هزاران سال پیش ترکیبات بور برای مردم شناخته شده بود. بور را در غرب صحرای تبت می‌شناختند و به آن نام تینکال (tincal) داده بودند که از زبان سانسکریت گرفته شده‌است. در سال ۳۰۰ پیش از میلاد در چین، از لعاب بوره استفاده می‌شد. در سده هفتم هجری شمسی شیمیدان ایرانی جابر بن حیان در کتاب‌های خود از بور صحبت می‌کند، همچنین مارکو پولو نیز در سده ۱۳ میلادی مقداری مواد شیمیایی لعاب بور با خود به ایتالیا می‌برد.
در سال ۱۷۷۷، اسید بوریک در فلورانس ایتالیا شناخته شد و به آن نام sal sedativum را دادند و در صنایع پزشکی از آن استفاده می‌شد. کانی کمیاب ساسولیت که نخستین بار در ساسو (Sasso) در ایتالیا پیدا شد، از سال ۱۸۲۷ تا ۱۸۷۲ منبع اصلی بوره اروپا بود ولی پس از آن منابع آمریکایی جانشین آن شد.
ترکیب‌های بور در شیمی آن دوران تا اواخر سال‌های ۱۸۰۰ بسیار کم کاربرد بودند تا اینکه کمپانی پاسیفیک کوست براکس، فرانسیس ماریون اسمیت توانست ترکیب‌های این ماده را عمومی تر کند و در حجم بیشتر، هزینه فراهم آوری آن را پایین آورد. پیش از آن بور را به عنوان یک عنصر شیمیایی نمی‌شناختند تا اینکه هامفری دیوی، ژوزف لویی گیلوساک و لویی ژَک تِنارد توانستند این عنصر را از دیگر ناخالصی‌ها جدا کنند.
دیوی در سال ۱۸۰۸ مشاهده کرد که در اثر عبور جریان الکتریسیته از محلول بورات ماده‌ای قهوه‌ای رنگ بر روی یکی از الکترودها ته‌نشین شده‌است. یاکوب برسلیوس نیز در سال ۱۸۲۴ بور را به عنوان یک عنصر شناسایی کرد. اما بور کاملا خالص در سال ۱۹۰۹ توسط شیمیدان آمریکایی ازکیل وینتروب (Ezekiel Weintraub) تولید شد.
ترکیبات ماده شیمایی بور
بور در طبیعت به صورت اکسیدهای مختلف و معمولاً در پیوند با دیگر عناصر یافت می‌شود
بیش از صد مورد از کانی‌های بور که دارای اکسیدهای مختلف سه ظرفیتی از بور هستند تا کنون پیدا شده‌اند. بور در بیشتر ترکیب‌های خود از جمله موارد ذیل به صورت سه ظرفیتی رفتار می‌کند:
- اکسیدها
- سولفیدها
- نیتریدها
- هالیدها
تری هالیدها، ساختار مثلثی و صفحه‌ای می‌پذیرند. این ترکیب‌ها که اسیدهای لوئیس نام دارند به آسانی با یک دهنده الکترون پیوند برقرار می‌کنند و یک جفت الکترون به اشتراک می‌گذارند این پدیده پایه‌های لوئیس نام دارد. كانی‌های گروه بورات به دو دسته زیر تقسیم می‌شوند:
- بورات‌هاي هيدراته
- بورات‌های غير هيدراته
در ادامه به تشریح هر یک از این گروه‌ها پرداخته شده است.
بورات های هيدراته چیست؟
بورات‌هايی كه در ساختمان خود مولكول آب داشته باشند را بورات‌های هيدراته می‌نامند. اين كانی‌ها عمدتاً از كربنات‌های بور تشكيل شده و شكننده، نرم و سفيد تا بی‌رنگ، انحلال پذیر در آب هستند و در درياچه‌های خشك يافت می‌شوند.
