硼
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硼是一种典型的非金属元素。
硼在自然界中只以化合物形式存在,但在地壳中分散状态的硼却分布广泛,而且是地表水、地下水、岩浆喷气、矿泉水和所有岩层的气液包裹体中所具有的元素。
硼也是非常分散的、典型的亲石元素,广泛分布于各种成因、不同类型的岩石中。
硼矿物几乎在地质旋回的所有阶段都可以形成,从岩浆作用到表生作用,在内生条件和外生条件下均可以形成工业富集。
硼矿是一种用途广泛的化工原料矿物。
它主要用于生产硼砂和硼酸以及元素硼。
硼在玻璃、冶金、医药、搪瓷、油漆、日用化工、农业以及国防尖端工业等部门都是不可缺少的。
因此,硼资源的开发、利用,对于现代工业的发展,具有越来越重要的作用。
一、矿物原料特点
世界上含硼矿物很多,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。
下面分别简介一下几种主要硼酸盐矿物的物理、化学性能。
硼镁石Mg2[B2O4(OH)](OH):B2O3的理论含量为41.38%;呈纤维状、板状、柱状晶形;具有丝绢光泽;颜色有白、灰、浅黄色;密度为2.62~2.75 g/cm3,莫氏硬度3~4,不溶于水。
硼镁铁矿(Mg·Fe)3 Fe[BO3]O2:B2O3的理论含量17.83% ;形态有针状、柱状、纤维状、短柱状-粒状集合体等多种晶形;具有珍珠、金刚光泽;颜色有黑色和黑绿色;密度为3.6~4.7 g/cm3;莫氏硬度5.5~6;不溶于水。
天然硼砂Na2B4O5(OH)4·8H2O:B2O3的理论含量是36.51% ;形态为晶体或致密块状、土状集合体;颜色有白色、浅灰色和浅黄色;密度为1.69~1.72 g/cm3;莫氏硬度2.0~2.5;可溶于水。
遂安石Mg2(B2O5):B2O3的理论含量46.34%;形态有板柱状、楔状、竹叶状、针状、纤维状等多种晶形;呈玻璃油脂光泽;有白色或淡褐色;密度为2.91~2.93 g/cm3;莫氏硬度5.9;不溶于水。
钠硼解石NaCa(H2O)6[B3B2O7(OH)4]:B2O3的理论含量42.95% ;晶形有纤维状、针状集合体两种;呈玻璃、丝绢光泽;无色或白色;密度1.65~1.95 g/cm3;莫氏硬度2.5;难溶于水。
硬硼钙石Ca(H2O)[B2BO4(OH)3]:B2O3的理论含量50.81% ;形态为等粒状、放射状、致密状集合体;有玻璃、金刚光泽;白色或无色;密度2.41~2.44 g/cm3;莫氏硬度4.5~5;不溶于水。
柱硼镁石Mg[B2O(OH)3]:B2O3的理论含量42.46% ;有柱状、短柱状和纤维状3种晶形;玻璃光泽;颜色有白色、灰白色或无色;密度2.3 g/ cm3;莫氏硬度3.5。
二、用途与技术经济指标
(一)硼矿物的主要用途
上文已经提过,硼是重要的化工原料。
硼矿的主要用途是用来生产硼砂、硼酸、元素硼以及硼的其他化合物,这些硼化物广泛应用于国民经济的许多部门。
1.建材工业
玻璃行业是硼砂的最大用户。
玻璃生产中加入一定量的硼砂可以增强玻璃的热稳定性,增大紫外线的透射率,提高玻璃的透明度和抗冲击的机械性能。
近年来,硼酸还大量用于玻璃纤维的制造,而玻璃纤维不仅是生产玻璃钢的重要原料,而且也是建筑、机械和制萘工业等的新型材料。
在陶瓷行业中可用硼砂作催化剂。
硼砂也是防腐剂、高温坩埚、油漆等生产的添加剂。
2.轻工工业
硼砂是生产搪瓷制品的重要原料,它能增强搪瓷制品的牢固度和光泽度,提高瓷釉的耐热性,并大大增大其膨胀系数。
在印染行业中,硼砂是常用的煮炼剂,用来去除天然棉纤维中所含的油、蜡及色素等,并对原布具有漂白作用利于染色。
在造纸业中硼化物是一种新型的造纸涂料,它可以增加纸的光泽和防火性能,并用作造纸工业中含汞污水的处理剂等。
硼的某些化合物还可以做成防火剂、防火涂料、油漆干燥剂、防锈漆等。
3.冶金工业
在冶金工业中加入硼化物可制成硼钢等特种钢,这类钢具有很高的强度和耐腐蚀及耐热等优良性能,是制造喷气发动机等主要部件的优质钢材。
在铝、钼、镍等金属中加入少许硼,可以改善这些金属的机械性能。
硼也是铸造镁及其合金时的防氧化剂。
铁、硼、硅非晶态金属是一种高新技术材料,用它作变压器铁心,代替硅钢片,可节电3/4。
4.机械工业
在机械工业中硼被用作硬质合金、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。
5.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。
6.电子工业
在硼系列化合物中,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。
7.原子能工业和国防工业
硼具有显著的吸收中子的作用,可用作原子反应堆中的控制棒及原子反应堆的结构材料。
碳化硼具有高熔点、抗压强度大、防辐射和防化学腐蚀性能,因此,它是航空和装甲的理想防护材料。
硼的某些化合物是制造火箭喷嘴、燃烧室内件及喷气发动机的部件。
硼的氢化物是液体火箭推进剂中常用的燃烧剂等。
8.农业
硼在农业上用作生产硼肥、杀虫剂等。
(二)中国对硼矿物的一般工业要求
1.对硼镁石矿的要求
边界品位:B2O3 3%;
工业品位:B2O3 5%;
可采厚度:1~2 m;
夹石剔除厚度:1~2 m;
矿石品级划分Ⅰ级品(富矿):B2O3>11%;不需选矿,直接加工;
Ⅱ级品(贫矿):B2O3 5%~11%;需经选矿或配矿。
2.对盐湖硼矿的要
(1)对固体硼矿层的要求
边界品位:B2O3 1.5%
工业品位:B2O3 2%;
可采厚度:≥0.3 m;
夹石剔除厚度:≥0.6 m。
(2)对液体硼矿(含硼卤水及晶间卤水)的要求
边界品位:B2O3 400mg/L;
工业品位:B2O3 1 000mg/L。