Бор — металлоид, плотность которого в кристаллическом состоянии равна 2,34 г/см3, температура плавления 2075, температура кипения 3860° С.
Сплавы бора с железом - бориды железа Fe2B и FeB, температура плавления которых соответственно равна 1389 и 1540° С. Температура плавления сплавов, содержащих 12—16% В, равна 1480—1550, а сплава, содержащего 20% бора, — около 1430° С.
Состав промышленных сплавов бора с железом приведен в таблице.
Для производства ферробора FeB наиболее важное промышленное значение имеют минералы кернит NaB4O7.2H2O и бура Na2B4O7 х 10H2O с максимальным содержанием B2O3 соответственно 40—50 и 30—35%. Для месторождений СНГ, важнейшим из которых является Индерское (Казахстан), характерны ашаритовые (MgBO2.OH) и гидроборацитовые (CaMgB6O11.H2O) руды.
Химический состав отечественных боратовых руд характеризуется следующими цифрами, %: 25—31 B2O3; 5—14 SiO2; 9—25 CaO; 16—31 MgO; 2—3 FeO; 1—2,3 C; 3—S; 4—5 потери при прокаливании. Боратовые руды для удаления кристаллизационной влаги перед производством сплавов бора, обжигают во врашающихся печах при температуре -700° С и измельчают до крупности 1-2 мм. Для плавки чистых и богатых бором сплавов и лигатур используют химически чистый (98%B2O3) и технический (86—94% B2O3) борный ангидрид и борную кислоту.
Таблица 1. Химический состав ферробора
Бор может быть восстановлен углеродом по следующим реакциям:
2/3B2O3 + 2С = 4/3B + 2СO;
G° = 741 739 - 367,22 Т Дж/моль (177 153 - 87,515 Т кал/моль);
Теоретическая температура начала реакций восстановления бора соответственно равна 1751 и 1702° С. Поскольку карбид бора является очень стойким химическим соединением, в случае углеродотермического восстановления бора полученные сплавы бора будут неизбежно содержать большое количество углерода, вследствие чего на практике углевосстановительный процесс производства ферробора распространения не получил.
Восстановление бора кремнием протекает по реакции:
2/3B2O3 + Si = 4/3B + SiO2;
G° = 72 816 - 8,97 Т Дж/моль (17 391 - 4,53 Т кал/моль),
возможной лишь при условии производства сплавов бора с весьма высоким содержанием кремния при низком содержании бора. Восстановление алюминием происходит по реакции:
2/3B2O3 + 4/3Al - 4/3B + 2/3Al2O3;
G° = 154 350 + 44,97 Т Дж/моль (-36 864 + 10,74 Т кал/моль).
При производстве ферробора восстановление облегчается вследствие образования борида железа:
B2O3 + 2Al + 2Fe = 2FeB + Al2O3.
При восстановлении B2O3 алюминием выделяется тепло в количестве 3,38 Мдж (785 ккал) на 1 кг борного ангидрида. Оптимальная величина удельной теплоты при выплавке ферробора из боратовых руд должна составлять 5,75 МДж (1375 ккал на 1 кг шихты) и по-этому производство ферробора FeB ведут внепечным способом с использованием значительного количества термитных добавок или в электропечи. Читать далее >>
Смотрите видео на металлургическую тематику в нашем новом разделе - "ВИДЕО" Читайте также:
