البورون المعادن | الخصائص والتاريخ والإنتاج والاستخدامات

تعد بورون شبه معدنية شديدة المقاومة للحرارة ويمكن العثور عليها بمجموعة متنوعة من الأشكال، وتستخدم على نطاق واسع في المركبات لصنع كل شيء من المبيضات والزجاج إلى أشباه الموصالت والأسمدة الزراعية.

الخصائص:

• الرمز الذري: B
• العدد الذري: 5
• عنصر الفئة: ميتالويد
• الكثافة: 2. 08g / cm3
• نقطة الانصهار: 3769 ° F (2076 ° C)
• نقطة الغليان: 7101 ° F (3927 ° C)
• مو صلابة: ~ 9. 5

الخصائص:

البورون العنصرى عبارة عن شبه شبه معدنى، وهذا يعني أن العنصر نفسه يمكن أن يوجد بأشكال مختلفة، ولكل منها خصائصه الفيزيائية والكيميائية.

كما هو الحال مع غيرها من المعادن شبه المعدنية (أو الفلزات)، فإن بعض خصائص البورون ذات طبيعة معدنية في حين أن البعض الآخر يشبه أكثر من غير المعادن.

بورون عالي النقاء موجود إما على شكل مسحوق بني غامق بني إلى أسود أو معدن بلوري داكن، لامع وهش.

من الصعب جدا ومقاومة للحرارة، البورون هو موصل الفقراء من الكهرباء في درجات حرارة منخفضة، ولكن هذا يتغير مع ارتفاع درجات الحرارة.

في حين أن البورون البلوري مستقر جدا ولا يتفاعل مع الأحماض، فإن النسخة غير المتبلرة تتأكسد ببطء في الهواء ويمكن أن تتفاعل بعنف في الأحماض.

--3>>

في شكل بلوري، البورون هو ثاني أصعب من جميع العناصر (وراء الكربون فقط في شكل الماس) ولها واحدة من أعلى درجات الحرارة تذوب.

على غرار الكربون، والتي غالبا ما يخطئ الباحثون المبكرون العنصر، تشكل البورون روابط تساهمية مستقرة تجعل من الصعب عزلها.

العنصر رقم خمسة أيضا لديه القدرة على استيعاب عدد كبير من النيوترونات، مما يجعلها مادة مثالية لقضبان التحكم النووي.

وقد أظهرت الأبحاث الحديثة أنه عندما أشكال فائقة البرودة، البورون بعد بنية ذرية مختلفة تماما التي تسمح لها أن تكون بمثابة موصل فائق.

أدت الطبيعة الغامضة للعنصر أرتيم أوغانوكس من جامعة ستوني بروك إلى القول بأن "بورون عنصر انفصالي، إنه عنصر من الإحباط التام.

لا يعرف ما يريد القيام به، والنتيجة هي شيء .

التاريخ:

في حين أن اكتشاف البورون يعزى إلى كل من الكيميائيين الفرنسيين والإنجليز الذين يبحثون عن المعادن البوراتية في أوائل القرن التاسع عشر، يعتقد أن عينة نقية من العنصر لم تنتج حتى عام 1909.

ومع ذلك، فإن بورون المعادن (غالبا ما يشار إليها باسم بوراتس)، وقد استخدمت بالفعل من قبل البشر لعدة قرون. أول استخدام مسجل للبوراكس (بورات الصوديوم التي تحدث بشكل طبيعي) كان من قبل صائغي الذهب العرب الذين طبقوا المركب كتدفق لتنقية الذهب والفضة في القرن الثامن الميلادي.

مستخرج من أسماك الملح في التبت، وحمل غربا عبر طريق الحرير إلى بابل. بعض الأدلة حتى تشير إلى أن الصائغين كانوا يستخدمون تدفق البوراكس في وقت مبكر من 4000 سنة مضت.

كما تبين أن الصقيل على الخزف الصيني يعود تاريخه بين القرنين الثالث والعاشر الميلادي إلى استخدام المركب الطبيعي.

