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多角色的硼
2019-03-05 | 编辑: | 【  】【打印】【关闭

  作者:中国科学院青海盐湖研究所    陈婧

    硼,元素符号B,位于元素周期表中第二周期,第三主族,是一种重要的非金属元素。由于硼对氧具有极强的亲和力,因此自然界中没有游离态的硼,而总是以化合物的形式存在。直到1808年英国化学家戴维和法国化学家盖·吕萨克、泰纳各自获得单质硼,但是他们得到的纯度均不高,大约在60%左右;直到1909年美国化学家温特劳布才制出了纯净的硼单质。 

  硼是一种典型的亲石元素,在各种成因、不同类型的岩石中都有存在。从大地构造来看,全球硼矿基本集中在环太平洋和地中海构造带内,世界上的硼资源主要分布在土耳其、美国、俄罗斯、智利和中国。

  

  1全球硼资源的分布情况 

  根据化学组成不同,可以将硼矿分成三类:硼硅酸盐矿物、硼铝硅酸盐矿物和碱金属及碱土金属的硼酸盐矿物。其中硼硅酸盐矿物主要有硅钙硼石和赛黄晶;硼铝硅酸盐矿物主要有电气石和斧石,但以上两类硼矿均不适宜进行工业开采,目前主要进行工业开发利用的是碱金属及碱土金属的硼酸盐矿物简称为硼酸盐矿物。硼酸盐矿物多达100多种,但能够作为工业硼资源开发利用的仅有10余种,其中典型的有天然硼砂、遂安石、硼镁石、硬硼钙石、天然硼酸、钠硼解石、柱硼镁石。 

   

  2 硼矿石的分类 

  人类对硼的利用十分久远,早在公元前200年就有古埃及使用硼砂焊接黄金的记载,明朝李时珍在《本草纲目》中明确记载硼砂具有消炎化瘀的作用。如今硼及硼化物更是作为一种重要的化工原料,广泛应用于建材、轻工、冶金、机械、医药、农业、核工业等行业。目前已发现硼的用途已超过300多种,其中玻璃、陶瓷、洗涤剂是最主要的用途,约占世界硼消费量的四分之三。

 

  3 硼的应用

  硼酸盐、硼化物是搪瓷、陶瓷、玻璃的重要组分,与未添加硼化物的玻璃陶瓷相比,含硼玻璃具有更好的耐热耐磨耐腐蚀性,光泽度明显提高,硼硅玻璃其良好的性能已得到世界各界的认可,被广泛应用于太阳能、化工及医药包装等行业。  

  硼是高等植物特有的必需元素,它能够与游离状态的糖结合,使糖容易跨越质膜,促进糖的运输,对植物的生殖过程有重要的影响,与花粉形成、花粉管萌发和受精有密切关系。硼元素供应充足,植物籽粒饱满,根系良好;然而植物缺硼时症状差异较大,其共同特点是花发育不全、根系不发达、生长点死亡,导致产品和产量下降,甚至颗粒无收。

  

4缺硼的农作物(图片来源于网络) 

  实际上硼不仅仅是高等植物,也是高等动物所必须的元素。虽然目前关于硼的生理功能还未确定,但有研究表明硼对动物机体的代谢和骨骼发育、脑功能、免疫功能有着重大的影响。人体中也含有微量硼元素,在抗骨质疏松、抗炎症、抗肿瘤、降血脂等方面具有微妙作用,但如果人体长期接触大量含硼物质则会造成中毒。 

  由于硼及硼化合物的特殊性质,如质轻、阻燃、耐热、高硬、高强、耐磨及催化性质,在现代科学技术中,发挥了重要作用。他们已经登上了现代工业的舞台,在国民经济部门中有着广泛的应用。硼在自然界有两种稳定的同位素,其中的10B在核工业中有着特殊的用途,可用于控制和反应速度,也可用于核反应堆的防护材料。近年来核用硼酸等含硼材料的研究已成为一个较热的研究方向。

  基于硼酸盐结构的多样性,各类无机含硼化合物、有机含硼化合物、卤化硼及难熔硼化合物的合成与结构特征的研究报道越来越多,带来了硼酸盐应用研究热点,未来硼酸盐的应用领域将会越来越广泛,硼的多用性必将会表现的越来越优异。 

 

 

 

 

 

 

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