Bor Metal | Egenskaper, historie, produksjon og bruk

Boron er et ekstremt hardt og varmebestandig semi-metall som finnes i en rekke former og brukes mye i forbindelser for å gjøre alt fra blekemidler og glass til halvledere og landbruksgjødsel.

Egenskaper:

• Atomisk Symbol: B
• Atomisk Antall: 5
• Element Kategori: Metalloid
• Tetthet: 2. 08g / cm3
• Smeltepunkt: 3769 ° F (2076 ° C)
• Kokepunkt: 7101 ° F (3927 ° C)
• Mohs hardhet: ~ 9. 5

Egenskaper:

Elementært bor er et allotropisk halvmetall, noe som betyr at selve elementet kan eksistere i forskjellige former, hver med sine egne fysiske og kjemiske egenskaper.

Som andre halvmetaller (eller metalloider), er noen av borets egenskaper også metalliske, mens andre ligner ikke-metaller.

Bor med høy renhet eksisterer enten som en amorf mørkbrun til svart pulver eller et mørkt, glatt og sprø krystallinsk metall.

Ekstremt hardt og motstandsdyktig mot varme, er bor en dårlig ledere av elektrisitet ved lave temperaturer, men dette endres når temperaturen stiger.

Selv om krystallinsk bor er veldig stabilt og ikke reaktivt med syrer, oxiderer den amorfe versjonen sakte langsomt i luft og kan reagere voldsomt i syre.

I krystallinsk form er bor det nest vanskeligste av alle elementene (bak bare karbon i sin diamantform) og har en av de høyeste smeltetemperaturene.

I likhet med karbon, for hvilke tidlige forskere ofte mistet elementet, dannes bore stabile kovalente bindinger som gjør det vanskelig å isolere.

Element nummer fem har også muligheten til å absorbere et stort antall nøytroner, noe som gjør det til et ideelt materiale for nukleare styrestenger.

Ny forskning har vist at når det er superkjølt, danner bor ennå en helt annen atomstruktur som gjør at den kan fungere som en superleder.

Elementets gåtefulle natur førte Artem Oganox fra Stony Brook University til å påstå at "Boron er et schizofrenisk element. Det er et element av fullstendig frustrasjon.

Det vet ikke hva den vil gjøre. Resultatet er noe forferdelig komplisert. "

Historien:

Mens oppdagelsen av bor tilskrives både franske og engelske kjemikere som undersøker boratmineraler tidlig på 1800-tallet, antas det at en ren prøve av elementet ikke ble produsert før 1909.

Bore mineraler (ofte referert til som borater), hadde imidlertid allerede blitt brukt av mennesker i århundrer. Den første registrerte bruken av boraks (naturlig forekommende natriumborat) var av arabiske gullsmedere som brukte forbindelsen som en fluss for å rense gull og sølv i det 8. århundre e.Kr.

Utvunnet fra tibetanske sjøsenger og båret vestover over silkeveien til Babylon. Noen bevis tyder enda på at gullsmedene brukte borax flux så tidlig som 4000 år siden.

Glasur på kinesisk keramikk dateres mellom 3. og 10. århundre e.Kr. har også vist seg å benytte seg av den naturlig forekommende forbindelsen.

Oppfinnelsen av termisk stabilt borosilikatglass i slutten av 1800-tallet ga en ny kilde til etterspørsel etter boratmineraler. Bruk av denne teknologien introduserte Corning Glass Works Pyrex glasspanner i 1915.

I etterkrigsårene ble bruksområder for bor vokst til å omfatte et stadig større utvalg av næringer.

Bornitrid begynte å bli brukt i japanske kosmetikk og i 1951 ble det utviklet en produksjonsmetode for borfibre.

De første atomreaktorene, som kom på nettet i løpet av denne perioden, benyttet også bor i deres kontrollstenger.

Faktisk, i umiddelbar etterdyktighet av Tjernobyl-atomkatastrofen i 1986 ble 40 tonn boreforbindelser dumpet på reaktoren for å bidra til å kontrollere frigjøring av radionuklid.

I begynnelsen av 1980-tallet utviklet utviklingen av høy styrke permanent sjeldne jordartsmagneter ytterligere et stort nytt marked for elementet. Over 70 metriske tonn magneter av neodym-jern-bore (NdFeB) produseres nå hvert år for bruk i alt fra elektriske biler til hodetelefoner.

I slutten av 1990-tallet begynte borstål å bli brukt i biler for å styrke strukturelle komponenter, for eksempel sikkerhetsstenger.

