我国的丰产元素——硼
在我国西藏的一些湖里,含有许多硼砂和硼酸。硼砂是硼最重要的化合物。在焊接金属时,人们便用硼砂净化金属表面。医院里也常用硼酸作消毒剂。硼砂在古代便已为阿拉伯的炼金家们所熟知,他们就是从我国西藏获得硼砂的。硼在国外常被列为希有元素。然而,在我国却有丰富的硼砂矿,硼在我国不是希有元素,而是丰产元素!
虽然人们很早就和硼砂打上交道,然而,纯净的、游离态的硼,直到1808年才由英国的戴维、法国的盖吕萨克和泰纳尔制得。纯净的硼是一种深棕色、铁锈般的粉末,和铝一起加热熔融,冷却后能得到大块的晶态硼。这些硼的晶体非常坚硬,和金刚石不相上下,而且又非常耐热,熔点为2075℃,它在机械工业上被用来代替昂贵的金刚石,制造切削工具和钻头。现在,人们是用铂丝通电加热溴化硼蒸气,在1500℃时溴化硼分解,得到纯硼。
游离态的硼用途不算太大。在工业上,往铝、铜、镍等金属中加入百万分之一的硼,可以改善这些金属的机械性能。硼砂的用途比游离态的硼要广得多,在工业上用来制造瓷器,特别是搪瓷的易熔釉药。硼砂也被用来制造各种耐热玻璃和作为肥皂的填充剂。
在分折化学上,硼砂有一个特殊的用途:用铂丝做成一个小圆圈,蘸一点硼砂,放在煤气或酒精灯上加热。硼砂一开始冒出一些小气泡——结晶水受热蒸发了,然后熔融成无色的液体。冷后,成了无色透明的固体,就像一颗玻璃珠似的,牢牢地粘在铂丝做成的小圆圈上。如果你再用这铂丝蘸一点金属的氧化物放在灯上加热,冷后,这小珠却被着上各种颜色。例如,蘸金属钴的氧化物,则小珠呈蓝色;蘸金属铬的氧化物,小珠为绿色;蘸铁的氧化物,小珠为黄色(热时为棕色)……。在分析化学上,这叫做硼酸珠反应。利用硼酸珠的不同颜色,可以分析各种金属。现在,地质勘探工作者就常用这种硼酸珠反应,在野外分析所采集的金属矿物、因为这种化学分析方法极为简便,可以迅速判断样品的化学成分。
同样地,硼砂也常被用作除锈剂。因为硼砂在加热时,能熔解金属表面的氧化物——除锈。此外,在焰火中也用到硼砂,因为它受热后,会射出美丽的绿色光芒。
值得提到的是,硼砂逐渐成了农业上的重要角色——硼肥。人们发现,植物中硼的含量并不多,仅占植物干重的十万分之一到万分之一左右;然而,却是不可缺少的。如果土壤中缺少了硼,亚麻、大麻和苜蓿等植物,便会停止生长,甚至死亡。向日葵要是缺少硼,会瘪粒,含油量下降。甜菜要是缺少硼,会得干腐病——地下茎腐烂掉;缺少硼,豆科植物的根瘤发育也会受到影响。据研究,硼是植物生长不可缺少的微量元素之一,它对植物体内的醣类代谢起着很重要的调节作用。为了满足庄稼对硼的需要,人们就往田里施加适量的“硼肥”——硼砂。但硼肥的施用量必须合适,并不是越多越好;如果太多了,庄稼反而会被饶死,甚至连吃了这种庄稼叶的羊,也会得肠炎,这种肠炎在兽医学上称为“硼肠炎”。
最近,硼更添了一项重要的用途:“高能燃料”。人们用硼的金属化合物——硼化镁和酸类作用,制得了硼和氢的化合物——“硼烷”。硼烷有的是无色气体,有的是无色液体,也有的是白色晶体,通常具有恶臭和剧毒。这种硼氢化合物,在燃烧时能放出比一般物质多得多的热量。如l克分子硼乙烷燃烧,可产生484千卡的热量。这样,硼烷立刻引起了各国科学家的注意。现在,硼烷已是主要的火箭燃附之一。
我国有丰富的硼矿。硼,在我们社会主义建设中,正越来越发挥巨大的作用。
