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已知硼矿(见彩图)有150多种,其中重要的有天然硼砂矿(Na2O·2B2O3·10H2O),主要产于美国、中国;硬硼钙石(2CaO·3B2O3·10H2O),主要产于土耳其;硼镁石(2MgO·B2O3·H2O),主要产于苏联、中国等。中国的硼矿资源主要分布在青藏高原的盐湖及辽东半岛的营口、凤城、宽甸、集安一带。世界硼酸盐矿的储量约有355~748Mt,分布很集中,仅美国和土耳其就占世界总储量的95%左右。1981年世界硼矿的开采量为2460kt,其中美国为1340kt,是世界最大的硼矿开采国,土耳其为700~750kt,居世界第二位。 硼矿化学加工的研究始于18世纪初。1702年,G.霍姆贝用天然硼砂矿与硫酸亚铁反应首先制得了硼酸。1728年L.莱默里、1732年C.T.杰弗里分别通过加热硼砂和酸的水溶液得到了硼酸。1808年,英国人H.戴维和法国人J.-L.盖-吕萨克、L.-J.泰纳尔单独地又几乎是同时地制得了元素硼。
加工方法
因矿石组成不同而异,目前工业上使用的硼矿有水溶性和水不溶性两类。
水溶性硼矿的加工 水溶性硼矿有天然硼砂矿和盐湖卤水中的硼酸矿,以天然硼砂矿为主。①天然硼砂矿的精制:将天然硼砂矿破碎,用水溶解、过滤、结晶、分离、干燥即得五水硼砂和十水硼砂。目前产量最大的是美国。②盐湖卤水中硼酸的提取:将含氧化硼约1%的卤水用萃取剂(多元醇在煤油中的溶液)进行萃取,用稀硫酸作反萃取剂,将硼酸从有机相中反萃出来,经蒸发、结晶、离心分离、干燥即得硼酸成品。
水不溶性硼矿的加工 水不溶性硼矿种类很多,在工业上主要有硬硼钙石和硼镁石两种,其加工方法主要有酸法、碱法及碳铵法。酸法适合于含硼高的富矿;碱法既适合于富矿也适合于贫矿,由中国首先开发成功。硬硼钙石的加工还可采用直接提纯法,使氧化硼的含量富集到35%~45%,直接用于玻璃生产。
①酸法 可用硫酸、盐酸、硝酸。酸法浸取多在常压下进行,浸取方式有间歇式和连续式两种。将粉碎至120目左右的矿粉,在装有水的耐酸反应器中,慢慢加酸分解,再经过滤、蒸发、结晶、分离、干燥得硼酸产品。例如硼镁石用硫酸分解的反应式为: 2MgO·B2O3·H2O+2H2SO4─→2H3BO3+2MgSO4
生成的硼酸与硫酸镁难以分离完全,致使硼酸的收率低。为提高硼酸的收率,工业上采用蒸馏法或萃取法分离硼酸与硫酸镁。如果原料是硬硼钙石,则硫酸法优于盐酸法,用硫酸时能生成不溶性的硫酸钙,易于分离,故硼酸收率高。 ②碱法 用烧碱或纯碱分解,有加压碱解法、碳碱法及多硼酸钠法。加压碱解法收率高,反应时间短,但工艺流程长(图2)。将块状硼矿石在窑内于600~800℃下煅烧脱水,经粉碎至120目,在混料罐内与过量碱混合后送入带有搅拌的碱解器内,在140℃、4MPa下反应几小时,经过滤、碳化、结晶、分离、干燥得硼砂。含纯碱的母液经苛化后回收使用。反应式为: 2MgO·B2O3+2NaOH+H2O─→2NaBO2+2Mg(OH)2
4NaBO2+CO2─→Na2B4O7+Na2CO3
Na2CO3+Ca(OH)2─→2NaOH+CaCO3
碳碱法与加压碱解法不同之处,在于把碱解与碳化合并于加压釜中进行,纯碱也无需苛化即可循环使用。多硼酸钠法的加碱量低于理论量,因而生成多硼酸钠,碱耗较低,但不能直接得到硼砂。 硼矿化学加工
③碳铵法 与加压碱解法工艺过程相似,不同之处为用碳酸氢铵代替碱。反应压力与温度有关,并随反应的进行由高变低,开始时可达10MPa,得到的产物为硼酸铵,需经蒸馏脱氨得到硼酸,氨可循环使用。但该法流程长,氨不能完全循环,脱氨的能耗较大。
产品用途
硼化合物的消费构成各国不同。美国主要用于制造玻璃、玻璃纤维、釉药及有关工业中,用量约占美国国内消费量的一半;欧洲主要用在洗涤剂和釉药中,约占总消费量的二分之一。
硼砂和硼酸是硼化合物系列(见表)中最主要的产品,硼砂(四硼酸钠的总称,其中重要的有十水四硼酸钠、无水四硼酸钠、五水四硼酸钠)主要用于玻璃和搪瓷工业中,可增强玻璃的紫外线透射率,提高玻璃的透明度和耐热性能,使瓷釉不易脱落且具有光泽。此外,在有色金属焊接,丝、毛织品洗涤,延迟橡胶硫化速度,织物防水、木材防腐,医用消毒以及制革、造纸等方面也有应用。硼酸可改善玻璃制品的耐热和透明性能,能提高机械强度,缩短熔融时间,主要用于制造无碱玻璃、玻璃纤维。此外,还可作防腐消毒剂、熏蒸剂、皮革后处理剂等,也可用于制造防火材料、肥皂、硼钢、陶瓷釉药、染料、颜料。也可用于农业土地消毒与提高土地含硼量等。
