硼酸,为白色粉末状结晶或三斜轴面鳞片状光泽结晶,有滑腻手感,无臭味。溶于水、酒精、甘油、醚类及香精油中,水溶液呈弱酸性。
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,缩短溶融时间。焰色反应实验为绿色
化学信息
基本信息
中文名称: 硼酸,
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
EINECS 234-343-4
分子式: H3BO3
物理参数
熔点:169℃
沸点:300℃
密度:1.43g/cm3
贮存运输
密封干燥保存。
性状
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。0.1mol/L水溶液pH为5.1。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1.4347。熔点184℃(分解)。沸点300℃。半数致死量(大鼠,经口)5.14G/kG。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8.6g/kg,静脉内29mg/kg;婴儿口服200mg/kg。空气中最高容许浓度10mg/m3。
用途
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,但首选硼酸,因为硼酸酸性更弱。)
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。
硼酸吸收中子
硼酸是一种大中子吸收截面的物质,在反应堆中主要是用来调节反应性用的,加入适量的硼酸可以降低反应性。
天然硼元素有两种稳定同位素,即~(10)B 和~(11)B,丰度分别为19.78%和80.22%。~(10)B 具有对中子高吸收的独特特性,~(10)B 对热中子的吸收截面为3837巴(1b=10,Pa),自然丰度的硼的对热中子的吸收截面接近于750巴,而~(11)B 仅为 0.005巴,因此~(10)B 对热中子的吸收截面是自然丰度硼的5倍还多,是石墨的20多倍,是传统防护材料混凝土的 500多倍。
就是说,硼-10同位素是高效的热中子吸收剂。因此在核电站中它是安全和控制系统中所不可缺少的。特殊级(SQ)硼酸用于核工业,具有硼-10高比例特性。因此硼酸是可以终止核反应用的,吸收中子,再速凝水泥封堵,以后此地方圆多少公里为无人区,不再住人。
正是由于~(10)B 同位素的这种特性,使得~(10)B 同位素的相关产品广泛应用到了军用防护、核武器及核工业等军事领域。
投撒硼酸还有一个作用就是可以在高温下玻化,可固定住放射性元素四处扩散。(如同玻璃厂烧制玻璃一般)
另外,硼-10同位素,还可用于中子计数管,在核反应堆里用做防护屏,调正棒,也用于治疗癌症。
酸性
其酸性来源不是本身给出质子,由于硼是缺电子原子,能加合水分子的氢氧根离子,而释放出质子。利用这种缺电子性质,加入多羟基化合物(如甘油醇和甘油等)生成稳定配合物,以强化其酸性。
硼酸显酸性原因:
OH
. |
B(OH)3+2H2O====[HO-- B --OH]- + H3O+OH
硼酸究竟是一元酸还是多元酸?
硼酸是一元极弱酸,但是有些教科书及手册上提到硼酸为三元酸,三级电离常数。1930年F.L.Hahn等人的论文中,测得硼酸的pKa1为9.24,pka2为12.74,pka3为13.4。后来N.Ingri等人在上世纪60年代对这一问题做了深入研究,用电位法研究了硼酸的平衡,未证实水溶液中有平均电荷数小于-1的硼酸根离子存在,即溶液中没有HBO3 2-或BO3 3-等高价阴离子存在。我国学者宋立珠,周晓鸿等人通过理论计算也证明不应该有二级、三级电离。用实验方法未能证明硼酸有二级及三级离解平衡,只能认为硼酸为一元酸。有些教科书及手册用Ka1表示硼酸的离解常数是不妥的,因为它使人产生硼酸在水溶液中有多级离解的不正确概念,故建议改为Ka表示。