硼产品生产基地:加快开发大小柴旦湖的硼资源与其他盐湖中伴生硼资源,积极利用西藏的硼矿资源,以硼砂、硼酸为主导产品,发展氮化硼、碳化硼、氧化硼等产品。到2010年,实现30万吨硼产品生产能力,成为国家重要的硼产品生产基地。
硼矿
硼是一种典型的非金属元素。硼在自然界中只以化合物形式存在,但在地壳中分散状态的硼却分布广泛,而且是地表水、地下水、岩浆喷气、矿泉水和所有岩层的气液包裹体中所具有的元素。
硼也是非常分散的、典型的亲石元素,广泛分布于各种成因、不同类型的岩石中。
硼矿物几乎在地质旋回的所有阶段都可以形成,从岩浆作用到表生作用,在内生条件和外生条件下均可以形成工业富集。
硼矿是一种用途广泛的化工原料矿物。它主要用于生产硼砂和硼酸以及元素硼。硼在玻璃、冶金、医药、搪瓷、油漆、日用化工、农业以及国防尖端工业等部门都是不可缺少的。因此,硼资源的开发、利用,对于现代工业的发展,具有越来越重要的作用。
一、 矿物原料特点
世界上含硼矿物很多,根据含硼矿物的化学组成,可将其分为三类:硼硅酸盐矿物、硼铝硅酸盐矿物和硼酸盐矿物。其中,硼硅酸盐矿物主要是硅钙硼石和赛黄晶;硼铝硅酸盐矿物主要有电气石和斧石。这两类硼矿物中,除了硅钙硼石尚具有工业价值外,其他或是难以加工,或因未大量聚集成工业矿床而意义不大。目前,作为硼工业原料的主要是第三类——硼酸盐矿物。这类矿物有100多种,但作为工业硼资源开发利用的仅有10余种,如天然硼砂、遂安石、硼镁石、硬硼钙石、天然硼酸、钠硼解石、柱硼镁石等。在中国,硼镁石、遂安石、硼镁铁矿、硼砂、钠硼解石、柱硼镁石等均可形成大、中型矿床。下面分别简介一下几种主要硼酸盐矿物的物理、化学性能。
硼镁石 Mg2[B2O4(OH)](OH):B2O3 的理论含量为41.38%;呈纤维状、板状、柱状晶形;具有丝绢光泽;颜色有白、灰、浅黄色;密度为2.62~2.75 g/cm3,莫氏硬度3~4,不溶于水。
硼镁铁矿(Mg·Fe)3 Fe[BO3]O2:B2O3 的理论含量17.83% ;形态有针状、柱状、纤维状、短柱状-粒状集合体等多种晶形;具有珍珠、金刚光泽;颜色有黑色和黑绿色;密度为3.6~4.7 g/cm3;莫氏硬度5.5~6;不溶于水。
天然硼砂Na2B4O5(OH)4·8H2O:B2O3 的理论含量是36.51% ;形态为晶体或致密块状、土状集合体;颜色有白色、浅灰色和浅黄色;密度为1.69~1.72 g/cm3;莫氏硬度2.0~2.5;可溶于水。
遂安石Mg2(B2O5):B2O3 的理论含量46.34%;形态有板柱状、楔状、竹叶状、针状、纤维状等多种晶形;呈玻璃油脂光泽;有白色或淡褐色;密度为2.91~2.93 g/cm3;莫氏硬度5.9;不溶于水。
钠硼解石NaCa(H2O)6[B3B2O7(OH)4]:B2O3 的理论含量42.95% ;晶形有纤维状、针状集合体两种;呈玻璃、丝绢光泽;无色或白色;密度1.65~1.95 g/cm3;莫氏硬度2.5;难溶于水。
硬硼钙石Ca(H2O)[B2BO4(OH)3]:B2O3 的理论含量50.81% ;形态为等粒状、放射状、致密状集合体;有玻璃、金刚光泽;白色或无色;密度2.41~2.44 g/cm3;莫氏硬度4.5~5;不溶于水。
柱硼镁石Mg[B2O(OH)3]:B2O3 的理论含量42.46% ;有柱状、短柱状和纤维状3种晶形;玻璃光泽;颜色有白色、灰白色或无色;密度2.3 g/ cm3;莫氏硬度3.5。
