專利名稱：通過高溫處理從含硼粉末去除有機污染物的方法
通過高溫處理從含硼粉末去除有機污染物的方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域
本文公開的主題涉及從硼粉末去除污染物。
背景技術(shù)：
硼粉末在許多應(yīng)用中用作硼涂層的主要組分。這些應(yīng)用包括但不限于:用于中子探測的硼涂層、模鑄模具的磨損防護(hù)、生物醫(yī)學(xué)植入物的改進(jìn)抗磨性等。這些應(yīng)用中的一些受硼粉末內(nèi)污染物不利影響，因為污染物可對硼涂層應(yīng)用有害。被污染硼粉末可包括來自各種來源的有機污染物。例如，已發(fā)現(xiàn)經(jīng)噴磨的硼粉末易受來自研磨過程所用空氣供應(yīng)的污染物的影響。具體地，當(dāng)壓縮空氣用于操作噴磨機時，硼粉末污染物可包括來自空氣壓縮機的潤滑油。這種污染物可導(dǎo)致涂層缺陷(如非均勻涂層)和氣體污染(導(dǎo)致涂層性能降低)。其它污染物實例為來自噴磨機的聚合襯里材料、用于將聚合襯里材料粘附到噴磨機內(nèi)壁的粘合劑材料和來自噴磨機內(nèi)壁的金屬微粒。硼粉末是一種較昂貴的材料，故此使得制造過程中被污染硼粉末和被涂布物品兩者都造成昂貴失誤。一些先前的處理被污染硼粉末的方法包括用己烷、二氯甲烷和乙二醇(各自結(jié)合過濾器和/或離心機)漂洗粉末。因此，需要改進(jìn)的從硼粉末顆粒表面去除污染物的裝置和方法。發(fā)明簡述
以下介紹本發(fā)明的簡化概述以提 供本發(fā)明一些實例方面的基礎(chǔ)理解。本概述并非本發(fā)明的詳盡綜述。此外，本概述不旨在確定本發(fā)明的關(guān)鍵要素，也不旨在描述本發(fā)明的范圍。本概述的唯一目的是以簡化形式介紹本發(fā)明的一些概念，作為隨后介紹的更詳細(xì)說明的序言。根據(jù)一個方面，本發(fā)明提供從被污染硼粉末去除污染物的方法。該方法包括提供被污染硼粉末，其形式為與有機污染物相互混合的硼粉末。該方法進(jìn)一步包括將被污染硼粉末放置在惰性容器上。該方法也包括將惰性容器和被污染硼粉末放置在封閉空間內(nèi)并改變封閉空間的環(huán)境以在封閉空間內(nèi)產(chǎn)生缺氧氣氛。該方法包括為封閉空間提供熱源并加熱被污染硼粉末至升高的溫度。該方法也包括蒸發(fā)污染物以減少與硼粉末相互混合的有機污染物的量。根據(jù)另一個方面，本發(fā)明提供從被污染硼粉末去除污染物的方法。該方法包括提供被污染硼粉末，其形式為與有機污染物相互混合的硼粉末。該方法進(jìn)一步包括將被污染硼粉末放置在惰性容器上。該方法也包括將惰性容器和被污染硼粉末放置在封閉空間內(nèi)并改變封閉空間的環(huán)境以在封閉空間內(nèi)產(chǎn)生缺氧氣氛。該方法包括為封閉空間提供熱源并加熱被污染硼粉末至升高的溫度。該方法也包括蒸發(fā)污染物使得與硼粉末相互混合的有機污染物的量為不超過約0.1重量％的可溶殘留物。附圖簡述
在參考附圖閱讀以下說明后，本發(fā)明的上述及其他方面對本發(fā)明涉及領(lǐng)域的技術(shù)人員變得顯而易見，附圖中:


圖1為根據(jù)本發(fā)明一方面的實例處理系統(tǒng)的實例爐的示意性橫截面 圖2為根據(jù)本發(fā)明一方面從硼粉末去除有機污染物的實例方法的頂層流程圖；和 圖3為根據(jù)本發(fā)明一方面從硼粉末去除有機污染物的實例方法的頂層流程圖。
發(fā)明詳述
