Bor metall | Egenskaper, historia, produktion och användningsområden

Boron är en extremt hård och värmebeständig halvmetall som finns i olika former och används ofta i föreningar för att göra allt från blekmedel och glas till halvledare och jordbruksgödselmedel.

Egenskaper:

• Atomic Symbol: B
• Atomic Number: 5
• Element Kategori: Metalloid
• Densitet: 2. 08g / cm3
• Smältpunkt: 3769 ° F (2076 ° C)
• Kokpunkt: 7101 ° F (3927 ° C)
• Mohs hårdhet: ~ 9. 5

Egenskaper:

Elementärt bor är en allotrop halvmetall, vilket innebär att elementet i sig kan existera i olika former, var och en med egna fysikaliska och kemiska egenskaper.

Liksom andra halvmetaller (eller metalloider) är några av borens egenskaper metalliska i naturen medan andra liknar andra metaller.

Borr med hög renhet finns antingen som ett amorft mörkt brunt till svart pulver eller en mörk, glansig och spröd kristallin metall.

Extremt hård och motståndskraftig mot värme, bor är en dålig ledare av el vid låga temperaturer, men detta förändras när temperaturen ökar.

Medan kristallint bor är mycket stabilt och inte reaktivt med syror, oxiderar den amorfa versionen långsamt i luft och kan reagera våldsamt i syra.

I kristallform är bor det näst svåraste av alla element (bakom endast kol i sin diamantform) och har en av de högsta smälttemperaturerna.

Liksom kol, för vilka tidiga forskare ofta misstänkte elementet, bildar bor stabila kovalenta bindningar som gör det svårt att isolera.

Element nummer fem har också förmågan att absorbera ett stort antal neutroner, vilket gör det till ett idealiskt material för kärntekniska stavar.

Ny forskning har visat att när superkyld, bor bildar en helt annan atomstruktur som gör att den kan fungera som en superledare.

Elementets gåtfulla natur ledde Artem Oganox från Stony Brook University att säga att "Bor är ett schizofreniskt element. Det är ett element av fullständig frustration."

Det vet inte vad den vill göra. Resultatet är något fruktansvärt komplicerat. "

Historia:

Även om upptäckten av bor hänför sig till både franska och engelska kemister som undersöker boratmineraler i början av 1800-talet, antas det att ett rent prov av elementet inte producerades fram till 1909.

Bormineraler (ofta kallade borater) hade emellertid redan använts av människor i århundraden. Den första registrerade användningen av borax (naturligt förekommande natriumborat) var av arabiska guldsmeder som tillämpade föreningen som ett flöde för att rena guld och silver i 8-talet e.Kr.

Extraheras från tibetanska sjösaltbäddar och transporteras västerut över silkesvägen till Babylon. Vissa bevis tyder även på att guldsmeder använde boraxflöde redan 4000 år sedan.

Glasyr på kinesisk keramik från och med 3: e och 10: e århundradena har också visat sig utnyttja den naturligt förekommande föreningen.

Uppfinningen av termiskt stabilt borsilikatglas i slutet av 1800-talet gav en ny efterfrågekälla för boratmineraler. Användningen av denna teknik introducerade Corning Glass Works Pyrex-glasporslin 1915.

Under efterkrigsåren växte applikationerna för bor till ett ständigt ökande utbud av industrier.

Börnitrid började användas i japanska kosmetika och i 1951 utvecklades en produktionsmetod för borfibrer.

De första kärnreaktorerna, som kom online under denna period, utnyttjade också bor i sina styrstavar.

I själva verket, i omedelbar efterdyning av kärnkraftsolyckan i Tjernobyl 1986, dumpades 40 ton borföreningar på reaktorn för att hjälpa till att kontrollera frigöringen av radionuklid.

I början av 1980-talet skapade utvecklingen av höghållfasta permanenta magneter av sällsynta jordarter ytterligare en stor ny marknad för elementet. Över 70 ton magneter av neodym-järn-bor (NdFeB) produceras nu varje år för användning i allt från elbilar till hörlurar.

I slutet av 1990-talet började borstål användas i bilar för att stärka konstruktionsdelar, såsom säkerhetsstänger.

Även i det 21: a århundradet fortsätter utvecklingen av nya användningsområden för halvmetallen. År 2004 upptäckte forskare att när superkylt och behandlat med högt tryck blir bor superledande, öppnar nya möjligheter inom supercomputing.