Selv i det 21. århundre fortsetter utviklingen av nye bruksområder til halvmetallet. I 2004 oppdaget forskere at når superkjølt og behandlet med høyt trykk, blir bor superledende, og åpner nye muligheter innen supercomputing.

Produksjon:

Selv om mer enn 200 forskjellige typer boratmineraler finnes i jordskorpen, utgjør bare fire over 90 prosent av kommersiell utvinning av bor og borforbindelser. Disse inkluderer tincal, kernite, colemanite og ulexite.

For å produsere en relativt ren form for borepulver, oppvarmes boroksid som er tilstede i mineralet med magnesium eller aluminiumflux. Reduksjonen produserer elementært borepulver som er omtrent 92 prosent rent.

Rent bor kan produseres ved ytterligere å redusere borhalogenider med hydrogen ved temperaturer over 1500 ° C (2732 ° F). Bor med høy renhet, som er nødvendig for bruk i halvledere, kan fremstilles ved å dekomponere diboran ved høye temperaturer og voksende enkeltkrystaller via sonesmelting eller Czolchralski-metoden. Ifølge USGS ble mer enn seks millioner metriske boratmineraler utvannet i 2014. Verdens største kilde til borater er Tyrkia, som står for over halvparten av alle borater som utvinnes hvert år. Tyrkias statseide Eti Maden AS driver alle fire av landene borminer, som i stor grad er definert av mineralcolemanitten.

USA er verdens nest største kilde til elementet. To selskaper, USA Borax (et heleid datterselskap av Rio Tinto) og Searles Valley Minerals, utvinningsbor fra langt etablerte gruver i California. Rio Tintos Borax-gruve i Boron, California har vært i kontinuerlig drift i over 140 år.

Andre, mindre kilder til boratmineraler blir ekstrahert i Kina og Argentina.

Anvendelser:

Mens over seks millioner metriske tonn borholdige mineraler blir utvannet hvert år, forbrukes det meste av dette som boratsalter, slik som borsyre og boroksid, med svært lite å bli omdannet til elementær boron. Faktisk konsumeres kun ca 15 tonn elementært bor hvert år.

Bruken av bor og borforbindelser er ekstremt bred. Noen anslår at det er over 300 forskjellige sluttbruk av elementet i ulike former.

De fem hovedbruksområder er:

Glass (f.eks. Termisk stabilt borosilikatglass)

Keramikk (f.eks. Fliseregler)

1. Landbruk (f.eks. Borsyre i flytende gjødsel).
2. Rengjøringsmidler (f.eks. Natriumperborat i vaskemiddel)
3. Bleker (f.eks. Husholdnings- og industrielle flekkfjernere)
4. Selv om metallbore har svært få anvendelser, er elementet høyt verdsatt i en rekke metallurgiske anvendelser. Ved å fjerne karbon og andre urenheter som det knytter seg til jern en liten mengde bor - bare noen få deler per million - lagt til stål, kan den gjøre det fire ganger sterkere enn det gjennomsnittlige høystyrke-stål.
5. Borestål brukes nå i en rekke sikkerhetsstenger, dash kryssbjelker og andre konstruktive auto deler.

Elementets evne til å oppløse og fjerne metalloksydfilm gjør det også ideelt for sveisestrømninger. Bortriklorid fjerner nitrider, karbider og oksid fra smeltet metall. Og som et resultat brukes dette til fremstilling av aluminium, magnesium, sink og kobberlegeringer.

Ved pulvermetallurgi øker nærværet av metallborider konduktivitet og mekanisk styrke. I jernholdige produkter øker deres eksistens korrosjonsbestandighet og hardhet, mens i titanlegeringer som brukes i strålerammer og turbindeler, øker borider mekanisk styrke.

Borfibre, som er laget ved å deponere hydridelementet på wolframtråd, er sterke, lette konstruksjonsmaterialer som er egnet for bruk i luftfartssystemer, samt golfklubber og høyspenningsbånd.

Inkluderingen av bor i NdFeB-magnet er avgjørende for funksjonen av permanente magneter med høy styrke som brukes i vindturbiner, elektriske motorer og et bredt spekter av elektronikk.

Borens proclivitet mot nøytronabsorbering gjør at den kan brukes i nukleare kontrollstenger, strålingsskjold og neutrondetektorer.

Endelig brukes borkarbid, det tredje hardest kjente stoffet, til fremstilling av ulike rustninger, kuldefaste vester samt slipemidler og slitedeler.

Kilder:

Chemicool. Boron

_{URL: // www. chemicool. com / elementer / bor. HTML}

_{usgs. Mineraler Informasjon. Bor
URL: // mineraler. USGS. gov / mineraler / puber / vare / bor /
Følg Terence på Google+}