附圖中描述和說明了結(jié)合本發(fā)明一個或多個方面的實例實施方案。這些說明實例不旨在成為本發(fā)明的限制。例如，本發(fā)明的一個或多個方面可用于其它實施方案甚至其它裝置類型。此外，本文某些術(shù)語僅為方便起見使用，并不作為本發(fā)明的限制。再進(jìn)一步，在附圖中，相同參考數(shù)字用于指示相同要素。用于從硼粉末12去除污染物的實例處理系統(tǒng)10總的顯示在圖1中。在一個具體實例中，處理系統(tǒng)10用于從硼粉末12去除有機污染物。應(yīng)理解術(shù)語“有機”是寬廣和廣泛的分類。在一個部分中，該分類包括含有碳組分的材料。還應(yīng)理解圖1僅顯示一個可能的結(jié)構(gòu)/配置/等等的實例，而且其它實例預(yù)期在本發(fā)明范圍內(nèi)。用于從被污染硼粉末12去除有機污染物的處理系統(tǒng)10包括爐16，爐16是封閉空間的一個實例。封閉空間的其它實例包括但不限于間歇式烘爐、連續(xù)式烘爐、櫥式烘爐、立式烘爐、燒結(jié)爐等。爐16的類型及其結(jié)構(gòu)的選擇取決于若干變量，其包括但不限于爐加熱特性、爐循環(huán)次數(shù)、硼粉末處理量需求等。爐16包括內(nèi)部體積18，其為被污染硼粉末12提供空間。應(yīng)理解爐16的內(nèi)部體積18可緊閉使得極少或沒有環(huán)境大氣可在爐運行期間進(jìn)入爐。此外，內(nèi)部體積18可保持受控氣氛，如以下將描述。爐16也包括熱源20以在爐內(nèi)提供升高的溫度。熱源可為任何典型的爐或烘爐熱源，如技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)已知的例如氣體、電熱元件、紅外線、微波等。熱源20示意性地顯示且僅示意性地顯示位置。結(jié)構(gòu)和位置可合適地選擇以加熱內(nèi)部體積18。在任何實例中，爐16可包括排氣口，其可用于從內(nèi)部體積18排出蒸發(fā)的污染物。在處理系統(tǒng)10的一個實例中，爐16可包括管式烘爐。管式烘爐可包括大體圓柱形，其中圓柱軸指向基本水平。管式烘爐的內(nèi)部體積18可包括多個加熱區(qū)，其被可操作分隔物隔離?？商峁└袘?yīng)線圈圍繞管式烘爐的圓周，以根據(jù)期望的加熱曲線加熱內(nèi)部體積18和/或內(nèi)部體積18的內(nèi)含物。加熱區(qū)可包括單獨加熱區(qū)中的不同溫度以使硼粉末12經(jīng)受期望的加熱曲線。處理系統(tǒng)10進(jìn)一步包括舟皿(boat) 24，其為惰性容器的一個實例，用于在爐16內(nèi)容納硼粉末12。舟皿24可由耐高溫、多個加熱和冷卻循環(huán)的影響，而且不太可能把污染物傳給其裝盛的硼粉末12的材料制成。石英是作為舟皿24材料的普遍選擇，因為它可具有光滑的表面，其利于硼粉末12容易去除，它一般容易清潔，而且它具有的表面特性可使舟M 24在其預(yù)期去除后剩余的任何硼粉末12對不細(xì)心的觀察者易見。若干陶瓷化合物也是作為舟皿24材料的普遍選擇。舟皿24可以制成像長方形或正方形碗的形狀，具有水平底部和四個垂直側(cè)面，雖然舟皿可由各種材料構(gòu)成并具有各種尺寸和形狀。舟皿24可用在間歇式爐或可用在連續(xù)式爐，當(dāng)它們通過各個加熱區(qū)時承載在傳送器上。在一個實例中，推動桿可移動舟皿24通過管式烘爐的多個加熱區(qū)。改變封閉空間的環(huán)境以在封閉空間內(nèi)產(chǎn)生缺氧氣氛。