بوراکس و مینرال های مربوطه (2)

صنعت شیشه

از لحاظ فیزیکی، شیشه های استاندارد (شیشه های سودالایم)، یک ماده ی آمورف، سخت و شفاف هستند و از لحاظ شیمیایی، شیشه مخلوطی از سدیم، کلسیم و منیزیم است. ترکیب شیشه های معمولی 18Na_2 O.2MgO.8CaO.72SiO_2 می باشد. فرایند تولید این شیشه ها، ضرورتاً شامل ذوب یک مخلوط از سیلیس (47 %)، سدیم کربنات (14 %)، دولومیت (12 %)، سنگ آهک (3.5 %)، کربن (2.5 %) و بقیه نیز خرده شیشه می باشد. این مواد ذوب شده و سپس به سرعت، سرد می شوند.
برخی اوقات، این شیشه های سودالایم ممکن است شامل مقادیر اندکی بور در شکل اکسید بور باشد. این بور موجب می شود تا:
میزان اسحکام این شیشه ها، افزایش یابد.
بتوان ظروفی تولید کرد که در برابر عوامل شوینده، مقاوم می باشند.
نرخ ذوب شدن مربوطه کاهش می یابد تا بدین وسیله، سیکل تولید، به طور مناسب انجام شود.
به هر حال، برخی از شیشه های خاص با خواص ویژه، با جایگزینی سدیم کربنات با اکسید بور، امکان پذیر می باشد. در تمام شیشه هایی که در آنها بوراکس وجود دارد، این شیشه ها، بی رنگ هستند و ویژگی های جلوه ی خاصی دارند. شیشه های خاصی که شامل مقادیر قابل توجهی اکسید بور هستند، عبارتند از:

شیشه های بروسیلیکاتی:

شیشه های بروسیلیکاتی به طور نمونه وار شامل 81 % سیلیس، 12.5 % اکسید بور و مقادیر اندکی Na_2 O و آلومینا می باشد. شیشه های بروسیلیکاتی دارای مقاومت به حرارت خوبی دارند. علت این مسئله، ضریب انبساط حرارتی بسیار پایین آن می باشد. این ضریب انبساط یک سوم ضریب انبساط مربوط به شیشه های سودالایم می باشد. در نتیجه، برخلاف انواع دیگر شیشه ها، شیشه های بروسیلیکاتی تحت شوک ها حرارتی، نمی شکنند. برای تولید این شیشه ها، تینکال مناسب است زیرا این مواد حاوی سدیم می باشد و اکسید کلسیم آن محدود می باشد. در حالی که سدیم برای ایجاد یکپارچگی در شیشه ضروری است، CaO موجب کاهش در مقاومت حرارتی می شود.
این شیشه ها، برای تولید وسایل آشپزی، وسایل آزمایشگاهی، وسایل مورد استفاده در فرایندهای شیمیایی و الیاف شیشه ای مورد استفاده در تولید پارچه های خاص و تقویت کننده های پلاستیکی، مورد استفاده قرار می گیرند. امروزه، این شیشه ها، به صورت دانه بندی تولید شده اند که وزنی سبک تر از آب دارند و از این رو، به عنوان فیلتر، مورد استفاده قرار می گیرند. در لیزرهای تخلیه ی درخشان نیز از یک گاز به عنوان محیط انتقال نور اولیه به لیزر، استفاده می شود. در این لیزرها نیز از این نوع شیشه ها، استفاده می شود.
شیشه های هنری: شیشه های هنری به اشکال جالب بریده می شوند و بر روی بخش های دیگر، چسبیده می شوند. اما شیشه های حاوی بور، بسیار سخت هستند و بریدن آنها مشکل می باشد. به منظور حصول تعادل میان سختی و کاربردپذیری، مقدار اکسید بور در این شیشه ها، کمتر از 3.5 % است.
الیاف نوری: الیاف نوری یک توسعه ی اخیر در زمینه ی ارتباطات است. در فیبرهای نوری، به جای انرژی، نور یا موج های رادیویی عبور می کند. این موج ها در واقع، داده ها، تصاویر و یا انواع دیگری از اطلاعات می باشند. الیاف نوری از اصل انعکاس داخلی پیوسته ی لیزر در الیاف شیشه ای باریک تر از موی سر، استفاده می کنند. این لایه ها، از یک هسته ی دانس تر و یک پوسته ی سبک تر تشکیل شده است. این لایه ها بوسیله ی فرایند پیچیده ای که به آن فرایند رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار (MCVD)، انجام می شود. نور به دلیل انعکاس داخلی در محل تماس میان هسته و پوسته و در طول هسته، عبور می کند. این مسئله حتی در زمان خمیده شدن فیبر، انجام می شود. شیشه ی مورد استفاده برای این هدف، بسیار خالص است و یک چنین شیشه ای، از سیلیس خالص تولید شده است. این شیشه ی خالص با واکنش سیلیکون کلراید با اکسیژن، تولید می شود. برای اینکه فیبر نوری به خوبی کار کند، باید ضریب شکست هسته ی فیبر، نسبت به پوسته بیشتر باشد. برای این کار، ژرمانیم به این بخش اضافه می شود. همچنین بور نیز برای افزایش این ضریب شکست، به دیگر بخش افزوده می شود. ضریب شکست کمتر بوراکس، بهترین معیاری است که از این ماده استفاده می شود. البته علاوه بر این معیار، استحکام، مقاومت حرارتی، ضریب انبساط حرارتی و قابلیت تحمل شوک های حرارتی، از جمله سایر ویژگی ها می باشد. به هر حال، در یک چنین الیافی، علاوه بر استحکام، انعطاف پذیری نیز مورد نیاز است. در اینجا، الکزیت که یکی از ترکیبات بور است، موجب افزایش انعطاف پذیری می شود.
الیاف شیشه ی تقویت کننده: این الیاف در داخل یک زمینه ی سرامیکی یا پلیمری وارد می شود تا بدین صورت، زمینه تقویت شود. ترکیب نمونه وار این شیشه ها، عبارتست از 7.3 % اکسید بور، 0.3-0.8 % اکسید سدیم، 0.2 % اکسید پتاسیم، 18.6 % اکسید کلسیم، 3.3% آلومینا، 0.3 % اکسید آهن و 55 % سیلیس. در این شیشه ها، اکسید کلسیم در واقع شبکه سازی می کند نه کلسیم. از این رو، از بوراکس تصفیه شده یا کلمانیت استفاده می شود.
شیشه های فوتوکرومات: این شیشه ها، یک سری شیشه ی بروسیلیکاتی هستند که دارای خواص منحصربفردی می باشند. در واقع این شیشه ها، وقتی در معرض تابش نور خورشید قرار می گیرند، تیره می شوند. به منظور ایجاد این خاصیت در این شیشه ها، نیاز است تا به آنها کلرید نقره، یک فلز قلیایی و باریم اضافه کنیم. البته می توان کلرید نقره را با برخی مواد دیگر، همچون آلومینا و اکسید نیوبیوم، جایگزین نمود. یک چنین شیشه هایی می توانند با اعمال پوشش های آلی خاص بر روی شیشه ی معمولی نیز تولید شوند.
شیشه های کریستالی قلع: شیشه های کریستالی قلع از جمله شیشه های سربی- پتاسی محسوب می شوند که در آنها، سرب به عنوان فلاکس مورد استفاده قرار می گیرد. این مادهد یک حالت درخشش خاص دارد و همچنین ضریب شکست آن نیز بالاست. به دلیل خاصیت درخشش و زرق و برق خاص این شیشه، از آن برای اهداف زینتی و تولید ظروف زیبا استفاده می شود. در زمان های قدیم، به دلیل ضریب انبساط بالای این ماده، از آنن در تولید انواع خاصی از لنزها، استفاده می شده است. ترکیب نمونه وار این شیشه ها، عبارتست از: 2.5 % اکسید بور، 2.5 % اکسید سدیم، 7.0 % اکسید پتاسیم، 1.0 % آلومینا و 55 % سیلیس.
پشم شیشه یا پشم سنگ: پشم سنگ یک واژه ی عمومی برای بیان الیافی است که از مواد غیر آلی تولید می شوند. این مواد غیر آلی می توانند مینرال ها، سنگ یا اکسیدهای فلزی باشند. وقتی ماده ی مورد استفاده در تولید این الیاف، سنگ ها یا مواد غیر آلی طبیعی باشند، به الیاف حاصله پشم سنگ، گفته می شود. پشم شیشه نیز یک نوع پشم سنگ خاص است که از شیشه تولید شده است. این پشم شامل الیاف بسیار ریز از شیشه می باشد که به صورت بافتی اسفنجی، قرار گرفته اند. برای تولید پشم شیشه، شیشه ی مذاب ابتدا به صورت فیبر تبدیل می شود و سپس به صورت نمدهای فیبری تبدیل می شود. نمدهای فیبری تا دمای 200 درجه حرارت دهی می شود و سپس یک رزین پلیمری در داخل آنها وارد می شود تا بدین صورت، محصولی تولید شود که به صورت تجاری، پشم شیشه نامیده می شود. این ماده یک ماده ی مقاوم در برابر خوردگی و ضد آب است که هم حرارت و هم صدا را جذب می کند. از این ماده برای عایق کاری صوتی و حرارتی، استفاده می شود. همچنین این ماده، در برابر آتش نیز مقاوم است. ترکیب نمونه وار این شیشه ها، عبارتست از: 5 % اکسید بور، 16 % اکسید سدیم، 8 % اکسید کلسیم، 3.5 % اکسید آلومینیوم، 3 % اکسید منیزیم و 64.5 % سیلیس.
برای تمام این محصولات شیشه ای، بوراکس باید عاری از مواد رنگی مانند آهن، کبالت، نیکل، مس و تینانیم باشد.

