Boori Metalli | Ominaisuudet, historia, tuotanto ja käyttötarkoitukset

Boroni on äärimmäisen kova ja lämmönkestävä puolimetalli, jota voidaan löytää monenlaisissa muodoissa ja jota käytetään laajasti yhdisteissä tekemään kaikesta valkaisuaineista ja lasista puolijohteisiin ja maatalouden lannoitteisiin.

Ominaisuudet:

• Atomic Symbol: B
• Atomic Number: 5
• Elementtityyppi: Metalloid
• Sulamispiste: 3769 ° F (2076 ° C)
• Kiehumispiste: 7101 ° F (3927 ° C)
• Moh: n kovuus: ~ 9. 5

Ominaisuudet:

Elementaarinen boori on allotrooppinen puolimetalli, mikä tarkoittaa sitä, että elementti itsessään voi esiintyä eri muodoissa, joilla kaikilla on omat fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet.

Myös muiden puolimetallien (tai metalloidien) tavoin jotkin boorin ominaisuudet ovat luonteeltaan metallisia, kun taas toiset ovat samankaltaisia ​​kuin ei-metallit.

Erittäin puhdas boori esiintyy joko amorfisena tumman ruskeana tai mustana jauheena tai tumma, kiiltävä ja hauras kiteinen metalli.

Erittäin kova ja kestävä lämmönlähde, boori on huonolaatuinen sähköjohto alhaisissa lämpötiloissa, mutta tämä muuttuu lämpötilan noustessa.

Vaikka kiteinen boori on hyvin stabiili eikä reaktiivinen happojen kanssa, amorfinen versio hitaasti hapettuu ilmassa ja voi reagoida voimakkaasti hapossa.

Kiteisessä muodossa boori on toiseksi vaikein kaikista elementeistä (takana vain hiili sen timanttisessa muodossa) ja on yksi korkeimmista sulatteen lämpötiloista.

Samalla tavalla kuin hiili, johon varhaiset tutkijat usein ovat hajottaneet elementin, boori muodostaa stabiileja kovalenttisia sidoksia, jotka vaikeuttavat eristämistä.

Elementin numerolla 5 on myös kyky absorboida suuri joukko neutroneja, mikä tekee siitä ihanteellisen materiaalin ydinvoimaventtiileille.

Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että kun superjäähdytteinen boori muodostaa vielä täysin erilaisen atomirakenteen, joka sallii sen toimivan suprajohtajana.

Elementin arvoituksellinen luonne johti Stony Brookin yliopiston Artem Oganoxin toteamaan, että "boroni on skitsofreeninen elementti, joka on osa täysin turhautumista."

Se ei tiedä mitä se haluaa. hirveän monimutkainen. "

Historia:

Vaikka boronin löytyminen johtuu sekä ranskalaisista että englantilaisista kemisteistä, jotka tutkivat boraatti-mineraaleja 1800-luvun alkupuolella, uskotaan, että puhdasta näytettä elementistä ei tuotettu vuoteen 1909 saakka.

Boron-mineraaleja (joita usein kutsutaan boraatteiksi) oli kuitenkin jo vuosisatoja käyttänyt ihmisiä. Boraaksin (luonnossa esiintyvän natriumboraatin) ensimmäinen kirjattu käyttö oli arabialaisia ​​kultaseppareita, jotka käyttivät yhdistettä virtauksena puhdasta kultaa ja hopeaa kahdeksantena vuosisadalla.

Poimittu Tiibetin järven suolahuoneista ja kuljetettu länteen silkkitielle Babyloniin. Jotkut todisteet jopa viittaavat siihen, että kultasepät käyttivät boraaksivuota jo 4000 vuotta sitten.

Kiinalaisen keramiikan lasit ovat peräisin 3. ja 10. vuosisadalta, mutta myös on osoitettu hyödyntävän luonnossa esiintyvää yhdistettä.

Termisesti stabiilin borosilikaattilasin keksintö 1800-luvun loppupuolella antoi uuden boraatti-mineraalien kysynnän lähteen. Tätä tekniikkaa hyödyntäen Corning Glass Works esitteli Pyrex-lasin keittovälineet vuonna 1915.

Sodan jälkeisinä vuosina boorisovellutukset kasvoivat yhä laajemmalle teollisuudelle.

Boronitridiä alkoi käyttää japanilaisissa kosmetiikassa, ja vuonna 1951 kehitettiin boorikuitujen valmistusmenetelmä.

Ensimmäiset ydinreaktorit, jotka tulivat tälle ajanjaksolle, käytti myös booria niiden säätösauvoissa.

Tosiasiallisesti Tšernobylin ydinonnettomuuden välittömässä seurauksena vuonna 1986 40 tonnia booriyhdisteitä poltettiin reaktorille, jotta voitaisiin helpottaa radionuklidin vapautumisen valvontaa.

1980-luvun alussa lujuuden omaavien pysyvien harvinaisten maametallien magneetit kehittivät edelleen elementtien suuria uusia markkinoita. Nykyään tuotetaan vuosittain yli 70 metristä tonnia neodyymi-rauta-booria (NdFeB) magneeteista sähköautoihin ja kuulokkeisiin.

1990-luvun lopulla booriteräs alkoi käyttää autoissa vahvistamaan rakenteellisia komponentteja, kuten turvapalkkeja.

Jopa 21. vuosisadalla, puolimetallin uusien käyttötapojen kehitys jatkuu. Vuonna 2004 tutkijat havaitsivat, että kun superjäähdytteinen ja käsitelty korkealla paineella, boori tulee suprajohtavaksi ja avaa uusia mahdollisuuksia supertietokoneiden alalla.

