硼
硼是一种典型的非金属元素,硼有多种同素异形体:四方晶体、α菱形体、β菱形体及无定形体。无定形硼是一种由深棕色到黑色的粉末。晶体硼是非常硬而脆的固体,有由乌黑到银灰的金属光泽。硼的电导率随温度的升高而增加。硼的化学性质主要取决于它的物理状态,无定形硼在空气中甚至在常温下就缓慢氧化,而晶体硼在加热时也很稳定,只能同强氧化剂缓慢地发生作用。高温下无定形硼能在空气中燃烧,产生红色火焰;也能同卤素、氮和金属作用,形成卤化硼、氮化硼和金属硼化物,但不与氢直接发生作用。硼与氢可形成一系列的共价氢化物--硼烷。
硼在自然界分布很广,含硼矿物很多,根据含硼矿物的化学组成,可将其分为三类:硼硅酸盐矿物、硼铝硅酸盐矿物和硼酸盐矿物。其中,硼硅酸盐矿物主要是硅钙硼石和赛黄晶;硼铝硅酸盐矿物主要有电气石和斧石。这两类硼矿物中,除了硅钙硼石尚具有工业价值外,其他或是难以加工,或因未大量聚集成工业矿床而意义不大。目前,作为硼工业原料的主要是第三类--硼酸盐矿物。这类矿物有100多种,但作为工业硼资源开发利用的仅有10余种,如天然硼砂、遂安石、硼镁石、硬硼钙石、天然硼酸、钠硼解石、柱硼镁石等。在中国,硼镁石、遂安石、硼镁铁矿、硼砂、钠硼解石、柱硼镁石等均可形成大、中型矿床。工业上制取硼用金属热还原法和熔盐电解法。熔盐电解法是一种较经济、适于大量生产的方法。
硼矿是一种用途广泛的化工矿物,硼与氢、锂、铍等的化合物能燃烧,是高能喷气燃料。硼和硼的化合物,广泛用于化工、冶金、光学玻璃、国防、原子能、医药、橡胶及轻工业。在化学工业,硼砂、硼酸可作为肥皂、洗涤剂等日用化工产品的添加剂。含硼洗涤剂具有保护头发、去污力强、无污染等性能。某些硼化物还可制成良好的还原剂、催化剂、溴化剂等。
在冶金工业,硼砂有熔融金属氧化物的能力,用作冶金熔剂。硬硼钙石可代替萤石用于碱性氧化转炉炼钢。铜铝合金加入微量硼可提高其导电性能。硼在高温下能同氧和氮起反应,常用作去气剂。加0.001-0.005%的硼到钢中,可提高高温强度,使钢的晶粒细化,提高淬透性。钢表面渗硼后,能显著增加表层硬度,同时也提高化学稳定性。加0.001-0.003%的硼到可锻铸铁中,可缩短热处理时间,使石墨细化,分布均匀。在机械工业,硼被用作硬质合金、宝石等硬质材料的磨削、研磨、钻孔及抛光等。“渗硼”是机械加工行业中一种新工艺,它能提高零件表面的硬度和耐磨、抗氧化性能。
在电子工业,硼系列化合物中某些硼化物是绝缘材料,而有些硼化物则是良好的导电材料,具有半导体的特性,又有电子放射等性能,可用来制造各种电子元、器件,用作引燃管的引燃极、电讯器材、电容器、半导体的掺合料、高压高频电及等离子弧的绝缘体、雷达的传递窗等。
在国防工业,硼的化合物可作高能喷气燃料和火箭燃料。碳化硼用于制造喷气机叶片和金属陶瓷。氮化硼是超高温、超硬质材料,用以制造火箭喷嘴、燃烧室内衬等。硼的同位素吸收中子能力强,所以硼化物在原子反应堆中用作控制棒调节器和防护屏材料。塑料加入硼就具备防辐射性能。
硼还大量用于玻璃、陶瓷工业,制造高品质耐热硼硅酸玻璃、玻璃纤维、光学透镜、绝缘材料和玻璃钢。硼和钴、钛、镍等可制成金属陶瓷。硼还用于制造搪瓷和珐琅、彩釉等。此外,硼还用作防腐剂、焊接剂、制造超硬磨料