Boormetaal | Eigenschappen, Geschiedenis, Productie & Gebruik

Boron is een extreem hard en hittebestendig halfmetaal dat in allerlei vormen voorkomt en wordt veel gebruikt in verbindingen om alles te maken van bleekmiddelen en glas tot halfgeleiders en landbouwmeststoffen.

Eigenschappen:

• Atoomgetal: B
• Atoomgetal: 5
• Element Categorie: Metalloid
• Densiteit: 2. 08g / cm3
• Smeltpunt: 3769 ° F (2076 ° C)
• Kookpunt: 7101 ° F (3927 ° C)
• Moh's Hardheid: ~ 9. 5

Kenmerken:

Elementair boor is een allotropisch semi-metaal, wat betekent dat het element zelf in verschillende vormen kan bestaan, elk met zijn eigen fysische en chemische eigenschappen.

Ook, zoals andere semi-metalen (of metalloïden), zijn sommige eigenschappen van boor metallisch van aard, terwijl andere vergelijkbaar zijn met niet-metalen.

Borst met een hoge zuiverheid bestaat zowel als een amorfe donkerbruin tot zwart poeder of een donker, glanzend en bros kristallijn metaal.

Extreem hard en bestand tegen warmte, boren is een slechte geleider van elektriciteit bij lage temperaturen, maar dit verandert als de temperatuur stijgt.

Terwijl kristallijne boor zeer stabiel is en niet reactief is met zuren, wordt de amorfe versie langzaam in de lucht geoxideerd en kan het sterk in zuur reageren.

In kristallijne vorm is boor de tweede moeilijkste van alle elementen (achter alleen koolstof in zijn diamantvorm) en heeft een van de hoogste smelttemperaturen.

In vergelijking met koolstof, waarvoor vroege onderzoekers het element vaak missen, vormt boren stabiele covalente bindingen die het moeilijk maken om te isoleren.

Element nummer vijf heeft ook de mogelijkheid om een ​​groot aantal neutronen op te nemen, waardoor het een ideaal materiaal is voor nucleaire staven.

Recent onderzoek heeft aangetoond dat bij supergekoelde boren nog een totaal andere atoomstructuur vormt die het mogelijk maakt om als supergeleider te fungeren.

Het raadselachtige karakter van het element leidde Artem Oganox van Stony Brook University om te zeggen dat "Boron een schizofreen element is. Het is een element van volledige frustratie.

Het weet niet wat het wil doen. verschrikkelijk ingewikkeld. "Hoewel de ontdekking van boren wordt toegeschreven aan zowel Franse als Engelse chemici die boratmineralen onderzoeken in de vroege 19e eeuw, wordt aangenomen dat een zuiver monster van het element niet tot 1909 werd geproduceerd.

Boriummineralen (vaak aangeduid als boraten) waren echter al eeuwenlang door mensen gebruikt. Het eerste geregistreerde gebruik van borax (natuurlijk voorkomend natriumboraat) was door Arabische goudsmeden die de verbinding als een flux toepast om goud en zilver in de 8e eeuw nC te zuiveren.

Uittreksel uit zoutbedden uit Tibetaanse meer en wijd over de zijdeweg naar Babylon weggevoerd. Sommige bewijzen wijzen er zelfs op dat goudsmeden zo vroeg als 4000 jaar geleden boraxflux gebruiken.

Er zijn ook gebleken dat glazen op Chinese keramiek uit de 3e en 10e eeuw nC gebruik maken van de natuurlijk voorkomende verbinding.

De uitvinding van thermisch stabiel borosilicaatglas in de late 1800's zorgde voor een nieuwe vraagbron voor boraatmineralen. Met behulp van deze technologie introduceerde Corning Glass Works in 1915 Pyrex-kookgerei.

In de naoorlogse jaren groeide toepassingen voor boor een steeds groter aantal sectoren.

Boornitride begon te worden gebruikt in Japanse cosmetica en in 1951 werd een productiemethode voor borenvezels ontwikkeld.

De eerste kernreactoren, die tijdens deze periode online waren, maakten ook gebruik van borium in hun besturingsstaven.

In feite, in de onmiddellijke nasleep van de nucleaire ramp in Tsjernobyl in 1986, werden 40 ton boorverbindingen op de reactor gedumpt om te helpen bij het vrijkomen van radionucliden.

In de vroege jaren tachtig creëerde de ontwikkeling van hoge sterkte permanente zeldzame aarde magneten verder een grote nieuwe markt voor het element. Meer dan 70 ton magneten van neodymium-ijzer-boor (NdFeB) worden nu elk jaar geproduceerd voor gebruik in alles van elektrische auto's tot koptelefoons.

In het einde van de jaren negentig begon boorstaal in auto's te worden gebruikt om structurele componenten te versterken, zoals veiligheidsstaven.

Zelfs in de 21ste eeuw gaat de ontwikkeling van nieuwe toepassingen voor het semi-metaal door. In 2004 ontdekten onderzoekers dat bij supergekoelde en hoge druk behandeld boren supergeleidend wordt, waardoor nieuwe mogelijkheden op het gebied van supercomputatie worden geopend.