在硼酸中加入甘油后硼酸的酸性会增强。
形成的硼酸酯燃烧产生绿色火焰,可用于鉴别含硼化合物。
生产方法
制法及工艺流程 1、硼砂硫酸中和法 :将硼砂溶解成相对密度30~32°Bé的溶液,滤去杂质,然后放入酸解罐,于90℃时加入当量硫酸,使溶液在Ph2~3时进行反应。反应完成液经冷却、结晶、分离、干燥后制得硼酸成品。Na2B4O7+H2SO4+5H2O→4H3BO3+Na2SO4
2、碳氨法 将焙烧后的硼矿粉与碳酸氢铵混合,在浸取釜内加热物料至140℃、压力1.5~2.0 Mpa反应4h左右,放出剩余气体,经吸氨塔将氨回收,当温度降至110℃时即可放料。经过滤机过滤洗涤后,排除废渣,溶液送入蒸氨塔进行脱氨,可回收氨水。当蒸至氨硼比低于0.04(摩尔比)时再经浓缩、冷却、结晶、分离、干燥后,制得硼酸产品。
2MgO.B2O3+2NH4HCO3+H2O→2(NH4)H2BO3+2MgCO3
(NH4)H2BO3→H3BO3+NH3
3、盐酸法。将硼精矿粉用母液和水调配至适当浓度后,送入酸解罐,徐徐加入盐酸到指定的酸量后,搅拌一定时间,再升温至95~100℃,反应2h,然后过滤,弃去滤渣,滤液经冷却、结晶、离心分离、水洗、干燥、包装,制得硼酸产品。
2MgO+B2O3+4HCl+ H2O→2H3BO3+2MgCl2
4、井盐卤水盐酸法。由含硼卤水与盐酸一起蒸煮,再经脱水、冷却结晶、离心分离、干燥,制得硼酸成品。重结晶法将工业硼酸溶于蒸馏水中,经除杂,提纯,过滤,结晶,离心分离,干燥。
包装:用内衬二层牛皮纸(或塑料袋)的麻袋包装。每袋净重25公斤或80公斤。
5、电解电渗析法:把碳碱法硼砂来的碳解液,加入冷凝水调节到规定的含硼浓度,作为阳极室的原料液,碳酸钠经碳化后的含有碳酸氢钠的碳化液,作为阴极室的原料液;分别经控制过滤后用泵打人电解电渗析槽的相应极室内。待流量稳定后,通入直流电,调节到规定的操作电流。当阳极室流出液达到规定的Ph值时,则送去蒸发,再经冷却结晶、离心分离、干燥,制得硼酸成品。多硼酸钠法将硼镁矿焙烧粉碎成一定细度的矿粉,按照低于理论量的配碱比与纯碱溶液配成适当液固比的料浆,通入不同浓度的二氧化碳气体,在一定温度和压力下进行碳解反应,反应后的料浆经过滤弃去泥渣。将得到的多硼酸钠溶液经蒸浓后加入硫酸中和,冷却结晶、离心分离,干燥,制得硼酸成品。其b(2MgO·B2O3)+aNa2CO3+(2b-a)CO2[aq]→aNa2O·b B2O3+2bMgCO3Na2O·(3.5-4.5)B2O3+H2SO4+(9.5-12.5)H2O→(7-9)H3BO3+Na2SO4
储运事项
应贮存在干燥清洁的库房内,不得露天堆放,应避免雨淋或受潮。应装在棚车、船舱或带棚的汽车内运输,并不应与潮湿物品和有色的原料混合堆置,运输工具必须干燥清洁。
性质:白色粉末状结晶或无色的三斜轴面光泽的鳞片状结晶。
用途:用作玻璃、搪瓷、瓷、医药等工业原料。
硼酸是一种纯净的、多功能的含氧化硼的原料。与硼砂一样,硼酸是一种用途极广的工业硼化物。
硼酸的理论组成是氧化硼和水。它是一种白色晶体,可以制成颗粒或粉末。这两种形式在一般条件下都是稳定的,有流动性,可以很容易地用气流或机械输送,溶液呈微酸性。
应用领域
玻璃和玻纤
用于生产光学玻璃、耐酸玻璃、有机硼玻璃等高级玻璃和玻璃纤维,可改善玻璃的耐热性和透明性,提高机械强度,缩短熔融时间。
