硼是一种典型的非金属元素,硼有多种同素异形体:四方晶体、α菱形体、β菱形体及无定形体。无定形硼是一种由深棕色到黑色的粉末。晶体硼是非常硬而脆的固体,有由乌黑到银灰的金属光泽。硼的电导率随温度的升高而增加。硼的化学性质主要取决于它的物理状态,无定形硼在空气中甚至在常温下就缓慢氧化,而晶体硼在加热时也很稳定,只能同强氧化剂缓慢地发生作用。高温下无定形硼能在空气中燃烧,产生红色火焰;也能同卤素、氮和金属作用,形成卤化硼、氮化硼和金属硼化物,但不与氢直接发生作用。硼与氢可形成一系列的共价氢化物--硼烷。
硼在自然界中分布广泛,含硼矿物也很多。含硼矿物按其化学成分可分为三类:硼硅酸盐矿物、硼铝硅酸盐矿物和硼酸盐矿物。其中,硼硅酸盐矿物主要是硬硅钙石和黄赛晶体;硼硅酸盐矿物主要有电气石和ax石。在这两种硼矿中,除硬硅钙石仍有工业价值外,其余的不是难以加工,就是因为没有大量积累成工业矿床,意义不大。目前,第三类硼酸盐矿物是硼工业的主要原料。这些矿物有100多种,但作为工业硼资源开发利用的只有10多种,如天然硼砂、霞石、水镁石、硼镁石、天然硼酸、钠硼解石、水镁石等。在中国,水镁石、硅安山石、勃姆石、硼砂、钠硼解石、水镁石可形成大中型矿床。工业上用金属热还原法和熔盐电解法制备硼。熔盐电解法是一种经济适用的大规模生产方法。
硼矿是一种用途广泛的化工矿物。硼、氢、锂、铍的化合物能燃烧,是一种高能喷气燃料。和硼,广泛用于化工、冶金、光学玻璃、国防、原子能、医药、橡胶和轻工业。在化学工业中,硼砂和硼酸可用作肥皂、洗涤剂等日化产品的添加剂。含硼洗涤剂具有护发、去污力强、无污染的特性。有些硼化物还可以制成良好的还原剂、催化剂、溴化剂等。
在冶金工业中,硼砂具有熔化金属氧化物的能力,被用作冶金熔剂。硬硅钙石可以替代萤石用于碱性氧化转炉炼钢。在铝合金中加入微量硼可以提高其导电性。硼能在高温下与氧和氮反应,常用作脱气剂。在钢中加入0.001-0.005%的硼可以提高高温强度,细化钢的晶粒,提高淬透性。钢表面渗硼后,表面硬度显著提高,化学稳定性也有所改善。在可锻铸铁中加入0.001-0.003%的硼,可以缩短热处理时间,使石墨细小且分布均匀。在机械工业中,硼用于硬质合金和宝石等硬质材料的研磨、磨削、钻孔和抛光。& ldquo渗硼& rdquo它是机械加工行业的一项新技术,可以提高零件的硬度、耐磨性和抗氧化性。
在电子工业中,硼系化合物中的硼化物有的是绝缘材料,有的是良好的导电材料,具有半导体的特性和电子发射的性质。它们可用于制造各种电子元件和器件,并可用作点火管、电信设备、电容器、半导体混合物、高压和高频电和等离子弧的绝缘体、雷达的透射窗等的点火电极。
在国防工业中,硼化合物可用作高能喷气燃料和火箭燃料。碳化硼用于制造喷射叶片和金属陶瓷。氮化硼是一种超高温超硬材料,用于制造火箭喷管、燃烧室内衬等。硼同位素具有很强的中子吸收能力,因此硼化物在原子反应堆中被用作控制棒调节器和屏蔽材料。在塑料中加入硼有防辐射作用。
硼还广泛用于玻璃和陶瓷工业,制造高质量的耐热硼硅酸盐玻璃、玻璃纤维、光学透镜、绝缘材料和玻璃钢。以及硼、钴、钛、镍等。可以制成金属陶瓷。硼还用于制作珐琅和珐琅、彩釉等。此外,硼还用作防腐剂、焊接剂和超硬磨料。