بوراکس چیست

بوراکس | فهرست مطالب

1. بوراکس چیست؟ معرفی جامع و ساختار شیمیایی
2. انواع بوراکس: دکا هیدرات، پنتا هیدرات و بدون آب
3. مشخصات فیزیکی و شیمیایی (جدول کامل)
4. تاریخچه و منابع طبیعی پیدایش بوراکس
5. فرآیند استخراج و تولید صنعتی بوراکس
6. کاربردهای صنعتی بوراکس (شیشه، سرامیک، شوینده)
7. بوراکس در کشاورزی و نقش آن در تغذیه گیاهان
8. بوراکس در صنعت هسته‌ای و متالورژی
9. کاربردهای خانگی و متفرقه (از اسلایم تا حشره‌کش)
10. استانداردها و گریدهای تجاری بوراکس
11. ایمنی، سم‌شناسی و خطرات بهداشتی
12. نکات مهم نگهداری، انبارداری و حمل‌ونقل
13. سوالات متداول

بوراکس چیست؟ معرفی جامع و ساختار شیمیایی

بوراکس (Borax) که با نام علمی سدیم تترaborate (Sodium Tetraborate) یا دی‌سدیم تترaborate شناخته می‌شود، یکی از مهم‌ترین ترکیبات معدنی حاوی عنصر بور (Boron) است. این ماده یک نمک قلیایی سفید رنگ و پودری است که به صورت کریستال‌های نرم و بی‌رنگ نیز یافت می‌شود و قابلیت حل شدن در آب را دارد. فرمول شیمیایی عمومی بوراکس معمولاً به صورت Na₂B₄O₇·10H₂O نشان داده می‌شود که بیانگر حالت "دکاهیدرات" یا ده آبه آن است .

از نظر شیمیایی، بوراکس ترکیبی از اکسید بور، اکسید سدیم و آب است. این ماده در واقع نمک اسید بوریک محسوب می‌شود. زمانی که بوراکس در آب حل می‌شود، هیدرولیز شده و محلولی با خاصیت قلیایی (بازی) ایجاد می‌کند که قادر است اسیدها را خنثی نماید. همین خاصیت بافری (Buffering) و قلیایی بودن ملایم، آن را به ماده‌ای حیاتی در صنایع شوینده و پاک‌کننده تبدیل کرده است .

نام "بوراکس" از واژه فارسی "بوره" (Burah) گرفته شده است که نشان‌دهنده ریشه تاریخی و ایرانی شناخت این ماده معدنی است. این ماده قرن‌هاست که به عنوان یک ماده تمیزکننده، کمک‌ذوب در متالورژی و حتی در طب سنتی (با احتیاط فراوان) مورد استفاده بشر بوده است. امروزه اما، بوراکس یک کالای استراتژیک صنعتی است که بدون آن، تولید بسیاری از محصولات مدرن از جمله شیشه‌های مقاوم به حرارت، عایق‌های فایبرگلاس و کودهای کشاورزی پیشرفته غیرممکن خواهد بود.

انواع بوراکس: دکا هیدرات، پنتا هیدرات و بدون آب

در صنعت و تجارت مواد شیمیایی، واژه "بوراکس" ممکن است به چندین ترکیب شیمیایی نزدیک به هم اطلاق شود که تفاوت اصلی آن‌ها در میزان آب تبلور (Water of Crystallization) موجود در ساختار مولکولی آن‌هاست. شناخت دقیق این انواع برای انتخاب محصول مناسب در هر صنعت ضروری است:

1. بوراکس دکا هیدرات (Borax Decahydrate)

این رایج‌ترین شکل بوراکس است که با فرمول Na₂B₄O₇·10H₂O شناخته می‌شود. دارای 10 مولکول آب در ساختار بلوری خود است. این نوع بوراکس معمولاً به صورت پودر سفید یا گرانول‌های کریستالی عرضه می‌شود. به دلیل داشتن بیشترین مقدار آب، درصد اکسید بور (B₂O₃) در آن کمتر از سایر انواع است (حدود 36.5%). این نوع عمدتاً در شوینده‌های خانگی، صابون‌سازی و محصولات آرایشی کاربرد دارد زیرا حلالیت خوبی در آب دارد و pH ملایمی ایجاد می‌کند .

