Bore Métal | Propriétés, historique, production et utilisations

Le bore est un semi-métal extrêmement dur et résistant à la chaleur que l'on peut trouver sous diverses formes. Il est largement utilisé dans les mélanges pour blanchir le verre, les semiconducteurs et les engrais agricoles.

Propriétés:

• Atomique Symbole: B
• Numéro atomique: 5
• Element Catégorie: Metalloid
• Densité: 2. 08g / cm3
• Point de fusion: 3769 ° F (2076 ° C)
• Point d'ébullition: 3921 ° C (910 ° C)
• Dureté de Moh: ~ 9. 5

Caractéristiques:

Le bore élémentaire est un semi-métal allotropique, ce qui signifie que l'élément lui-même peut exister sous différentes formes, chacune ayant ses propres propriétés physiques et chimiques.

De même, comme d'autres semi-métaux (ou métalloïdes), certaines propriétés du bore sont de nature métallique alors que d'autres sont plus semblables aux non-métaux.

Le bore de grande pureté existe sous la forme d'une poudre amorphe brun foncé à noire ou d'un métal cristallin sombre, lustré et cassant.

Extrêmement dur et résistant à la chaleur, le bore est un mauvais conducteur de l'électricité à basse température, mais cela change à mesure que les températures augmentent.

Alors que le bore cristallin est très stable et non réactif avec les acides, la version amorphe s'oxyde lentement dans l'air et peut réagir violemment dans l'acide.

Sous forme cristalline, le bore est le deuxième élément le plus dur (derrière le carbone uniquement sous sa forme de diamant) et possède l'une des températures de fusion les plus élevées.

Semblable au carbone, pour lequel les premiers chercheurs ont souvent confondu l'élément, le bore forme des liaisons covalentes stables qui le rendent difficile à isoler.

L'élément numéro cinq a également la capacité d'absorber un grand nombre de neutrons, ce qui en fait un matériau idéal pour les barres de contrôle nucléaires.

Des recherches récentes ont montré que lorsqu'il est super-refroidi, le bore forme une structure atomique complètement différente qui lui permet d'agir comme un supraconducteur.

La nature énigmatique de l'élément a conduit Artem Oganox de l'Université de Stony Brook à déclarer que «le bore est un élément schizophrénique, c'est un élément de frustration complète.

Il ne sait pas ce qu'il veut faire.

Histoire:

Alors que la découverte du bore est attribuée aux chimistes français et anglais qui étudient les minéraux boratés au début du 19ème siècle, on pense qu'un échantillon pur de l'élément n'a été produit qu'en 1909.

Les minéraux de bore (souvent appelés borates), cependant, étaient déjà utilisés par les humains depuis des siècles. La première utilisation enregistrée du borax (borate de sodium naturel) a été faite par des orfèvres arabes qui ont appliqué le composé comme un flux pour purifier l'or et l'argent au 8ème siècle après JC.

Extrait des lits de sel des lacs tibétains et transporté vers l'ouest à travers la route de la soie à Babylone. Certaines preuves suggèrent même que les orfèvres utilisaient le flux de borax dès 4000 ans.

Glazes sur les céramiques chinoises datent entre les 3ème et 10ème siècles après JC ont également été montré pour faire usage du composé naturel.

L'invention du verre borosilicaté thermiquement stable à la fin des années 1800 fournit une nouvelle source de demande pour les minéraux de borate. En utilisant cette technologie, Corning Glass Works a introduit des ustensiles de cuisine en verre Pyrex en 1915.

Dans les années d'après-guerre, les applications pour le bore ont augmenté pour inclure une gamme toujours plus large d'industries.

Le nitrure de bore a commencé à être utilisé dans les cosmétiques japonais et, en 1951, une méthode de production de fibres de bore a été développée.

Les premiers réacteurs nucléaires, mis en service durant cette période, utilisent également du bore dans leurs barres de contrôle.

En fait, au lendemain de la catastrophe nucléaire de Tchernobyl en 1986, 40 tonnes de composés de bore ont été déversées dans le réacteur afin d'aider à contrôler la libération des radionucléides.

Au début des années 1980, le développement d'aimants permanents à base de terres rares à haute résistance a créé un nouveau marché important pour l'élément. Plus de 70 tonnes métriques d'aimants néodyme-fer-bore (NdFeB) sont maintenant produites chaque année pour une utilisation dans tous les domaines, des voitures électriques aux écouteurs.

À la fin des années 1990, l'acier au bore a commencé à être utilisé dans les automobiles pour renforcer les composants structuraux, tels que les barres de sécurité.

Même au 21ème siècle, le développement de nouveaux usages pour le semi-métal continue. En 2004, les chercheurs ont découvert que lorsqu'il était surchauffé et traité à haute pression, le bore devenait supraconducteur, ouvrant de nouvelles possibilités dans le domaine du calcul intensif.

