碱金属硼酸盐研究进展论文

生产方法目前工业制备NaBH4的方法据文献介绍只有两种，即硼酸酯法和硼硅酸盐法。它们所需要的原料中都有金属钠。其方法简介如下：(1)硼酸酯法该方法首先要制出氢化钠和硼酸三甲酯，然后在一定的条件下使两者进行缩合反应，再通过进一步处理，可以得到液体产品，也可以得到固体产品。完整的生产过程包括：氢化、酯化、缩合及后处理等工序。各道工序的基本原理如下：a.氢化工序是生产金属氢化物的工序，一般情况可由金属单质在氢气中直接加热和加压的条件下完成。进行加压可以使反应进行得较快一些。这里考虑到制造的金属氢化物是作为原料使用，所以选用高沸点的、惰性的矿物油（或石蜡）作为反应介质，将其尽可能细的金属钠分散在其中，升温（300～400℃）升压（也可常压）使其与氢气进行反应，生成氢化钠：2Na＋H2→2NaHb.酯化工序目的是合成硼酸三甲酯，其原料为甲醇和硼酸，反应方程式如下：3CH3OH＋H3BO3→B（OCH3）3＋3H2Oc.缩合反应工序将制得的硼酸三甲酯加入到含有氢化钠的矿物油中，充分搅拌混合，在一定温度（250～280℃）和适当压力下进行反应，生成硼氢化钠：4NaH＋B（OCH3）3→NaBH4＋3NaOCH3d.后处理工序首先将上述体系中加水，将矿物油从水层中分离出来。在水层中，甲醇钠极易水解：再通过对水溶液进行蒸馏，即可分离出甲醇，且可以作为原料循环使用。如果预先控制好加水量，则比较方便地就可以得到NaBH4重要的一种商品形式：含12％NaBH4及含40％NaOH的水溶液。若要制得粉末状的NaBH4，则首先用液氨进行萃取分离，然后再蒸去氨，得NaBH4结晶。(2)硼硅酸盐法此法使用的原料硼化物是较为价廉的硼砂（或钠硼解石）以及二氧化硅和金属钠、氢气。其过程包括三步反应：第一步，硼砂与二氧化硅在高温下生成硼硅酸盐熔体；第二步，熔体、金属钠、氢气在400～500℃下进行反应，生成硼氢化物与硅酸盐的混合物。第二步的反应式为：Na2B4O7＋7SiO2＋16Na＋8H2→4NaBH4＋7Na2SiO3第三步，将混合物在一定压力下用液氨抽提NaBH4，然后蒸去氨，得到NaBH4结晶。氨可以回收循环使用。上述工业化生产方法制硼氢化钠都需要耗用大量贵重的金属钠，成本高，因而限制了该产品的应用领域。为了降低生产成本，据有关文献报导，国外近来开发了电解法制硼氢化钠的新工艺。该法是在中间具有一个离子选择性隔膜的电解槽内进行，硼酸盐离子在阴极室被还原成硼氢化物离子，生成碱金属硼氢化物溶液，再自硼氢化物溶液分离得硼氢化物。其总反应式如下：若用硼砂做原料，则得硼氢化钠；同理，若要制取其它的碱金属硼氢化物，则需用相应的碱金属硼酸盐，如若用硼酸做原料，还需加相应的碱金属氢氧化物，以及氯化物、硫酸盐或碳酸盐。该法的吸引力是投资省、成本低。

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基本信息

中文名称： 硼酸,PT

英文名称: Orthoboric acid

英文别名:Boric Acid; Boron; Boricacidhighpurity; Boricacidwhitextl

等级： PT

CAS号： 10043-35-3/11113-50-1

图册(2张)

EINECS 234-343-4

分子式： H3BO3 [1]

物理参数

熔点：169℃

沸点：300℃

密度: [1]

贮存运输

密封干燥保存。 [2]