2. بوراکس پنتا هیدرات (Borax Pentahydrate)

فرمول شیمیایی آن Na₂B₄O₇·5H₂O است. این نوع بوراکس دارای 5 مولکول آب است و از نظر اقتصادی برای بسیاری از صنایع مقرون‌به‌صرفه‌تر می‌باشد. چرا؟ زیرا با داشتن آب کمتر، غلظت بور در هر واحد وزن بیشتر است (حدود 47.8% اکسید بور). این یعنی حمل‌ونقل آن ارزان‌تر تمام می‌شود زیرا شما هزینه کمتری برای جابجایی "آب" موجود در کریستال‌ها می‌پردازید. صنایع تولید شیشه، فایبرگلاس و کودهای کشاورزی بزرگترین مصرف‌کنندگان این نوع هستند .

3. بوراکس خشک یا بدون آب (Anhydrous Borax)

اگر بوراکس هیدراته را تا دماهای بسیار بالا حرارت دهیم، تمام آب تبلور خود را از دست داده و تبدیل به Na₂B₄O₇ می‌شود. این ماده که بوراکس آنهیدروس نامیده می‌شود، شکلی شبیه به شیشه مذاب سرد شده دارد و بسیار سخت‌تر حل می‌شود. دمای ذوب آن بسیار بالاتر است (743 درجه سانتی‌گراد) و به عنوان فلاکس (Flux) یا کمک‌ذوب عالی در متالورژی و شیشه‌سازی تخصصی کاربرد دارد، زیرا هیچ آبی وارد کوره مذاب نمی‌کند و از ایجاد حباب یا تخلخل جلوگیری می‌کند .

مشخصات فیزیکی و شیمیایی (جدول کامل)

درک ویژگی‌های فنی بوراکس برای مهندسان شیمی و مدیران کنترل کیفیت حیاتی است. در جدول زیر مشخصات فنی دقیق انواع بوراکس آورده شده است :

تاریخچه و منابع طبیعی پیدایش بوراکس

بوراکس یک ماده معدنی طبیعی است که معمولاً در بستر دریاچه‌های خشک شده فصلی (Playas) در مناطق بیابانی و خشک یافت می‌شود. این ماده حاصل تبخیر آب‌های شور غنی از بور است که طی هزاران سال تجمع یافته‌اند.

اولین منابع شناخته شده بوراکس در بستر دریاچه‌های خشک تبت کشف شد و از طریق جاده ابریشم به نام "تینکان" (Tincal) به جهان عرب و سپس اروپا صادر می‌شد. امروزه بزرگترین ذخایر معدنی بوراکس در جهان در دو منطقه اصلی قرار دارد:
1. ترکیه: بزرگترین تولیدکننده بورات در جهان است و ذخایر عظیمی از کانی‌های بور مانند کلمانیت و اولکسیت دارد.
2. ایالات متحده آمریکا (کالیفرنیا): منطقه "Boron" در صحرای موهاوی کالیفرنیا دارای یکی از بزرگترین معادن روباز بوراکس در جهان است که متعلق به شرکت "U.S. Borax" (زیرمجموعه Rio Tinto) می‌باشد .

علاوه بر این دو کشور، ذخایری در آرژانتین، شیلی، چین و بولیوی نیز وجود دارد. در ایران نیز معادن بورات در مناطقی مانند کرمان و زنجان شناسایی شده‌اند که پتانسیل خوبی برای استخراج دارند، هرچند مقیاس تولید آن‌ها نسبت به غول‌های جهانی کوچک‌تر است.

فرآیند استخراج و تولید صنعتی بوراکس

تولید بوراکس از معدن تا محصول نهایی شامل یک پروسه دقیق مهندسی شیمی است که هدف آن خالص‌سازی کانی و حذف ناخالصی‌هایی مثل خاک رس، آهک و سایر املاح است. این فرآیند به طور کلی شامل مراحل زیر است :

1. استخراج معدنی (Mining)

در معادن بزرگ مانند معدن کالیفرنیا، استخراج به روش روباز (Open Pit) انجام می‌شود. ابتدا لایه‌های خاک باطله (Overburden) با انفجار و ماشین‌آلات غول‌پیکر برداشته می‌شوند تا به رگه اصلی سنگ معدن (Ore) برسند. سنگ معدن خام که معمولاً حاوی کانی‌هایی مثل کِرنیت (Kernite) یا تینکال (Tincal) است، استخراج شده و توسط کامیون‌های معدنی عظیم به واحد سنگ‌شکن منتقل می‌شود.

2. خردایش و آسیاب (Crushing)

سنگ‌های بزرگ توسط سنگ‌شکن‌های فکی و مخروطی خرد شده تا به ابعاد کوچک (مثلاً کمتر از 2 سانتی‌متر) برسند. این کار سطح تماس را برای مرحله انحلال افزایش می‌دهد.

3. انحلال و لیچینگ (Dissolution)

پودر سنگ معدن در مخازن بزرگ حاوی آب داغ و محلول‌های برگشتی ریخته می‌شود. بوراکس حلالیت بالایی در آب داغ دارد، در حالی که بسیاری از ناخالصی‌های همراه آن (مانند شن و خاک رس) حل نمی‌شوند. دما در این مرحله کلیدی است و معمولاً نزدیک به نقطه جوش نگه داشته می‌شود.

4. جداسازی و فیلتراسیون (Clarification)

محلول غلیظ و داغ که اکنون حاوی بوراکس حل شده است، وارد مخازن ته‌نشینی (Thickeners) می‌شود. در اینجا مواد نامحلول ته‌نشین شده و جدا می‌شوند. برای حذف ذرات بسیار ریز معلق، محلول از فیلترهای فشاری عبور می‌کند تا مایعی کاملاً شفاف و زلال حاصل شود.

5. کریستالیزاسیون (Crystallization)

این حساس‌ترین مرحله تولید است. محلول شفاف و داغ به آرامی در کریستالایزرهای خلأ خنک می‌شود. با کاهش دما، حلالیت بوراکس کم شده و شروع به تشکیل بلور می‌کند. سرعت خنک شدن و شرایط هم‌زدن تعیین می‌کند که محصول نهایی "5 آبه" باشد یا "10 آبه". کنترل دقیق دما برای رسیدن به اندازه بلور (Mesh size) مناسب ضروری است.

6. خشک کردن و بسته‌بندی (Drying)

کریستال‌های مرطوب توسط سانتریفیوژ از آبِ مادر جدا شده و وارد خشک‌کن‌های دوار (Rotary Dryers) می‌شوند. در اینجا رطوبت سطحی گرفته می‌شود. باید دقت شود که حرارت زیاد نباشد تا آب تبلور مولکولی حذف نشود (مگر اینکه هدف تولید نوع خشک باشد). محصول نهایی پس از غربال‌گری (Sieving) در کیسه‌های صنعتی بسته‌بندی می‌شود.

کاربردهای صنعتی بوراکس

بوراکس ماده‌ای است که شاید دیده نشود، اما در ساختار بسیاری از کالاهای اطراف ما حضور دارد.

صنعت شیشه و عایق‌سازی (Glass & Fiberglass)

بیش از 50 درصد مصرف جهانی بورات‌ها در این صنعت است. بوراکس به عنوان منبع اکسید بور (B₂O₃) عمل می‌کند.
نقش فنی: افزودن بوراکس به شیشه باعث کاهش ضریب انبساط حرارتی می‌شود. این یعنی شیشه در برابر شوک حرارتی (سرد و گرم شدن ناگهانی) نمی‌شکند. شیشه‌های آزمایشگاهی پیرکس (Pyrex) و ظروف فرآیمن، شیشه‌های بوروسیلیکاتی هستند که با بوراکس ساخته شده‌اند. همچنین در تولید پشم شیشه (Fiberglass) که عایق حرارتی ساختمان است، بوراکس باعث کاهش دمای ذوب سیلیس و بهبود سیالیت مذاب می‌شود که فرآیند تولید الیاف نازک را ممکن می‌سازد .

صنعت کاشی و سرامیک (Ceramics)

در لعاب کاشی و سرامیک، بوراکس دو نقش حیاتی دارد: اول اینکه دمای ذوب لعاب را پایین می‌آورد تا در کوره راحت‌تر پخته شود. دوم اینکه باعث براقیت، شفافیت و چسبندگی بهتر لعاب به بدنه سفالی می‌شود. بدون بوراکس، بسیاری از لعاب‌های خوش‌رنگ و براق امروزی ترک خورده یا کدر می‌شدند.

