Способы получения борной кислоты

Борная кислота

Бо́рная кислота́ (ортоборная кислота) — слабая кислота.

Бесцветное кристаллическое вещество в виде чешуек без запаха, имеет слоистую триклинную решетку, в которой молекулы соединены водородными связями в плоские слои, слои соединены между собой межмолекулярными связями (d= 0,318 нм).

Метаборная кислота также предствляет собой бесцветные кристаллы. Она существует в трех модификациях — наиболее устойчивой γ-НВО₂ с кубической решеткой, β-НВО₂ с моноклинной решеткой и α-НВО₂ с ромбической решеткой.

При нагревании ортоборная кислота теряет воду и сначала переходит в метаборную кислоту , затем в тетраборную . При дальнейшем нагревании обезвоживается доборного ангидрида.

Водные растворы борной кислоты являются смесью полиборных кислот общей формулы Н_3m-2nВ_mО_3m-n.

Систематическое наименование: Ортоборная кислота

Молярная масса: 61,83 г/моль

Плотность: 1,435 (15 °С) г/см 3

Температура плавления: 170.9 °C, 444 K, 340 °F

Температура кипения: 300 °C, 573 K, 572 °F

Растворимость в воде (г/100мл):

4.72 (20 °C) 5,74 (25 °C) 19.10 (80 °C)

Для получения химически чистой борной кислоты к раствору 1 ч. буры в 4 ч. горячей воды прибавляют столько соляной кислоты, чтобы жидкость сильно окрашивала лакмус в красный цвет; по охлаждении почти вся борная кислота выделяется в виде тонких чешуек, которые отделяют от маточного раствора отжиманием и окончательно очищают перекристаллизацией.

Na2B4O7 + 2НСl+5Н2O=4В (ОН) 3+2NаСl.

Борная кислота кристаллизуется из воды в перламутровых просвечивающих листочках, жирных на ощупь, уд. веса 1, 434 (при 15? Ц.) ; 1 ч. кислоты растворяется в 25, 6 ч. воды при 15 и в 2, 9 ч. кипящей воды; вещество растворимо также в летучих эфирных маслах и в алкоголе, с парами которого летит при нагревании, образуя сложные эфиры; алкогольный раствор свободной кислоты (или солей ее в присутствии серной кислоты) горит зеленым пламенем, что служит для открытия борных соединений (при этом опыте следует избегать медных солей и солей хлористоводородной кислоты, также окрашивающих пламя спирта в зеленый цвет).

Аналитические реакции на борат-ион.

1. С групповым реагентом BaCl₂ + CaCl₂

2. С куркумовой бумагой (ГФ).

Куркумовая бумага, смоченная раствором тетрабората натрия (или ортоборной кислоты) и несколькими каплями разбавленной хлороводородной кислоты, окрашивается при высушивании в розовый цвет, переходящий в зеленовато-чёрный при дальнейшем смачивании бумаги раствором аммиака. Мешают анионы-окислители, обесцвечивающие куркумовую бумагу.

3. Реакция этерификации с этиловым спиртом в присутствии концентрированной серной кислоты.

Na₂B₄O₇ + H₂SO₄ + 5 H₂O Na₂SO₄ + 4 H₃BO₃

H₃BO₃ + 3 C₂H₅OH B(OC₂H₅)₃ + 3 H₂O

Методика: 0,2 г борной кислоты (или тетрабората натрия) помещают в фарфоровую чашку. Для дробного открытия выпаривают досуха 1 см 3 испытуемого раствора в фарфоровой чашке, прибавляют 1 см 3 концентрированной серной кислоты, 3 см 3 этанола и перемешивают. При зажигании смесь горит пламенем, окаймленным зелёным цветом. Выполнению реакции мешают хлорид-, бромид-, иодид-ионы. Их удаляют выпариванием с серной кислотой до появления «белого дыма».

Электро-химические методы анализа.

ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХЛОРОВОДОРОДНОЙ И БОРНОЙ КИСЛОТ ПРИ СОВМЕСТНОМ ПРИСУТСТВИИ

Определение компонентов смеси в растворе основано на дифференцированном титровании их раствором гидроксида натрия с фиксированием двух точек эквива­лентности по резкому скачку потенциала. В качестве индикаторного используют стеклянный электрод, электрода сравнения –хлорсеребряный.

Борная кислота является очень слабой кислотой (К_д = 6,4 ´ 10 -10 ), поэтому её пе­реводят в более сильную глицероборную кислоту (К_д » 10 -7 ).