Tuotanto:

Vaikka maapallon kuoressa on yli 200 erilaista boraattiemeraalia, vain neljä on yli 90 prosenttia boori- ja booriyhdisteiden kaupallisesta uuttamisesta. Näitä ovat tincal, kernite, colemanite ja ulexite.

Saadakseen suhteellisen puhdasta boorijauhetta boorioksidia, jota esiintyy mineraalissa, kuumennetaan magnesium- tai alumiinivuolla. Pelkistys tuottaa elementaarista boorijauhetta, joka on noin 92% puhdasta.

Puhdasta booria voidaan valmistaa vähentämällä boorihalogenideja vedyllä lämpötiloissa yli 1500

° C (2732 ° F). Puhdistusaineisiin vaadittava erittäin puhdas boori voidaan valmistaa hajottamalla diboraani korkeissa lämpötiloissa ja kasvattamalla yksittäisiä kiteitä vyöhykkeen sulamisen tai Czolchralski-menetelmän avulla.

USGS: n mukaan yli 6 miljoonaa tonnia boraattieminaalia louhittiin vuonna 2014. Maailman suurin boraattien lähde on Turkki, jonka osuus on vuosittain yli puolet kaikista boraateista. Turkin valtion omistama Eti Maden AS toimii kaikilla neljällä maalla, jotka määräytyvät suurelta osin mineraali- kolemeenin avulla.

Yhdysvallat on maailman toiseksi suurin elementin lähde. Kaksi yritystä, USA Borax (Rio Tinto -yrityksen kokonaan omistama tytäryhtiö) ja Searles Valley Minerals, poistavat booria pitkäaikaisista kaivoksista Kaliforniassa. Rio Tinton Boracassa oleva boraaksikaivos Kaliforniassa on toiminut jatkuvasti yli 140 vuoden ajan.

Muita vähäisempää boraatti-mineraalilähteitä uutetaan Kiinassa ja Argentiinassa.

Sovellukset:

Vaikka booripitoisia mineraaleja kaivetaan vuosittain yli kuudelle miljoonalle metriselle tonnille, suurin osa niistä käytetään boraattisuoloina, kuten boorihappo ja boorioksidi, ja hyvin vähän muunnetaan alkuaineiksi boori. Itse asiassa kulutetaan vain noin 15 metristä tonnia elementaarista booria vuosittain.

Boorin ja booriyhdisteiden laaja käyttö on erittäin laaja. Jotkut arvioivat, että elementin eri muodoissa on yli 300 erilaista loppukäyttöä.

Viisi suurta käyttötarkoitusta ovat:

Lasi (esim. Lämpöstabiili borosilikaattilasi)

1. Keramiikka (esim. Laatoituslasit)
2. Maatalous (esimerkiksi boorihappo nestemäisissä lannoitteissa).
3. Pesuaineet (esim. Natriumperboraatti pyykinpesuaineessa)
4. Valkaisut (esim. Kotitalous- ja teollisuusmaalien poistoaineet)
5. Vaikka metallisella boorilla on hyvin vähän käyttötarkoituksia, elementti arvostetaan lukuisissa metallurgisissa sovellutuksissa. Poistamalla hiili ja muut epäpuhtaudet, kun se sitoo raudan pienen määrän booria - vain muutama miljoonasosaa - lisätty teräs voi tehdä siitä neljä kertaa vahvempaa kuin keskimääräinen lujat teräs.

Boron-terästä käytetään nyt useissa turvalukkoissa, ristikkopalkkeissa ja muissa rakenteellisissa auto-osissa.

Elementin kyky liuottaa ja poistaa metallioksidikalvot tekee siitä myös ihanteellisen hitsauskourujen hitsaukseen. Boronitrikloridi poistaa nitridit, karbidit ja oksidit sulasta metallista. Tämän ansiosta sitä käytetään alumiinin, magnesiumin, sinkin ja kupariseosten valmistukseen.

Jauhemetallurgiassa metallisten boridien esiintyminen lisää johtavuutta ja mekaanista lujuutta. Rautapitoisissa tuotteissa niiden olemassaolo lisää korroosionkestävyyttä ja kovuutta, kun taas suihkukehyksissä ja turbiinien osissa käytettävät titaaniseokset lisäävät mekaanista lujuutta.

Borusidit, jotka valmistetaan sijoittamalla hydridielementti volframilangalle, ovat voimakas, kevyt rakenneaine, joka sopii käytettäväksi ilmailuteollisuudessa, sekä golfmailoja ja suurta vetoketjua.

Boorin sisällyttäminen NdFeB-magneettiin on kriittinen suuritehoisten kestomagneettien toiminnalle, joita käytetään tuuliturbiineissa, sähkömoottoreissa ja laaja-alaisessa elektroniikassa.

Boronin lujuus kohti neutronien absorbointia mahdollistaa sen käytön ydinvoimaventtiileissä, säteilysuojissa ja neutronien ilmaisimissa.

Lopuksi boorikarbidia, joka on kolmanneksi vaikeinta tunnettua ainetta, käytetään erilaisten panssarien, luodinkestävien liivien, hankausaineiden ja kulutusosien valmistukseen.

Lähteet:

_{Chemicool. Boron}

_{URL: // www. chemicool. com / elementit / boori. html
USGS. Minerals Information. Boron
URL: // mineraalit. USGS. gov / minerals / pubs / commodity / boron /
Seuraa Terence Google+ -palvelussa}