性状

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白色粉末状结晶或三斜轴面的鳞片状带光泽结晶。有滑腻手感，无臭味。溶于水、酒精、甘油、醚类及香精油中。无气味。味微酸苦后带甜。与皮肤接触有滑腻感。露置空气中无变化。能随水蒸气挥发。加热至100～105℃时失去一分子水而形成偏硼酸，于104～160℃时长时间加热转变为焦硼酸，更高温度则形成无水物。水溶液pH为。1g能溶于18ml冷水、4ml沸水、18ml冷乙醇、6ml沸乙醇和4ml甘油。在水中溶解度能随盐酸、柠檬酸和酒石酸的加入而增加。相对密度。熔点184℃(分解)。沸点300℃。半数致死量(大鼠，经口)。有刺激性。有毒，内服严重时导致死亡，致死最低量：成人口服640mg/kg，皮肤，静脉内29mg/kg;婴儿口服200mg/kg。空气中最高容许浓度10mg/m3。 [3]

用途

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实验室中若被强碱（NaOH或KOH）溅到，除了应用大量清水（H₂O）冲洗外，还应涂上硼酸溶液。以中和残余的强碱。这是最基本的也是离生活最近的用途之一。（若是身边无硼酸溶液又被强碱泼到，应急时可以用碳酸，但是首选硼酸，因为硼酸也是酸，比可乐中的碳酸还弱的酸。）

配制缓冲液。制备各种硼酸盐。蟑螂和地毯中黑色甲虫的杀虫剂。医药上用作止血药和防腐剂。

用作pH值调节剂、消毒剂、抑菌防腐剂等;用于制取硼酸盐、硼酸酯、光学玻璃、油漆、颜料、硼酸药皂、皮革整理剂、印染助剂和医药上的消毒剂等。

用于电容器制造及电子元件工业，高纯分析试剂，药用消毒防腐及配制已曝光感光材料冲洗加工药液。

用于玻璃、搪瓷、陶瓷、医药、冶金、皮革、染料、农药、肥料、纺织等工业;用作色谱分析试剂，也用于缓冲剂的配制;大量用于玻璃(光学玻璃、耐酸玻璃、耐热玻璃、绝缘材料用玻璃纤维)工业，可以改善玻璃制品的耐热、透明性能，提高机械强度，缩短熔融时间。在搪瓷、陶瓷业中，用以增强搪瓷产品的光泽和坚牢度，也是釉药和颜料的成分之一。冶金工业中作添加剂、助溶剂，特别是硼钢具有高硬度和良好的轧延性，可以代替镍钢。硼酸有防腐性，可作防腐剂，如木材防腐。在金属焊接、皮革、照相等行业以及染料、耐热防火织物、人造宝石、电容器、化妆品的制造方面都用到它。还可作杀虫剂和催化剂用。农业上含硼微量元素肥料，对许多作物有肥效，能增进作物品质和提高产量。

硼酸也是生产其他硼化物的基本原料之一，由它生产的硼化合物广泛应用于国防及其他工业部门和科研单位。;用作PH调节剂、抑菌防腐剂。 [1]

一、硼酸盐类矿物的一般特征

硼酸盐矿物是金属阳离子与硼酸根相结合而成的盐类。目前发现的矿物约近百种，自然界常见的约十种，可形成有意义的工业矿床。近年来工业上对硼的需求日益增长，这一趋势大大促进了对硼酸盐矿物的深入研究。

1.化学成分

组成硼酸盐矿物的阳离子有20多种，以Na+、Mg2+、Ca2+为主，其次有Li+、K+、Al3+以及过渡型阳离子Fe2+，Fe3+、Mn2+等。配阴离子有[BO3]3-和[BO4]5-两种，常含附加阴离子F-、Cl-、OH-、O2-等。此外，大多数硼酸盐矿物含有结晶水。

2.结晶形态

硼酸盐的晶体结构和化学成分比较复杂，大多数结晶成单斜晶系或斜方晶系。晶体通常呈柱状或针状；集合体呈放射状、纤维状或粒状。

3.物理性质

硼酸盐类矿物的物理性质与阳离子成分、晶体结构类型以及是否含结晶水有关。因此，硼酸盐类矿物的物理性质变化很大。一般来说，本类常见矿物以浅色、密度小、硬度较低为主。多数矿物密度为2～或更低，硬度在2～5之间。但含过渡型离子者色较深、密度较大。有个别无水盐的硬度可达7～。

