BORO

Enciclopedia Italiana - III Appendice (1961)

BORO (VII, p. 503; e borico, acido, VII, p. 488; App. I, p. 303)

David LENZI

Giacimenti. - Fin dal secolo scorso la California era considerata, sia per condizioni geologiche che per il clima desertico, il deposito naturale dei minerali borici, ma solo a relativamente pochi anni fa deve ricondursi il notevole sviluppo della zona, avvenuto in seguito alla scoperta di grandi giacimenti di borato di sodio, sia sotto forma di rasorite - (Na2B4O7 . 10H2O) dal nome dello scopritore (Clarence Rasor) -, che di kernite (Na2B4O7 . 4H2O). Ciò ha reso possibile la creazione da parte della Borax Co. di un grande complesso industriale a Boron (contea di Kern), che sfrutta con la massima razionalità - mediante coltivazioni a cielo aperto - i giacimenti stessi ed ha portato gli S. U. A. al primo posto tra i produttori mondiali di composti del boro.

Ma questa non è l'unica importante sorgente di tali prodotti negli S. U. A.; un'altra, sempre in California, è rappresentata dalle acque salate del lago di Searles (Searles Lake) a S. Bernardino, dalle quali la American Potash and Chemical Corporation ricava, mediante evaporazione e cristallizzazione frazionata, quantitativi notevoli di borace.

Giacimenti minori del tipo borato di calcio e sodio (ulexite) esistono in Chile, in Argentina e recentemente altri, sempre di notevole importanza, costituiti da borato di calcio (colemanite), sono stati scoperti in Turchia.

In Italia la zona di Larderello possiede ancora una sua caratteristica particolare: quella cioè di vapor d'acqua che porta a giorno acido borico come tale, con una inconfondibile caratteristica di origine endogena.

Noti infine i ritrovamenti di minerali borici nell'URSS, nella zona di Karachstan, Caucaso, ed in Asia nel Kashmir.

Boro elementare (num. atom. 5 - peso atomico 10,82). - Il B. non si trova libero in natura, ma può ottenersi dai suoi sali. Esso è costituito dalla miscela di due isotopi stabili: B10 e B11, i quali sono presenti nelle proporzioni rispettivamente del 18,83% e dell'81,17%. Secondo Rankama le proporzioni sarebbero invece del 18,98% e dell'81,02%. Il Boro10, per effetto di bombardamento di neutroni, dà luogo alla reazione:

la qual cosa lo rende particolarmente interessante per alcune applicazioni nucleari.

L'assorbimento dei neutroni termici risulta in barns

In America, in Inghilterra ed in Francia sono stati costruiti impianti molto costosi per l'ottenimento del boro10. Il processo utilizzato si basa sulla distillazione frazionata di complessi del trifluoruro di boro con etere metilico oxtilico, per mezzo del quale si ottiene la separazione di un complesso arricchito in boro10. Questo, mediante aggiunte di fluoruro di potassio, è trasformato poi in fluoborato di potassio dal quale, dopo essiccamento, per elettrolisi in bagno fuso con fluoruro di potassio, si separa Boro10. L'elettrolisi viene eseguita in un crogiolo di grafite che funziona da anodo, mentre il catodo, sul quale si deposita il boro, è costituito da una lamina di monel.

Il prezzo del boro10 è molto elevato.

Negli ultimi anni è stata messa a punto su scala industriale anche la preparazione del boro comune. La tecnologia più adoperata è quella magnesiotermica seguita da un trattamento acido.

Composti non ossigenati. - Idruri di boro. - Questa serie di composti, che i chimici avevano studiato nel passato attratti dall'interesse scientifico che presentavano nel campo della strutturistica, ha avuto negli ultimi dieci anni un ampio impulso di ricerca da parte della grande industria chimica, portandola decisamente alla ribalta anche se, dato il motivo di impiego, la letteratura è risultata scarsa sull'argomento.

La spinta a ciò è stata data dalla richiesta di propellenti ad alto potenziale energetico: gli idruri di boro, per la loro composizione, presentano infatti al riguardo caratteristiche interessanti. I termini particolarmente studiati sono B2H6 (gassoso), che è il primo prodotto della serie, il B5H9 (liquido) ed il B10H14 (solido).

I metodi oggi adottati per la preparazione di tali composti si basano in gran parte sui lavori delle scuole di H. I. Schlesinger, H. C. Brown, A. E. Burg, E. Wiberg. Essi sfruttano, in linea generale, l'azione degli alogenuri di boro su idruri metallici. Il trifluoruro di boro può reagire, ad esempio, con l'idruro di litio o l'idruro di sodio), secondo lo schema:

Più recentemente si è accertato che il fluoruro o il cloruro di boro possono anche reagire con un idruro contenente boro nella molecola e cioè il boroidruro di sodio: NaBH4, sempre per l'ottenimento di idruri del boro. In pratica queste reazioni sono notevolmente complesse e richiedono particolari condizioni di lavoro, dato che il diborano è infiammabile all'aria ed altamente tossico. La preparazione del boroidruro di sodio è basata sulla reazione fra borato di metile e idruro di sodio. Oggi è possibile disporre di un tonnellaggio notevole di tale composto in sospensione in olio al 50%. Allo stato secco è un solido bianco stabile.

Il B5H9 ed il B10H14, che possono ricavarsi per pirolisi dal primo termine della serie, sono anch'essi altamente tossici.

Gli idruri di boro possono poi essere alchilati o combinati con ammine per formare composti più stabili e quindi più facilmente adoperabili. Essi infatti, sia come tali sia nella forma di complessi, hanno proprietà riducenti altamente selettive per cui potranno trovare utilizzazione in numerose reazioni di chimica organica.

Il costo elevato ne limita ancora, almeno per il momento, le possibilità applicative.

Carburo di boro (B4C). - L'impiego del carburo di boro dal campo degli abrasivi, ove è usato sotto forma di polvere o per farne mole data la sua durezza, è passato alle applicazioni nel campo nucleare, quale componente delle barre di controllo e degli schermi protettivi nei reattori; a questo scopo varie tecniche sono state messe a punto. La possibilità di ottenere pezzi sagomati in carburo di boro mediante sinterizzazione ha permesso la produzione di varî manufatti: ugelli per sabbiature, piastre e pezzi resistenti ad usura, ecc.

Boruri. - I boruri binarî di cromo, zirconio, vanadio, molibdeno, e ternarî (come boro-nichel-molibdeno), conosciuti nell'industria per la loro particolare durezza, vengono utilizzati principalmente per la fabbricazione di utensili da taglio, per rivestimenti protettivi e nella preparazione dei cermets.

Acciaio al boro. - Gli acciai con un bassissimo contenuto in boro essendo caratterizzati da un'ottima temperabilità, si presentano molto bene come acciai da sostituzione nei confronti di acciai legati con nichel, cromo, vanadio, ecc. Quelli con alto tenore in tale elemento essendo invece caratterizzati da un elevato potere assorbente per i neutroni termici, vengono utilizzati soprattutto dall'industria nucleare (vedi anche in questa App. la voce acciaio).

Azoturo di boro (BN). - L'importanza dell'azoturo di boro è legata principalmente alla sua particolare resistenza alle alte temperature.

Alogenuri di boro. - Tra gli alogenuri di boro il trifluoruro può essere considerato il più importante sia come tale sia sotto forma di complessi di addizione. Le applicazioni principali, specialmente nella seconda forma, riguardano la sua azione catalizzatrice e stabilizzante nel campo dei polimeri. Altro alogenuro degno di rilievo è poi il tricloruro di boro, che può considerarsi un prodotto base nella preparazione di composti più complessi del boro.

Composti ossigenati. - I prodotti classici, dal punto di vista industriale, sono tuttora l'acido borico - H3BO3 - ed ancor più il borace - Na2B4O7 . 10H2O. Pure mancando di statistiche precise, si ritiene che la produzione mondiale dei prodotti borici raggiunga attualmente circa un milione e centomila tonnellate all'anno.

Usi. - I prodotti borici sono ormai definiti come materie prime indispensabili nell'industria, al pari dei grandi composti inorganici, tanto è vasto il campo di applicazione: dai vetri (il Pirex ne è l'esemplare più sensibile insieme ai vetri neutri per fiale ed apparecchi chimici) agli smalti, alle ceramiche, ecc. Altrettanto può dirsi per gli impieghi in metallurgia, nella concia delle pelli, nell'industria della carta, quali conservanti del legno, in fotografia, in galvanoplastica, nella fabbricazione di condensatori radio ed in agricoltura, dove il boro è considerato sotto il doppio aspetto di elemento oligodinamico, indispensabile alla vita ed alla sanità delle piante, e come diserbante, se applicato in forti dosi. Ancora notevole il consumo di perborato sodico NaBO3 . 4H2O, quale imbiancante, preparato in gran parte per elettrolisi diretta del borace.