وفر اختراع زجاج البورسليكات المستقر حراريا في أواخر القرن التاسع عشر مصدرا جديدا للطلب على المعادن البوراتية. وباستخدام هذه التكنولوجيا، أدخلت شركة كورنينج غلاس وركس طهي زجاج بيركس في عام 1915.

في السنوات التي أعقبت الحرب، نمت تطبيقات البورون لتشمل مجموعة متزايدة الاتساع من الصناعات.

بدأت نيتريد البورون لاستخدامها في مستحضرات التجميل اليابانية، وفي عام 1951، تم تطوير طريقة إنتاج ألياف البورون.

أول المفاعلات النووية، التي جاءت على الخط خلال هذه الفترة، كما استخدمت من البورون في قضبان السيطرة عليها.

في الواقع، في أعقاب كارثة تشيرنوبيل النووية في عام 1986 مباشرة، تم إلقاء 40 طنا من مركبات البورون على المفاعل من أجل المساعدة في التحكم في إطلاق النويدات المشعة.

في أوائل الثمانينيات، أدى تطوير مغناطيس الأرض النادرة ذات القوة العالية إلى خلق سوق جديدة كبيرة للعنصر. ويتم إنتاج أكثر من 70 طنا متريا من مغناطيس النيوديميوم والحديد والبورون (ندفيب) كل عام لاستخدامها في كل شيء من السيارات الكهربائية إلى سماعات الرأس.

في أواخر التسعينات، بدأ الصلب البورون يستخدم في السيارات لتعزيز المكونات الهيكلية، مثل قضبان السلامة.

حتى في القرن الحادي والعشرين، يستمر تطوير استخدامات جديدة للنصف المعدني. في عام 2004، اكتشف الباحثون أنه عندما يتم تبريدها ومعالجتها بضغط عال، يصبح البورون موصلا عاليا، مما يفتح إمكانيات جديدة في مجال الحوسبة الفائقة.

الإنتاج:

على الرغم من وجود أكثر من 200 نوع مختلف من معادن بورات في القشرة الأرضية، فإن أربعة فقط تمثل أكثر من 90٪ من الاستخراج التجاري لمركبات البورون والبورون. وتشمل هذه تينكال، كيرنيت، كولمانيت، و أوليكسيت.

لإنتاج شكل نقي نسبيا من مسحوق البورون، يتم تسخين أكسيد البورون الموجود في المعدن مع المغنيسيوم أو تدفق الألومنيوم. ويؤدي هذا الانخفاض إلى إنتاج مسحوق البورون الأساسي الذي يبلغ صافته 92 في المائة تقريبا.

يمكن إنتاج البورون النقي من خلال تقليل هاليدونات البورون مع الهيدروجين عند درجات حرارة تتجاوز 1500 ° C (2732 ° F).

البورون عالية النقاء، المطلوبة للاستخدام في أشباه الموصلات، يمكن أن تقدمها متحللة ثنائي البوران في درجات حرارة عالية ومتنامية بلورات واحدة عن طريق ذوبان منطقة أو طريقة Czolchralski.

وفقا ل أوسغس، تم استخراج أكثر من ستة ملايين طن متري من المعادن بورات في عام 2014. أكبر مصدر في العالم من بورات هو تركيا، التي تمثل أكثر من نصف جميع بورات الملغومة كل عام. وتدير شركة "إيتي مادين أس" المملوكة للدولة في تركيا كل مناجم بورون الأربعة التي تعرفها شركة كولمانيت المعدنية.

الولايات المتحدة هي ثاني أكبر مصدر في العالم للعنصر. شركتان، الولايات المتحدة بوراكس (شركة تابعة مملوكة بالكامل لريال تينتو) وسيرلز وادي المعادن، استخراج البورون من الألغام التي أنشئت منذ فترة طويلة في ولاية كاليفورنيا. وكان منجم بوراكس ريو تينتو في بورون، كاليفورنيا في عملية مستمرة لأكثر من 140 عاما.

