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Bor

Darstellung

Darstellung von Boroxid zur Rohborgewinnung aus borhaltigen Mineralien

Abb.1
Sassolin
Photo by Aramgutang

Sassolin (weiß), mit gediegenem Schwefel (gelb) überzogen.

Borsäure, H3BO3, kommt gelöst in heißen Quellen (Fumarolen) als Sassolin vor.

Die Löslichkeit von Borsäure in Wasser steigt mit der Temperatur. Sie kristallisiert in weißen, lamellenartigen Plättchen. Durch Erhitzen entsteht auf dem Wege der Dehydratisierung daraus Bortrioxid, B2O3, ein schwer zu kristallisierender, meist in glasartiger Form auftretender Feststoff, welcher sich im Beisein eines reduzierenden Agens zu elementarem, amorphem Bor reduzieren lässt.

Abb.2
Tinkal (Borax)
This work is under public domain by Aramgutang
Abb.3
Kernit
This image is in the public domain by USGS

Ausgehend von den in großen Lagerstätten vorkommenden Mineralien wie Borax, Kernit u.a. erfolgt die Darstellung der Borsäure durch Behandlung der Borate mit Mineralsäuren, wie Salz- oder Schwefelsäure, z.B.:

Na2B4O7 · 10H2O+ H2SO4 4H3BO3+ Na2SO4+ 5H2O

Reduktion von Bortrioxid zur Darstellung von amorphem Bor

Durch Reduktion von Bortrioxid, B2O3, mit metallischem Magnesium entsteht elementares Bor in amorpher Form:

B2O3+ 3Mg 2B+ 3MgO

Anstelle von Magnesium sind als Reduktionsmittel auch Lithium, Natrium, Calcium, Aluminium oder Eisen verwendbar.

Das bei der Redoxreaktion gebildete braune, pulverförmige Bor besitzt einen geringen Reinheitsgrad (85-90 %). Es lässt sich durch Auskochen mit verdünnter Salzsäure und Auswaschen mit Wasser von seinen Verunreinigungen befreien und erreicht auf diese Weise einen Gehalt von bis zu 98 % Bor.

Auch durch einen Sinterprozess bei 2000 °C in einer reinen Wasserstoff-Atmosphäre (unter Ausschluss von Sauerstoff und Stickstoff) lässt sich die Reinheit auf etwa 99 % optimieren.

Technisches Verfahren zur Gewinnung von kristallinem Bor

Kristallines Bor wird technisch durch Schmelzflusselektrolyse eines Gemisches aus Kaliumtetrafluoroborat, K[BF4], Bortrioxid, B2O3, Kaliumchlorid, KCl, und Kaliumfluorid, KF, bei 600-1000 °C hergestellt. Als Schmelzgefäß fungiert ein Graphit-Tiegel, der gleichzeitig auch als Anode dient, während ein Eisenstab die Kathode bildet. Dort sammelt sich Bor mit einem Reinheitsgrad von bis zu 99 %.

Darstellung von hochreinem, kristallinem Bor

Sehr reines Bor (> 99.9 %) lässt sich aus den Bortrihalogeniden BCl3 oder BBr3 durch thermische Reduktion mit Wasserstoff in einem zwischen zwei Wolfram- oder Tantal-Elektroden brennenden Lichtbogen gewinnen. Bei Temperaturen unterhalb 1000 °C entsteht amorphes Bor, zwischen 1000-1200 °C treten α- und β-rhomboedrische Modifikationen auf, oberhalb von 1200 °C bildet sich tetragonal kristallines Bor.

2BCl3+ 3H2 2B+ 6HCl

In einem alternativen Verfahren wird elementares Bor aus Bortriiodid, BI3, bei 800-1000 °C bzw. aus Diboran, B2H6, bei 600-800 °C an Tantal-, Wolfram- oder Bornitrid-Oberflächen durch thermische Zersetzung dargestellt (vgl. Aufwachsverfahren nach van Arkel und de Boer):

2BI3 2B+ 3I2 B2H6 2B+ 3H2

Über die Thermolyse von Diboran bzw. anderen Bor-Wasserstoff-Verbindungen ist Bor mit dem größten Reinheitsgrad von 99,99 % erhältlich. Auch bei diesem Verfahren besitzt die Temperatur an der Oberfläche einen entscheidenden Einfluss auf die sich bildende Bor-Modifikation.

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