Composti organici. - È la serie di prodotti sulla quale oggi punta gran parte dell'attività scientifica ed industriale, e che si presenta del massimo interesse per la vastità dei composti ottenibili. Tra i primi è stato preso in esame il borato di metile, materia prima per la preparazione del boroidruro di sodio, il quale già adesso è prodotto su larga scala con processi continui. Da questo termine, il più semplice della serie degli esteri borici, la serie stessa si è arricchita di composti sempre più complessi fino a prodotti con catene a numerosi atomi di carbonio semplici e ramificate. La possibilità poi che additivi contenenti boro possano portare miglioramenti al comportamento delle benzine, ha dato il via alla ricerca di numerosi derivati organici del boro.

Anche nel campo dei polimeri sembra che il boro rivesta un ruolo di primaria importanza, ed attualmente sono allo studio oltre ai composti con legami B − B, composti con legami B − N e B − P, nella prospettiva che possano ottenersi polimeri stabili alle alte temperature. Sembra inoltre che nelle stesse materie plastiche il boro possa apportare miglioramenti sia come elemento funzionale, sia come stabilizzante.

Industria boracifera italiana. - Le grandi quantità di vapore endogeno reperite, mediante perforazione, nei vari bacini di Larderello, con una portata complessiva di oltre 2 milioni e mezzo di kg/ora, hanno potenziato il complesso industriale che risulta basato su due aspetti: la trasformazione dell'energia termica del fluido in energia elettrica, e la utilizzazione dei vari prodotti chimici contenuti nel fluido (acido borico, zolfo, carbonato ammonico).

La produzione di energia elettrica, con un complesso di 300.000 kW installati, ha raggiunto nel 1959 due miliardi di kWh. Il carattere di produzione costante di energia durante le varie stagioni dell'anno e la capacità produttiva costituiscono il pregio principale di questa fonte di energia, che è utilizzata in massima parte per il funzionamento della rete delle ferrovie italiane. Nelle centrali che sono state costruite dopo la seconda guerra mondiale è stato adattato il ciclo di utilizzazione diretto del vapore naturale, in turbine con condensazione a miscela; i gas non condensabili, contenuti per il 5% in peso, sono aspirati da turbocompressori realizzando nel complesso consumi specifici di vapore notevolmente bassi.

L'acido borico viene ricuperato o con adattamenti nel ciclo termico stesso o mediante lavaggio a monte delle turbine e separazione della fase liquida dalla fase vapore in cicloni appositamente studiati per le condizioni di portata e di velocità del fluido. Immesso nei reparti di lavorazione l'acido borico subisce poi rettifiche e trasformazioni chimiche.

Mercé le possibilità offerte dalla concomitanza di disponibilità di energia termica ed elettrica, l'attività chimica della Larderello si è estesa, in fase industriale, anche a tutta la serie dei composti più raffinati del boro: boro elementare, boruri, carburo di boro, azoturo, esteri borici, composti idrogenati, alogenuri di boro e loro complessi, fluoborati, ecc.

Bibl.: Gmelins Handbuch: Bor, Heidelberg 1954; E. A. Weilmenster, Utilization of high energy. Fuel elements, in Industrial and Engineering Chemistry, vol. 49, n. 9, 1957, p. 1337; D. Lenzi e P. L. Pellegrini, Carburo di boro sintetizzato, in Gazzetta Chimica Italiana (1959); A. V. Topchiev, S. Zavgorodni, M. Pausckin, Boron Fluoride, 1959; E. Wiberg, La chimica del boro negli ultimi dieci anni, VI Congresso Internazionale di chimica pura e applicata, Parigi, luglio 1957; A. Mazzoni, I soffioni boraciferi toscani e gli impianti della "Larderello", Bologna 1951; R. A. Carpenter, Recent advances in bor technology, in A. R. S. Journal, genn. 1959; R. Contini, P. Di Mario, E. Costantini, G. Sestini, Sulla pressione più conveniente per la produzione di energia elettrica dal vapore endogeno nella zona boracifera della "Larderello Spa", Congresso ATI, Pisa, ottobre 1959.

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