Bor Madeni ve Kullanım Alanları
Bor Madeni Ve Kullanıldığı Alanlar
BOR
ATOM NUMARASI: 5
ATOM KÜTLESİ: 10,81
ERİME SICAKLIĞI: ~2300 C
KAYNAMA SICAKLIĞI: 2550 C
ÖZGÜL KÜTLESİ: 2, 34 g/cm3
YÜKSELTGENME DERECESİ: +3
ELEKTRON BİÇİMLENMESİ: 1s22s22p1
İZOTOPLARI (KÜTLE SAYISI): 8,10,11,12
KARARLI İZOTOPLARI (KÜTLE SAYISI): 10,11
DOĞAL BOR: 10B: %18,8, 11B:%81,2
Bor, 1808 yılında Gay-Lussac, Thenard ve Davy tarafından aynı anda bulundu. Kahverengimsi-siyah, biçimsiz bir toz görünümü vardır. Son derece serttir. Bilinen hiçbir çözücüde çözünmez. Elektrik iletkenliği, sıcaklıkla aşırı ölçüde artar.
Dönemsel sınıflandırmanın üçüncü kolonunda metal olmayan tek element bordur. Kimyasal özellikleri bakımından karbon, silisyum, ya da alüminyum gibi kimi metallere benzer. Ametaller arasında en elektropozitif olanıdır. Sıcakta hemen hemen öteki tüm elementlerle birleşir. Havada yeşil bir alevle yanarak borik anhidridi (B2O3) verir. Kükürt ,azot, karbon, ve halojenlerle birleşir. Metallerin çoğunluğuyla borürleri oluşturur. Özellikle iyi bir indirgendir; tüm ametal oksitler ile metal oksitlerin büyük bölümünü indirger.
Bor, doğada çoğunlukla borat biçiminde bulunur. Önemli cevherleri arasında boraks (Na2B4O7, 10H2O), kernit (Na2B4O7, 4H2O) ve kolematit (Ca2B6O11, 5H2O) sayılabilir. Cevher, 90oC dolayında sülfürik asitle tepkimeye girerse, borik asit elde edilir.
Bileşiklerinin kararlılığı ve kendisinin de yüksek bileşme eğiliminden dolayı, borun elde edilmesi çok zordur. Moissan, kızıl derece sıcaklıkta borik anhidridi magnezyumla indirgeyerek bor elde etmeyi başarmıştı. Ancak bor, 1300oC’ta, bor bromürün (BBr3) tantal filamanı üzerinde hidrojenle indirgenmesinden de elde edilebilir. Ayrıca KBF4’ün elektrikle ayrıştırılması da yüksek aralıkta bor verir.
BOR BİLEŞİKLERİ
Bor kimyası, ortak değerlerlikli bileşiklerin kimyasıdır. Çok sayıda bor bileşiği, elektron eksikliği gösterir; çünkü bor atomunun çevresinde bilinen elektron sekizlisi oluşmaz. Giderek bu atom elektron alıcı bir eğilim gösterir. Bileşikleri, Lewis’e göre asit niteliği taşır.
Metal borürler:
Metal borürler boşlukta, çok yüksek sıcaklıkta elementlerin doğrudan bileşmesi ya da bir karbon borür (B4C) ve karbon karışımının bir metal oksitle tepkimesinden elde edilir. Sert, kaynama noktaları yüksek, iyi bir iletkendirler. Özellikleri bakımından metallerin ara durum nitrür ve karbürlerine benzer.
Bor hidrürler:
Hidroklorik asitle tepkimeye sokulan magnezyum borür, Stock’un elde ettiği gibi (1914), boranları içeren bir gaz karışımı açığa çıkarır. Bununla birlikte BH3 monomeri elde edilememiştir. Elektron eksikliği gösteren bu bileşiklerin kimyasal ve yapısal özellikleri sürekli ilgi uyandırmıştır.
Bor halojenürleri:
Bor, ortak değerlikli trihalojenürleri oluşturur. Bir gaz olan bor fluorürü elde etmek için borik anhidrit (B2O3), fluorin ve derişik sülfürik asit karışımının ısıtılması yeterlidir. Karbon ve klor, bor anhidride aynı anda etki ettirilerek sıvı bor klorür (BCl3) üretilir. Bor halojenürleri nemli ortamda çok çabuk hidrolize uğrar. Bunlar Lewis asitleridir. O, N, S ya da P elementlerini içeren verici gruplarını, BF3ile eşkonum bileşikleri oluşturma eğilimi, bu bor bileşiğinin, organik kimyada katolizör olarak kullanılmasına neden olmuştur. Bu alanda AlCl3 formüllü alüminyum benzer bir rol oynar. Fluorun, bor atomu üzerinde geri dönüşümlü eşkonumu, bu molekülü kararlılaştırır; bu molekülde alkol, aldehit ve ketonlarla katılma bileşikleri verir.
Bor nitrür:
Bor nitrür, bor triklarürün amonyağa etkimesinden elde edilir. Amonyağın, azot ve hidrojen biçiminde ayrışmasını sağlamak için, işlem çok yüksek sıcaklıklarda (1600oC’ın üstünde) yapılır.karbon gibi bor nitrürün de iki kristal biçimi vardır. Kübik olan biricisi elmasa benzer. Bor nitrür 70000 atmosfer basınç altında, 1650 oC’ın üzerindeki sıcaklıklara değin ısıtılırsa, elmasa yakın sertlikte Borazan elde edilir. İkincisinin grafikte benzer altıgen bir yapısı vardır. Bu madde yüksek sıcaklıkta grafit kalıplarda sıkıştırılarak erimiş cam ve metallerle ıslanmayan bir gereç üretilir. Kimyasal eylemsizliğinden dolayı cam kalıplarında ve çeşitli potalarda 1600oC’a kadar dayanıklı iç kaplama maddesi olarak kullanılır.
Bor karbür:
Borik anhidridin elektrik arkında karbonla indirgenmesiyle elde edilen bor karbür (B4C), aşırı ölçüde sert ve karmaşık yapılı bir maddedir.
