基本介紹
- 中文名：硼砂
- 外文名：borax
- 化學名稱：硼酸鈉
- 水溶性：可溶於水
- 密度：1.73g/cm3（十水）
- 外觀：白色細小結晶體
- 別稱：月石
- 分子量：381.37（十水）
- 熔點：熔點為741℃（無水）
物化性質,硼砂的毒性,硼砂的來源,藥理作用,抑菌作用,抗驚厥及抗癲癇作用,其他作用,主要套用,玻璃和搪瓷行業,醫學領域,工業領域,其他套用,硼砂的製備方法概述,硫酸法,常壓鹼解法,加壓鹼解法,碳鹼法,鈉化焙燒－常壓水浸法,熔態鈉化－常壓水浸法,鈉化焙燒－加壓水浸法,在食品中非法添加的情況,食品中硼砂的檢測方法,
物化性質
硼砂化學名稱為硼酸鈉，別稱月石。硼砂有十水四硼酸鈉、五水四硼酸鈉和無水四硼酸鈉等產品。十水四硼酸鈉又稱焦硼酸鈉，CAS號為[1303－96－4]，分子式為Na2B4O7·10H2O，分子量為381.37，系無色半透明結晶體或白色結晶粉末，單斜晶系。它無臭，味鹹，易溶於水和甘油，不溶於乙醇和酸，水溶液呈弱鹼性。其密度為1.73g/cm3，在乾燥空氣中風化。在高於56℃時，自溶液中析出五水鹽；低於56℃時，則析出十水鹽；加熱至350～400℃，完全失水成為無水鹽；加熱至878℃，熔化為玻璃狀物。熔化的硼砂能溶解許多金屬氧化物，生成具有特徵顏色的偏硼酸的復鹽，硼砂的這一性質被稱為“硼砂珠試驗”。
硼砂分子式
硼砂分子式五水四硼酸鈉CAS號為[12179－04－3]，分子式為Na2B4O7·5H2O，分子量為291.29，系白色結晶狀粉末。 它加熱至122℃ 時，完全失去結晶水成無水物，其他性能同十水物。
無水四硼酸鈉CAS號為[1330－43－4]，分子式為Na2B4O7，分子量為201.22，系白色結晶或玻璃狀晶體。其密度為2.367g/cm3，熔點為741℃，沸點為1575℃（分解）。它稍溶於冷水，較易溶於熱水，微溶於乙酸，不溶於醇，其他性能同十水物。
硼砂的毒性
硼是人體和動植物（特別是豆類、蔬菜、水果）必須的生長元素，主要以硼酸、硼砂及其與鈉、鎂、鈣形成的絡合物三種形式存在。硼砂的化學成分是四硼酸鈉，在酸性條件下以硼酸的形式存在。微量的硼對人體是有益的，如防止骨質疏鬆，促進鈣在人體內的代謝等。
食用硼砂後，該物質會在胃酸作用轉變為硼酸，由胃腸道吸收。儘管每次攝入量不多，但排出的速度很慢，從而積少成多，最終會在體內蓄積而中毒。硼砂對人體多種器官都有毒害，危害消化道酶的作用，使食慾減退，抑制吸收各種營養素，從而加快分解脂肪，體重減輕，急性還會出現嘔吐、腹瀉、頭暈、頭痛等症狀，甚至出現紅斑、循環系統障礙、休克、昏迷等硼酸症。成人中毒的劑量為1～3g，15～20g為致死量；兒童誤食5g即可致死，嬰兒誤食2～3g可致死。100mg/d為慢性硼中毒的最小劑量。
硼砂的來源
硼砂主要存在於硼酸鹽類礦物中，常見於湖水乾涸的含硼鹽湖中。硼砂礦在我國很豐富，西藏有大量天然硼砂，東北也有豐富的硼鎂礦，雲南、新疆、四川、陝西、甘肅等地亦產。
藥理作用
抑菌作用
抗驚厥及抗癲癇作用
實驗證明：硼砂給小鼠灌服130mg/kg～260mg/kg有抗驚厥作用，該作用可隨給藥次數的增加而逐漸增強， 最大抗驚厥作用產生於給藥後1周左右。注射給藥可加速其抗驚厥作用的產生。腹腔注射260mg/kg，可對抗電驚厥，其對抗率為100%。配合其他抗癲癇藥物，硼砂能迅速控制癲癇大發作及癲癇持續狀態。
其他作用
主要套用
玻璃和搪瓷行業
在玻璃中，可增強紫外線的透射率，提高玻璃的透明度及耐熱性能。在搪瓷製品中，可使瓷釉不易脫落而使其具有光澤。在特種光學玻璃、玻璃纖維、有色金屬的焊接劑、珠寶的粘結劑、印染、洗滌（絲和毛織品等）、金的精製、化妝品、農藥、肥料、硼砂皂、防腐劑、防凍劑和醫學用消毒劑等方面也有廣泛的套用。
硼砂
硼砂醫學領域