在一個實例中，處理系統(tǒng)10可包括第一口 26，其用于將真空壓力從壓力源28 (示意性地表示)引入爐16中。壓力源28的實例包括但不限于真空泵、負(fù)壓罐等。將真空壓力引入爐16在封閉空間內(nèi)產(chǎn)生缺氧氣氛。真空壓力曲線可包括隨時間的各種多重壓力以優(yōu)化污染物去除過程。在一個實例中，真空壓力基本恒定且低于約1.33 X 10_4 Pa(l.0 x 10_6 Torr)。雖然實例真空壓力曲線可基本恒定，但也可存在真空壓力的自然波動，例如當(dāng)舟皿24進(jìn)入管式烘爐的熱加熱區(qū)時的壓力下降，或由于有機污染物蒸發(fā)的壓力上升。處理系統(tǒng)10可進(jìn)一步包括第二口 30用于將至少一種惰性氣體32 (示意性地以瓶型來源實例表示)引入爐16。惰性氣體的實例包括但不限于氬氣和氮氣。引入惰性氣體32通過替代氧氣而在爐16內(nèi)產(chǎn)生缺氧氣氛。爐加熱循環(huán)可在硼粉末12已放入爐16且缺氧氣氛已在爐16內(nèi)產(chǎn)生之后開始。爐加熱循環(huán)使硼粉末12在爐16內(nèi)經(jīng)受升高的溫度，同時爐16含有缺氧氣氛。爐加熱循環(huán)的溫度曲線可坡道上升至特定溫度，保持恒定一段時間，然后坡道下降。然而，預(yù)期溫度曲線可隨時間包括多個溫度以優(yōu)化對硼粉末12的熱量施加以及污染物去除過程。升高的溫度蒸發(fā)有機污染物以減少與硼粉末12相互混合的有機污染物的量。升高的溫度可選為足夠高以蒸發(fā)硼粉末內(nèi)的有機污染物，但不高到足以開始稠化或燒結(jié)硼粉末12。在一個實例中，硼粉末12經(jīng)受350°C和600°C之間的升高的溫度。更特別地，升高的溫度可為約500°C。該溫度促進(jìn)一些有機污染物的蒸發(fā)。可以知道若干有機污染物的沸點，且可以選擇升高的溫度，其最適合于蒸發(fā)與硼粉末12相互混合的特定有機污染物。施加升高的溫度的時長可取決于以下因素，包括但不限于:加熱的硼的數(shù)量、硼粉末12在舟皿24上的布置、內(nèi)部體積18的尺寸等。通過引入真空壓力或引入惰性氣體32改變封閉空間的環(huán)境，在封閉空間內(nèi)產(chǎn)生缺氧氣氛。封閉空間和環(huán)境大氣相比降低的氧氣含量趨向于使硼粉末12的氧化最小化。較低氧化速率趨向于消除下游制造過程中的硼涂層缺陷。引入真空壓力至封閉空間的另一個好處是封閉空間內(nèi)較低的蒸氣壓。通過降低許多化合物的沸點，較低的蒸氣壓促進(jìn)有機污染物從硼粉末12更快去除。因此，由于封閉空間內(nèi)存在真空壓力，封 閉空間的升高的溫度可在較低溫度下蒸發(fā)有機污染物。這可對從硼粉末12去除高沸點污染物特別有用。引入真空壓力至封閉空間的又一個好處是恒定施加的真空壓力可從封閉空間除去氣態(tài)蒸發(fā)的有機污染物。引入惰性氣體32至封閉空間的另一個好處是惰性氣體促進(jìn)對流活動的傾向。在內(nèi)部體積18內(nèi)的對流活動有助于加快熱傳遞進(jìn)入硼粉末12，而且有助于從硼粉末12表面凈化任何蒸發(fā)的化合物。引入惰性氣體32至封閉空間的又一個好處可為縮短硼粉末12移出內(nèi)部體積18前的冷卻時間。處理系統(tǒng)10也可帶有硼粉末12內(nèi)的污染物蒸發(fā)之后的冷卻循環(huán)而使用。為減少硼粉末12的氧化，硼粉末12可在移出內(nèi)部體積18內(nèi)的缺氧環(huán)境前冷卻。