Первый скачок титрования соответствует нейтрализации сильной хлороводород­ной кислоты:

HCl + NaOH = NaCl + Н₂О

М _HCl = 36,45 г/моль

Затем добавляют глицерин, образуется глицероборная кислота.

Второй скачок титрования соответствует нейтрализации глицероборной кислоты:

МЕТОДИКА

2-4 см 3 анализируемого раствора (индивидуальное задание) помещают в ста­кан вместимостью 50 см 3 с магнитным стержнем, добавляют дистиллированную воду до объёма, обеспечивающего условия работы.

Бюретку заполняют 0,1 моль/дм 3 раствором гидроксида натрия, закрепляют штатив. Стакан с анализируемым раствором устанавливают на столик электромагнитной мешалки, погружают в раствор электроды и приступают к титрова­нию. Проводят ориентировочное и точное титрования согласно общих указаний. В процессе титрования фиксируют первый скачок титрования, затем к раствору прибав­ляют 10 см 3 глицерина, нейтрализованного по фенолфталеину и продолжают титро­вать, фиксируя второй скачок титрования по резкому изменению потенциала. Резуль­таты измерений заносят в таблицы.

Расчёт результатов

По интегральному или дифференциальным графикам (по указанию прелодавателя) находят:

объём титранта, соответствующий первому скачку титрования, прореагировавший с хлороводородной кислотой (V₁).

объём титранта, соответствующий второму скачку титрования (V_oбщ). Тогда: V₂ NaOH = (V_общ – V₁) израсходован на титрование Н₃ВО₃.

В лабораториях применяют для приготовления буферных растворов

В медицине — как самостоятельное дезинфицирующее средство(Инструкция по приминению). Также на основе борной кислоты производятся различные комбинированные препараты (группа АТХ D08AD), например, паста Теймурова.

В фотографии — в составе мелкозернистых проявителей и кислых фиксажей для создания слабой кислотной среды.

В быту раньше использовалась для борьбы с тараканами.

В пищевой промышленности — зарегистрирована как пищевая добавка E284 (на территории России эта добавка не входит в список разрешённых к применению [1] ).

В игре Новус борной кислотой натирают игровой стол для лучшего скольжения фишек.

На АЭС в качестве поглотителя нейтронов, растворенного в теплоносителе.

Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. Москва, 1972;

Методическое указание «Инструментальные методы анализа», Пермь, 2004;

Методическое указание «Качественный химический анализ», Пермь, 2003;

Методическое указание «Количественный химический анализ», Пермь, 2004;

Прозоровский. В. КОВАРНАЯ БОРНАЯ КИСЛОТА. Журнал «Наука и жизнь» №11, 2003 год http://www.nkj.ru/archive/articles/3604/;

Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник, Ленинград, 1991;

«Большая советская энциклопедия».

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Источник

Кислота борная

ортоборная кислота , orthoboric acid

Макроэлементы, %

N

P

K

Ca

Mg

S

Fe

Микроэлементы, %

Sе

Ag

B

Mo

Mn

Cu

Zn

Co

I

V

Борная кислота – микроудобрение, содержащее 17,3 % бора. Применяется в качестве борного компонента комплексных удобрений для предпосевной обработки семян и некорневых подкормок. Хорошо растворима в воде. [5] Получают путем обработки природных минералов различными кислотами. [6]

Содержание:

Физические и химические свойства

Борная (ортоборная) кислота (вещество) – бесцветные кристаллы со слоистой кристаллической решеткой. Плотность – 1,46 г/м 3 . Примедленном нагревании ортоборная кислота при 107,5 °C превращается в метаборную кислоту (HBO₂), при 160°C – в оксид бора (B₂O₃).

• Температура плавления – 170,9 °C.
• Растворимость в воде по массе составляет:
  • при 0°C – 2,60 %,
  • при 20°C – 4,8 %,
  • при 50°C – 10,35 %,
  • при 100°C – 28,7 %.
• Растворимость в глицерине по массе при 25°C – 19,48 %.
• Растворимость по массе:
  • в метаноле – 21 %,
  • в этаноле – 11,2 %,
  • ацетоне – 0,65 %.

Вжидком аммиаке практически нерастворима.