B2O3在玻璃和玻纤的制造中扮演着助熔剂和网络形成体的双重角色。例如,在玻纤生产中经可降低熔融温度从而有助于拉丝。一般来讲,B2O3可以降低粘度、控制热膨胀、阻止失透、提高化学稳定性、提高抗机械冲击和热冲击能力。
在要求钠含量较低的玻璃生产中硼酸常常与钠硼酸盐(如五水硼砂或无水硼砂)混合使用以调节玻璃中的钠硼比。这对硼硅酸盐玻璃来说很重要,因为氧化硼在低钠高铝的情况下表现为良好的助溶性。
搪瓷和陶瓷
搪瓷、陶瓷工业用于生产釉药,能减少釉的热膨胀、降低釉药的固化温度,从而防止龟裂和脱釉,提高制品的光泽和坚牢度。
对于陶瓷、搪瓷釉料,氧化硼是很好的助熔剂和网络形成体。它可形成玻璃(在低温时),提高坯釉适应性,降低粘度和表面张力,提高折射率,提高机械强度,耐久性耐磨性,它是无铅釉的重要组成。高硼熔块熟化快,形成光滑釉面的速度快,有利于着色。在快速烧成釉面砖熔块中,B2O3以硼酸引入,以保证低钠含量的要求。
医药工业
用于生产硼酸软膏、消毒剂、收敛剂、防腐剂等。
阻燃
加入赛璐璐材料中的硼酸盐可改变其氧化反应,促进"碳化"的形成。因此可阻燃。硼酸单独或者与硼砂一起使用,对减少赛璐璐绝缘材料、木器、床垫中的棉花胎的可燃性有特殊的效果。
冶金
用作生产硼钢中的添加剂、助溶剂,以使硼钢具有高硬度和良好轧延性。硼酸可防止金属焊接、铜焊、套焊的表面氧化。它也是硼铁合金的原料。
皮革
用于裸皮表面脱灰,防止皮革的表面再鞣皮后发生灰斑。
防锈
硼酸可作为防锈剂、润滑剂和热氧化稳定剂。它被加入到润滑剂、刹车油、金属加工液、水处理剂和燃料添加剂中。
粘结剂
硼酸是制造瓦楞纸粘结剂的成份之一,同时也是制造酷蛋白和糊精粘结剂的胶溶剂。硼酸通过交联键羟基极大地改善了湿胶强度。
个人保健品
国家医药级(NF)硼酸用于化妆品、卫生用品及药品中。它还与硼砂混合制所PH缓冲溶液。作为交联剂乳化石蜡,还可用作抑菌剂。
核工业
硼-10同位素是高效的热中子吸收剂。因此在核电站中它是安全和控制系统中所不可缺少的。特殊级(SQ)硼酸用于核工业,它能够增加硼-10比例。
化学工业
用于生产各种硼酸盐类,如硼氢化钠、硼酸氢铵、硼钨酸镉、硼氢化钾等。
在尼龙中间体的生产过程中,硼酸对碳氢化合物的氧化起催化作用,并生成酯提高乙醇的产量,从而阻止了羟基的进一步氧化而生成酮或羟酸。
化肥工业用于生产烛芯、含硼化肥。
用作分析化学试剂,用于配制缓冲液、单倍体育种各种培养基。
其它应用
染料稳定剂
电镀
稀有金属冶炼
电解电容器
油漆
翻砂铸造
纺织工业:织物防火剂
木材工业:防腐剂
杀虫剂
化学性能
将硼酸加热致100℃,由于不断地失去水分,它首先变成偏硼酸,它有三种变体,熔点分别为176℃、201℃和236℃。硼酸的脱水以生成偏硼酸宣告结束(只要温度不超过150℃)。再继续加热,水被脱净生成氧化硼。晶体氧化硼450°C时溶化。无定型氧化硼没有固定的熔点,它在325℃时开始软化,500℃全部成为液体。
稳定性
硼酸是一种稳定结晶体,通常保存下不会发生化学反应。温度、湿度发生剧变时会发生重结晶而结块。储存时应注意远离剧变的环境,保证完好的包装.
主产地
硼资源的全球分布情况
硼资源在全球范围内,以土耳其的资源较好,储量较大。我国的硼资源储量丰富,仅次于土耳其、美国和俄罗斯。智利硼资源开发和利用发展较快。朝鲜也探明并开始开发利用硼资源。
硼资源在国内分布情况
我国的硼资源主要分布于辽宁,尤其以丹东地区的凤城宽甸最为集中,有"中国硼都"之称。凤城市的翁泉沟硼铁矿是我国目前探明的唯一特大型、亚洲最大的硼铁矿床。另外在青海、西藏地区也有分布。在华北、华南、中南及华东地区有少量分布。
硼资源优势为硼酸产业发提供了基础和保障。硼酸的开发利用成为丹东地区的支柱产业之一。