四硼酸钠
别名:硼砂、月石粉
英文名:Borax;SOdiumtetraborate;Sodiumborate
分子式:Na2B4O7·10H2O
分子量:381.36
性状:硼砂系无色半透明晶体或白色结晶粉末。无臭,味咸。比重1.73。在60℃时失去八个分子结晶水,在320℃时失去全部结晶水,在空气中风化。无水物(Na2B4O7)熔点741℃,沸点1575℃。同时分解。稍溶于冷水,较易溶于热水,微溶于乙醇。水溶液呈碱性反应。熔融时呈无色玻璃状物质。
来源:主要采用碳碱法工艺:将预处理的硼镁矿粉与碳酸钠溶液混合加温,通二氧化碳升压后反应制取。 加压碱解法工艺是用氢氧化钠溶液加热分解硼镁矿 粉制取,亦可由天然硼砂矿直接制取。
规格:GB 537-84。
外观:呈白色细小结晶体。
包装:内衬塑料薄膜袋的塑料编织袋装,每袋净重为 50公斤。袋内,应附有质量证明书。包装袋应涂刚牢固的标志,内容包括:生产厂名称、产品名称、毛重、净重、批号和商标。
用途:硼砂在工业上用于玻璃、搪瓷等,在农业上用作微量元素肥料。
硼矿是无机盐工业的重要原料,有水溶性和水不溶性两类。硼矿加工是先制取硼砂和硼酸,由硼砂和硼酸可制造一系列硼化合物及元素硼。
硼酸钠浓度对镁合金阳极化的影响
采用电压-时间曲线、全浸腐蚀实验、极化曲线法、X射线衍射法(XRD)、扫描电镜(SEM)、能量色散谱仪(EDS)和X射线光电子能谱法(XPS)等方法研究了AZ91D镁合金在含不同浓度四硼酸钠的阳极化溶液中的阳极氧化行为和膜层的成分、结构.结果表明:在文中给定工艺中,AZ91D镁合金的阳极化过程可分为3个阶段:电火花出现之前的致密层生成阶段;少量小电火花出现的多孔层生成阶段;出现较大电火花的多孔膜层稳定生长阶段.阳极氧化过程中,随着阳极氧化溶液Na2B4O7浓度的升高,出现电火花的时间延长,出现电火花时的电压值升高;膜层厚度增加,膜层上的孔径增大.阳极化膜层中主要含有Mg2+、O2-、Si4+和B3+,主要相结构为MgO、MgSiO3和Mg3B2O6.四硼酸钠浓度对阳极化膜的耐蚀性影响较大,当四硼酸钠浓度为160 g/L时,膜层耐蚀性能最好.
偏硼酸钠体系铝合金仿木纹交流电解工艺
在普通偏硼酸钠-硼酸仿木纹电解液的基础上,通过添加碳酸钠作为刻蚀剂,添加磷酸钠作为增粘剂,得到了一种新型的偏硼酸钠体系仿木纹电解液。分析讨论电解液组成及工艺条件对仿木纹电解效果的影响后,发现碳酸钠和磷酸钠质量浓度是主要影响因素,工艺条件的影响是相互制约的。该新工艺具有电解液稳定,获得的木纹逼真,操作简便等特点
化学合成法为将固体氢氧化钠溶解后,与硼砂溶液混合,并用浓缩过的母液调节其溶液浓度为26°Bé,充分搅拌后经过滤除去不溶物,得偏硼酸钠溶液,打入反应器中,用母液调节成适宜的浓度后加入硅酸镁稳定剂,然后加入双氧水,控制双氧水的流量,在温度不超过35℃条件下进行反应。待反应完成后,冷却结晶,离心分离,干燥,制得过硼酸钠成品。
中文名称:氟硼酸钠
英文名称:sodium tetrafluoroborate
中文别名:四氟硼酸(1-)钠;四氟硼酸钠;氟硼化钠;四氟硼钠;四氟硼酸鈉
英文别名:Sodium fluoborate; Sodium fluoroborate; SODIUM BOROFLUORIDE; apretonr; Borate(1-),tetrafluoro-,sodium; boronsodiumfluoride(bnaf4); sodiumborontetrafluoride; disodium fluoro-dioxido-borane
CAS号:13755-29-8
分子式:NaBF4
分子量:109.79
外观与性状:白色单斜晶系结晶颗粒或粉末。可溶于酸、碱及甘油中,微溶于水,溶液呈碱性(pH值10~11),水溶液不稳定,极易放出活性氧。在冷而干燥的空气中,纯度较高的过硼酸钠是较稳定的。在40℃或潮湿的空气中分解,并放出氧气。在63℃时溶于自身的结晶水而分解,并结成黏性固块。高于70℃时失去3个结晶水而形成一水物。在温度较高、有游离碱存在的情况下,容易分解。与稀酸作用,产生过氧化氢。以浓硫酸处理时,则放出氧及臭氧。也易被其他物质如氧化铅、二氧化锰、高锰酸钾、硝酸银、氧化铜、氧化钴及铂黑等催化分解。
溶解性:微溶于水。过硼酸钠在15℃时溶于水1.93%,溶解时呈吸热反应,水溶液呈碱性。40℃分解并放出氧气。