Борная кислота относится к слабым кислотам. Кислотные свойства в водном растворе обуславливает образование положительно заряженных ионов водорода по реакции:

Помере увеличения концентрации борной кислоты в растворе образуются полиборатные анионы: (B₃O₃ (OH)₄) – или (B₄O₅ (OH)₄) 2- . Со спиртами и полиолами в присутствии серной кислоты, борнаякислота образует эфиры, а в присутствии щелочей – комплексные соединения.

Борная кислота впервые получена в 1702 году В. Гомбергом из буры. В природе борная кислота встречается в виде минерала сассолина, атакже в термальных водах, природных рассолах. [7]

Борная кислота, техническая марка В (применяется как удобрение) – мелкий кристаллический сыпучий порошок белого цвета. Постепени воздействия на организм относится к умеренно опасным веществам. В зависимости от сортности массовая доля серной кислоты – 99,6–98,6 %. Массовая доля примесей (тяжелых металлов, железа, хлоридов, сульфатов, кальция, мышьяка, фосфатови других веществ) незначительна. [1]

Удобрения , содержащие Борную кислоту

Применение

Сельское хозяйство

Борная кислота применяется в качестве микроудобрения для повышения плодородия почвы путем увеличения содержания в ней бора и его соединений, [2] а также как борный компонент в комплексных удобрениях. [5]

Промышленность

Борная кислота используется для производства специального стекла, эмалей, цементов, флюсов, косметическихи моющих средств, огнезащитных составов, как ингибитор коррозии, реагентв фотографии, как дезинфицирующее и консервирующее средство, а также при производстве других борсодержащих соединений. [7]

Поведение в почве

Борная кислота при попадании в почву легко переходит в почвенный раствор, образуя различные анионы: BO₂ — , B₄O₇ 2- , BO₃ 3- , H₂BO₃ — , B(OH)₄ — .

Обычнов почве присутствуют либо недиссоциированные молекулы борной кислоты, либо B(OH)₄ — . Только при pH выше 7 в почвенном растворе присутствуют H₂BO₃ — , B₄O₇ 2- . Бор сильно сорбируется почвами. Анионы бора хорошо удерживаются глинами, особенно минералами группы иллита, полуторными оксидами, органическим веществом.

Преобладающие механизмы в кислых и нейтральных почвах – адсорбция бора кислородными и гидроксильными радикалами на поверхности алюмосиликатов и путем включения в их межслоевые или структурные позиции.

Варидных географических зонах с малым увлажнением, где земледелие возможно только при искусственном орошении, боросаждается совместно с гидроксидами Mg и Ca, которые обволакивают частицы почвы. Кроме того, бор в почвенном растворе образует метаборат натрия.

Среди микроэлементов питания бор является самым подвижным в почве. Его наличие и передвижение сильно зависит от потока воды, даже в холодных климатических зонах бор вымывается вниз по почвенному профилю. В то же время в почвах тропической гумидной зоны, аридныхи семиаридных областей бор концентрируется в поверхностных горизонтах. [3]

Источник

способ получения борной кислоты

Изобретение относится к технологии боропродуктов, в частности борной кислоты, которая находит применение в химической, строительной и других отраслях народного хозяйства. Способ включает серно-кислотное разложение борсодержащего сырья, выщелачивание камерного продукта оборотными растворами, извлечение B 2 O 3 из дебалансных растворов путем обработки их прокаленными отходами обогащения датолитовых руд или прокаленным известняком до рН 10-12, отмывки шламов маточными растворами бората кальция, подкисление продукционного раствора после выщелачивания, кристаллизацию борной кислоты, сушку, упаковку. Изобретение позволит повысить выход продукта, упростить технологию, сократить выбросы отходов борнокислотного производства в окружающую среду. 2 табл.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БОРНОЙ КИСЛОТЫ путем сернокислотного разложения борсодержащего сырья с выщелачиванием камерного продукта оборотными растворами, извлечением бора из дебалансных растворов, отмывкой шламов маточными растворами бората кальция, отличающийся тем, что извлечение бора из дебалансных растворов осуществляют путем обработки их прокаленными отходами обогащения датолитовых руд или прокаленным известняком до рН 10 12.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения боропродуктов, в частности к технологии получения борной кислоты.