二、 用途与技术经济指标
硼矿物的主要用途
上文已经提过,硼是重要的化工原料。硼矿的主要用途是用来生产硼砂、硼酸、元素硼以及硼的其他化合物,这些硼化物广泛应用于国民经济的许多部门。
1.建材工业
玻璃行业是硼砂的最大用户。玻璃生产中加入一定量的硼砂可以增强玻璃的热稳定性,增大紫外线的透射率,提高玻璃的透明度和抗冲击的机械性能。近年来,硼酸还大量用于玻璃纤维的制造,而玻璃纤维不仅是生产玻璃钢的重要原料,而且也是建筑、机械和制萘工业等的新型材料。
在陶瓷行业中可用硼砂作催化剂。硼砂也是防腐剂、高温坩埚、油漆等生产的添加剂。
2.轻工工业
硼砂是生产搪瓷制品的重要原料,它能增强搪瓷制品的牢固度和光泽度,提高瓷釉的耐热性,并大大增大其膨胀系数。
在印染行业中,硼砂是常用的煮炼剂,用来去除天然棉纤维中所含的油、蜡及色素等,并对原布具有漂白作用利于染色。
在造纸业中硼化物是一种新型的造纸涂料,它可以增加纸的光泽和防火性能,并用作造纸工业中含汞污水的处理剂等。
硼的某些化合物还可以做成防火剂、防火涂料、油漆干燥剂、防锈漆等。
3.冶金工业
在冶金工业中加入硼化物可制成硼钢等特种钢,这类钢具有很高的强度和耐腐蚀及耐热等优良性能,是制造喷气发动机等主要部件的优质钢材。
在铝、钼、镍等金属中加入少许硼,可以改善这些金属的机械性能。硼也是铸造镁及其合金时的防氧化剂。铁、硼、硅非晶态金属是一种高新技术材料,用它作变压器铁心,代替硅钢片,可节电3/4。
4.机械工业
在机械工业中硼被用作硬质合金、宝石等硬质材料的磨削、研磨、钻孔及抛光等。
“渗硼”是机械加工行业中一种新工艺,它能提高零件表面的硬度和耐磨、抗氧化性能。
5.化学工业
硼砂、硼酸可作为肥皂、洗涤剂等日用化工产品的添加剂。含硼洗涤剂具有保护头发、去污力强、无污染等性能。某些硼化物还可制成良好的还原剂、催化剂、溴化剂等。
6.电子工业
在硼系列化合物中,某些硼化物是绝缘材料,而有些硼化物则是良好的导电材料,具有半导体的特性,又有电子放射等性能,可用来制造各种电子元、器件,用作引燃管的引燃极、电讯器材、电容器、半导体的掺合料、高压高频电及等离子弧的绝缘体、雷达的传递窗等。
7.原子能工业和国防工业
硼具有显著的吸收中子的作用,可用作原子反应堆中的控制棒及原子反应堆的结构材料。
碳化硼具有高熔点、抗压强度大、防辐射和防化学腐蚀性能,因此,它是航空和装甲的理想防护材料。硼的某些化合物是制造火箭喷嘴、燃烧室内件及喷气发动机的部件。硼的氢化物是液体火箭推进剂中常用的燃烧剂等。
8.农业
硼在农业上用作生产硼肥、杀虫剂等。
boron carbide Is a black crystalline material of extreme hardness. With a rating of 9.6 on the Moh's scales this material is the 3rd hardest substance known and almost as hard as a diamond. Currently the latest ,state of the art coating found on various steel tools and knife blades.