冷卻循環(huán)的一個實例包括在從內(nèi)部體積18移出硼粉末12前，降低硼粉末12的溫度到低于約150°C。更特別地，冷卻循環(huán)可包括在移出硼粉末12前，降低硼粉末12的溫度到低于約100°C。各種冷卻曲線預(yù)期用于冷卻循環(huán)。通過有機污染物的蒸發(fā)去除硼粉末12內(nèi)的有機污染物，能生產(chǎn)帶有不超過約0.1重量％可溶殘留物的硼粉末12。這種雜質(zhì)水平可認(rèn)為是可接受的可溶殘留物水平，其不影響硼粉末12的親水性。通過本領(lǐng)域已知的方法，可用于測定硼粉末12內(nèi)可溶殘留物的量的一種溶劑是二氯甲烷。使用爐16蒸發(fā)有機污染物從硼粉末12去除有機污染物的方法以及相關(guān)處理系統(tǒng)是從硼粉末12去除有機污染物的一種解決方案。另外，比起從硼粉末12去除有機污染物的其它化學(xué)洗滌方法，使用爐16去除有機污染物是較簡單的備選方案。圖2總的描述了一個實例方法，該方法從硼粉末12去除有機污染物，以符合用于下游制造應(yīng)用的純度要求。該方法可結(jié)合顯示在圖1的實例爐16進(jìn)行。該方法包括步驟110:提供被污染硼粉末12，該硼粉末與有機污染物相互混合。有機污染物可在噴磨操作期間從以下來源引入硼粉末12，所述來源例如空氣壓縮機油、粘合劑材料和用于噴磨機內(nèi)部的聚合襯里材料的顆粒。該方法也包括步驟112:將被污染硼粉末12放置在舟皿24上，舟皿24是用于處理爐16中的惰性容器的一個實例。舟皿24可由耐高溫、多個加熱和冷卻循環(huán)的影響，而且不太可能把污染物傳給其裝盛的硼粉末12的材料制成。石英和一些陶瓷化合物是舟皿24結(jié)構(gòu)材料的普遍選擇。該方法進(jìn)一步包括步驟114:將惰性容器、被污染硼粉末12放置在封閉空間內(nèi)。該方法也包括步驟116:改變封閉空間的環(huán)境以在封閉空間內(nèi)產(chǎn)生缺氧氣氛。例如，封閉空間的環(huán)境可通過以下改變:引入真空壓力或引入一些惰性氣體32至封閉空間。惰性氣體的實例包括氮氣和氬氣。 該方法包括步驟118:為封閉空間提供熱源20。熱源20可為典型熱源例如氣體、電熱元件、紅外線、微波等的任何一個或組合。封閉空間的實例包括但不限于間歇式烘爐、連續(xù)式烘爐、櫥式烘爐、立式烘爐、管式烘爐、燒結(jié)爐等。該方法也包括步驟120:加熱被污染硼粉末12至升高的溫度。熱源20被激活并增加爐16內(nèi)的溫度。在一個實例中，熱源20使封閉空間內(nèi)的硼粉末12經(jīng)受約500°C的升高的溫度。該方法也包括步驟122:蒸發(fā)有機污染物以減少與硼粉末12相互混合的有機污染物的量。圖3總的描述了另一種實例方法，該方法從硼粉末12去除有機污染物，以符合用于下游制造應(yīng)用的純度要求。該方法可結(jié)合顯示在圖1的實例爐16進(jìn)行。該方法包括步驟210:提供被污染硼粉末12，該硼粉末與有機污染物相互混合。有機污染物可在噴磨操作期間從以下來源引入硼粉末12，所述來源例如空氣壓縮機油、粘合劑材料和用于噴磨機內(nèi)部的聚合襯里材料的顆粒。該方法也包括步驟212:將被污染硼粉末12放置在舟皿24上，舟皿24是用于處理爐16中的惰性容器的一個實例。舟皿24可由耐高溫、多個加熱和冷卻循環(huán)的影響，而且不太可能把污染物傳給其裝盛的硼粉末12的材料制成。石英和一些陶瓷化合物是舟皿24結(jié)構(gòu)材料的普遍選擇。該方法進(jìn)一步包括步驟214:將被污染硼粉末12和惰性容器放置在封閉空間內(nèi)。該方法也包括步驟216:改變封閉空間的環(huán)境以在封閉空間內(nèi)產(chǎn)生缺氧氣氛。例如，封閉空間的環(huán)境可通過以下改變:引入真空壓力或引入一些惰性氣體32至封閉空間內(nèi)。惰性氣體的實例包括氮氣和氬氣。該方法包括步驟218:為封閉空間提供熱源20。熱源20可為典型熱源例如氣體、電熱元件、紅外線、微波等的任何一個或組合。封閉空間的實例包括但不限于間歇式烘爐、連續(xù)式烘爐、櫥式烘爐、立式烘爐、燒結(jié)爐等。該方法也包括步驟220:加熱被污染硼粉末12至升高的溫度。熱源20被激活并增加爐16內(nèi)的溫度。在一個實例中，熱源20使封閉空間內(nèi)的硼粉末12經(jīng)受約500°C的升高的溫度。該方法包括步驟222:改變有機污染物以減少與硼粉末12相互混合的有機污染物的量使得硼粉末內(nèi)有機污染物的量為不超過約0.1重量％的可溶殘留物。該方法可進(jìn)一步包括以下步驟:在從封閉空間內(nèi)的缺氧環(huán)境移出硼粉末12前冷卻硼粉末12。為減少硼粉末12可能的氧化，在冷卻循環(huán)期間將硼粉末12保持在缺氧環(huán)境內(nèi)。在一個實例中，缺氧環(huán)境可包括氬氣或氮氣，其減少硼粉末12可能的氧化。在從缺氧環(huán)境移出前，硼粉末12可冷卻到低于約150°C。更特別地，在移出硼粉末12前，硼粉末12可冷卻到低于約100°C。各種冷卻曲線預(yù)期用于冷卻循環(huán)。在所述實例中，所述方法和裝置提供一種手段，通過從硼粉末12顆粒表面去除任何油膜，而在制造硼粉末涂層溶液前清潔硼粉末12。通過蒸發(fā)去除硼粉末12內(nèi)的有機污染物能生產(chǎn)帶有不超過約0.1重量％可溶殘留物的硼粉末12。這種雜質(zhì)水平可認(rèn)為是可接受的可溶殘留物水平，其不影響硼粉末12的親水性。另外，得到的含有較少或不含有機污染物的硼粉末12減少或消除下游硼粉末涂層缺陷并改善涂布工藝的可重復(fù)性。因此，含有較少或不含有機污染物的硼粉末12可促進(jìn)較好的涂層性質(zhì)用于各種應(yīng)用，例如，中子探測器中的硼涂層。含有較少或不含有機污染物的硼粉末12還可有助于消除不合格的最終產(chǎn)品，例如，中子探測器。本書面說明使用實例公開本發(fā)明，包括最佳方式，亦使任何本領(lǐng)域技術(shù)人員能實施本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及進(jìn)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明可專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域 技術(shù)人員想到的其它實例。這些其它實例旨在落入權(quán)利要求范圍內(nèi)，如果它們具有與權(quán)利要求的字面語言沒有差異的結(jié)構(gòu)要素，或如果它們包括與權(quán)利要求的字面語言具有非實質(zhì)差異的等價結(jié)構(gòu)要素。
權(quán)利要求
1.一種從被污染硼粉末清除污染物的方法，該方法包括: 提供被污染硼粉末，其形式為與有機污染物相互混合的硼粉末； 將所述被污染硼粉末放置在惰性容器上； 將所述惰性容器和所述被污染硼粉末放置在封閉空間內(nèi)； 改變所述封閉空間的環(huán)境以在該封閉空間之內(nèi)產(chǎn)生缺氧氣氛； 為所述封閉空間提供熱源； 加熱所述被污染硼粉末至升高的溫度；和 蒸發(fā)所述污染物以減少與所述硼粉末相互混合的所述有機污染物的量。