بورات‌های هيدراته بيش از 90 درصد كانی‌های اقتصادی بور را تشكيل می‌دهند. اسيد بوريك يكی از محصولات مهم بور در شرايط معمولی پايدار بوده ولی اگر حرارت داده شود ابتدا به اسيد متابوريك (HBO2) و با حرارت بيشتر سپس به اكسيد بور(B2O3) تبديل می‌شود.
خصوصيات فيزيكی و شيمايی بورات‌های هيدراته
خصوصيات فيزيكی- شيمايی بورات‌های هيدراته عبارت است از:
- رنگ : سفيد تا خاكستری بسيار روشن
- حالت : جامد و شكننده
- حلاليت در آب : 97% در 20 درجه سانتی‌گراد و 34% در 50 درجه سانتی‌گراد
حدود 80 نوع كانی مختلف در معادن بوراكس دنيا پيدا شده است. مهمترین ترکیبات این نوع عبارتند از:
- بوراكس
- تينكل
- كرنايت
- ئيدروبوراسيت
- پريسيت
- پروبورتيت
- تينكالكونيت
- اينسوئيت
- سيابليت
- ساسوليت
- كرتاكويت
- كرتيت يا رازوريت
در ادامه به تشریح مختصری از هر یک از موارد بیان شده پرداخته شده است.
بوراكس چیست؟
بوراكس، كانی اصلي دکا هيدرات Na2B4O7. 10H2O و حاوی 5/36% ترکیب B2O3 است. بوراكس با ارزش ترين تركيب بوراته برای تهيه مواد شيميايی تصفيه شده و هم بصورت يك ماده خام می‌باشد.
بوراكس به عنوان گدازآور در ذوب فلزات و لحيم كاری، به عنوان كندكننده خوردگی در مايعات ضد يخ، به عنوان ماده اصلي در كودها، در توليد بسياری مواد شيميايی و داروسازی، و به عنوان منبع تهيه بور به كاربرده می‌شود.
بوراكس عبارت است از بورات سديم آبدار، يا تترابورات است، كه ابتدا در ثبت تحت نام ايراني بوره به معني سفيده، تهيه می‌شود. بوراكس متبلور بدون آب، از آب شور درياچه سيرلس تهيه می‌شود.
گرد بوراكس منبسط شده با دانسیته ظاهری 32 كيلوگرم در متر مكعب است، كه قابلیت انحلال بالایی داشته و در شوینده ها به كار برده می‌شود.
اسيد بوريك كه اسيد اورتوبوريك نيز ناميده می‌شود، در صنایع مختلف کاربردهای گسترده ای دارد که از جمله ان عبارتند از:
- مخلوط‌هاي شيشه و كوزه‌گری: به عنوان مواد نگهدارنده و گندزدا
- صنعت دباغی: براي پشم‌گيری پوست با تشكيل محلول بورات‌های كلسيم در آب
- لحيم كاري
- لعاب‌های شيشه و سراميك
بوراكس در مناطق هندوستان، تبت جنوبی، لاپ نور، كشمير، شوروی، قفقاز، عراق، كاليفرنيا، نوادا، نيومكزيكو و توسكانای ايتاليا يافت می‌شود.
مشاهده و ثبت سفارش بوراکس در گروه راینه
تينكل
تينكل با فرمول شيميایی Na2B4O7.10H2O كانی اصلی پنتاهيدرات و از فراوان‌ترين و قديمی‌ترين كانی معادن بور دنيا محسوب می‌شود.
كرنايت
كرنايت با فرمول شيميايی 4H2O. (Na2B4O7) و با 51 درصد B2O3 دومين كانی فراوان ذخاير بور دنيا محسوب می‌شود. محل پيدايش:
- كرن كاليفرنيا
- آرژانتين
- اسپانيا
- تركيه
اولكسيت
بورات های كلسيم دار با فرمول شيميايی NaCaB5O9. 8H2O با43 درصد B2O3 به اشكال مختلف در طبيعت يافت می‌شود، ولی بيشتر بافت رشته‌ای يا كتانی دارد و گاهی به شكل قارچ ظاهر می‌شود.