صنعت سرامیک

لعاب سرامیکی: هدف از لعاب زنی ایجاد یک پوشش چسبنده و یکنواخت بر روی سطح بدنه ی سرامیکی است تا بدین صورت، حفرات و تخلل های سطحی بدنه، پوشیده شوند. لعاب های سرامیکی ممکن است خام یا فریت شده باشند. لعاب های خام شامل مواد نامحلولی هستند که به همین شکل خام اعمال می شوند، در حالی که لعاب های فریت شده، پیش از اعمال بر روی بدنه، ابتدا ذوب، کوئنچ و خردایش می شوند و به صورت یک پودر شیشه ای ایجاد می شوند. لعاب ها نه تنها باید ذوب شوند بلکه همچنین باید قابلیت به صورت یکنواخت نیز بر روی بدنه قرار گیرند. این لعاب ها از ترکیبی مشابه با محصولات سرامیکی تشکیل شده اند اما میزان فلدسپار و کوارتز آنها بالاست. مواد اولیه با هم مخلوط می شوند، آسیاب می شوند و با آب مخلوط می شوند. این مخلوط، لعاب نامیده می شود. بدنه های خام قالب گیری شده، به داخل لعاب وارد می شوند و سپس در دمای بالایی (مثلا در حدود 1400 درجه ی سانتیگراد) پخت می شوند. در صورت نیاز، به بدنه ها دکور و طرح اضافه می شود و سپس دوباره پخت می شوند. بوراکس هم به صورت اکسید و هم به صورت اسید بوریک، به لعاب افزوده می شوند تا بدین صورت، ضریب انبساط آن کاهش یابد و همچنین میزان سفیدی لعاب بهبود یابد. بوراکس در آب حل می شود و از این رو، می توان آن را در لعاب های فریت شده، استفاده کرد. علاوه بر این، ضریب شکست پایین این ماده در زمانی مناسب است که براقیت پایین مد نظر باشد نه درخشش در سطح لعاب زده شده.
سرامیک ها: بوراکس به عنوان فلاکس و به منظور کاهش دمای پخت، به بدنه ی سرامیکی، افزوده می شود.
سرامیک های ساختاری پیشرفته: نیترید بور در ساخت برخی از سرامیک های ساختاری پیشرفته کاربرد دارد. این ماده هم دارای استحکام بالا، مقاومت به سایش قوی و هم مقاومت به حرارت و خوردگی خوبی است.