4.成因产状

由于B的克拉克值为，远小于Si、P、S、C等元素，加之B经常参加到硅酸盐晶格中组成硼硅酸盐 (如电气石)，所以硼酸盐类矿物尽管种类很多，其分布远不如硅酸盐、磷酸盐等广泛，它们主要形成于表生作用。常与盐湖中的结晶沉积有关。在内生作用中硼酸盐主要形成于接触交代作用和火山作用。

硼在工业上的用途很广，尤其是在尖端技术中。例如，硼氢化合物可作火箭燃料，其燃烧值大大超过碳氢化合物；硼具有吸收中子的特性，碳化硼可控制原子反应堆的反应速度，含硼的钢和塑料可阻隔中子辐射等。因此，硼是重要战略物资。

二、主要矿物描述

硼镁铁矿 Ludwigite (Mg，Fe) 2 Fe[BO 3]O 2

[化学成分]MgO2%，B2O316%，Fe+Fe2O357%；硼镁铁矿中 Mg2+和Fe2+间为完全类质同象，据Mg2+含量可分为两个亚种:镁硼镁铁矿和铁硼镁铁矿。可有少量Al3+代替Fe3+ (≤11%)。

[结晶形态]斜方晶系。晶体呈长柱状、针状、纤维状、毛发状。并呈放射状 (篙束状)、纤维状、粒状、致密块状集合体。

[物理性质]暗绿色至黑色 (随Fe含量增大颜色变深)；条痕浅黑绿色至黑色；光泽暗淡，纤维状体的新鲜面上有丝绢光泽；不透明 (含镁高者稍透明)。无解理；硬度～6。相对密度～(含Fe量高，相对密度增大)。粉末具弱磁性。

[成因产状]硼镁铁矿为接触交代作用的产物，产于蛇纹石化白云质大理岩或镁矽卡岩中，常与磁铁矿、硅镁石族矿物及金云母、镁橄榄石、硼镁石等共生。在热液影响下，硼镁铁矿在不同程度上发生变化，其产物一般为纤维状硼镁石和磁铁矿。

[鉴定特征]颜色、条痕深，相对密度、硬度均较大，常呈篙束状集合体为特征。在空气中烧之变成红色。溶于浓H2SO4，加几滴酒精稍加热，用火点燃火焰呈鲜艳的绿色(B的反应)。

[主要用途]提炼硼的矿物原料。

硼砂 Borax Na 2 〔B 4 O 5 (OH) 4 〕·8H 2 O

[化学组成]Na2O ，B2O3 ，H2O 。

[结晶形态]单斜晶系，晶体呈短柱状 (图7-3-1)，集合体呈粒状或土状。

图7-3-1 硼砂的晶形

[物理性质]晶体透明无色或浅灰色，其细粒集合体呈白色或淡蓝绿色，白色条痕，玻璃光泽。硬度2～，解理平行{100}完全，{110}中等，{010}不完全；性脆，断口呈贝壳状，相对密度，易溶于水 (0℃时每百毫升水能溶)；烧之易熔成透明小球。

[成因产状]最常见的硼酸盐矿物。主要产于干旱地区盐湖沉积中，与石盐、天然碱以及其他含硼矿物共生，亦产于温泉沉积物中。在干燥空气中易失水变为白色粉状的三方硼砂Na2[B4O5 (OH)]·3H2O。

[鉴定特征]无色透明或浅色、硬度低、密度小，易熔成透明玻璃球等，可借助焰色反应试B(见硼镁铁矿描述)。

[主要用途]硼的主要矿物原料。

学习指导

常见的硼酸盐类矿物不多、分布也不广，只要求一般了解即可。

练习与思考

1.硼有什么用处? 为什么现在对硼矿物比较重视?

2.用什么方法可以检出矿物中的硼?

减压蒸馏。取出树脂并通过酸碱处理洗脱硼酸甘油络合物，将硼酸型离子树脂减压蒸馏，循环使用。该工艺对废水中甘油的去除率为30-50%，可实现对甘油的回收利用。