Известен способ получения борной кислоты из боросиликатного сырья, включающий сернокислотное разложение с выщелачиванием борной кислоты из камерного продукта оборотными растворами, нейтрализацию пульпы, противоточную отмывку шлама, извлечение бора из дебалансных растворов известковым молоком, подкисление продукционного раствора и выделение гипса, вакуум-кристаллизацию, пpомывку борной кислоты, сушку готового продукта. Недостатком известного способа является извлечение бора из дебалансных вод известковым молоком, приносящим в технологическую схему, наряду с окисью кальция, дополнительную воду 2 м 3 /т Н 3 ВО 3 . Это увеличивает дебаланс, ограничивает возможности технологической схемы по вводу технической воды на отмывку шламов от остатков В 2 О 3 и предопределяет низкий выход продукта 0,280 т Н 3 ВО 3 с 1 т 17,5% по В 2 О 3 датолитового концентрата. Необходимость узла получения известкового молока требует материальных, энергетических и трудовых затрат. Кроме того, существующий способ не предусматривает использование отходов в производстве, которые выбрасываются в окружающую среду, ухудшая экологию.

Целью изобретения является повышение выхода продукта, упрощение технологии борной кислоты, сокращение выбросов отходов обогатительных фабрик и известняка путем использования их в производстве борной кислоты.

Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем сернокислотное разложение борсодержащего сырья, выщелачивание камерного продукта оборотными растворами, извлечение В 2 О 3 из дебалансных растворов, отмывки шламов маточными растворами бората кальция, извлечение бора из дебалансных растворов осуществляется не специально приготовленным на основе прокаленных известняков известковым молоком, а сухими прокаленными реагентами отходами обогащения датолитовых руд или известняком до рН 10-12.

Предлагаемые реагенты имеют следующий химический состав,
отходы обогащения датолитовых руд B 2 O 3 2,5-4 SiO 2 43-45 CaO 20-30 Fe 2 O 3 3-11 MgO 0,5-1,0 MnO 0,5-1,0 Al 2 O 3 2-3 CaCO 3 20-35
известняк CaO 52-55 SiO 2 0,3-0,6 Fe 2 O 3 0,01-0,4 MgO 0,1-1,8 MnO 0,02-0,06 Al 2 O 3 0,2-0,5 CaCO 3 93-98
Существенными признаками технического решения пpизнаются те, которые влияют на достигаемый технический результат. Существенными отличительными признаками данного технического решения являются извлечение бора из дебалансных растворов прокаленными реагентами отходами обогащения датолитовых руд или известняком до рН 10-12.

При переработке дебалансных растворов прокаленными реагентами (отходами обогащения датолитовых руд или известняком) происходит извлечение бора из растворов до содержаний 0,05 0,30% Растворы с такой концентрацией пригодны для отмывки шламов в борнокислотной технологии. Замена известкового молока, используемого в борнокислотной технологии в настоящее время, на прокаленные отходы обогащения датолитовых руд или прокаленный известняк приводит к сокращению образующихся маточных растворов бората кальция и дает возможность ввести на отмывку шламов эквивалентное количество технической воды, что приводит к повышению выхода продукта. Кроме того, при этом исключаются целые пределы технологической схемы, связанные с приготовлением известкового молока. Совмещение операции загаски извести (или отходов обогащения датолитовых руд) и утилизации бора из раствора в борат кальция позволит существенно упростить технологию получения борной кислоты, сократить трудо- и материалозатраты.

Предлагаемый способ является промышленно применимым, так как может быть использовано в технологии получения борной кислоты с использованием прокаленных отходов обогащения датолитовых руд или прокаленного известняка.

Предложенный способ получения борной кислоты осуществляется следующим образом. Датолитовый концентрат разлагают в суперкамере концентрированной серной кислотой. Продукт разложения, так называемый камерный продукт, разбавляют оборотными растворами и направляют на стадию выщелачивания борной кислоты с нейтрализацией остаточной кислотности. Дебалансный раствор с концентрацией 1,5-3,0% В 2 О 3 подают на стадию осаждения В 2 О 3 , где происходит обработка борсодержащих растворов прокаленными реагентами отходами обогащения датолитовых руд или известняком, которые вводятся до достижения величины рН 10-12. После контакта в течение 15-60 мин твердую часть отделяют и направляют на выделение В 2 О 3 серной кислотой на стадию выщелачивания или на отдельный узел. Обезборенный раствор, имеющий в своем составе не более 0,05-0,30% остаточного оксида бора, подают в смеси с технической водой на промывную фильтрацию на отмывку шламов. После выщелачивания борной кислоты из камерного продукта продукционный раствор, содержащий 5,0-7,0% В 2 О 3 , направляют на подкисление и кристаллизацию борной кислоты. Кристаллы борной кислоты отделяют от маточного раствора, сушат, упаковывают. Выход продукта составляет 0,302-0,304 т/т 17,5% по В 2 О 3 датолитового концентрата. Качество борной кислоты соответствует ГОСТ 18704-78.