نام اين کانی از اسم شيمی‌دان آلمانی (Ulex) گرفته شده است. این ماده غالباً با رنگ سفيد و شفاف تا نيمه شفاف، وزن مخصوص 2-6/1، سختی 5/2-5/1، سطح شكست ناصاف و ترد و شكننده بودن قابل تشخيص است. محل پيدايش:
- كاليفرنيا (صحراي Mojave)
- لس آنجلس (صحراي ولس)
- شیلی (صحراي نوادا)
- آرژانتين
- پرو
- صحراي آفريقا
همچنین شایان ذکر است اين كانی در ايران در معدن قره‌‌آقاج استان زنجان مشاهده شده است.
در جدول زیر سایر ترکیبات این نوع کانی‌ها آورده شده است.
جدول ترکیبات کانی‌های بور
| ردیف | نام | فرمول شیمیایی | درصد B2O3 |
| 1 | ئيدروبوراسيت | CaMgB6O11.6H2O | 5/50 |
| 2 | پريسيت | Ca4B10O19.7H2O | 8/49 |
| 3 | پروبورتيت | NaCaB5O9. 5H2O | 6/49 |
| 4 | تينكالكونيت | H2O.Ba2B4O7 | 8/47 |
| 5 | اينسوئيت | Ca2B6O11.13 H2O | 6/37 |
| 6 | سيابليت | MgBO2(OH) | 4/41 |
| 7 | ساسوليت | B(OH)3 | 6/56 |
| 8 | كرتاكويت | Mg2B6O11.15H2O | 3/37 |
| 9 | كرتيت | Na2O2BO4H2O | 45-52 |
بورات های غيرهيدراته چیست؟
بورات‌های غيرهيدراته كانی‌هايی هستند كه در تركيب خود مولكول H2O نداشته باشند. اين كانی‌ها تعداد بسيار كمی از كانی‌های بور را تشكيل داده، و معمولاً در رابطه با سنگ‌های آذرين يا متامورف تشكيل شده و بعضی در مناطق خشك و درياچه‌های خشك يافت می‌شوند.
اين كانی‌ها بسيار سخت بوده و در آب حل نمی‌شوند. كانه بوراسيت در اثر دگرگونی و گرفته شدن آب هيدروكربنات منيزيم بوجود می‌آيد و با كانی‌های ديگر مانند گچ، سيلويت، نمك طعام و كارناليت و انيدريت و بطور كلی با نمك‌ها همراه است.
در جدول زیر كانی های اصلی بورات‌های غير هيدراته آورده شده است.
جدول کانی های اصلی بورهای غیر هیدراته
| ردیف | نام | فرمول شیمیایی | درصد B2O3 |
| 1 | بوراسيت | Mg3B7O13Cl | 2/62 |
| 2 | داتوليت | CaBSiO4. (OH) | 8/21 |
| 3 | تورمالين | Na, Ca)3 B3Al6Si6O27(OH, F)4) | 9-11 |
| 4 | اكسنيت | HCa(Mn, Fe)Al2B(SiO)4 | 5-5/6 |
مطابق مقالات ارائه شده الیاف بور به عنوان یک جز مستحکم کننده بسیار مهم در صنعت کامپوزیت مورد استفاده قرار می گیرند و از آنها در تولید موارد ذیل استفاده می‌شود:
- تولید بدنه هواپیما
- تجهیزات نظامی
- دوچرخه های مسابقه
- راکت تنیس
با توجه به دمای ذوب بسیار بالای این فلز امکان تولید الیاف آن به صورت ذوب ریسی وجود ندارد و از روشی به نام ته نشینی بخار شیمیایی (CVD-Chemical Vapor Deposition) جهت تولید آنها به صورت الیافی استفاده می‌شود.
در این روش در طی یک واکنش شیمیایی فلز بور روی یک فیلامنت رشته سیم ته نشین می‌شود که این فیلامنت میانی می تواند از جنس تنگستن، شیشه و یا گرافیت باشد.
