背景及概述[1]
四硼酸鋰白色晶體。熔點(diǎn)930℃。微溶于水，不溶于乙醇及其它有機(jī)溶劑。通常為五水合物。五硼酸鋰(Li2B10O16)常為八水合物，白色粉末，相對(duì)密度1.72，在300—350℃時(shí)失去全部結(jié)晶水。均可由氫氧化鋰和硼酸一起熔融反應(yīng)而制得。用作瓷釉。。
應(yīng)用[2-4]
四硼酸鋰又名焦硼酸鋰，分子式為Li2B4O7，分子量為169.12。高純、高密度四硼酸鋰是一種新型溫度補(bǔ)償型表面波基片芯片和壓電單晶基片材料，在微電子、數(shù)碼技術(shù)、光電子科技、新型計(jì)算機(jī)、視頻傳播、軍事科技、航空航天、衛(wèi)星通訊、國防技術(shù)等許多領(lǐng)域有著廣泛而重要的應(yīng)用。如可制備一種四硼酸鋰壓電晶體，特別是涉及一種大尺寸四硼酸鋰壓電晶體的制備方法。包括將先合成的四硼酸鋰多晶料壓成致密圓柱狀料塊，將料塊裝入事先已放入籽晶的Pt坩堝并入爐，爐溫控制在950~1000℃，坩堝下降速率為0.1~0.6mm/h，可生長出厚度30~80mm、寬度大于120mm、長度150mm以上的優(yōu)質(zhì)大單晶，再通過側(cè)向加工即沿尺寸大的一側(cè)作為晶棒軸向，小的一側(cè)作為晶棒厚度方向加工，即可得大尺寸的四硼酸鋰壓電晶體型材。與傳統(tǒng)下降法相比，上述方法克服了傳統(tǒng)下降法生長大尺寸四硼酸鋰晶體時(shí)遇到的難接種、易漏坩堝、晶體易開裂等技術(shù)瓶頸，采用側(cè)向生長和扁型坩堝設(shè)計(jì)，可提高晶體生長速率，從而降低晶體生長難度，有利于實(shí)現(xiàn)大尺寸四硼酸鋰晶體的工業(yè)化生長。
早在20世紀(jì)初，人們就制得了四硼酸鋰，但當(dāng)時(shí)由于應(yīng)用化工技術(shù)比較薄弱，四硼酸鋰并沒有廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，直到上世紀(jì)80年代才逐步開始應(yīng)用于搪瓷工業(yè)的釉藥、潤滑脂組分，后期隨著材料化學(xué)的推廣，四硼酸鋰逐步應(yīng)用于緩沖劑和防腐劑，并且也被應(yīng)用于新材料的開發(fā)，直到21世紀(jì)，隨著鋼鐵冶煉技術(shù)的革新，四硼酸鋰被用于波長色散XRF熒光光譜儀、AA原子吸收和ICP等制樣以檢測鋼鐵組分，這才正式宣告四硼酸鋰新春的到來，但隨著技術(shù)步伐的不斷邁進(jìn)，傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的高純四硼酸鋰（密度約為0.7g/㎝3）已經(jīng)不能滿足檢測行業(yè)的使用，各種高純高密度的四硼酸鋰越來越受歡迎。
此外，四硼酸鋰還可用于分析領(lǐng)域，如檢測工業(yè)碳酸鋇主含量，該方法包括：用分析純四硼酸鋰作為溶劑于白金坩堝內(nèi)高溫熔制成熒光儀要求的樣片，作為待測樣品，檢測之前要用分析純四硼酸鋰做溶劑加優(yōu)級(jí)純碳酸鋇熔制系列標(biāo)準(zhǔn)樣品，建立標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，最后將待測樣品用工作曲線檢測分析其碳酸鋇含量。(1)本發(fā)明利用分析純四硼酸鋰熔制標(biāo)樣和待測樣品，利用熒光儀檢測穩(wěn)定快速的特點(diǎn)進(jìn)行檢測，一個(gè)樣品整個(gè)過程為熔樣(自動(dòng)進(jìn)行)、檢測(儀器檢測)，時(shí)間在25min之內(nèi)，可以排除化學(xué)滴定認(rèn)為造成的誤差，同時(shí)解放勞動(dòng)力，提高科技含量。(2)用分析純四硼酸鋰作為溶劑，熔制樣品均一穩(wěn)定，檢測結(jié)果真實(shí)可靠；(3)分析純四硼酸鋰元素都是輕元素，幾乎沒有基體干擾，檢測結(jié)果可信度較傳統(tǒng)方法高。
