4 мм), содержащего 7,5% додекаборида магния. Смес выдерживают в печи при 7ОО-9ОО С в течение 40 мин. Полученный спек измел чают. Прочность спеко 7,4 кг/см. Половину спека обрабатывают кислотой и получают 13,5 г полиборила магния, содержащего 84,6% бора. Вторую половину спека подают на смешение с борным ангидридом и магнием.. Прим ер 2. 4 5,7 г борного ангидрида и 25,7 г магния смешивают с 357 г размолотого до 0,1 мм спека, содержащего 12% додекаборида магния. Шихту выдерживают при 70О-9ОО С. Полученный спек измельчают. Прочность спека 2,6 кг/см 2. 357 г спека возвращают на смешение с шихтой, 72 г спека подают на кислотную обработку. Получают 7,8 г полиборида магния, содержащего 85,7% бора. Примерз. Шихта, содержащая борную кислоту, магний и спек в соотношении 1,2:0,4:3,2 поступает через бункер в печь магнийтермическоЬо восстановления. Температура в печи . На выходе из печи спек, прочность которого 1,5-5,0 кг/см , проходит через вибросито и делится на два потока. Третья част.ь спека по желобу спускается в реактор на выщелачивание. Остальной спек транспортером передается на шихтование с борной кислотой и магнием. После вьпцелачивания спека серной кислотой в каскаде реакторов пульпа поступает на лёнточнзый фильтр, где осадок полиборида магния отделяют от раствора и промывают. Отмытый полиборид магния высушивают и получают продукт, содержащий 84,2-86,5% бора. Испытания подтверждают возможность ведения магнийтермического восстановления при 700-900С в печах открытого типа с получением спека пониженной прочности. Испарения магния не наблюдаются. Изобретение позволяет вести процесс восстановления в . аппаратах непрерывного действия, без горения шихты, исключив одновременно стадию крупного дробления спека. I Таким образом, эффективность изобретения состоит в упрощении технологического процесса и в улучшении безопасности ведения процесса. Технико-экономическими расчетами установлено, что замена пяти периодических вакуумных печей одной печью непрерывного действия позволяет в три-пять раз повысить производительность (на той же площади) установки и сэкономить на каждые 1ОО кг полиборида по 3 кг , обеспечив безопасное (без взрыва) ведение процесса.

Расслоение шихты,

Менее 0,1 в верхнем слое бсмкгше магния

Температура восстано ления, С

Среда

Давление в печи, мм. рт. ст.

Горение шихты Периодичность процесса

Продолжительность одной операции восстановления, ч.

Потери магния при воостановлении (кг на 1ОО кг полиборида маг-ния)

Прочность спека, кг/см

Выход товарного полибс да магния (кг на 1ОО кг спека

при содержании додекаборида магния менее

7,5%

7,5-120

более 12%

Содержание бора в продукте, %

Таблица

80О-11ОО

19

Таблица2

70О-90О 1ООО-12ОО ВоздухАргон

580-610

Самовоспламеняется

Периодичео- Периодичеокий или не- кий прерывный

18-24

26-34

17-20 24О-280 1,5-8,0

10-11 82-85 Формула изобретения .Способ получения полиборияа магния, включающий смешение борного ангидрида или борной кислоты с металлическим магнием, восстановительный обжиг шихты и кислотную обработку спека, о т л и ча.юшийся .тем, что, с целью предотвращения самовоспдаменения шихты, упрощения процесса за счет снижения температуры и исключения вакуума, обеспечения возможности осуществления процесса непрерывно и снижения твердости опека, шихту берут в смеси со спеком. 92 08 содержащим 7,5-12% додекаборида маг ния, который вводят в количестве 1ОО5ОО% к массе шихты при размере частил 0,1-0,4 мм. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Самсонов Г. В. Бор, его соединения и сплавы. Киев. Изд-во АН УССР, 1960 с. 40-41. 2.Технологический регламент производства бора аморфного. 1973.