Bor oksitleri:
Bor oksit(B2O3), borik asidin suyu giderilerek elde edilir. Camsı, nem tutucu bir maddedir. Al2O3’tendaha asit olmasına karşın, onun gibi, metal ve ametal oksitleriyle bileşebilen anfoter bir oksittir. Nitekim CuO + B2O3 à Cu(BO2)2 tepkimesi bakır metaborat; B2O3 + P2O5 à 2BPO4 tepkimesi de bor fosfatı verir.
BOR MİNERALLERİ
Bor, doğada serbest olarak bulunmaz. Bor elementi, doğada değişik oranlarda bor oksit (B2O3) ile 150'den fazla mineralin yapısı içinde yer almasına rağmen; ekonomik anlamda bor mineralleri kalsiyum, sodyum ve magnezyum elementleri ile hidrat bileşikleri halinde teşekkül etmiş olarak bulunur. Bor minerallerinden ticari değere sahip olanları; tinkal, kolemanit, üleksit, probertit, borasit, szyabelit, hidroborasit ve kernit'tir. Bor madenleri, topraktan çıkarıldıktan (tüvenan cevher), sonra kırma, eleme, yıkama ve öğütme işlemlerini müteakip, ilgili sanayilerin kullanımına hazır hale gelebilmektedir.
Ekonomik boyutlardaki bor yatakları, borun oksijen ile bağlanmış bileşikleri halinde daha çok Türkiye, ABD, Arjantin, Rusya, Kazakistan, Çin, Bolivya, Peru ve Şili'nin kurak, volkanik ve hidrotermal aktivitesi olan bazı bölgelerinde bulunmaktadır. Bor minerallerinin içeriğindeki yüzde B2O3 dağılımı farklı olduğundan, ekonomik olarak kullanılabilecek cevherlerin %100 B2O3 eşdeğerleri verilmiştir.
Ülkemizde işletilmekte olan başlıca bor minerallerinden TİNKAL Eskişehir Kırka, KOLEMANİT Kütahya Emet, Balıkesir Bigadiç ve Bursa Kestelek, ÜLEKSİT ise Balıkesir Bigadiç’de bulunmaktadır.
TÜRKİYE BOR REZERVİ
YATAK
REZERV
Bigadiç
935
Emet
545
Kestelek
7
Kırka
520
TOPLAM
2007
Şimdiye kadar yapılan arama sonuçlarına göre, % 100 B2O3 bazında, ülkemizin dünya toplam bor rezervlerindeki payı % 63, dünyada en büyük üretici durumundaki US Borax'ın kontrolü altındaki bor rezervlerinin (ABD ve Arjantin'deki rezervler) payı ise % 11 civarındadır. Bu veriler, Türkiye'nin dünyanın en büyük bor kaynaklarına sahip olduğunu açıkça göstermektedir. Belirtilen bu değerler 10-15 yıl öncesine ait verilerdir.
Konu ile ilgili uzmanlar Eti Holding'in imtiyazı altındaki sahalarda yapılacak yeni arama çalışmalarıyla ülkemiz rezervlerinin en az iki katına çıkacağını belirtmektedirler.
Rezerv ömürlerine baktığımızda durum çok daha çarpıcıdır. Görünür ekonomik rezerv bazında, dünya tüketimini tek başına karşılama süresi yönüyle ülkemizin bor yatakları şu anda, US Borax kontrolündeki rezervlerin yaklaşık 7 katı olup, analistlere göre son yıllardaki tüketim artış hızı da dikkate alındığında 80 yıl sonra, ülkemiz yataklarının, dünyada tek bor kaynağı olma olasılığı çok yüksektir.
DÜNYA BOR REZERVİ ÜLKELERE GÖRE
ve
DÜNYA TÜKETİMİNİ TEK BAŞINA KARŞILAMA KAPASİTELERİNE GÖRE ÖMÜRLERİ
ÜLKE
Rezerv (bin Ton)
Rezerv Ömrü (Yıl)
Türkiye
644.000
240
A. B. Devletleri
105.000
33
Rusya
140.000
16
Çin Halk Cumhuriyeti
36.000
17
Şili
41.000
5
Bolivya
19.000
3
Peru
22.000
3
Arjantin
9.000
1
Sırbistan
3.000
2
TOPLAM
1.019.000
317
Bor ve bor ürünleri ile ilgili olarak bugün için dünyada bir rezerv sorunu bulunmamaktadır. Bu sebeple, büyük rezervlere sahip olmak kendi başına bir anlam ifade etmemektedir. Bu rezervden sağlanacak faydanın en üst seviyeye çıkarılabilmesinin şartlarını oluşturmak çok daha önem kazanmaktadır.
Ülkemiz rezervlerinin ağırlıklı olarak kolemanitten oluştuğu bilinmektedir. Ülkemizde toplam 1,8 milyar ton dolayında bulunan kolemanite karşılık diğer ülkelerdeki toplam kolemanit rezervi miktarı ise 100 milyon ton civarındadır. Bu değer, üretimde kolemanit kullanımının daha ekonomik ve zorunlu olacağı öngörülen sanayi alanlarında, ileride ortaya çıkacak olan büyük avantajımızı da bu günden ortaya koymaktadır.
BORUN TEKNOLOJİDEKİ KULLANIM ALANLARI
1. CAM VE SERAMİK SANAYİNDE
a) CAM ELYAFI YAPIMINDA BOR ÜRÜNLERİ
Ergimiş cama % 7 bor oksit verecek şekilde bor pentahidrat veya üleksit-probertit katılmaktadır. Maliyetine bağlı olarak sulu veya susuz tipleri kullanmakta, bazan borik asitten yararlanılmaktadır. Kullanılan bor oksitin % 24'ü A.B.D.'de, % 14'ü B.Avrupa'da yalıtıcı cam elyafı imalinde tüketilmektedir. İstenen yalıtkanlık derecesine göre çeşitli spesifikasyonlar tanımlanır. Binalarda asbestin yerine ısı ve ses yalıtımında kullanılmaktadır.
Cam Elyafları, kullanıldığı malzemelerde sertlik ve dayanıklılık kazandırmakta, ayrıca malzemeninde hafif olmasını sağlamaktadır.Bu nedenle plastiklerde, lastiklerde, sinai elyaflarda, otomotiv, uçak ve diğer sanayi sektörlerinde çelik ve diğer metallerin yerine, spor malzemelerinde kullanılmaktadır. İngiltere'de oto başına 70-75 kg cam yünü tüketilmektedir. Bu gibi ürünlerde rafine kolemanit tercih edilmektedir.
Fiberoptik sanayiinde,liflere %6 borik asit ihtiva etmektedir. Philips'in Hollanda'daki fabrikasında bu lifler üretilmektedir. Optik cam elyafi ışık fotonlarının etkin biçimde transferlerini sağladığından günümüzde telekomünikasyonda tercih edilmekte olup kablo yerine kullanılmaktadır. Örneğin, Ankara-Çankaya ilçesinde Türk Telekom tarafından kullanılmıştır.
b) BORCAM YAPIMINDA
Camın ısıya dayanımının artması ve cam imalatı sırasında çabuk ergimesini ve devitrifikasyonun önlenmesini sağlayan bor,aynı zamanda camın yansıtma, kırma, parlama gibi özelliklerini de artırmaktadır. Bor camı asite ve çizilmeye karşı korur. Cam eriyiğinin % 0,5 ile % 0.23'ü bor oksitten oluşmaktadır. Ateşe dayanıklı olan Pyrex camlarda %13,5 B2O3 vardır.
Genellikle cama boraks, kolemanit, borik asit halinde karma olarak ilave edilerek bor cam elde edilir. Otolar, fırınlar, çamaşır makinası, vb makinalarda bu tür camlar tercih edilir. ABD'de bu tür cam imal eden 100'e yakın firma vardır.
c) EMAYE ve SERAMİK SIRI YAPIMINDA
Emayelerin vizkozitesini ve doygunlaşma ısısını azaltan borik oksit %20'ye kadar kullanılmaktadır. Sulu boraks ve bazı hallerde borik asit veya susuz boraks da kullanılır. Mutfak aletleri, banyolar, kimya sanayii teçhizatı, su tankları, silahlar, vb alanlarda da emaye kaplama kullanılır.
Seramiğin çizilmeye karşı dayanıklı kılan bor %3-24 oranında kolemanit halinde sırlara katılmaktadır. Avrupanın en önde gelen seramik üreticisi olan Türkiye seramiklerinde,İngiltere, İtalya ve İspanya'da kaolenden mamul eşyaları sırla kaplanır. Tuğlalara da bu sırdan sürülmektedir.
2. YANGIN ÖNLEYİCİ MADDELER
Bor kendisinin oksit olması, ergime ısısının 2300 oC olması nedeniyle yanmaya karşı oldukça dayanıklıdır. Bu özelliğinden dolayı yanmayı önleyici madde olarak kullanılır veya bu özellikteki maddelerin içerisine değişik oranlarda katılır.
Özellikle, çinko borat, boraks, amonyum florborat ürünleri olan yangın önleyiciler antimuan trioksit ile birlikte kullanılmakta olup dumanın emilme hızını uzattığı, kor halindeki ateşi çabuk bastırdığı için daha üstün bir mamuldür. Ancak maliyetleri, (Alümina trihidrat, magnezyum hidroksit) bileşimli olan yangın önleyicilere nazaran daha yüksektir.
Önemli imalatçılar:
Alleid Corp.
Morcus Hook Cabot Corp.
Harshaw Chemical Corp.
3. SABUN ve DETERJAN SANAYİ
Temizleyici maddeler klorinli veya peroksitli bileşiklerdir. Deterjanların ağırlığının % 20-25'i sodyum perborattır. En önemli rakip mallar sodyum hidroksit,sodyum hipoklorit ve hidrojen peroksittir. Bulaşıktan çok çamaşırda tercih edilmektedir. Perborat ürününün % 90'i deterjan imalatında kullanılmaktadır.
Ancak bilinçsiz ve aşırı deterjan kullanımı nedeniyle, atık suların içerisindeki bor oranı yükseldiğinden çevre kirlenmesine sebep olmakta ve günümüzde bu konuda yoğun tartışmalar yapılmaktadır.
Özellikle balıklarda MANKAFA hastalığı olarak bilinen bir hastalığın bordan kaynaklandığı bilinmektedir.
4. METALURJİ SANAYİ
Kolemanit ve borik asit en çok kullanılan ürünlerdir. Çelik alaşımda kullanılan bor bileşiği ferroboron veya sulandırılmış bor alaşımıdır. Ferroboron borat konsantresinin alüminotermik redüklenmesi ile elde edilir. Yüksek borlu (% 5) çelikler nükleer reaktörlerde nötron emilmesini sağlayan önemli bir alaşımdır. Borlu çelikler enerji tasarrufu sağlar. Yeni geliştirilen bazı borlu çelikler mekanik basınca karşı dayanımları nedeniyle soğuk çekme, inşaat, tarım makinaları, vinçler, yaylar, grayder bıçakları, vites dişlileri gibi yerlerde tercih edilen çelik türleridir. Alüminyum izabesinde titanyum ile birlikte borlu bileşikler kullanılır.
Diğer bir kullanım alanıda çelik yapımında florit yerine kolemanit veya üleksittin kullanılmasıdır.
Elektro kaplama sanayinde, kaplama banyosuna borik asit veya serbest florborat ilave edilir.
Demir, bor, karbon ve silikon ile yapılan deneysel camsı metal üretimlerinde başarılı olunmuştur. Transformatörlerdeki enerji kaybını 1/3'e indiren bu metaller gelecekte hızlı bir gelişme göstermektedir.
