硼砂

本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目
审核
。
理化性质
硼砂化学名称为硼酸钠，别称月石。 
硼砂有十水四硼酸钠、五水四硼酸钠和无水四硼酸钠等产品。十水四硼酸钠又称焦硼酸钠，CAS号为[1303－96－4]，分子式为Na2B4O7·10H2O，分子量为381.37，系无色半透明结晶体或白色结晶粉末，单斜晶系。它无臭，味咸，易溶于水和甘油，不溶于乙醇和酸，水溶液呈弱碱性。其密度为1.73g/cm，在干燥空气中风化。在高于56℃时，自溶液中析出五水盐；低于56℃时，则析出十水盐；加热至350～400℃，完全失水成为无水盐；加热至878℃，熔化为玻璃状物。熔化的硼砂能溶解许多金属氧化物，生成具有特征颜色的偏硼酸的复盐，硼砂的这一性质被称为“硼砂珠试验”。 
五水四硼酸钠CAS号为[12179－04－3]，分子式为Na2B4O7·5H2O，分子量为291.29，系白色结晶状粉末。 它加热至122℃ 时，完全失去结晶水成无水物，其他性能同十水物。 
无水四硼酸钠CAS号为[1330－43－4]，分子式为Na2B4O7，分子量为201.22，系白色结晶或玻璃状晶体。其密度为2.367g/cm，熔点为741℃，沸点为1575℃（分解）。它稍溶于冷水，较易溶于热水，微溶于乙酸，不溶于醇，其他性能同十水物。 
产品特性
硼是人体和动植物（特别是豆类、蔬菜、水果）必须的生长元素，主要以硼酸、硼砂及其与钠、镁、钙形成的络合物三种形式存在。硼砂的化学成分是四硼酸钠，在酸性条件下以硼酸的形式存在。微量的硼对人体是有益的，如防止骨质疏松，促进钙在人体内的代谢等。 
食用硼砂后，该物质会在胃酸作用转变为硼酸，由胃肠道吸收。尽管每次摄入量不多，但排出的速度很慢，从而积少成多，最终会在体内蓄积而中毒。硼砂对人体多种器官都有毒害，危害消化道酶的作用，使食欲减退，抑制吸收各种营养素，从而加快分解脂肪，体重减轻，急性还会出现呕吐、腹泻、头晕、头痛等症状，甚至出现红斑、循环系统障碍、休克、昏迷等硼酸症。成人中毒的剂量为1～3g，15～20g为致死量；儿童误食5g即可致死，婴儿误食2～3g可致死。100mg/d为慢性硼中毒的最小剂量。 
 
产品来源
硼砂主要存在于硼酸盐类矿物中，常见于湖水干涸的含硼盐湖中。硼砂矿在我国很丰富，西藏有大量天然硼砂，东北也有丰富的硼镁矿，云南、新疆、四川、陕西、甘肃等地亦产。 
药理作用
抑菌作用
有报告指出，硼砂为一弱碱，其与硼酸一样有弱的抑菌作用。用平板法使培养基中含10%的硼砂，对大肠杆菌、绿脓杆菌、炭疽杆菌、福氏痢疾杆菌、志贺痢疾杆菌、伤寒杆菌、副伤寒杆菌、变形杆菌及葡萄球菌、白色念珠菌均有抑制作用；用纸片法证明，硼砂还能抑制白喉杆菌、牛型布氏杆菌、肺炎双球菌、脑膜炎球菌及溶血性链球菌等。 
抗惊厥及抗癫痫作用
实验证明：硼砂给小鼠灌服130mg/kg～260mg/kg有抗惊厥作用，该作用可随给药次数的增加而逐渐增强， 最大抗惊厥作用产生于给药后1周左右。注射给药可加速其抗惊厥作用的产生。腹腔注射260mg/kg，可对抗电惊厥，其对抗率为100%。配合其他抗癫痫药物，硼砂能迅速控制癫痫大发作及癫痫持续状态。 
其他作用
硼砂尚有防腐及保护皮肤黏膜的作用，临床可以用本品冲洗溃疡、脓肿，特别是黏膜发炎，如结膜炎、胃炎等，因其为碱性，可使黏膜去垢；口服用于尿道杀菌，特别是尿为酸性时，加入硼砂可使之成为碱性。 
产品应用
硼砂是制取含硼化合物的基本原料，几乎所有的含硼化物都可经硼砂来制得。它们在冶金、钢铁、机械、军工、刀具、造纸、电子管、化工及纺织等部门中都有着重要而广泛的用途。 
玻璃和搪瓷行业
在玻璃中，可增强紫外线的透射率，提高玻璃的透明度及耐热性能。在搪瓷制品中，可使瓷釉不易脱落而使其具有光泽。在特种光学玻璃、玻璃纤维、有色金属的焊接剂、珠宝的粘结剂、印染、洗涤（丝和毛织品等）、金的精制、化妆品、农药、肥料、硼砂皂、防腐剂、防冻剂和医学用消毒剂等方面也有广泛的应用。 
医学领域
硼砂用于皮肤黏膜、一些足癣的治疗，也可用于一些炎症如急性扁桃体炎、咽喉炎、口舌生疮、齿龈炎、中耳炎、霉菌性阴道炎、宫颈糜烂、癫痫、肿瘤等的治疗。在治疗动物的一些疾病也有特效，如鸡喉气管炎、山羊传染性脓疱病、猪支原体肺炎、牛慢性黏液性子宫内膜炎等。硼是植物生长、人和动物必须的元素。 
工业领域
在工业上，硼砂为最重要的工业硼矿物。硼砂是硼最重要的化合物。硼在国外常被列为稀有元素，然而在我国却有丰富的硼砂矿，因此，硼在我国不是稀有元素，而是丰产元素。在工业上硼砂也作为固体润滑剂用于金属拉丝等方面。在电冰箱、电冰柜、空调等制冷设备的焊接维修中常做为（非活性）助焊剂用以净化金属表面。清除金属表面上的氧化物；在硼砂中加入一定比例的氯化钠。氟化钠、氯化钾等化合物即可作为活性助焊剂用于制冷设备中铜管和钢管、钢管与钢管之间的焊接。
其他应用
硼砂在工农业生产中用途很广。例如，在洗衣粉和肥皂中作填料和增强表面活性（交联）等用；还广泛应用在玻璃纤维、焊接有色金属、粘结珠宝、化妆品防腐、农药、化肥、防冻剂和医学用消毒剂等方面。在农业上用于除草剂，用于非耕作区灭生性除草。 
制备方法
制备硼砂的方法主要有硫酸法、常压碱解法、加压碱解法、碳碱法、钠化焙烧-常压水浸法、熔态钠化-常压水浸法、钠化焙烧-加压水浸法等。 
硫酸法
硫酸法是利用硼镁矿制取硼酸的主要方法。硫酸法制备硼砂以硼镁矿粉作为原料，将硫酸加入硼镁矿粉中使其分解，反应产物为粗硼酸和硫酸镁。为了下一步制备硼砂，需将混合产物分离，获得粗硼酸。母液中硼酸和硫酸镁的分离，国内外主要利用硫酸盐析法、沉淀分离法（固硼或固镁）、浮选分离法、萃取回收法等方法进行。 
硫酸法由于工艺技术成熟，流程简单，被国内大多数硼酸厂使用。但是该工艺也存在效率低、质量差、母液缺少有效利用途径等问题。由于母液的大量排放，不仅影响企业的经济效益，还造成环境的严重污染和硼资源的浪费。硫酸法硼的总收率在72%～75%，而实际生产中，虽然硼的浸出率高达95%，总收率却只有40%～45%，大部分的硼在加工过程中损失。此方法制备硼砂在1961年以后逐渐停用，直到20世纪70年代中后期，基于晶体硼镁肥的推广应用，又有厂家采用硫酸法小规模生产硼酸和晶体硼镁肥。 
常压碱解法
碱解法是基于硫酸法的B2O3回收率低、成本高、设备腐蚀较严重等缺点而提出的。要使B2O3污染得以解决，硼砂就必须从B2O3含量高的硼矿中提取制备，通过母液回收利用，将母液中残留的B2O3尽可能多地转移到硼砂中。碱解法加工硼镁矿，首先要求矿石焙烧质量好，生烧和过烧都会显著降低碱解率。将硼镁矿作为实验原料，在一定温度下焙烧后粉碎再加NaOH溶液进行碱解（碱解率波动一般在70%～80%），过滤及水洗除去残渣，将滤液蒸发浓缩、冷却结晶后加水溶解，再加小苏打中和，冷却结晶，分离得到硼砂。工艺流程如图1所示。 
加压碱解法
加压碱解法与常压碱解法的不同在于原料矿粉中加入NaOH溶液进行碱解的同时，需要外界对系统施加一定的温度和压力，让其在高温高压的环境中进行反应，过滤及水洗除去残渣，滤液蒸发浓缩、冷却结晶后加水溶解，加小苏打中和，冷却结晶，分离得到硼砂。工艺流程与图1相比，加压碱解法制备硼砂仅仅在碱解的过程中控制了外界的条件，将温度和压力控制在一定的范围内波动，其余实验制备流程与常压碱解法基本一致。这样的改进使得原料能在较高的温度和压力下充分反应，碱解率提高。 
该方法是在之前常压碱解法上的一种改进，在较高的温度和压力下进行碱解，碱过量较少，碱解率较高，经济效益高。但是与常压碱解法一样，由于NaOH溶液具有强腐蚀性，实验过程中若操作不当，易发生危险。且所需设备多，不适合加工低品位的矿粉。目前生产过程中也较少采用这种方法。 
碳碱法
碳碱法与碱解法最大的不同在于制备硼砂的过程中有气体CO2参与反应，所以反应过程需在相对密闭的环境下进行。利用Na2CO3和CO2反应剂在加压（0.6～1.0MPa，130～140℃）的条件下与硼矿粉反应，此时，硼以B4O7的形式进入溶液相，而镁以MgCO3沉淀的形式留在渣中，从而达到硼镁分离的目的。通过控制pH值，使镁生成碳酸镁或者碱式碳酸镁沉淀，通过过滤与溶液中的硼分离。加压和升温均可缩短反应时间，加快反应进程。碳碱法制备硼砂，分离硼砂后的母液可直接返回配料，流程短，且排出的矿渣碱性较弱，不易污染环境。工艺流程如图2所示。 
钠化焙烧－常压水浸法
钠化焙烧－常压水浸法是在原料硼精矿中直接加入碳酸钠混合均匀后进行焙烧，而碳碱法是将原料矿石进行焙烧，焙烧之后再加入Na2CO3和CO2气体进行反应。水浸法避免了在密闭环境下操作实验，减小了实验的危险性。取硼精矿和碳酸钠混合均匀，将混合料置于马弗炉中焙烧一定时间，焙烧产物冷却至室温，再经过称量、破碎等工艺后，加入一定量去离子水进行水浸处理，时间和温度根据实验条件控制，水浸滤液经过蒸发浓缩，结晶分离后得到硼砂，工艺流程如图3所示。 
该方法反应过程长，速度较慢，得到硼砂花费时间长，不符合高效率的原则，所以还需找到一种更加合适的制取硼砂的方法。 
熔态钠化－常压水浸法
将富硼渣粉末和碳酸钠混合研磨，放入高温中进行熔融钠化，冷却后进行水浸处理，水浸滤液经过蒸发浓缩、结晶、分离、干燥后得到硼砂。与图3相比，在加入钠化剂Na2CO3之后，并不是直接放在马弗炉进行焙烧，而是将混合物放入二硅化钼炉中进行升温，使混合物在熔融状态下进行钠化，冷却至预处理温度之后的钠化渣将和钠化焙烧-常压水浸法中的钠化渣进行相同的处理。硼砂的浸出率比钠化焙烧方法的浸出率高，但是由于反应需要的温度极高，导致反应可控性减弱，危险性较大，故熔态钠化-常压水浸法制取硼砂的应用性不高。 
钠化焙烧－加压水浸法
钠化焙烧-加压水浸法是在常压水浸法的环境下控制了温度和压力的条件，使水浸反应充分进行。相比于常压水浸法，加压水浸缩短了制取硼砂制品的反应流程，加快反应时间，使反应往高效率的方向发展。该方法是目前实验制备硼砂应用最广的方法，同时也是效率最高的方法。将一定量的矿样加入钠化剂在马弗炉上焙烧若干小时，取出焙烧后的产物冷却至室温再称量破碎，加入去离子水在高压反应釜中以一定的温度和压力进行反应，水浸滤液进行降温结晶即得硼砂。 
食品禁用
硼砂具有增加食物韧性、脆度及改善食物保水性及保鲜防腐等功能，一些不法商贩在制作腐竹、豆腐、米粽、米粉、面条、牛（鱼）肉丸和各种糕点等食品中添加硼砂，使产品煮不糊，韧性好，防腐，增加弹性、脆度和膨胀度。 
在食品中加入少量的硼砂是过去人们传统行为，例如包粽子和炸油条时会下一点硼砂，做出来的粽子和油条好吃。在面条、腐竹中加入能提高其韧劲；在猪肉上洒硼砂可起到防腐保鲜作用等。中国《食品卫生法》和《食品添加剂卫生管理办法》中明令禁止硼砂作为食品添加剂使用。它已经被证明是一种致癌物质，所以不存在超标不超标的问题，而是完全不许吃的问题。过去是因为不知道其危害，知道了危害还在食品中添加硼砂， 严重地损害了消费者的健康权益。因此，硼砂决不能作为食品添加剂使用。 
 
含量检测
国内外已经报道的食品中硼砂的检测方法主要有定性和定量两种，其中定性方法包括显微结晶法、显色法。 定量方法包括：滴定法、分光光度法、荧光法、反相液相色谱法、原子吸收分光光度法、旋光法、电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）和电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）。 其中姜黄试纸法、分光光度法、ICP-AES和ICP-MS法是食品和生活饮用水中硼砂、硼酸检测国标现行采用的方法。