制備[2,6]
方法1：一種工藝簡化，工藝條件要求低，成本低廉，操作方便，質(zhì)量指標(biāo)能達(dá)到國際先進(jìn)水平且對(duì)環(huán)境污染小易于治理的高純高密度四硼酸鋰的制備方法。技術(shù)構(gòu)思如下：將工業(yè)級(jí)氫氧化鋰經(jīng)低溫溶解、過濾、蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、離心分離等步驟進(jìn)行提純，提純后的氫氧化鋰按固液質(zhì)量比1：2溶于煮沸的純水中，根據(jù)溶液中氫氧化鋰的含量，按反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比（以下簡稱“化學(xué)計(jì)量比”）的105%～120%加入工業(yè)級(jí)硼酸中和反應(yīng)（即加入過量5～20%的硼酸），然后經(jīng)蒸發(fā)濃縮、一次烘干、破碎、二次烘干、高溫熔融、水淬冷卻等流程制得高純高密度的四硼酸鋰，其主要反應(yīng)原理為：
步驟如下：
A、提純氫氧化鋰：將原料工業(yè)級(jí)單水氫氧化鋰以固液質(zhì)量比1：5比例溶于純水中；加入除雜試劑并過濾除去不溶物；濾液蒸發(fā)濃縮至可見明顯晶體；冷卻至室溫后離心分離得重結(jié)晶單水氫氧化鋰；所述除雜試劑由乙二胺四乙酸與碳酸氫銨按質(zhì)量比1：0.54混合而成；所述除雜試劑中的乙二胺四乙酸的物質(zhì)的量為所述原料工業(yè)級(jí)單水氫氧化鋰中雜質(zhì)金屬Ca、Mg、Fe、Pb總物質(zhì)的量的兩倍；
B、中和配料：將重結(jié)晶單水氫氧化鋰以固液質(zhì)量比1：2用煮沸的純水溶解，然后按照化學(xué)計(jì)量比的105%～120%加入硼酸中和，得中和液；
C、將中和液用不銹鋼桶蒸發(fā)濃縮至溶液變白；
D、一次烘干：將蒸發(fā)至變白的四硼酸鋰溶液趁熱倒入不銹鋼烘盤中，先在100—150℃下烘干3—4h，再在200—240℃下烘干8—10h；
E、二次烘干：將一次烘干后的物料破碎至粒度在10—60目之間，在400—450℃，4—5h條件下進(jìn)行二次烘干；
F、將二次烘干后的四硼酸鋰粉料在電熱爐中進(jìn)行熔融，熔融溫度930?950℃，時(shí)間4??5h；
G、熔融后的物料倒入循環(huán)流動(dòng)的純水之中進(jìn)行水淬冷卻結(jié)晶，離心分離得高密度四硼酸鋰晶體；
H、將步驟G所得晶體在60?80℃烘干1?2h，去除晶體表面水分。
方法2：一種四硼酸鋰水熱提純方法，所述方法包括以下步驟：1)將商品無水四硼酸鋰與去離子水按比例混合；2)將混合后的樣品裝入水熱反應(yīng)釜中，密閉于90~200℃恒溫1~12小時(shí)；3)自然冷卻，進(jìn)行固液分離，固相物經(jīng)洗滌、干燥得到純化的四硼酸鋰，液相返回水熱反應(yīng)釜中循環(huán)使用，或根據(jù)純度要求排出。本發(fā)明省去了四硼酸鋰溶解以及過飽和溶液的制備過程，且不需要攪拌與冷凝回流，簡化了工藝流程、設(shè)備簡單易操作，且可以批量生產(chǎn)，有效地解決現(xiàn)有提純方法工藝復(fù)雜、成本高、提純效果不理想等技術(shù)難題，可以大大地降低生產(chǎn)成本，具有較好的產(chǎn)業(yè)化前景。
主要參考資料
[1] 無機(jī)化合物辭典
[2] CN201210347200.5一種高純高密度四硼酸鋰的制備方法
[3] CN200810200499.5一種大尺寸四硼酸鋰壓電晶體的制備方法
[4] CN201310528856.1一種高效、準(zhǔn)確檢測工業(yè)碳酸鋇主含量的方法
[5] CN201510078259.2一種四硼酸鋰水熱提純方法