5. TARIM SEKTÖRÜ
Bor tarımda gübre, herbisit, pestisit ve algisit dallarinda kullanılmaktadır. Herbisitler bitkiye kritik bir miktardan fazla verildiği zaman toksik etki gösterir. Ayrıca sulu bakır metaborat, kereste ve diğer selülozik maddelerde fungisit olarak işlev görmektedir. Bitkinin beslenmesi için az miktarda bor'a ihtiyaç vardır. Bitkilerde şekerin hücre zarından geçişini kolaylaştırdığı için büyümede etkilidir.
Topraklarında bor oranı düşük olan ülkelerde gübrelere katkı maddesi olarak toprağa %1-3 oranında bor verecek şekilde kullanılmaktadır. Bor oranı yüksek olan topraklarda ise verim düşürücü etkisi olmaktadır.
Yeni imal edilen, keresteyi böceklerden korumak için borik asit veya boraks pentahidrat banyosu kullanılmaktadır. Dizel ve uçak yakıtlarında gelişen fungilerin önlenmesi için borik asit esteri kullanılmaktadır.
Karınca ve hamam böceği için de etkili bir öldürücüdür.
6. NÜKLEER SANAYİ
Tüketim miktari yönünden önemli olmamasına rağmen teknolojik ilerleme açısından büyük önemi olan bir kullanım alanıdır.
Bor mineral ve bileşikleri 10B ve 11B izotoplarını içerirler. B'un nötron emme gücü çok yüksektir. Bor izotopları nükleer reaksiyon sırasında denetim kurulmasına olanak verdiği gibi, dimetil eter, elementer bor, zenginleştirilmiş bor oksit veya asit veya ferroboron haline dönüştürüldüğünde nükleer reaktörün kontrol çubuklarının yapımında da kullanılır. Bu çubuklar % 2 bor içeren çelik/alüminyum alaşımlarıdır. 10B nükleer reaktörlerde koruyucu kabuk olarak işe yaramaktadır.
Bor karpitler Phenix reaktörlerinde koruyucu kabuk olarakta kullanılmaktadır. Bor 304 adı verilen yeni bir paslanmaz çelik atık nükleer yakıtı taşırken, içine konulduğu kapların yapımında kullanılır. Nükleer sanayiinde borun en yakın rakibi gadolinyum ve samaryumdur.
Kaliforniya üniversitesi'ndeki 11B araştırmalarda 11B'in proton fizyonlanması sırasında radyoaktivitesiz enerji açığa çıkmıştır. Böylece temiz nükleer enerji elde edilmektedir.
7. DİĞER KULLANIM ALANLARI
Borun diğer alanlardaki kullanımlarının giderek gelişeceği yönünde genel bir eğilim olduğu herkes tarafından kabul edilmektedir.
Diğer bazı kullanım alanları aşağıdadır:
- Oto antifirizlerinde kullanılan boraks demirli metallerin eriyikte korozyona uğramasını önlemektedir.
- Borun katalizör olarak kullanımı oldukça yaygındır. Hidrokarbonların havadan oksitlenmesindeki katalizör borik asittir.
- Bor triflorür (BF3), gaz halinde asitik bir katalisttir. Alkol, asit ve ketonların sudan arındırılmasında, halojenasyonda, aromatik hidrokarbonların sülfürden kurtarılmasında, karbon monoksitin katıldığı reaksiyonlarda, polyesterin boyanmasında, kullanılır.
- TiB2 , ZrB2 gibi metal boritler jet motoru parçaları, roket motoru parçaları, elektrik kontaktörleri, kesici aletler yapımında kullanılır.
- Silikonborid (SiB), oksitlenmeye karşı çok dirençli, ısıya karşı aşırı dayanımı ve kolay işlenebilir olduğundan bor nitritle bor karpidin kullanılamadığı oksijenli ortamlarda refrakter olarak kullanılır.
- Lantanyum ve Seryum hekzaboritler katot yapımında; Lantanyum borid elektron mikroskobun termiyonik katotuna elverişlidir ve elektron ışınımında istikrarlıdır.
- Jet ve roket motorlarının iç parçalarında, askeri zırhlı teçhizatta seramik zırh olarak kullanılır.
- Bornitrit yüksek ısıda elektrik ve ısı izolasyonunun sağlanması için kullanılır. Heksagonal bor nitrit 3500 oC ısıya dayanır, ıslanmaz, diyaelektrik sabiti Al'un 4 katıdır.
- Kübik bor nitrit elmastan sonraki en sert maddedir ve 1370 oC'ye kadar duraylıdır. Kesici aletlerde kullanılır. Amborit çok hızlı dönen makina parçalarında tercih edilir.
- (APBN) Anisotropik pirolitik bor nitrik mikrodalga lambalarında kullanılır.
- Borlu elyaf kompositleri tekniğin en son harikaları olarak kabul edilir. Ti, Al ve Mg'un bor lifleri ile güçlendirilmeleri sonucunda elde edilen komposit mm2'de 360 kg'lik basınca dayanır. Karbon lifli kompositden daha pahalıdır. Ti ve Tungsten tel üzerine bor buharı deposite edilerek elde edilen bu liflerin fiyatı 400-570 USD/kg olup, F-16 savas uçağında % 2,1 oranında, F-18'de % 10 kadar ve uzay araçlarında kullanılır.
- Lazer hücumunda ısıyı belirli bir noktadan uzaklaştırdığı için askeri amaçla kullanılır.
- Talk pudrasında, bebe pudrasında, traş pudrasında borik asit % 5-10 arasında antiseptik olarak tüketilir.Kozmetik ve ilaç sanayiinde bor bileşikleri yaygın olarak kullanılmaktadır.
- Na-borohidrit jet, bomba uçaklarının yakıtlarında redükleyici eleman olarak kullanılır.
- B10 H14'in Lewis bazı içinde asetilen ile reaksiyona girmesi ile üretilen karboranlar olan N-hekzil karboran'a geleceğin jet yakıtı gözü ile bakılmaktadır.
- Na2SO4, su ve boraks dekahidrattan oluşan bir bileşik oda döşemesindeki malzemeye entegre edilip, gündüz saatlerinde pencereden giren güneş enerjisini absorbe ederek, geceleyin soğumaya başlayınca bu enerjiyi açığa çıkararak odayı kendiliğinden ısıtmaktadır.