2.權(quán)利要求1的方法，其中改變封閉空間環(huán)境的步驟包括引入真空壓力至該封閉空間。
3.權(quán)利要求2的方法，其中所述真空壓力低于約1.33X 10_4 Pa(l.0 x 10_6 Torr)。
4.權(quán)利要求1的方法，其中改變封閉空間環(huán)境的步驟包括引入惰性氣體至該封閉空間。
5.權(quán)利要求4的方法，其中所述惰性氣體是氮氣。
6.權(quán)利要求4 的方法，其中所述惰性氣體是氬氣。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所述升高的溫度在約350°C和600°C之間。
8.權(quán)利要求1的方法，其中與所述硼粉末相互混合的所述有機污染物的量在完成權(quán)利要求I的方法后為不超過約0.1重量％的可溶殘留物。
9.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括以下步驟:在從所述封閉空間移出所述硼粉末前，冷卻該硼粉末至低于約150°C。
10.一種從被污染硼粉末清除污染物的方法，該方法包括: 提供被污染硼粉末，其形式為與有機污染物相互混合的硼粉末； 將所述被污染硼粉末放置在惰性容器上； 將所述惰性容器和所述被污染硼粉末放置在封閉空間內(nèi)； 改變所述封閉空間的環(huán)境以在該封閉空間之內(nèi)產(chǎn)生缺氧氣氛； 為所述封閉空間提供熱源； 加熱所述被污染硼粉末至升高的溫度；和 蒸發(fā)所述污染物以使與所述硼粉末相互混合的所述有機污染物的量為不超過約0.1重量％的可溶殘留物。
11.權(quán)利要求10的方法，其中改變封閉空間環(huán)境的步驟包括引入真空壓力至該封閉空間。
12.權(quán)利要求11的方法，其中所述真空壓力低于約1.33 X 10_4 Pa(l.0 x 10_6 Torr)。
13.權(quán)利要求10的方法，其中改變封閉空間環(huán)境的步驟包括引入惰性氣體至該封閉空間。
14.權(quán)利要求13的方法，其中所述惰性氣體是氮氣。
15.權(quán)利要求13的方法，其中所述惰性氣體是氬氣。
16.權(quán)利要求10的方法，其中所述升高的溫度在約350°C和600°C之間。
17.權(quán)利要求10的方法，進(jìn)一步包括以下步驟:在從所述封閉空間移出所述硼粉末前，冷卻該硼粉末至低于約150°C。
全文摘要
從被污染硼粉末清除有機污染物的方法，該方法包括提供被污染硼粉末，該硼粉末與有機污染物相互混合。該方法也包括將所述被污染硼粉末放置在惰性容器上并將該惰性容器和該被污染硼粉末放置在封閉空間內(nèi)。改變所述封閉空間環(huán)境以產(chǎn)生缺氧氣氛。提供熱源以加熱所述被污染硼粉末至升高的溫度。該方法包括蒸發(fā)所述有機污染物以減少與所述硼粉末相互混合的有機污染物的量。另一種方法包括減少與所述硼粉末相互混合的所述有機污染物的量至不超過約0.1重量%的可溶殘留物。
文檔編號C01B35/02GK103213999SQ201310018440
公開日2013年7月24日 申請日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者J.M.勒斯蒂格, J.L.約翰寧 申請人:通用電氣公司