يتم استخراج مصادر أخرى أقل من المعادن البوراتية في الصين والأرجنتين.

التطبيقات:

في حين أن أكثر من ستة ملايين طن متري من المعادن التي تحتوي على البورون يتم استخراجها كل عام، فإن الغالبية العظمى من هذا يتم استهلاكها مثل أملاح بورات، مثل حمض البوريك وأكسيد البورون، مع القليل جدا من تحويلها إلى عنصري البورون. في الواقع، يتم استهلاك حوالي 15 طنا متريا فقط من البورون الأساسي كل عام.

اتساع نطاق استخدام مركبات البورون والبورون واسع للغاية. ويقدر البعض أن هناك أكثر من 300 استخدام نهائي مختلف للعنصر بأشكاله المختلفة.

الاستخدامات الرئيسية الخمسة هي:

1. الزجاج (الزجاج الزجاجي البورسليكات المستقر حراريا)
2. الخزف (بلاط الزجاج)
3. الزراعة (حمض البوريك في الأسمدة السائلة).
4. المنظفات (ص.ب. الصوديوم بيربوريت في منظفات الغسيل)
5. المبيضات (مزيلات البقع المنزلية والصناعية)

على الرغم من أن البورون المعدني له عدد قليل جدا من الاستخدامات، فإن العنصر ذو قيمة عالية في عدد من التطبيقات المعدنية. من خلال إزالة الكربون وغيرها من الشوائب كما أنه يربط لحديد كمية صغيرة من البورون - فقط بضعة أجزاء في المليون - تضاف إلى الصلب يمكن أن تجعل من أربع مرات أقوى من متوسط ​​الصلب عالية القوة.

يستخدم بورون الصلب الآن في مجموعة متنوعة من قضبان السلامة، وعوارض الصليب داش، وقطع غيار السيارات الهيكلية الأخرى.

قدرة العنصر على حل وإزالة فيلم أكسيد المعادن أيضا يجعلها مثالية لتدفقات اللحام. يزيل ثلاثي كلوريد البورون النتريدات والكربيدات والأكسيد من المعدن المنصهر. ونتيجة لذلك، يتم استخدام هذا في صنع الألومنيوم والمغنيسيوم والزنك وسبائك النحاس.

في مسحوق المعادن، وجود بوريدات معدنية يزيد الموصلية والقوة الميكانيكية. في المنتجات الحديدية، وجودها يزيد من مقاومة التآكل وصلابة، بينما في سبائك التيتانيوم المستخدمة في إطارات طائرة وأجزاء توربينات بوريدس زيادة القوة الميكانيكية.

ألياف البورون، التي تتم عن طريق إيداع عنصر هيدريد على سلك التنغستن، هي مادة هيكلية خفيفة خفيفة مناسبة للاستخدام في تطبيقات الطيران، فضلا عن نوادي الجولف وشريط الشد العالي.

إدراج البورون في مغناطيس ندفيب أمر بالغ الأهمية لوظيفة المغناطيس الدائم عالية القوة التي تستخدم في توربينات الرياح والمحركات الكهربائية ومجموعة واسعة من الالكترونيات.

ميل بورون نحو امتصاص النيوترون يسمح باستخدامه في قضبان التحكم النووي، والدروع الإشعاعية، والكاشفات النيوترونية.

وأخيرا، يستخدم كربيد البورون، ثالث أصعب مادة معروفة، في تصنيع الدروع المختلفة، وسترات واقية من الرصاص، فضلا عن المواد الكاشطة وأجزاء التآكل.

_{المصادر:}

_{تشيميكول. بورون
ورل: هتب: // ووو. chemicool. كوم / العناصر / البورون. أتش تي أم أل
USGS. معلومات المعادن. بورون
ورل: هتب: // مينيرالس. هيئة المسح الجيولوجي الامريكية. غوف / مينيرالس / بوبس / كوموديتي / بورون /}

_{اتبع تيرنس على Google+}