Bor Madeni Ve Kullanıldığı Alanlar
BOR
ATOM NUMARASI: 5
ATOM KÜTLESİ: 10,81
ERİME SICAKLIĞI: ~2300 C
KAYNAMA SICAKLIĞI: 2550 C
ÖZGÜL KÜTLESİ: 2, 34 g/cm3
YÜKSELTGENME DERECESİ: +3
ELEKTRON BİÇİMLENMESİ: 1s22s22p1
İZOTOPLARI (KÜTLE SAYISI): 8,10,11,12
KARARLI İZOTOPLARI (KÜTLE SAYISI): 10,11
DOĞAL BOR: 10B: %18,8, 11B:%81,2
Bor, 1808 yılında Gay-Lussac, Thenard ve Davy tarafından aynı anda bulundu. Kahverengimsi-siyah, biçimsiz bir toz görünümü vardır. Son derece serttir. Bilinen hiçbir çözücüde çözünmez. Elektrik iletkenliği, sıcaklıkla aşırı ölçüde artar.
Dönemsel sınıflandırmanın üçüncü kolonunda metal olmayan tek element bordur. Kimyasal özellikleri bakımından karbon, silisyum, ya da alüminyum gibi kimi metallere benzer. Ametaller arasında en elektropozitif olanıdır. Sıcakta hemen hemen öteki tüm elementlerle birleşir. Havada yeşil bir alevle yanarak borik anhidridi (B2O3) verir. Kükürt ,azot, karbon, ve halojenlerle birleşir. Metallerin çoğunluğuyla borürleri oluşturur. Özellikle iyi bir indirgendir; tüm ametal oksitler ile metal oksitlerin büyük bölümünü indirger.
Bor, doğada çoğunlukla borat biçiminde bulunur. Önemli cevherleri arasında boraks (Na2B4O7, 10H2O), kernit (Na2B4O7, 4H2O) ve kolematit (Ca2B6O11, 5H2O) sayılabilir. Cevher, 90oC dolayında sülfürik asitle tepkimeye girerse, borik asit elde edilir.
Bileşiklerinin kararlılığı ve kendisinin de yüksek bileşme eğiliminden dolayı, borun elde edilmesi çok zordur. Moissan, kızıl derece sıcaklıkta borik anhidridi magnezyumla indirgeyerek bor elde etmeyi başarmıştı. Ancak bor, 1300oC’ta, bor bromürün (BBr3) tantal filamanı üzerinde hidrojenle indirgenmesinden de elde edilebilir. Ayrıca KBF4’ün elektrikle ayrıştırılması da yüksek aralıkta bor verir.
BOR BİLEŞİKLERİ
Bor kimyası, ortak değerlerlikli bileşiklerin kimyasıdır. Çok sayıda bor bileşiği, elektron eksikliği gösterir; çünkü bor atomunun çevresinde bilinen elektron sekizlisi oluşmaz. Giderek bu atom elektron alıcı bir eğilim gösterir. Bileşikleri, Lewis’e göre asit niteliği taşır.
Metal borürler:
Metal borürler boşlukta, çok yüksek sıcaklıkta elementlerin doğrudan bileşmesi ya da bir karbon borür (B4C) ve karbon karışımının bir metal oksitle tepkimesinden elde edilir. Sert, kaynama noktaları yüksek, iyi bir iletkendirler. Özellikleri bakımından metallerin ara durum nitrür ve karbürlerine benzer.
Bor hidrürler:
Hidroklorik asitle tepkimeye sokulan magnezyum borür, Stock’un elde ettiği gibi (1914), boranları içeren bir gaz karışımı açığa çıkarır. Bununla birlikte BH3 monomeri elde edilememiştir. Elektron eksikliği gösteren bu bileşiklerin kimyasal ve yapısal özellikleri sürekli ilgi uyandırmıştır.
Bor halojenürleri:
Bor, ortak değerlikli trihalojenürleri oluşturur. Bir gaz olan bor fluorürü elde etmek için borik anhidrit (B2O3), fluorin ve derişik sülfürik asit karışımının ısıtılması yeterlidir. Karbon ve klor, bor anhidride aynı anda etki ettirilerek sıvı bor klorür (BCl3) üretilir. Bor halojenürleri nemli ortamda çok çabuk hidrolize uğrar. Bunlar Lewis asitleridir. O, N, S ya da P elementlerini içeren verici gruplarını, BF3ile eşkonum bileşikleri oluşturma eğilimi, bu bor bileşiğinin, organik kimyada katolizör olarak kullanılmasına neden olmuştur. Bu alanda AlCl3 formüllü alüminyum benzer bir rol oynar. Fluorun, bor atomu üzerinde geri dönüşümlü eşkonumu, bu molekülü kararlılaştırır; bu molekülde alkol, aldehit ve ketonlarla katılma bileşikleri verir.
Bor nitrür:
Bor nitrür, bor triklarürün amonyağa etkimesinden elde edilir. Amonyağın, azot ve hidrojen biçiminde ayrışmasını sağlamak için, işlem çok yüksek sıcaklıklarda (1600oC’ın üstünde) yapılır.karbon gibi bor nitrürün de iki kristal biçimi vardır. Kübik olan biricisi elmasa benzer. Bor nitrür 70000 atmosfer basınç altında, 1650 oC’ın üzerindeki sıcaklıklara değin ısıtılırsa, elmasa yakın sertlikte Borazan elde edilir. İkincisinin grafikte benzer altıgen bir yapısı vardır. Bu madde yüksek sıcaklıkta grafit kalıplarda sıkıştırılarak erimiş cam ve metallerle ıslanmayan bir gereç üretilir. Kimyasal eylemsizliğinden dolayı cam kalıplarında ve çeşitli potalarda 1600oC’a kadar dayanıklı iç kaplama maddesi olarak kullanılır.
Bor karbür:
Borik anhidridin elektrik arkında karbonla indirgenmesiyle elde edilen bor karbür (B4C), aşırı ölçüde sert ve karmaşık yapılı bir maddedir.
Bor oksitleri:
Bor oksit(B2O3), borik asidin suyu giderilerek elde edilir. Camsı, nem tutucu bir maddedir. Al2O3’tendaha asit olmasına karşın, onun gibi, metal ve ametal oksitleriyle bileşebilen anfoter bir oksittir. Nitekim CuO + B2O3 à Cu(BO2)2 tepkimesi bakır metaborat; B2O3 + P2O5 à 2BPO4 tepkimesi de bor fosfatı verir.
BOR MİNERALLERİ
Bor, doğada serbest olarak bulunmaz. Bor elementi, doğada değişik oranlarda bor oksit (B2O3) ile 150'den fazla mineralin yapısı içinde yer almasına rağmen; ekonomik anlamda bor mineralleri kalsiyum, sodyum ve magnezyum elementleri ile hidrat bileşikleri halinde teşekkül etmiş olarak bulunur. Bor minerallerinden ticari değere sahip olanları; tinkal, kolemanit, üleksit, probertit, borasit, szyabelit, hidroborasit ve kernit'tir. Bor madenleri, topraktan çıkarıldıktan (tüvenan cevher), sonra kırma, eleme, yıkama ve öğütme işlemlerini müteakip, ilgili sanayilerin kullanımına hazır hale gelebilmektedir.
Ekonomik boyutlardaki bor yatakları, borun oksijen ile bağlanmış bileşikleri halinde daha çok Türkiye, ABD, Arjantin, Rusya, Kazakistan, Çin, Bolivya, Peru ve Şili'nin kurak, volkanik ve hidrotermal aktivitesi olan bazı bölgelerinde bulunmaktadır. Bor minerallerinin içeriğindeki yüzde B2O3 dağılımı farklı olduğundan, ekonomik olarak kullanılabilecek cevherlerin %100 B2O3 eşdeğerleri verilmiştir.
Ülkemizde işletilmekte olan başlıca bor minerallerinden TİNKAL Eskişehir Kırka, KOLEMANİT Kütahya Emet, Balıkesir Bigadiç ve Bursa Kestelek, ÜLEKSİT ise Balıkesir Bigadiç’de bulunmaktadır.
TÜRKİYE BOR REZERVİ
YATAK
REZERV
Bigadiç
935
Emet
545
Kestelek
7
Kırka
520
TOPLAM
2007
Şimdiye kadar yapılan arama sonuçlarına göre, % 100 B2O3 bazında, ülkemizin dünya toplam bor rezervlerindeki payı % 63, dünyada en büyük üretici durumundaki US Borax'ın kontrolü altındaki bor rezervlerinin (ABD ve Arjantin'deki rezervler) payı ise % 11 civarındadır. Bu veriler, Türkiye'nin dünyanın en büyük bor kaynaklarına sahip olduğunu açıkça göstermektedir. Belirtilen bu değerler 10-15 yıl öncesine ait verilerdir.
Konu ile ilgili uzmanlar Eti Holding'in imtiyazı altındaki sahalarda yapılacak yeni arama çalışmalarıyla ülkemiz rezervlerinin en az iki katına çıkacağını belirtmektedirler.
Rezerv ömürlerine baktığımızda durum çok daha çarpıcıdır. Görünür ekonomik rezerv bazında, dünya tüketimini tek başına karşılama süresi yönüyle ülkemizin bor yatakları şu anda, US Borax kontrolündeki rezervlerin yaklaşık 7 katı olup, analistlere göre son yıllardaki tüketim artış hızı da dikkate alındığında 80 yıl sonra, ülkemiz yataklarının, dünyada tek bor kaynağı olma olasılığı çok yüksektir.
DÜNYA BOR REZERVİ ÜLKELERE GÖRE
ve
DÜNYA TÜKETİMİNİ TEK BAŞINA KARŞILAMA KAPASİTELERİNE GÖRE ÖMÜRLERİ
ÜLKE
Rezerv (bin Ton)
Rezerv Ömrü (Yıl)
Türkiye
644.000
240
A. B. Devletleri
105.000
33
Rusya
140.000
16
Çin Halk Cumhuriyeti
36.000
17
Şili
41.000
5
Bolivya
19.000
3
Peru
22.000
3
Arjantin
9.000
1
Sırbistan
3.000
2
TOPLAM
1.019.000
317
Bor ve bor ürünleri ile ilgili olarak bugün için dünyada bir rezerv sorunu bulunmamaktadır. Bu sebeple, büyük rezervlere sahip olmak kendi başına bir anlam ifade etmemektedir. Bu rezervden sağlanacak faydanın en üst seviyeye çıkarılabilmesinin şartlarını oluşturmak çok daha önem kazanmaktadır.
Ülkemiz rezervlerinin ağırlıklı olarak kolemanitten oluştuğu bilinmektedir. Ülkemizde toplam 1,8 milyar ton dolayında bulunan kolemanite karşılık diğer ülkelerdeki toplam kolemanit rezervi miktarı ise 100 milyon ton civarındadır. Bu değer, üretimde kolemanit kullanımının daha ekonomik ve zorunlu olacağı öngörülen sanayi alanlarında, ileride ortaya çıkacak olan büyük avantajımızı da bu günden ortaya koymaktadır.
BORUN TEKNOLOJİDEKİ KULLANIM ALANLARI
1. CAM VE SERAMİK SANAYİNDE
a) CAM ELYAFI YAPIMINDA BOR ÜRÜNLERİ
Ergimiş cama % 7 bor oksit verecek şekilde bor pentahidrat veya üleksit-probertit katılmaktadır. Maliyetine bağlı olarak sulu veya susuz tipleri kullanmakta, bazan borik asitten yararlanılmaktadır. Kullanılan bor oksitin % 24'ü A.B.D.'de, % 14'ü B.Avrupa'da yalıtıcı cam elyafı imalinde tüketilmektedir. İstenen yalıtkanlık derecesine göre çeşitli spesifikasyonlar tanımlanır. Binalarda asbestin yerine ısı ve ses yalıtımında kullanılmaktadır.
Cam Elyafları, kullanıldığı malzemelerde sertlik ve dayanıklılık kazandırmakta, ayrıca malzemeninde hafif olmasını sağlamaktadır.Bu nedenle plastiklerde, lastiklerde, sinai elyaflarda, otomotiv, uçak ve diğer sanayi sektörlerinde çelik ve diğer metallerin yerine, spor malzemelerinde kullanılmaktadır. İngiltere'de oto başına 70-75 kg cam yünü tüketilmektedir. Bu gibi ürünlerde rafine kolemanit tercih edilmektedir.
Fiberoptik sanayiinde,liflere %6 borik asit ihtiva etmektedir. Philips'in Hollanda'daki fabrikasında bu lifler üretilmektedir. Optik cam elyafi ışık fotonlarının etkin biçimde transferlerini sağladığından günümüzde telekomünikasyonda tercih edilmekte olup kablo yerine kullanılmaktadır. Örneğin, Ankara-Çankaya ilçesinde Türk Telekom tarafından kullanılmıştır.
b) BORCAM YAPIMINDA
Camın ısıya dayanımının artması ve cam imalatı sırasında çabuk ergimesini ve devitrifikasyonun önlenmesini sağlayan bor,aynı zamanda camın yansıtma, kırma, parlama gibi özelliklerini de artırmaktadır. Bor camı asite ve çizilmeye karşı korur. Cam eriyiğinin % 0,5 ile % 0.23'ü bor oksitten oluşmaktadır. Ateşe dayanıklı olan Pyrex camlarda %13,5 B2O3 vardır.
Genellikle cama boraks, kolemanit, borik asit halinde karma olarak ilave edilerek bor cam elde edilir. Otolar, fırınlar, çamaşır makinası, vb makinalarda bu tür camlar tercih edilir. ABD'de bu tür cam imal eden 100'e yakın firma vardır.
c) EMAYE ve SERAMİK SIRI YAPIMINDA
Emayelerin vizkozitesini ve doygunlaşma ısısını azaltan borik oksit %20'ye kadar kullanılmaktadır. Sulu boraks ve bazı hallerde borik asit veya susuz boraks da kullanılır. Mutfak aletleri, banyolar, kimya sanayii teçhizatı, su tankları, silahlar, vb alanlarda da emaye kaplama kullanılır.
Seramiğin çizilmeye karşı dayanıklı kılan bor %3-24 oranında kolemanit halinde sırlara katılmaktadır. Avrupanın en önde gelen seramik üreticisi olan Türkiye seramiklerinde,İngiltere, İtalya ve İspanya'da kaolenden mamul eşyaları sırla kaplanır. Tuğlalara da bu sırdan sürülmektedir.
2. YANGIN ÖNLEYİCİ MADDELER
Bor kendisinin oksit olması, ergime ısısının 2300 oC olması nedeniyle yanmaya karşı oldukça dayanıklıdır. Bu özelliğinden dolayı yanmayı önleyici madde olarak kullanılır veya bu özellikteki maddelerin içerisine değişik oranlarda katılır.
Özellikle, çinko borat, boraks, amonyum florborat ürünleri olan yangın önleyiciler antimuan trioksit ile birlikte kullanılmakta olup dumanın emilme hızını uzattığı, kor halindeki ateşi çabuk bastırdığı için daha üstün bir mamuldür. Ancak maliyetleri, (Alümina trihidrat, magnezyum hidroksit) bileşimli olan yangın önleyicilere nazaran daha yüksektir.
Önemli imalatçılar:
Alleid Corp.
Morcus Hook Cabot Corp.
Harshaw Chemical Corp.
3. SABUN ve DETERJAN SANAYİ
Temizleyici maddeler klorinli veya peroksitli bileşiklerdir. Deterjanların ağırlığının % 20-25'i sodyum perborattır. En önemli rakip mallar sodyum hidroksit,sodyum hipoklorit ve hidrojen peroksittir. Bulaşıktan çok çamaşırda tercih edilmektedir. Perborat ürününün % 90'i deterjan imalatında kullanılmaktadır.
Ancak bilinçsiz ve aşırı deterjan kullanımı nedeniyle, atık suların içerisindeki bor oranı yükseldiğinden çevre kirlenmesine sebep olmakta ve günümüzde bu konuda yoğun tartışmalar yapılmaktadır.
Özellikle balıklarda MANKAFA hastalığı olarak bilinen bir hastalığın bordan kaynaklandığı bilinmektedir.
4. METALURJİ SANAYİ
Kolemanit ve borik asit en çok kullanılan ürünlerdir. Çelik alaşımda kullanılan bor bileşiği ferroboron veya sulandırılmış bor alaşımıdır. Ferroboron borat konsantresinin alüminotermik redüklenmesi ile elde edilir. Yüksek borlu (% 5) çelikler nükleer reaktörlerde nötron emilmesini sağlayan önemli bir alaşımdır. Borlu çelikler enerji tasarrufu sağlar. Yeni geliştirilen bazı borlu çelikler mekanik basınca karşı dayanımları nedeniyle soğuk çekme, inşaat, tarım makinaları, vinçler, yaylar, grayder bıçakları, vites dişlileri gibi yerlerde tercih edilen çelik türleridir. Alüminyum izabesinde titanyum ile birlikte borlu bileşikler kullanılır.
Diğer bir kullanım alanıda çelik yapımında florit yerine kolemanit veya üleksittin kullanılmasıdır.
Elektro kaplama sanayinde, kaplama banyosuna borik asit veya serbest florborat ilave edilir.
Demir, bor, karbon ve silikon ile yapılan deneysel camsı metal üretimlerinde başarılı olunmuştur. Transformatörlerdeki enerji kaybını 1/3'e indiren bu metaller gelecekte hızlı bir gelişme göstermektedir.
5. TARIM SEKTÖRÜ
Bor tarımda gübre, herbisit, pestisit ve algisit dallarinda kullanılmaktadır. Herbisitler bitkiye kritik bir miktardan fazla verildiği zaman toksik etki gösterir. Ayrıca sulu bakır metaborat, kereste ve diğer selülozik maddelerde fungisit olarak işlev görmektedir. Bitkinin beslenmesi için az miktarda bor'a ihtiyaç vardır. Bitkilerde şekerin hücre zarından geçişini kolaylaştırdığı için büyümede etkilidir.
Topraklarında bor oranı düşük olan ülkelerde gübrelere katkı maddesi olarak toprağa %1-3 oranında bor verecek şekilde kullanılmaktadır. Bor oranı yüksek olan topraklarda ise verim düşürücü etkisi olmaktadır.
Yeni imal edilen, keresteyi böceklerden korumak için borik asit veya boraks pentahidrat banyosu kullanılmaktadır. Dizel ve uçak yakıtlarında gelişen fungilerin önlenmesi için borik asit esteri kullanılmaktadır.
Karınca ve hamam böceği için de etkili bir öldürücüdür.
6. NÜKLEER SANAYİ
Tüketim miktari yönünden önemli olmamasına rağmen teknolojik ilerleme açısından büyük önemi olan bir kullanım alanıdır.
Bor mineral ve bileşikleri 10B ve 11B izotoplarını içerirler. B'un nötron emme gücü çok yüksektir. Bor izotopları nükleer reaksiyon sırasında denetim kurulmasına olanak verdiği gibi, dimetil eter, elementer bor, zenginleştirilmiş bor oksit veya asit veya ferroboron haline dönüştürüldüğünde nükleer reaktörün kontrol çubuklarının yapımında da kullanılır. Bu çubuklar % 2 bor içeren çelik/alüminyum alaşımlarıdır. 10B nükleer reaktörlerde koruyucu kabuk olarak işe yaramaktadır.
Bor karpitler Phenix reaktörlerinde koruyucu kabuk olarakta kullanılmaktadır. Bor 304 adı verilen yeni bir paslanmaz çelik atık nükleer yakıtı taşırken, içine konulduğu kapların yapımında kullanılır. Nükleer sanayiinde borun en yakın rakibi gadolinyum ve samaryumdur.
Kaliforniya üniversitesi'ndeki 11B araştırmalarda 11B'in proton fizyonlanması sırasında radyoaktivitesiz enerji açığa çıkmıştır. Böylece temiz nükleer enerji elde edilmektedir.
7. DİĞER KULLANIM ALANLARI
Borun diğer alanlardaki kullanımlarının giderek gelişeceği yönünde genel bir eğilim olduğu herkes tarafından kabul edilmektedir.
Diğer bazı kullanım alanları aşağıdadır:
- Oto antifirizlerinde kullanılan boraks demirli metallerin eriyikte korozyona uğramasını önlemektedir.
- Borun katalizör olarak kullanımı oldukça yaygındır. Hidrokarbonların havadan oksitlenmesindeki katalizör borik asittir.
- Bor triflorür (BF3), gaz halinde asitik bir katalisttir. Alkol, asit ve ketonların sudan arındırılmasında, halojenasyonda, aromatik hidrokarbonların sülfürden kurtarılmasında, karbon monoksitin katıldığı reaksiyonlarda, polyesterin boyanmasında, kullanılır.
- TiB2 , ZrB2 gibi metal boritler jet motoru parçaları, roket motoru parçaları, elektrik kontaktörleri, kesici aletler yapımında kullanılır.
- Silikonborid (SiB), oksitlenmeye karşı çok dirençli, ısıya karşı aşırı dayanımı ve kolay işlenebilir olduğundan bor nitritle bor karpidin kullanılamadığı oksijenli ortamlarda refrakter olarak kullanılır.
- Lantanyum ve Seryum hekzaboritler katot yapımında; Lantanyum borid elektron mikroskobun termiyonik katotuna elverişlidir ve elektron ışınımında istikrarlıdır.
- Jet ve roket motorlarının iç parçalarında, askeri zırhlı teçhizatta seramik zırh olarak kullanılır.
- Bornitrit yüksek ısıda elektrik ve ısı izolasyonunun sağlanması için kullanılır. Heksagonal bor nitrit 3500 oC ısıya dayanır, ıslanmaz, diyaelektrik sabiti Al'un 4 katıdır.
- Kübik bor nitrit elmastan sonraki en sert maddedir ve 1370 oC'ye kadar duraylıdır. Kesici aletlerde kullanılır. Amborit çok hızlı dönen makina parçalarında tercih edilir.
- (APBN) Anisotropik pirolitik bor nitrik mikrodalga lambalarında kullanılır.
- Borlu elyaf kompositleri tekniğin en son harikaları olarak kabul edilir. Ti, Al ve Mg'un bor lifleri ile güçlendirilmeleri sonucunda elde edilen komposit mm2'de 360 kg'lik basınca dayanır. Karbon lifli kompositden daha pahalıdır. Ti ve Tungsten tel üzerine bor buharı deposite edilerek elde edilen bu liflerin fiyatı 400-570 USD/kg olup, F-16 savas uçağında % 2,1 oranında, F-18'de % 10 kadar ve uzay araçlarında kullanılır.
- Lazer hücumunda ısıyı belirli bir noktadan uzaklaştırdığı için askeri amaçla kullanılır.
- Talk pudrasında, bebe pudrasında, traş pudrasında borik asit % 5-10 arasında antiseptik olarak tüketilir.Kozmetik ve ilaç sanayiinde bor bileşikleri yaygın olarak kullanılmaktadır.
- Na-borohidrit jet, bomba uçaklarının yakıtlarında redükleyici eleman olarak kullanılır.
- B10 H14'in Lewis bazı içinde asetilen ile reaksiyona girmesi ile üretilen karboranlar olan N-hekzil karboran'a geleceğin jet yakıtı gözü ile bakılmaktadır.
- Na2SO4, su ve boraks dekahidrattan oluşan bir bileşik oda döşemesindeki malzemeye entegre edilip, gündüz saatlerinde pencereden giren güneş enerjisini absorbe ederek, geceleyin soğumaya başlayınca bu enerjiyi açığa çıkararak odayı kendiliğinden ısıtmaktadır.