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硼砂

(化合物)

鎖定
硼砂,一種無機化合物,一般寫作Na2B4O7·10H2O,分子量為381.37。硼砂是非常重要的含硼礦物及硼化合物。通常為含有無色晶體的白色粉末,易溶於水。硼砂有廣泛的用途,可用作清潔劑化妝品殺蟲劑,也可用於配置緩衝溶液和製取其他硼化合物等。 [1]  硼砂毒性較高,世界各國多禁用為食品添加物。人體若攝入過多的硼,會引發多臟器的蓄積性中毒。 [2] 
中文名
硼砂
外文名
borax
別    名
月石,十水硼酸鈉
分子量
381.37(十水)
熔    點
熔點為741℃(無水)
水溶性
可溶於水
密    度
1.73g/cm³(十水)
外    觀
白色細小結晶體

硼砂理化性質

硼砂分子式 硼砂分子式
硼砂化學名稱為硼酸鈉,別稱月石。 [2]  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複鹽,硼砂的這一性質被稱為“硼砂珠試驗”。 [3] 
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。 [3] 
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。 [3] 

硼砂產品特性

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。 [4] 
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。 [2]  [4] 

硼砂產品來源

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。 [2] 

硼砂藥理作用

抑菌作用
有報告指出,硼砂為一弱鹼,其與硼酸一樣有弱的抑菌作用。用平板法使培養基中含10%的硼砂,對大腸桿菌綠膿桿菌炭疽桿菌、福氏痢疾桿菌、志賀痢疾桿菌、傷寒桿菌、副傷寒桿菌、變形桿菌及葡萄球菌、白色念珠菌均有抑制作用;用紙片法證明,硼砂還能抑制白喉桿菌、牛型布氏桿菌、肺炎雙球菌腦膜炎球菌及溶血性鏈球菌等。 [5] 
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癲癇持續狀態 [5] 
其他作用
硼砂尚有防腐及保護皮膚黏膜的作用,臨牀可以用本品沖洗潰瘍、膿腫,特別是黏膜發炎,如結膜炎、胃炎等,因其為鹼性,可使黏膜去垢;口服用於尿道殺菌,特別是尿為酸性時,加入硼砂可使之成為鹼性。 [5] 

硼砂產品應用

硼砂是製取含硼化合物的基本原料,幾乎所有的含硼化物都可經硼砂來製得。它們在冶金、鋼鐵、機械、軍工、刀具、造紙、電子管、化工及紡織等部門中都有着重要而廣泛的用途。 [6] 
玻璃和搪瓷行業
硼砂 硼砂
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,可使瓷釉不易脱落而使其具有光澤。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應用。 [6] 
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。 [2] 
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。在電冰箱、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。
其他應用
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;還廣泛應用在玻璃纖維、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。 [2] 

硼砂製備方法

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。 [7] 
硫酸法
硫酸法是利用硼鎂礦製取硼酸的主要方法。硫酸法制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。 [7] 
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。此方法制備硼砂在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應用,又有廠家採用硫酸法小規模生產硼酸和晶體硼鎂肥。 [7] 
常壓鹼解法
圖1 常壓鹼解法制取硼砂工藝流程圖 圖1 常壓鹼解法制取硼砂工藝流程圖
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,在一定温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。 [7] 
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温度和壓力,讓其在高温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,加壓鹼解法制備硼砂僅僅在鹼解的過程中控制了外界的條件,將温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温度和壓力下充分反應,鹼解率提高。 [7] 
該方法是在之前常壓鹼解法上的一種改進,在較高的温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。 [7] 
碳鹼法
圖2碳鹼法制取硼砂工藝流程圖 圖2碳鹼法制取硼砂工藝流程圖
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。加壓和升温均可縮短反應時間,加快反應進程。碳鹼法制備硼砂,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。 [7] 
鈉化焙燒-常壓水浸法
圖3鈉化焙燒-常壓水浸法制取硼砂工藝流程圖 圖3鈉化焙燒-常壓水浸法制取硼砂工藝流程圖
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,焙燒產物冷卻至室温,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,時間和温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。 [7] 
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。 [7] 
熔態鈉化-常壓水浸法
將富硼渣粉末和碳酸鈉混合研磨,放入高温中進行熔融鈉化,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硅化鉬爐中進行升温,使混合物在熔融狀態下進行鈉化,冷卻至預處理温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温度極高,導致反應可控性減弱,危險性較大,故熔態鈉化-常壓水浸法制取硼砂的應用性不高。 [7] 
鈉化焙燒-加壓水浸法
製取方法對比 製取方法對比
鈉化焙燒-加壓水浸法是在常壓水浸法的環境下控制了温度和壓力的條件,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應用最廣的方法,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温再稱量破碎,加入去離子水高壓反應釜中以一定的温度和壓力進行反應,水浸濾液進行降温結晶即得硼砂。 [7] 

硼砂食品禁用

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、麪條、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。 [4] 
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。在麪條、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《食品衞生法》和《食品添加劑衞生管理辦法》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。 [2]  [8-9] 

硼砂含量檢測

國內外已經報道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、熒光法、反相液相色譜法原子吸收分光光度法、旋光法、電感耦合等離子體原子發射光譜法(ICP-AES)和電感耦合等離子體質譜法(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。 [4] 
參考資料