صنعت لعاب سازی

لعاب های فلزی از لحاظ شیمیایی یک مخلوط از سیلیکات ها، بورات ها و مواد فلوریتی برخی فلزات مانند سدیم، پتاسیم و ... می باشد. این ماده یک پوشش سرامیکی بر روی سطح ایجاد می کند تا زیرلایه در برابر دما و خوردگی، محافظت شود. این پوشش با مخلوط نمودن بوراکس، کوارتز، کربنات سدیم، سدیم نیترات، اکسیدهای کبالت، منگنز و نیکل و یک ماده ی اپک کننده مانند اکسید قلع، تیتانیم سیلیکات و یا آنتیموآن تری اکسید، تولید می شود. در این مخلوط، معمولاً 34 % بوراکس، 20 % کوارتز، 28 % فلدسپار، به عنوان مواد اصلی، وجود دارند. این مخلوط آسیاب شده و در آب کوئنچ می شوند تا یک توده ی شیشه ای تشکیل شود. به این شیشه، خاک رس و پودر کوارتز اضافه می شود و مخلوط حاصله، به خوبی آسیاب کاری می شود تا پودری نرم ایجاد شود. از این پودر در دوغاب سازی، استفاده می شود. اشیای فلزی در داخل این دوغاب وارد می شوند و بعد از ایجاد پوشش، در دمایی در حدود 900 درجه ی سانتیگراد، پخت می شوند. دو تا سه تا از این پوشش ها معمولاً اعمال می شود. اثرات رنگی می تواند با افزودن اکسیدهای رنگی مانند اکسید آهن، اکسید کروم، اکسید کبالت، اکسید اورانیم و ...، ایجاد شود. این مواد باید پیش از کوئنچ لعاب و به لعاب مذاب افزوده شود. دمای ذوب پایین و خواص فلاکس مناسب بوراکس، مهم ترین معیار استفاده از این ماده می باشد. علاوه بر این، مشابه با شیشه ها، لعاب های فلزی نیز به دلیل وجود بور، تقویت می شوند و از این رو، در برابر حرارت، مقاوم می باشند. علت این مسئله ضریب انبساط حرارتی پایین این مواد می باشد. همچنین این پوشش ها، در برابر شوک حرارتی نیز مقاوم می باشند.

تولید مواد سیلیکونی رابری

با مخلوط کردن سیلیکون رابری با اسید بوریک، محصولی تولید می شود که سیلی پوتی (silly putty) نامیده می شود. این ماده دارای خواص منحصربفردی است. این ماده می تواند بدون اینکه بشکند، خمیده شود. این ماده پرش بیشتری نسبت به توپ رابری ایجاد می کند. این ماده اولین بار در سال 1943 تولید شد و کاربردهای خاصی در صنایع اسباب بازی، پیدا کرده است.

شیمی تجزیه

محلول های بافری مورد استفاده در بیوشیمی:
در واکنش های شیمیایی، بوراکس به عنوان بافر عمل می کند و موجب می شود تا pH پایدار بماند. این پایداری pH برای بسیاری از واکنش ها، مطلوب می باشد. سدیم بورات در آزمایشگاه های شیمی تجزیه و بیوشیمی، به عنوان محلول بافر مورد استفاده قرار می گیرد. این بافرها در الکتروفورز DNA استفاده می شوند. این ماده دارای رسانایی الکتریکی پایینی است و از این رو، در ولتاژهای معین، می تواند حرارت تولید شده در داخل خود را انتقال دهد. از این رو، استفاده از این بافر، اجازه می دهد تا بتوان ولتاژ را بالاتر برد. لیتیم بورات مشابه با سدیم بورات است و دارای مزیت های خاص خود می باشد. از جمله مزیت های این ماده، به این مسئله می توان اشاره کرد که استفاده از آن به جای سدیم بورات در کاربردهای الکتروفورز، اجازه ی افزایش بیشتر ولتاژ را به ما می دهد. به هر حال، لیتیم بورات ماده ای گران قیمت تر است.
آزمون بستر بوراکس: این روش، یک روش متداول در تشخیص عناصری همچون مس، کروم، کبالت، آهن، نیکل، اورانیوم، می باشد. دمای ذوب پایین این ماده و قابلیت ایجاد مذاب از این عناصر، از جمله معیارهای انتخاب می باشد.

مواد فوق سخت

در این گروه از مواد، ترکیباتی وجود دارند که از اکسید بور، تولید می شوند. این ترکیبات عبارتند از
نیترید بور: نیترید بور (BN) ترکیبی است که از اکسید بور تولید می شود و در واقع یک ماده ی سخت مانند الماس است، این ماده همچنین دارای توانایی حرارتی بالا (تا 1800 درجه ی سانتیگراد) می باشد. این ماده مانند عایق های الکتریکی عمل می کند اما مانند یک فلز، دارای رسانایی گرمایی است. این ماده همچنین دارای خاصیت روان سازی می باشد مانند گرافیت و از این رو، یک ماده ی سبک می باشد. این ماده همچنین تحت نام تجاری بورازن، موجود می باشد.
کاربید بور: این ماده با واکنش اکسید بور و کربن در کوره ی قوس الکتریکی، تولید می شود. این ماده، ماده ای سخت و ساینده است و قادر است تا نوترون را جذب کند. از این رو، کاربردهای گسترده ای در تزئین الماس دارد. همچنین از این ماده در رآکتورهای هسته ای، زره های بالستیکی، در بخش ابزار دقیق و ... استفاده می شود.