Production:

Bien qu'il existe plus de 200 types différents de minéraux borates dans la croûte terrestre, quatre seulement représentent plus de 90% de l'extraction commerciale de composés de bore et de bore. Ceux-ci comprennent le tincal, la kernite, la colémanite et l'ulexite.

Pour produire une forme relativement pure de poudre de bore, l'oxyde de bore présent dans le minéral est chauffé avec un flux de magnésium ou d'aluminium. La réduction produit de la poudre de bore élémentaire qui est pure à environ 92%.

Le bore pur peut être produit en réduisant davantage les halogénures de bore avec de l'hydrogène à des températures supérieures à 1500 ° C (2732 ° F).

Le bore de haute pureté, nécessaire à l'utilisation dans les semi-conducteurs, peut être obtenu en décomposant le diborane à haute température et en faisant croître des monocristaux par fusion de zones ou par la méthode de Czolchralski.

Selon l'USGS, plus de six millions de tonnes métriques de minerais de borate ont été extraites en 2014. La plus grande source de borates au monde est la Turquie, qui représente plus de la moitié de tous les borates extraits chaque année. L'Etat turc Eti Maden AS exploite les quatre mines de bore du pays, qui sont en grande partie définies par la colemanite minérale.

Les États-Unis sont la deuxième plus grande source de l'élément au monde. Deux sociétés, US Borax (filiale à 100% de Rio Tinto) et Searles Valley Minerals, extraient du bore de mines établies en Californie. La mine Borax de Rio Tinto à Boron, en Californie, fonctionne en continu depuis plus de 140 ans.

D'autres sources moins importantes de minerais de borate sont extraites en Chine et en Argentine.

Applications:

Alors que plus de six millions de tonnes métriques de minéraux contenant du bore sont extraites chaque année, la grande majorité est consommée sous forme de sels borates, tels que l'acide borique et l'oxyde de bore, très peu convertis en éléments élémentaires. bore. En effet, seulement environ 15 tonnes métriques de bore élémentaire sont consommées chaque année.

L'ampleur de l'utilisation des composés de bore et de bore est extrêmement large. Certains estiment qu'il existe plus de 300 utilisations finales différentes de l'élément sous ses différentes formes.

Les cinq usages principaux sont:

1. Verre (par exemple verre borosilicaté thermiquement stable)
2. Céramiques (par exemple glaçures pour carreaux)
3. Agriculture (par exemple acide borique dans les engrais liquides).
4. Détergents (par exemple, perborate de sodium dans le détergent à lessive)
5. Agents de blanchiment (par ex. Détachants ménagers et industriels)

Bien que le bore métallique soit très peu utilisé, il est très apprécié dans plusieurs applications métallurgiques. En enlevant le carbone et d'autres impuretés lorsqu'il se lie au fer, une petite quantité de bore - seulement quelques parties par million - ajouté à l'acier peut le rendre quatre fois plus résistant que l'acier à haute résistance moyen.

L'acier au bore est maintenant utilisé dans une variété de barres de sécurité, de traverses de tableau de bord et d'autres pièces d'auto structurelles.

La capacité de l'élément à dissoudre et éliminer le film d'oxyde métallique le rend idéal pour les flux de soudage. Le trichlorure de bore élimine les nitrures, les carbures et l'oxyde du métal en fusion. Et, par conséquent, ceci est utilisé dans la fabrication de l'aluminium, du magnésium, du zinc et des alliages de cuivre.

En métallurgie des poudres, la présence de borures métalliques augmente la conductivité et la résistance mécanique. Dans les produits ferreux, leur existence augmente la résistance à la corrosion et la dureté, tandis que dans les alliages de titane utilisés dans les girouettes et les pièces de turbine, les borures augmentent la résistance mécanique.

Les fibres de bore, qui sont fabriquées en déposant l'élément hydrure sur du fil de tungstène, sont des matériaux structuraux solides et légers convenant aux applications aérospatiales, ainsi que des clubs de golf et des bandes à haute résistance.

L'inclusion du bore dans l'aimant NdFeB est essentielle à la fonction des aimants permanents à haute résistance utilisés dans les éoliennes, les moteurs électriques et une vaste gamme d'appareils électroniques.

La propension du bore à absorber les neutrons lui permet d'être utilisé dans les barres de contrôle nucléaires, les boucliers anti-radiations et les détecteurs de neutrons.

Enfin, le carbure de bore, troisième substance la plus dure, est utilisé dans la fabrication de diverses armures, gilets pare-balles ainsi que des abrasifs et des pièces d'usure.

_Sources:

_{Chemicool. Boron
URL: // www. chimicool. com / éléments / bore. html
USGS. Information sur les minéraux. Boron
URL: // minéraux. usgs. gov / minerals / pubs / commodity / bore /}

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