Produktion:

Även om över 200 olika boratmineraler finns i jordskorpan står bara fyra för över 90 procent av kommersiell extraktion av bor och borföreningar. Dessa inkluderar tinkal, kärnit, colemanit och ulexit.

För att producera en relativt ren form av borpulver uppvärms boroxid som är närvarande i mineralet med magnesium eller aluminiumflöde. Reduktionen ger elementärt borpulver som är ungefär 92 procent rent.

Ren bor kan framställas genom ytterligare reduktion av borhalider med väte vid temperaturer över 1500 C (2732 ° F). Borrhål med hög renhet, som krävs för användning i halvledare, kan tillverkas genom att sönderdela diboran vid höga temperaturer och odla enskilda kristaller via zonsmältning eller Czolchralski-metoden. Enligt USGS minskade över sex miljoner ton boratmineraler 2014. Världens största boratkälla är Turkiet, vilket står för över hälften av alla borater som bryts varje år. Turkiets statliga Eti Maden AS driver alla fyra länderna borgruvor, som i stor utsträckning definieras av mineralcolemaniten.

USA är världens näst största källa till elementet. Två företag, USA Borax (ett helägt dotterbolag till Rio Tinto) och Searles Valley Minerals, extraktbor från långa etablerade gruvor i Kalifornien. Rio Tintos Borax-gruva i Boron, Kalifornien har varit i kontinuerlig drift i över 140 år.

Andra, mindre källor till boratmineraler extraheras i Kina och Argentina.

Tillämpningar:

Medan mer än sex miljoner metriska ton borhaltiga mineraler bryts ut varje år förbrukas den stora delen av detta som boratsalter, såsom borsyra och boroxid, med mycket lite att omvandlas till elementärt bor. I själva verket konsumeras bara cirka 15 ton elementärt bor varje år.

Bredden av användning av bor och borföreningar är extremt bred. Vissa uppskattar att det finns över 300 olika slutanvändningar av elementet i dess olika former.

De fem huvudsakliga användningsområdena är:

Glas (t.ex. termiskt stabilt borosilikatglas)

Keramik (t.ex. kakelglas)

1. Jordbruk (t.ex. borsyra i flytande gödselmedel).
2. Rengöringsmedel (t.ex. natriumperborat i tvättmedel)
3. Blekmedel (t.ex. hushålls- och industriella fläckborttagare)
4. Även om metallbor har mycket få användningsområden, är elementet högt värderat i ett antal metallurgiska tillämpningar. Genom att avlägsna kol och andra föroreningar som det förbinder sig att stryka en liten mängd bor - bara några få delar per miljon - läggs till stål kan det göra det fyra gånger starkare än det genomsnittliga höghållfasta stålet.
5. Borstål används nu i en mängd olika säkerhetsstänger, streckkorsstrålar och andra konstruktionsdelar.

Elementets förmåga att lösa upp och avlägsna metalloxidfilm gör den också idealisk för svetsflöden. Bortriklorid avlägsnar nitrider, karbider och oxid från smält metall. Och som ett resultat används detta vid framställning av aluminium-, magnesium-, zink- och kopparlegeringar.

Vid pulvermetallurgi ökar närvaron av metallborider ledningsförmågan och mekanisk hållfasthet. I järnhaltiga produkter ökar deras existens korrosionsbeständighet och hårdhet, medan titanlegeringar som används i strålkastare och turbindelar borider ökar mekanisk hållfasthet.

Borfibrer, som framställs genom att deponera hydridelementet på volframtråd, är starka, lätta konstruktionsmaterial som är lämpade för användning inom flygindustrin samt golfklubbar och högspänningsband.

Inkluderingen av bor i NdFeB-magnet är avgörande för funktionen av höghållfasta permanentmagneter som används i vindkraftverk, elmotorer och ett brett spektrum av elektronik.

Borans proclivity mot neutronabsorberande gör att den kan användas i kärnkontrollstavar, strålningsskärmar och neutrondetektorer.

Slutligen används borkarbid, det tredje hårdast kända ämnet, vid tillverkning av olika armor, kollisionsskyddade västar samt slipmedel och slitdelar.

Källor:

Chemicool. Bor

_{URL: // www. chemicool. com / element / bor. html}

_{USGS. Mineraler Information. Bor
URL: // mineraler. usgs. gov / mineraler / pubar / råvaror / bor /
Följ Terence på Google+}