Примеры осуществления процесса приведены в табл.1.

П р и м е р 3 * (прокаленные отходы обогащения датолитовых руд). В 97,5 м 3 дебалансных растворов борной кислоты с концентрацией 2,0% В 2 О 3 вводят 8 т прокаленных отходов обогащения датолитовых руд до величины рН 11,0. После контакта 94 м 3 обезборенного раствора, содержащего 0,18% В 2 О 3 , отделяют от выпавшего пром.продукта, смешивают с 46 м 3 свежей технической воды и направляют на отмывку шлама. 11,5 т влажного пром.продукта направляют на стадию нейтрализации. Выход борной кислоты составляет 0,304 т/т 17,5%-ного по В 2 О 3 датолитового концентрата. Качество продукта соответствует ГОСТ 18704-78.

П р и м е р 7 * (прокаленный известняк). В 97,5 м 3 дебалансных растворов борной кислоты с концентрацией 2,0% В 2 О 3 вводят 2,15 т прокаленного известняка. После контакта 80,15 м 3 обезборенного раствора, содержащего 0,05 В 2 О 3 , отделяют от выпавшего пром.продукта, смешивают с 49,85 м 3 свежей технической воды и направляют на отмывку шлама. 19,5 т влажного пpом.продукта направляют на стадию нейтрализации. Выход борной кислоты составляет 0,302 т/т 17,5%-ного по В 2 О 3 датолитового концентрата. Качество борной кислоты соответствует ГОСТ 18704-78.

Опыты 1-5 вводились прокаленные отходы обогащения датолитовых руд.

Опыты 6-10 вводился прокаленный известняк.

Данные опытов 1-5 показывают, что при извлечении В 2 О 3 из дебалансных растворов с использованием прокаленных отходов обогащения датолитовых руд остаточное содержание оксида бора составляет 0,05-0,30% Оптимальный рН контакта составляет 10-12 единиц. Ввиду того, что отходы обогащения датолитовых руд помимо кальцита содержат полезный компонент оксид бора (до 2,5-4,0 ), при нейтрализации остаточной кислотности камерного продукта образовавшимся пром.продуктом совместно с утилизированным В 2 О 3 выделяется и привнесенный с реагентом. Суммарный выход продукта повышается до 0,304 т Н 3 ВО 3 /т 17,5%-ного по В 2 О 3 датолитового концентрата. Снижение рН контакта ниже величины 10,0, например до 9,5, приводит к увеличению остаточного содержания В 2 О 3 в дебалансном растворе сверх 0,30% Увеличение же рН сверх величины 12,0, например до 12,4, позволяет снизить содержание В 2 О 3 в процессе контакта до 0,04% Однако это приводит к дополнительной шламовой нагрузке.

Данные опытов 6-10 с использованием на стадии извлечения В 2 О 3 из дебалансных растворов прокаленного известняка показывают, что наиболее оптимальная область рН контакта находится в пределах 10-12. В указанной области рН остаточное содержание В 2 О 3 в дебалансном растворе составляет 0,05-0,30% В 2 О 3 . Снижение рН контакта дебалансного раствора с прокаленным известняком ниже величины 10, например до 9,5, приводит к увеличению содержания остаточного В 2 О 3 сверх 0,30% Увеличение рН контакта сверх 12,0, например 12,4, приводит к увеличению шламовой нагрузки.

Предлагаемое техническое решение по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества (отраженные в табл.2.).

Таким образом, существенные признаки изобретения позволят обеспечить следующий результат:
увеличить выход продукта на 0,016 0,018 т Н 3 ВО 3 с 1 т 17,5% по В 2 О 3 датолитового концентрата;
ликвидировать узел приготовления известкового молока;
снизить расход свежей технической воды в производстве на 0,95 т/1 т известкового молока;
сократить трудозатраты и количество выбросов отходов в окружающую среду на 100-150 тыс.т. в год.

Источник

Классы МПК:	C01B35/10 бор и кислород
Автор(ы):	Алехин А.М. , Баландин О.Н. , Архипова В.М. , Гойзман В.П. , Котова Н.А. , Гурский А.А. , Завацкий В.И. , Коноплицкий В.Я.
Патентообладатель(и):	Приморское производственное объединение «Бор»
Приоритеты: