Untersuchungen zur Verdampfung von Bor beim Einschmelzen von borhaltigen Glasgemengen

Abstract

The evaporation of boron was investigated by means of EG-MS-analysis by heating raw materials up to 1200 °C under equilibrium and nonequilibrium conditions. Orthoboric acid and borax were used as boron raw materials. Α complete loss of orthoboric acid can be observed when the evaporation is run in H2O atmosphere. In the case of nonequilibrium evaporation the back reaction of H2O resulting from the decomposition of boron acid into metaboric acid and steam is interrupted. The loss of boron results from the B2O3 evaporation in a temperature range of more than 1000 °C. In mixtures with Na2CO3 a sodiumborate formation results simultaneous to the evaporation and decomposition. Vaporous boron species are monomeric NaB02 ( > 800 °C) and B2O3 molecules ( > 1000 °C). The crystal structures of borates and the addition of SiO2 do not influence the mechanism of evaporation but the evaporation rate.

On analyse par spectrometrie de masse les pertes en bore de melanges de matieres premieres chauffes jusqu'à 1200 °C dans des conditions de quasi-equilibre et de non equilibre. On emploie l'acide borique et le borax comme matieres premieres. L'acide borique pur peut s'evaporer completement sous forme de H3BO3 si une decomposition est empechee à cause de la pression de vapeur d'eau ou si la reaction de retour HBO2 + H2O <—> H3BO3 (vapeur) est possible. Dans des conditions de non equilibre, l'evaporation est determinee essentiellement par la stabilite thermique de HBO2 et B2O3. La volatilite de HBO2 peut etre negligee. B2O3 s'evapore en l'absence de H2O à une vitesse croissante à partir de 1000 °C. En presence de Na2CO3, parallelement à l'evaporation et à la decomposition de l'acide borique, se forme du borate de sodium. Des types de bore à l'etat de vapeur se forment en meme temps à partir de 800 °C (NaBO2 (vapeur)) et chacun suivant le rapport Na2O:B2O3 à partir de 1000 °C (B2O3 (vapeur)) · Bien que la structure cristalline des borates ainsi que l'addition de SiO2 n'influencent pas en fait le mecanisme d'evaporation (c'est-à-dire seulement des monomeres de molecules H3BO3, NaBO2 et B2O3 dans la phase vapeur), la presence de SiO2 fait varier neanmoins la vitesse d'evaporation des molecules renfermant du bore.

Durch die massenspektrometrische Analyse werden die Borverluste von Rohstoffgemengen beim Aufheizen bis zu 1200 °C unter Quasi-Gleichgewichts- und Nichtgleichgewichtsbedingungen analysiert. Als Borrohstoffe wurden Borsäure und Borax eingesetzt. Reine Borsäure kann vollständig als H3BO3 verdampfen, wenn durch den H2O-Dampfdruck eine Zersetzung verhindert bzw. die Rückreaktion entsprechend HBO2 + H2O <—> H3BO3 (Dampf) möglich wird. Unter Nichtgleichgewichtsbedingungen wird die Verdampfung im wesentlichen durch die thermische Stabilität von HBO2 und B2O3 bestimmt. Die Flüchtigkeit von HBO2 kann vernachlässigt werden. B2O3 verdampft bei Abwesenheit von H2O mit zunehmender Geschwindigkeit ab 1000 °C. Bei Anwesenheit von Na2CO3 erfolgt parallel zur Verdampfung und Zersetzung der Borsäure eine Natriumboratbildung. Dampfförmige Borspezies bilden sich hierbei ab 800 °C (NaBO2 (Dampf)) und je nach Na2O : B2O3-Verhältnis ab 1000 °C (B2O3 (Dampf)). Sowohl die Kristallstruktur der Borate als auch der Zusatz von SiO2 beeinflussen zwar den Verdampfungsmechanismus nicht (d. h. nur monomere H3BO3-, NaBO2- und B2O3-Moleküle in der Dampfphase), es verändert sich aber bei Anwesenheit von SiO2 die Verdampfungsgeschwindigkeit der borhaltigen Moleküle.