صنعت شوینده و پاک‌کننده (Detergents)

بوراکس یک "بیلدر" (Builder) عالی در شوینده‌هاست.
مکانیسم اثر:

• نرم‌کنندگی آب: یون‌های کلسیم و منیزیم موجود در آب سخت را کمپلکس کرده و مانع از رسوب آن‌ها روی لباس می‌شود.
• بافر pH: محیط شستشو را در pH قلیایی (حدود 9) ثابت نگه می‌دارد که بهترین شرایط برای عملکرد آنزیم‌ها و صابون‌هاست.
• لکه‌بری: به هیدرولیز چربی‌ها و پروتئین‌های لکه کمک می‌کند.

به همین دلیل در پودرهای ماشین لباسشویی، قرص‌های ظرفشویی و صابون‌های دست، بوراکس جزء ثابت فرمولاسیون است .

بوراکس در کشاورزی

عنصر بور (Boron) یکی از ریزمغذی‌های (Micronutrients) ضروری برای رشد گیاهان است. کمبود بور در خاک باعث بیماری‌هایی مانند "پوسیدگی قلب چغندر"، بدشکل شدن میوه‌ها و عدم تشکیل دانه می‌شود. بوراکس (مخصوصاً نوع 5 آبه و محلول در آب) به عنوان کود بورات در کشاورزی استفاده می‌شود. این کودها به استحکام دیواره سلولی گیاه، انتقال قندها و فرآیند گرده‌افشانی کمک می‌کنند. اما مصرف آن باید بسیار دقیق باشد؛ زیرا مرز بین "مفید بودن" و "سمی بودن" بور برای گیاهان بسیار باریک است .

بوراکس در صنعت هسته‌ای و متالورژی

کاربرد هسته‌ای: ایزوتوپ بور-10 (Boron-10) که در بوراکس طبیعی وجود دارد، خاصیت فوق‌العاده‌ای در جذب نوترون‌ها دارد. در راکتورهای هسته‌ای، از بوراکس یا اسید بوریک در میله‌های کنترلی و سیستم‌های خنک‌کننده اضطراری استفاده می‌شود. وظیفه آن جذب نوترون‌های اضافی و کنترل یا متوقف کردن واکنش زنجیره‌ای شکافت هسته‌ای است. همچنین در بتن‌های ضد تشعشع برای ساخت دیوارهای نیروگاه و محفظه‌های زباله هسته‌ای کاربرد دارد .

متالورژی و بازیافت طلا: بوراکس مذاب توانایی حل کردن اکسیدهای فلزی را دارد. در جوشکاری و لحیم‌کاری (Brazing)، از پودر بوراکس به عنوان فلاکس (Tana) استفاده می‌شود تا اکسیدهای روی سطح فلز را حل کرده و سطحی تمیز برای اتصال ایجاد کند. همچنین در روش‌های نوین استخراج طلای کوچک‌مقیاس (Artisanal Mining)، بوراکس جایگزین جیوه سمی شده است. با ذوب کردن کنسانتره طلا با بوراکس، ناخالصی‌ها جذب سرباره بوراکس شده و طلای خالص در ته بوته ته‌نشین می‌شود .

کاربردهای خانگی و متفرقه

• ساخت اسلایم (Slime): شاید معروف‌ترین کاربرد بوراکس برای عموم مردم، ساخت خمیر بازی اسلایم باشد. یون‌های بورات باعث ایجاد اتصالات عرضی (Cross-linking) بین زنجیره‌های پلیمری چسب پلی‌وینیل الکل (PVA) شده و مایع را به ژل کشسان تبدیل می‌کنند.
• ضد آتش (Fire Retardant): بورات‌ها هنگام حرارت دیدن، آب تبلور خود را آزاد کرده و لایه‌ای شیشه‌ای روی سطح جسم (مانند چوب یا پارچه) تشکیل می‌دهند که مانع رسیدن اکسیژن به آتش می‌شود. این خاصیت در عایق‌های سلولزی و چوب‌های ساختمانی استفاده می‌شود.
• حشره‌کش: پودر بوراکس برای سوسک‌ها، مورچه‌ها و کک‌ها سمی است. چون اسید بوریک حاصل از آن در معده حشرات اختلال ایجاد کرده و پوسته آن‌ها را از بین می‌برد.
• دباغی چرم: برای خنثی‌سازی اسیدها و نگهداری پوست خام.

