» » Восстановление бора из его ангидрида металлами
28.04.2015

Из всех методов восстановления бора из его ангидрида с помощью металлов практическое применение в промышленных масштабах нашел только магниетермический, предложенный Муассаном Химизм способа может быть выражен суммарным уравнением реакции
B2O3 + 3Mg → 2В + 3MgO.

Отсутствие в литературе достаточных сведений препятствует более детальному рассмотрению химизма и механизма процесса восстановления. Однако исходя из химических свойств и состава получаемых продуктов полагают, что реакция восстановления идет как непосредственно до свободного бора, так и до образования боридов и вторичной реакции взаимодействия последних с избытком ангидрида. Для обеспечения вторичной реакции в способе Муасеана практический расход борного ангидрида превышает в три раза теоретически вычисленный. Ho избыток ангидрида в шихте приводит к сильному загрязнению полученного бора его субокислами. В то же время отмечено, что количество оставшихся субокислов в восстановленном боре при прочих равных условиях находится в обратной зависимости от температуры проведения процесса. Для повышения температуры в период восстановления было предложено вводить в шихту «подогревающие» добавки В качестве последних рекомендуется сера. Практически процесс восстановления бора из его окисла с помощью магния проводится следующим образом. Борный ангидрид, предварительно обезвоженный, измельчается до -1 мм и смешивается с необходимым количеством порошка магния или магния и элементарной серы. Подготовленная шихта помещается в шамото-графитовые или железные сварные тигли, футерованные окисью магния. Заполненные шихтой тигли переносятся в шахтную печь, нагретую до 600—800°. При нагреве шихты до температуры 787—840° начинается самопроизвольный процесс восстановления, скорость которого увеличивается с повышением температуры. К концу восстановления расплав и тигель разогреваются до белого каления. По окончании реакции тигель вместе с плавом извлекают из печи и оставляют охлаждаться до комнатной температуры. Плав выбивают из тигля, дробят, измельчают до -40/60 меш и последовательно обрабатывают горячим разбавленным раствором соляной кислоты. После растворения основной массы плава раствор сливают, а оставшийся осадок несколько раз обрабатывают чистой соляной кислотой при температуре кипения. Нерастворимый остаток промывают горячей дистиллированной водой, а затем обрабатывают горячим 10%-ным раствором щелочи и вновь промывают дистиллированной водой. Для дополнительной очистки полученного порошка бора Муассан применял продолжительную обработку кипящей 50%-ной плавиковой кислотой
В результате такого сложного процесса переработки продуктов восстановления магнием может быть получен аморфный бор с 95% основного элемента, 2—4% Mg и 1,2—1,6 нерастворимого остатка.
При восстановлении бора с помощью магния, но с добавкой в шихту серы, наилучший образец полученного аморфного бора содержал 91,6% В, 6,2% Mg, 0,25% S, 0,3% N, 1,25% Al2O3, 0,14% Si, 0,4% Fe.
Сравнительные показатели рассмотренных процессов восстановления бора приведены в табл 4.
Восстановление бора из его ангидрида металлами

Для очистки аморфного бора, полученного по одному из двух методов, рассмотренных выше, предложено три способа: а) сплавление с избытком борного ангидрида, б) обжиг на воздухе или атмосфере водяного пара и в) прокаливание в вакууме.
Первый способ очистки состоит в том, что аморфный бор сплавляют с 10—50-кратным по весу количеством борного ангидрида. Полученный плав обрабатывают кислотами и водой по режиму, принятому для продуктов восстановления В результате такой очистки в полученном продукте содержание бора может повыситься до 98,3%, а содержание примесей снизиться — магния до 0,4% и нерастворимого остатка до 1,2%. Проведение процесса обработки аморфного бора расплавленным ангидридом в атмосфере инертного газа может обеспечить получение продукта, в котором содержание бора может достигать 99,2—99,6%.
Второй способ очистки аморфного бора основан на различной устойчивости бора и борида магния против окисления кислородом воздуха при повышенной температуре. Рекомендуется нагревание до температуры 550—570° в течение 10—20 мин. Последующей обработкой кислотами окислы магния и бора переводятся в раствор, в результате чего содержание основного элемента повышается до 94—95%, содержание магния снижается до 1,5—3,0%.
Третий способ очистки аморфного бора основан на свойстве борида магния диссоциировать на исходные элементы при высокой температуре Свободный магний, а также и окислы бора легко испаряются (10,62) Процесс проводится при температуре не ниже 1900° и разрежении в рабочем пространстве печи 5*10в-2—5*10в-3 мм рт. ст.
В результате высокотемпературной обработки в вакууме содержание бора в полученном продукте может быть доведено до 99,5—99,8%.