1495

Нитрид бора a-BN применяется в производстве высокоогнеупор­ ных материалов, термостойкого волокна, в качестве сухой смазки в подшипниках, является полупроводником или диэлектриком. Нитрид бора, обогащенный изотопом 10В, является поглотителем нейтронов в ядерных реакторах. Р* и y-BN применяются в качестве сверхтвердых абразивных материалов.

6.6. БОРАТЫ

Бораты (оксобораты) — соли борных кислот: метаборной НВОг, ортоборной Н3 ВО3 , а также не существующих в свободном состоя­ нии полиборных Нзт-2пВтОзт.„. По числу содержащихся в молекуле бората атомов бора делятся на моно-, ди-, тетра-, гексабораты и т. д.

255

6.7. ТЕТРАБОРАТ НАТРИЯ

Наиболее широко применяемым боратом в народном хозяйстве является тетраборат натрия Na2B407. Существует в виде дека-, пен­ та-, тетра-, ди-, моногидрата и безводной соли (табл. 6.7).

Декагидрат тетрабората натрия ЫагВ^ПОНгО (минерал бура или тинкал) или Na2[B405(0 H)4]*8H20 состоит из анионов объединенных

мических удобрений; исходным сырьем в процессе получения герби­ цидов, антифризов, изоляционных материалов, крахмала и клеев.

Т а б л и ц а 6.7. Свойства тетрабората натрия и его кристаллогидратов

Способы получения тетрабората натрия. Тетраборат натрия в про­ изводственных условиях получают перекристаллизацией природной буры или кернита, взаимодействием природных боратов и, в частности, боронатрокальцита, ашарита и других боратов со смесью карбоната и гидро­ карбоната натрия, действием карбоната натрия на метаборат натрия.

Требования к качеству производимой в нашей стране буры при­ ведены в табл. 6.8.

Та б л и ца 6.8. Качество технической н пищевой буры (в %) по ГОСТ 8429—69

4Н3В 03 + Na2C03 + 4HzO = Na2B40 7• 10Н2О + С0 2

Исходная борная кислота содержит примеси сульфатов магния, железа и алюминия, которые параллельно с борной кислотой реаги­ руют с карбонатом натрия по следующим уравнениям:

4MgS04 + 4Na2C 03 + aq = 3MgC03• Mg(0H)2-wH20 + 4Na2S04 + C 02

Fe2(S04)3 + 3Na2C 03 + 3H20 = 2Fe(OH)3 + 3Na2S04 + 3C02

A12(S04)3 + 3Na2C 03 + 3H20 = 2A1(0H)3 + 3Na2S04 + 3C02

Образующийся при этом сульфат натрия переходит в раствор, а гидрат гидроксокарбоната магния и гидроксиды алюминия и железа

(III)выпадают в осадок.

Впроцессе реакции исходный карбонат натрия дозируют до 2% избытка по стехиометрическим расчетам. Избыток карбоната натрия обеспечивает более полное использование исходной борной кислоты. При избытке карбоната натрия протекает нормальный процесс крис­

таллизации целевого продукта — декагидрата тетрабората натрия.

В УНИХИМе изучена система, отвечающая полю кристаллизации декагидрата тетрабората натрия (рис. 6.16). Согласно диаграмме сис­ темы, эта область находится между полями кристаллизации пентабо­ рата и метабората натрия. Кривые соответствуют составам растворов, насыщенных тетраборатом натрия при разных температурах. Выше кривых находится область ненасыщенных растворов, а ниже — сус­ пензии кристаллов тетрабората натрия в насыщенном растворе. Пря­ мая ОА (рис. 6.16) соответствует стехиометрическому отношению сесквиоксида бора и оксида натрия. Как видно из диаграммы, в растворах с таким отношением растворимость декагидрата тетрабора­ та натрия при 20—60° С наименьшая. Чем больше отклоняется отно­ шение B20 3:Na20 в системе от стехиометрического для тетрабората натрия, тем выше его растворимость. С повышением температуры растет и растворимость тетрабората натрия.

Поскольку исходный карбонат натрия взят с избытком сверх расче­ тов 2%, а также возвратом маточных растворов на начало процесса, в производственных растворах постоянно присутствует карбонат натрия.

С целью уточнения влияния соды на ход технологического про­ цесса, а также качества целевого продукта в УНИХИМе изучена рас­ творимость в системе Na2S04—Na2B40 7—Н20 в присутствии 4%

260

Рис. 6.18. Схема получения декагидрата тетрабората натрия:

во избежание сильного вспенивания смеси в результате бурного выде­ ления диоксида углерода из реакционной массы.

Реакционная масса при постоянном перемешивании подогревается глухим паром до 90—97° С в течение 30—60 мин. Образующийся раствор тетрабората натрия направляется в сборник 4 и фильтруется на автоматическом фильтр-прессе 5 (ФПАКМ). Образующийся в про­ цессе фильтрации шлам содержит в основном карбонат кальция или магния (в зависимости от исходной борной кислоты) и механические примеси. Шлам в репульпаторе б разбавляют водой или маточным раствором и направляют в шламонакопитель или на стадию мокрого помола исходного сырья производства борной кислоты.

Фильтрат с содержанием тетрабората натрия 13±1% и карбоната натрия 1,5 ± 0,5% с температурой 90—95° С направляют в промежу­ точный сборник 7, откуда — в кристаллизатор 8. В кристаллизаторе растворы при интенсивном перемешивании охлаждают до 25—40° С. Продолжительность охлаждения в зависимости от температуры ох­ лаждающей воды составляет 2—5 ч.

После кристаллизаторов суспензию направляют на центрифугу 11, где после отделения маточного раствора от кристаллов последние про­ мывают холодной водой. Маточный раствор и промывную воду направ­ ляют на начало процесса для растворения исходной борной кислоты, а кристаллы тетрабората натрия — в сушильный барабан 14. Сушильным агентом служит горячий воздух с температурой 170—240° С.

262