استخدامات البورون في الصناعة: عنصر حيوي في قلب التطور التكنولوجي

يُعدّ عنصر البورون من العناصر الكيميائية التي تجمع بين الندرة والأهمية الصناعية، حيث يحمل الرقم الذري 5 في الجدول الدوري ويقع ضمن مجموعة شبه الفلزات. يمتاز البورون بخواص فيزيائية وكيميائية فريدة، تجعله مادة محورية في عدد من الصناعات التي تتراوح من الصناعات الزجاجية والسيراميكية إلى الصناعات النووية والإلكترونية، مرورًا بالصناعات الدوائية والكيماوية. تتعاظم أهمية البورون مع تطور التقنيات الحديثة، حيث أصبح يُستخدم كمكوّن رئيسي في تصنيع مواد عالية الأداء تتطلب خصائص استثنائية من حيث الصلابة، مقاومة الحرارة، والعزل الكهربائي.

يتم استخراج البورون غالبًا من معادن مثل “البوراكس” و”الكوليمانيت”، وتُعدّ تركيا والولايات المتحدة من أكبر الدول المنتجة لهذا العنصر. يشكل البورون قاعدة أساسية لمجموعة واسعة من المركّبات الكيميائية الصناعية مثل حامض البوريك، بورات الصوديوم، وألياف كربيد البورون، وكلّها مواد تُستخدم في تطبيقات تتسم بالدقة والتعقيد.

أولًا: صناعة الزجاج والبورسلين

زجاج البوروسيليكات

أحد أكثر الاستخدامات الصناعية انتشارًا للبورون هو دخوله في تركيب زجاج البوروسيليكات، وهو نوع من الزجاج المقاوم للحرارة والتغيرات الكيميائية. يُستخدم هذا الزجاج في تصنيع الأدوات المخبرية، أواني الطهي الحرارية، والزجاج المقاوم للكسر في التطبيقات التقنية. يرجع هذا الاستخدام إلى قدرة البورون على تقليل معامل التمدد الحراري للزجاج، مما يمنع تشققه عند تغيّرات الحرارة المفاجئة.

صناعة السيراميك والمينا

تُستخدم مركّبات البورون في صناعة السيراميك والمينا (المينا الزجاجية) حيث تعمل على تحسين نعومة السطح، مقاومته للتآكل، وإضفاء لمعان مميز. وتُستخدم في ذلك بشكل خاص بورات الصوديوم وحمض البوريك، ما يسهم في تصنيع بلاط عالي الجودة ومقاوم للتآكل، إلى جانب الأواني الفخارية المزخرفة.

ثانيًا: صناعة الأسمدة والمخصّبات الزراعية

يُعتبر البورون عنصرًا غذائيًا دقيقًا أساسيًا لنمو النباتات، إذ يلعب دورًا مهمًا في عملية انقسام الخلايا ونقل السكريات داخل النبات. لذلك يُضاف إلى الأسمدة بكميات محددة لتعويض نقصه في التربة، لا سيما في المحاصيل الزراعية ذات الحساسية العالية مثل البنجر، عباد الشمس، والتفاح. ويُستخدم على شكل بورات الصوديوم أو حمض البوريك كمكمل غذائي للنباتات، مع ضرورة الانتباه إلى أن زيادته قد تؤدي إلى تسمم التربة.

ثالثًا: الصناعات النووية والدفاعية

كعنصر ماص للنيوترونات

يتميّز نظير البورون-10 بقدرته العالية على امتصاص النيوترونات، ما يجعله مثاليًا للاستخدام في المفاعلات النووية. يُستخدم البورون في هذه الصناعة لصنع قضبان التحكم في المفاعلات النووية، حيث يتم إدخال هذه القضبان في قلب المفاعل للحد من التفاعلات الانشطارية والتحكم بها.

الدروع الواقية

يُستخدم كربيد البورون (B₄C)، أحد أقسى المواد المعروفة، في تصنيع الدروع الواقية للجنود والعربات العسكرية. يمتاز بصلابته العالية ومقاومته للصدمات، مما يجعله مادة أساسية في التطبيقات الدفاعية الحساسة، بما في ذلك تصنيع الدروع الواقية من الرصاص والخوذ الواقية.

رابعًا: الصناعات الإلكترونية وتكنولوجيا النانو

أشباه الموصلات

يدخل البورون كمادّة “مطعّمة” (dopant) في تصنيع أشباه الموصلات، حيث يُستخدم لضبط التوصيلية الكهربائية للسيليكون عبر تحويله إلى شبه موصل من النوع P. وتُعتبر هذه العملية ضرورية في صناعة الرقائق الإلكترونية المستخدمة في الحواسيب، الهواتف الذكية، وأجهزة القياس الدقيقة.

مواد النانو المتقدمة

أدى التقدم في تكنولوجيا النانو إلى توسيع نطاق استخدام البورون، خاصةً في تصنيع أنابيب نانوية من نيتريد البورون (BNNTs). تتميّز هذه الأنابيب بخصائص ميكانيكية وكهربائية حرارية فريدة، وتُستخدم في تصنيع المكونات خفيفة الوزن، والمواد المركبة المقاومة للحرارة العالية، والمكثفات الفائقة.

خامسًا: الصناعات الكيميائية والمنظفات

يدخل البورون في تصنيع مجموعة متنوعة من المركّبات الكيميائية التي تُستخدم بدورها في إنتاج المنظفات، المواد اللاصقة، ومستحضرات التجميل. فعلى سبيل المثال، تُستخدم بورات الصوديوم كمضاد للميكروبات وكمكوّن في صناعة الصابون والمنتجات التنظيفية. كما تدخل مركّبات البورون في صناعة مزيلات العرق ومضادات الفطريات الجلدية.

سادسًا: صناعة المعادن والسبائك المتقدمة

تحسين خصائص المعادن

يُستخدم البورون بكميات صغيرة في صناعة سبائك الحديد والصلب لتحسين الصلابة، مقاومة التآكل، وزيادة القدرة على التحمل. تساهم إضافته إلى الفولاذ في زيادة صلابته عبر تشكيل مركبات بوريدية دقيقة ضمن البنية البلورية للمعدن.

صناعة سبائك النيكل والبورون

تُستخدم سبائك النيكل والبورون كمادة طلاء مقاومة للتآكل، وتُطبّق على الأدوات المستخدمة في بيئات قاسية مثل المعدات النفطية والتوربينات. تتمتع هذه الطلاءات بخواص ميكانيكية ممتازة مثل مقاومة الصدأ ومقاومة التآكل، مما يطيل عمر المعدات بشكل كبير.

سابعًا: الصناعات الدوائية والطبية

يمتلك البورون خصائص بيولوجية تُستخدم في الصناعات الدوائية، خاصة في مجال علاج السرطان. أحد التطبيقات الحديثة هو استخدام مركّبات البورون في العلاج البوروني النيوتروني للسرطان (BNCT)، وهي تقنية تعتمد على تراكم مركبات البورون في الخلايا السرطانية ومن ثم تعريضها للنيوترونات البطيئة، مما يؤدي إلى تدمير الخلايا السرطانية بشكل انتقائي.

مضادات البكتيريا والفيروسات

يُستخدم البورون في تطوير جزيئات دوائية لها خصائص مضادة للبكتيريا والفيروسات، وذلك من خلال تصميم مركّبات عضوية تحتوي على ذرات البورون قادرة على تثبيط إنزيمات معينة في الكائنات الحية الدقيقة.

ثامنًا: صناعة الطاقة والبطاريات

بطاريات الليثيوم بورات

تُستخدم مركبات البورون في بعض أنواع البطاريات عالية الكفاءة، مثل بطاريات الليثيوم التي تحتوي على بورات الليثيوم كمحلول إلكتروليتي. تسهم هذه المركبات في تحسين أداء البطارية من حيث الاستقرار الحراري والكهربائي، وتُعدّ من المكونات الواعدة في تطوير الجيل القادم من البطاريات.

تطبيقات الطاقة المتجددة

يُستخدم البورون في تطوير مواد الخلايا الشمسية، خاصةً في صناعة ألواح السيليكون المطعّمة بالبورون، مما يزيد من كفاءتها في تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية. كما تدخل مركبات البورون في تصنيع أنظمة تخزين الطاقة الحرارية المستخدمة في محطات الطاقة الشمسية.

جدول يوضّح أهم استخدامات البورون في الصناعة

تاسعًا: استخدامات أخرى متعددة

صناعة الأخشاب والمبيدات

يُستخدم البورون في معالجة الأخشاب كمادة مانعة للعفن والحشرات، وذلك بإضافة حمض البوريك أو بورات الصوديوم إلى الخشب لتقليل فرص تعرضه للتلف بفعل الكائنات الحية الدقيقة أو الرطوبة.

الصناعات الفضائية

تُستخدم ألياف كربيد البورون المقواة في صناعة المركبات الفضائية، نظرًا لخفة وزنها ومقاومتها للحرارة والصدمات. وتُعدّ هذه المواد مثالية لتصنيع أجزاء الصواريخ والطائرات الخارقة للصوت.

المصادر:

1. U.S. Geological Survey (USGS) – Mineral Commodity Summaries on Boron

2. International Atomic Energy Agency (IAEA) – Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) Publications