تولید عنصر بور

عنصر بور به سختی تولید می شود زیرا این ماده واکنش پذیری زیادی با اکسیژن و نیتروژن دارد و استخراج آن باید در اتمسفر خنثی یا تحت خلا انجام شود. اسید بوریک با کلسیناسیون به اکسید بور تبدیل می شود. اکسید بور نیز با استفاده از پیرولیز یا واکنش با فلز منیزیم در دماهایی در حدود 2000 درجه ی سانتیگراد، به فلز بور تبدیل می شود. برای بدست آوردن بور با خلوص بالا، عناصر ناخالصی در خلأ تخلیه می شوند. دو ایزوتوپ از بور به نام ایزوتوپ 10 و 11 شناخته شده است. استفاده های مستقیم از بور، در واقع به عنوان تعدیل کننده و فلز حفاظت کننده در رآکتورهای هسته ای، جرقه زن موشک، در وسایل نیمه رسانا، در الیاف نوری و ... می باشد.

تولید فرو- بور

این آلیاژ حاوی 15-20 % بور و بقیه هم آهن می باشد. این آلیاژ با اعمال فرایند کربوترمال و یا آلومینو ترمیک بر روی مخلوطی از اسید بوریک و اکسید آهن و یا اکسید بور و اکسید آهن، تولید می شود. برای اضافه نمودن بور به فولاد، از آلیاژ فرو- بور استفاده می شود.

تولید شیشه های فلزی

شیشه های فلزی از نوع خاصی فرو- بور ساخته می شوند که حاوی 92 % آهن، 5 % سیلیکون و 3 % بور می باشد. نرخ سرد کردن به طور قابل توجهی افزاسش می یابد و این مسئله موجب تولید شیشه های فلزی می شود. قابلیت منحصربفرد بور به تشکیل شیشه، در اینجا مزیت محسوب می شود. این ماده در مبدل های الکتریکی و توزیعی، مورد استفاده قرار می گیرد. برای این هدف، فرو- بور با کاهش اکسید آهن به همراه اکسید بور یا اسید بوریک، تولید می شود.

سایر استفاده ها

لوازم آرایشی و بهداشتی: از بوراکس به عنوان یک ماده ی ضد عفونی کننده و عامل امولسیونی استفاده می شود.
تجهیزات آتش بازی: بوراکس برخی اوقات برای تولید وسایل آتش بازی مورد استفاده قرار می گیرد. این کار به دلیل قابلیت این ماده در تولید شعله ی نارنجی رنگ، انجام می شود.
افزودنی های خوراکی: مقادیر اندکی از بوراکس به عنوان تثبیت کنننده در تولید نمک ید دار، استفاده می شود. در فرانسه و ایران، این ماده مشابه نمک، برای آماده سازی خاویار، استفاده می شود. البته استفاده از این ماده در ایالات متحده ی امریکا، ممنون می باشد.
پارچه: از این ماده در صنعت پارچه نیز استفاده می شود. در واقع از این ماده به عنوان یک عامل رنگ بر، استفاده می شود. همچنین در تولید رایون نیز این ماده کاربرد دارد.
واناسپاتیت ( یک چربی خوراکی بر پایه ی سبزیجات): در واناسپاتیت، از بوراکس به عنوان یک عامل رنگ بر، استفاده می شود.
خمیر دندان: از این ماده به عنوان یک عامل قلیایی خفیف استفاده می شود. در واقع بوراکس در تولید خمیر دندان و دهان شویه، کاربرد دارد.
کشاورزی: در کشاورزی، بوراکس بدلیل وجود بور، یک ماده ی مغذی برای گیاهان تلقی می گردد.
جوهر: برخی از انواع جوهرهای مورد استفاده در خودکارها، با حل کردن لاک در بوراکس حرارت دیده، تولید می شوند.
ابر رساناها: منیزیم دی بورید یک ابررسانای متداول می باشد.
سوخت موشک: بور هیدرید یک ماده ی متداول در تولید سوخت موشک می باشد.
به دلیل وجود آب کریستالی بالا، بوراکس برخی اوقات برای ضد آتش کردن چوب، پارچه و ... استفاده می شود.
متالورژی غیر آهنی: بوراکس در متالورژی فلزات غیر آهنی نیز کاربرد دارد.
صنعت کاغذ: از این ماده در ایجاد لعاب سطحی، استفاده می شود.
مایع ترمز هیدرولیک: سدیم ارگانو بورات که به آن لیکوبور گفته می شود، به عنوان یک عامل افزایش دهنده ی فراریت و مقاومت به خوردگی در بخش ترمز، استفاده می شود.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.