فیلامنت تولید شده به این روش دارای قطری در حدود 1/0 الی 2/0 میلیمتر می باشد و مهمترین ویژگی های آن عبارتند از:
- دانسیته کم
- استحکام کششی بسیار زیاد
- مدول بسیار عالی
در طی این فرایند اتم‌های بور حاصله به صورت جامد روی سیم تنگستن ته نشین می‌شوند و به صورت ترکیب در می آیند. در آغاز این فرایند قطر سیم تنگستنی در حدود 10 میکرومتر است که به مرور تا حد 12 میکرومتر افزایش می‌یابد.
البته باید توجه داشت که محصول این فرایند تنش باقیمانده زیادی خواهد داشت زیرا که سیم هدف تحت نیروی فشاری بوده و لایه ته نشین شده بر روی آن تحت تنش کششی است. در شکل زیر به صورت شماتیک قسمت‌های مختلف این دستگاه نشان داده شده است.
تصویر شماتیک راکتور تولید الیاف بور به روش ته نشینی بخار (CVD)
با توجه به تفاوت ضریب هدایت حرارتی بور و تنگستن، غالباً در حین فرایند سرد کردن محصول تا دمای اتاق (در هنگام خروج محصول از دستگاه) این فرایند با مشکل تنش حرارتی باقیمانده در الیاف مواجه است.
برای غلبه بر این موضوع الیاف بور را معمولاً با ترکیب SiC و یا B4C روکش می‌دهند تا در هنگامی که از این محصول جهت تولید فلزات آلیاژی و کامپوزیتی استفاده می‌شود سطح الیاف در تماس مستقیم با مذاب فلزات قرار نگیرد.
در صنعت هوافضا استفاده از الیاف بور با هسته کربنی در تولید کامپوزیت‌های خاص بسیار رایج می‌باشد. الیاف کامپوزیتی بور تا 5 برابر سخت تر و شکننده تر از الیاف شیشه است و به همین دلیل فرایندهای تابندگی و بافندگی آن بسیار سخت است.
بر اساس تحقیقات بعمل آوده، کلید ثبات فرآیند تولید شیشه استفاده از محصول یک تامین کننده قابل اعتماد بورات، مانند بوراکس ایالات متحده است. همچنین در این گزارش طیف وسیعی از روشهای بسته‌بندی، چگونگی توزیع یکنواخت اندازه ذرات و استانداردهای سخت گیرانه به منظور تولید بورات‌هایی عاری از ناخالصی ارائه شده است.
در این گزارش چگونگی دست یابی به یک مخلوط همگن که عدم تعادل گرمایشی و سایر مسائل مربوط به پردازش را از بین می‌برد، آورده شده که به کارگیری این راهکارها منجر به تولید محصولاتی بدون نقص و دور ریز می‌‌گردد و در نتیجه هزینه‌های تولید به میزان قابل توجهی کاهش پیدا می‌کند.
جهت استفاده از این الیاف بایستی ابتدا آنها را در یک رزین غوطه ور نموده و به صورت نوارهایی درآورد، سپس این نوارها در فرایندهای تولید کامپوزیتها به روشهای پیچش و یا سایر روش‌ها مورد استفاده قرار داد. با توجه به توضیحات ارائه شده در خصوص فرآیند تولیدات الیاف مشخص می‌شود یکی از مهمترین دلایلی که باعث محدودیت کاربرد این الیاف تنها در صنایع نظامی، هوافضا و تجهیزات ورزشی خاص شده است هزینه بالای تولید آنها می باشد.
مزایای استفاده از بور در شیشه عبارتند از:
- دوام
- استحکام
- شفافیت بی نظیر
مزایای اصلی تولید الیاف شیشه با استفاده از ترکیبات بوریک عبارتند از:
- کنترل انبساط حرارتی
- کمک به فرآیند فیبرسازی
- کاهش ویسکوزیته
- جلوگیری از devitrification
- کنترل خواص دی الکتریک
جهت خرید مواد شیمیایی اسید بوریک و بوراکس با کارشناسان ما در ارتباط باشید .