استانداردها و گریدهای تجاری بوراکس

بوراکس بسته به خلوص و نوع کاربرد در گریدهای مختلفی تولید می‌شود:

• گرید فنی (Technical Grade): با خلوص حدود 99% تا 99.5%. برای کاربردهای کشاورزی، شوینده‌ها، شیشه و سرامیک. این رایج‌ترین گرید بازار است.
• گرید دارویی و غذایی (NF / EP / USP): دارای خلوص بسیار بالا و عاری از فلزات سنگین. مطابق با استانداردهای فارماکوپه آمریکا (USP) یا اروپا (EP). در قطره‌های چشمی، محصولات آرایشی و برخی افزودنی‌های خاص استفاده می‌شود.
• گرید هسته‌ای (Nuclear Grade / SQ): خلوص فوق‌العاده بالا (High Purity) با کنترل دقیق ناخالصی‌هایی که ممکن است در واکنش هسته‌ای تداخل ایجاد کنند (مانند کلر و سولفات).
• کدهای شناسایی:
  • CAS Number (Anhydrous): 1330-43-4
  • CAS Number (Decahydrate): 1303-96-4
  • CAS Number (Pentahydrate): 12179-04-3
  • E Number (Food Additive): E285 (استفاده از آن در غذا در بسیاری کشورها محدود یا ممنوع است) .

ایمنی، سم‌شناسی و خطرات بهداشتی

مسمومیت حاد: بوراکس سمیت حاد پایینی دارد (مانند نمک خوراکی). بلعیدن مقدار کم آن توسط بزرگسالان معمولاً کشنده نیست اما می‌تواند باعث تهوع، استفراغ و اسهال شود. اما برای کودکان و حیوانات خانگی بسیار خطرناک‌تر است. مقدار 5 تا 10 گرم برای کودکان می‌تواند مرگبار باشد .

مسمومیت مزمن و تولید مثل: مطالعات روی حیوانات آزمایشگاهی (موش و سگ) نشان داده است که مصرف طولانی‌مدت مقادیر بالای بورات می‌تواند باعث آتروفی بیضه (کوچک شدن بیضه) و اختلال در اسپرم‌سازی در جنس نر و سقط جنین یا نقص تکاملی جنین در جنس ماده شود. بر اساس این مطالعات، اتحادیه اروپا (EU) بوراکس را در دسته مواد "Reprotoxic" (سمی برای تولید مثل) طبقه‌بندی کرده و برچسب هشدار روی محصولات حاوی آن اجباری است. با این حال، شواهد قطعی از بروز این اثرات در انسان‌ها در شرایط کاری نرمال مشاهده نشده است، اما احتیاط شرط عقل است .

مقررات غذایی: استفاده از بوراکس به عنوان افزودنی غذایی (E285) در ایالات متحده آمریکا توسط FDA ممنوع است. اما در اتحادیه اروپا استفاده محدود از آن فقط برای خاویار (Caviar) مجاز است تا از فساد آن جلوگیری کند. در برخی کشورهای آسیایی به صورت غیرقانونی برای ایجاد بافت لاستیکی در نودل و کوفته استفاده می‌شود که بسیار خطرناک است .

نکات مهم نگهداری، انبارداری و حمل‌ونقل

برای حفظ کیفیت بوراکس و ایمنی محیط کار، رعایت موارد زیر الزامی است:

• رطوبت: بوراکس جاذب رطوبت نیست اما اگر در محیط خیلی مرطوب باشد، ممکن است کلوخه (Cake) شود. بوراکس دکاهیدرات اگر در محیط خیلی گرم و خشک باشد، ممکن است آب از دست داده و به پنتاهیدرات تبدیل شود (Efflorescence). بنابراین باید در بسته‌بندی‌های چندلایه و در محیط خشک و خنک (دمای اتاق) نگهداری شود.
• واکنش‌پذیری: بوراکس با اسیدهای قوی (مانند اسید سولفوریک) به شدت واکنش داده و اسید بوریک تولید می‌کند. همچنین با نمک‌های فلزی (آلومینیوم، آهن) ناسازگار است. باید دور از این مواد انبار شود .
• تهویه: در هنگام جابجایی کیسه‌ها، گرد و غبار ایجاد می‌شود که تنفس آن موجب تحریک ریه می‌شود. انبارها باید سیستم تهویه مناسب داشته باشند و کارگران باید از ماسک تنفسی (N95) و عینک ایمنی استفاده کنند.
• حمل‌ونقل: بوراکس معمولاً جزو کالاهای خطرناک (Dangerous Goods) برای حمل‌ونقل عمومی جاده‌ای طبقه‌بندی نمی‌شود، اما قوانین محلی ممکن است متفاوت باشد.