硼砂用於皮膚黏膜、一些足癬的治療，也可用於一些炎症如急性扁桃體炎、咽喉炎、口舌生瘡、齒齦炎、中耳炎、黴菌性陰道炎、宮頸糜爛、癲癇、腫瘤等的治療。在治療動物的一些疾病也有特效，如雞喉氣管炎、山羊傳染性膿皰病、豬支原體肺炎、牛慢性黏液性子宮內膜炎等。硼是植物生長、人和動物必須的元素。
工業領域
在工業上，硼砂為最重要的工業硼礦物。硼砂是硼最重要的化合物。硼在國外常被列為稀有元素，然而在我國卻有豐富的硼砂礦，因此，硼在我國不是稀有元素，而是豐產元素。在工業上硼砂也作為固體潤滑劑用於金屬拉絲等方面。在電冰櫃、電冰櫃、空調等製冷設備的焊接維修中常做為（非活性）助焊劑用以淨化金屬表面。清除金屬表面上的氧化物；在硼砂中加入一定比例的氯化鈉。氟化鈉、氯化鉀等化合物即可作為活性助焊劑用於製冷設備中銅管和鋼管、鋼管與鋼管之間的焊接。
其他套用
硼砂在工農業生產中用途很廣。例如，在洗衣粉和肥皂中作填料和增強表面活性（交聯）等用；還廣泛套用在玻璃纖維、焊接有色金屬、粘結珠寶、化妝品防腐、農藥、化肥、防凍劑和醫學用消毒劑等方面。在農業上用於除草劑，用於非耕作區滅生性除草。
硼砂的製備方法概述
製備硼砂的方法主要有硫酸法、常壓鹼解法、加壓鹼解法、碳鹼法、鈉化焙燒-常壓水浸法、熔態鈉化-常壓水浸法、鈉化焙燒-加壓水浸法等。
硫酸法
硫酸法是利用硼鎂礦製取硼酸的主要方法。硫酸法製備硼砂以硼鎂礦粉作為原料，將硫酸加入硼鎂礦粉中使其分解，反應產物為粗硼酸和硫酸鎂。為了下一步製備硼砂，需將混合產物分離，獲得粗硼酸。母液中硼酸和硫酸鎂的分離，國內外主要利用硫酸鹽析法、沉澱分離法（固硼或固鎂）、浮選分離法、萃取回收法等方法進行。
硫酸法由於工藝技術成熟，流程簡單，被國內大多數硼酸廠使用。但是該工藝也存在效率低、質量差、母液缺少有效利用途徑等問題。由於母液的大量排放，不僅影響企業的經濟效益，還造成環境的嚴重污染和硼資源的浪費。硫酸法硼的總收率在72%～75%，而實際生產中，雖然硼的浸出率高達95%，總收率卻只有40%～45%，大部分的硼在加工過程中損失。此方法製備硼砂在1961年以後逐漸停用，直到20世紀70年代中後期，基於晶體硼鎂肥的推廣套用，又有廠家採用硫酸法小規模生產硼酸和晶體硼鎂肥。
常壓鹼解法
鹼解法是基於硫酸法的B2O3回收率低、成本高、設備腐蝕較嚴重等缺點而提出的。要使B2O3污染得以解決，硼砂就必須從B2O3含量高的硼礦中提取製備，通過母液回收利用，將母液中殘留的B2O3儘可能多地轉移到硼砂中。鹼解法加工硼鎂礦，首先要求礦石焙燒質量好，生燒和過燒都會顯著降低鹼解率。將硼鎂礦作為實驗原料，在一定溫度下焙燒後粉碎再加NaOH溶液進行鹼解（鹼解率波動一般在70%～80%），過濾及水洗除去殘渣，將濾液蒸發濃縮、冷卻結晶後加水溶解，再加小蘇打中和，冷卻結晶，分離得到硼砂。工藝流程如圖1所示。
圖1 常壓鹼解法製取硼砂工藝流程圖
圖1 常壓鹼解法製取硼砂工藝流程圖加壓鹼解法
加壓鹼解法與常壓鹼解法的不同在於原料礦粉中加入NaOH溶液進行鹼解的同時，需要外界對系統施加一定的溫度和壓力，讓其在高溫高壓的環境中進行反應，過濾及水洗除去殘渣，濾液蒸發濃縮、冷卻結晶後加水溶解，加小蘇打中和，冷卻結晶，分離得到硼砂。工藝流程與圖1相比，加壓鹼解法製備硼砂僅僅在鹼解的過程中控制了外界的條件，將溫度和壓力控制在一定的範圍內波動，其餘實驗製備流程與常壓鹼解法基本一致。這樣的改進使得原料能在較高的溫度和壓力下充分反應，鹼解率提高。
該方法是在之前常壓鹼解法上的一種改進，在較高的溫度和壓力下進行鹼解，鹼過量較少，鹼解率較高，經濟效益高。但是與常壓鹼解法一樣，由於NaOH溶液具有強腐蝕性，實驗過程中若操作不當，易發生危險。且所需設備多，不適合加工低品位的礦粉。目前生產過程中也較少採用這種方法。
碳鹼法