Productie:

Hoewel meer dan 200 verschillende soorten boraatmineralen in de aardkorst bestaan, vertegenwoordigen slechts vier meer dan 90 procent van de commerciële winning van boor- en boorverbindingen. Deze omvatten tincale, kerniet, colemaniet en ulexiet.

Om een ​​relatief zuivere vorm van borpoeier te produceren, wordt booroxide dat aanwezig is in het mineraal verwarmd met magnesium of aluminiumflux. De reductie produceert elementair borenpoeder dat ongeveer 92 procent zuiver is.

Zuivere boren kan worden geproduceerd door boorhalogeniden verder te reduceren met waterstof bij temperaturen boven 1500

°

C (2732 ° F). Borst met hoge zuiverheid, die nodig is voor gebruik in halfgeleiders, kan worden gemaakt door diboraan bij hoge temperaturen te decomponeren en enkelvoudige kristallen te groeien via zone-smelting of de Czolchralski-methode. Volgens de USGS werden in 2014 meer dan zes miljoen ton boraatmineralen ontgonnen. De grootste bron van boraten in de wereld is Turkije, dat jaarlijks meer dan de helft van alle boraten uitmaakt. Turkije's staatsbedrijf Eti Maden AS exploiteert alle vier de landen boormijnen, die grotendeels bepaald worden door de minerale colemaniet.

De VS is 's werelds tweede grootste bron van het element. Twee bedrijven, de VS Borax (een volledige dochteronderneming van Rio Tinto) en Searles Valley Minerals, extractboor van lang gevestigde mijnen in Californië. De Borax-mijn van Rio Tinto in Boron, Californië, is al langer dan 140 jaar in continue werking.

Andere, minder bronnen van boraat mineralen worden geëxtraheerd in China en Argentinië.

Toepassingen:

Terwijl meer dan zes miljoen metrieke ton boorhoudende mineralen elk jaar worden gegenereerd, wordt het overgrote deel hiervan verbruikt als boraatzouten, zoals boorzuur en booroxide, waarbij weinig wordt omgezet in elementair boor. In feite worden er slechts jaarlijks ongeveer 15 ton ton elementair boor verteer.

De breedte van het gebruik van boor- en boorverbindingen is extreem breed. Sommigen schatten dat er meer dan 300 verschillende eindgebruiken van het element in zijn verschillende vormen zijn.

De vijf grote toepassingen zijn:

Glas (bv. Thermisch stabiel borosilicaatglas)

Keramiek (bijv. Tegelglasjes)

1. Landbouw (bijv. Boorzuur in vloeibare meststoffen).
2. Wasmiddelen (bijv. Natriumperboraat in wasmiddel)
3. Bleekmiddelen (bijv. Huishoudelijke en industriële vlekverwijderaars)
4. Hoewel metaalboor weinig gebruik heeft, wordt het element zeer gewaardeerd in een aantal metallurgische toepassingen. Door het verwijderen van koolstof en andere onzuiverheden als het verbindt om een ​​kleine hoeveelheid boren te ijzer - slechts een paar delen per miljoen - toegevoegd aan staal, kan het vier keer sterker zijn dan het gemiddelde hoge sterktestaal.
5. Boorstaal wordt nu gebruikt in een verscheidenheid aan veiligheidsstaven, dash cross balken en andere structurele auto onderdelen.

Het vermogen van het element om metaaloxidefilm op te lossen en te verwijderen maakt het ook ideaal voor lassen van vloeistoffen. Bortrichloride verwijdert nitriden, carbiden en oxide uit gesmolten metaal. En als gevolg hiervan wordt dit gebruikt bij het maken van aluminium-, magnesium-, zink- en koperlegeringen.

Bij poedermetallurgie verhoogt de aanwezigheid van metaalboriden geleidbaarheid en mechanische sterkte. Bij ferro-producten verhoogt hun bestaan ​​corrosiebestendigheid en hardheid, terwijl in titaniumlegeringen die worden gebruikt in straalframes en turbine-delen boriden de mechanische sterkte verhogen.

Boorvezels, die worden gemaakt door het hydride element op wolfraamdraad af te zetten, zijn sterk, licht structureel materiaal dat geschikt is voor gebruik in ruimtelijke toepassingen, evenals golfclubs en hoge trekband.

De opname van bor in NdFeB magneet is cruciaal voor de functie van permanente magneten met hoge sterkte die worden gebruikt in windturbines, elektromotoren en een breed scala aan elektronica.

Boron's proclivity tegen neutronabsorberende laat het toe om in nucleaire staven, stralingsschilden en neutrondetectoren te worden gebruikt.

Ten slotte wordt boorcarbide, de derde hardste bekende stof, gebruikt bij de vervaardiging van diverse armors, kogelvrije vests, alsmede slijp- en slijtdelen.

Bronnen:

Chemicool. Boron

_{URL: // www. ChemiCool. com / elementen / boor. html}

_{USGS. Mineralen Informatie. Boron
URL: // mineralen. USGS. gov / mineralen / pubs / commodity / boron /
Volg Terence op Google+}