碳鹼法與鹼解法最大的不同在於製備硼砂的過程中有氣體CO2參與反應，所以反應過程需在相對密閉的環境下進行。利用Na2CO3和CO2反應劑在加壓（0.6～1.0MPa，130～140℃）的條件下與硼礦粉反應，此時，硼以B4O72-的形式進入溶液相，而鎂以MgCO3沉澱的形式留在渣中，從而達到硼鎂分離的目的。通過控制pH值，使鎂生成碳酸鎂或者鹼式碳酸鎂沉澱，通過過濾與溶液中的硼分離。加壓和升溫均可縮短反應時間，加快反應進程。碳鹼法製備硼砂，分離硼砂後的母液可直接返回配料，流程短，且排出的礦渣鹼性較弱，不易污染環境。工藝流程如圖2所示。
圖2碳鹼法製取硼砂工藝流程圖
圖2碳鹼法製取硼砂工藝流程圖鈉化焙燒－常壓水浸法
鈉化焙燒－常壓水浸法是在原料硼精礦中直接加入碳酸鈉混合均勻後進行焙燒，而碳鹼法是將原料礦石進行焙燒，焙燒之後再加入Na2CO3和CO2氣體進行反應。水浸法避免了在密閉環境下操作實驗，減小了實驗的危險性。取硼精礦和碳酸鈉混合均勻，將混合料置於馬弗爐中焙燒一定時間，焙燒產物冷卻至室溫，再經過稱量、破碎等工藝後，加入一定量去離子水進行水浸處理，時間和溫度根據實驗條件控制，水浸濾液經過蒸發濃縮，結晶分離後得到硼砂，工藝流程如圖3所示。
圖3鈉化焙燒－常壓水浸法製取硼砂工藝流程圖
圖3鈉化焙燒－常壓水浸法製取硼砂工藝流程圖該方法反應過程長，速度較慢，得到硼砂花費時間長，不符合高效率的原則，所以還需找到一種更加合適的製取硼砂的方法。
熔態鈉化－常壓水浸法
將富硼渣粉末和碳酸鈉混合研磨，放入高溫中進行熔融鈉化，冷卻後進行水浸處理，水浸濾液經過蒸發濃縮、結晶、分離、乾燥後得到硼砂。與圖3相比，在加入鈉化劑Na2CO3之後，並不是直接放在馬弗爐進行焙燒，而是將混合物放入二矽化鉬爐中進行升溫，使混合物在熔融狀態下進行鈉化，冷卻至預處理溫度之後的鈉化渣將和鈉化焙燒-常壓水浸法中的鈉化渣進行相同的處理。硼砂的浸出率比鈉化焙燒方法的浸出率高，但是由於反應需要的溫度極高，導致反應可控性減弱，危險性較大，故熔態鈉化-常壓水浸法製取硼砂的套用性不高。
鈉化焙燒－加壓水浸法
鈉化焙燒-加壓水浸法是在常壓水浸法的環境下控制了溫度和壓力的條件，使水浸反應充分進行。相比於常壓水浸法，加壓水浸縮短了製取硼砂製品的反應流程，加快反應時間，使反應往高效率的方向發展。該方法是目前實驗製備硼砂套用最廣的方法，同時也是效率最高的方法。將一定量的礦樣加入鈉化劑在馬弗爐上焙燒若干小時，取出焙燒後的產物冷卻至室溫再稱量破碎，加入去離子水在高壓反應釜中以一定的溫度和壓力進行反應，水浸濾液進行降溫結晶即得硼砂。
製取方法對比
製取方法對比在食品中非法添加的情況
硼砂具有增加食物韌性、脆度及改善食物保水性及保鮮防腐等功能，一些不法商販在製作腐竹、豆腐、米粽、米粉、麵條、牛（魚）肉丸和各種糕點等食品中添加硼砂，使產品煮不糊，韌性好，防腐，增加彈性、脆度和膨脹度。
在食品中加入少量的硼砂是過去人們傳統行為，例如包粽子和炸油條時會下一點硼砂，做出來的粽子和油條好吃。在麵條、腐竹中加入能提高其韌勁；在豬肉上灑硼砂可起到防腐保鮮作用等。中國《食品衛生法》和《食品添加劑衛生管理辦法》中明令禁止硼砂作為食品添加劑使用。它已經被證明是一種致癌物質，所以不存在超標不超標的問題，而是完全不許吃的問題。過去是因為不知道其危害，知道了危害還在食品中添加硼砂， 嚴重地損害了消費者的健康權益。因此，硼砂決不能作為食品添加劑使用。
食品中硼砂的檢測方法
國內外已經報導的食品中硼砂的檢測方法主要有定性和定量兩種，其中定性方法包括顯微結晶法、顯色法。 定量方法包括：滴定法、分光光度法、螢光法、反相液相色譜法、原子吸收分光光度法、旋光法、電感耦合電漿原子發射光譜法（ICP-AES）和電感耦合電漿質譜法（ICP-MS）。 其中薑黃試紙法、分光光度法、ICP-AES和ICP-MS法是食品和生活飲用水中硼砂、硼酸檢測國標現行採用的方法。
