硼砂

硼砂是无色晶体，在空气中风化，加热至400～500℃可脱水成无水四硼酸钠，在878℃时熔化为玻璃状物。因为熔体中含有酸性氧化物B2O3，故能溶解金属氧化物。这种性质可用于焊接金属时清除金属表面上的氧化物，许多金属氧化物溶于熔融的硼砂后常显出特征的颜色，如偏硼酸钴Co(BO2)2为蓝色，偏硼酸镍Ni(BO2)2为棕色，偏硼酸铬Cr(BO2)3为翠绿色等。如：

这也称做硼砂珠反应，分析化学中常用此法检验某些金属离子。

加碱平衡向右移动，可用硼酸制硼酸盐，在强碱条件下以偏硼酸盐形式存在。四硼酸钠水溶液可看做是由二分子硼酸 (或偏硼酸) 和二分子偏硼酸钠组成，是个缓冲体系，溶液pH值约为9.4～9.6，只要将所制得上述强碱溶液的pH值降至约9.6，就可得到硼砂。我国西藏有大量天然硼砂，东北也有丰富的硼镁矿。工业上从硼镁矿制硼砂一般采用烧碱分解矿石的方法，先得到偏硼酸钠然后通入二氧化碳，降低其碱性即得到硼砂，其主要反应如下：
Mg2B2O5·H2O+2NaOH=2Mg(OH)2+2NaBO2
4NaBO2+CO2+10H2O＝Na2B4O5(OH)4·8H2O+Na2CO3
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硼砂就是硼酸的钠盐，四硼酸钠的总称，是含硼的矿物。根据含结晶水的数量分为十水硼砂，五水硼砂和无水硼砂三种类型。
(1)十水硼砂的化学名称为十水四硼酸钠，分子式Na2B4O7·10H2O，分子量381.37。是无色半透明晶体或白色结晶粉末，无臭、味咸，密度1.73g/cm3，熔点75℃。在干燥空气中可缓慢失去水而风化。加热至300-400℃，便失去全部结晶水而转变为无水四硼酸钠Na2B4O7。易溶于水和甘油中，不溶于醇。878℃熔化为玻璃体状物质。
(2)五水硼砂的化学名称为五水四硼酸钠，分子式Na2B4O7·5H2O，分子量291.29，是白色结晶状粉末，密度1.815 g/cm3，当加热至122℃时失去结晶水，转变为无水四硼酸钠。
(3)无水硼砂的化学名称为四硼酸钠，分子式Na2B4O7，分子量201.22，是白色结晶或玻璃体，有α和β两种形式：α斜方晶体，熔点742.5℃，密度2.28 g/ cm3，β斜方晶体，熔点664℃，密度2.75 g/cm3，吸湿性较强，溶于水，慢慢溶于甲醇，可形成浓度为13-16%的溶液。
硼砂除有耐热、耐水和耐酸等特性外，还有极强的溶解能力。硼砂加热后变白膨胀，成为透明的玻璃球，金属氧化物可以溶解其中，可恢复金属的原有颜色，这就是有名的硼砂球反应。硼砂可用于电容器制造，用于各种玻璃制品，用于陶瓷工业作釉料。在采矿和冶金工业中用作抗冻抗凝剂，在有色金属工业中作电解质的添加剂和焊接剂。另外用作防腐剂及除草剂和土壤杀菌剂以及硼化物的制造中。 硼砂为天然产硼砂Borax经加工精制而成的结晶。硼砂形成于硼盐湖的干涸沉积中，也有成盐产于干燥地区的土壤内。
中国是最早发现硼砂的国家，早在公元1563年就有硼砂出口。西藏拉萨附近的盐湖沉积矿床是世界上著名的硼砂产地之一。中国青海柴达木等地的盐湖中产出甚多，硼砂是中药中十分重要的清热解毒收敛药，对急性咽喉类、牙龈肿痛、中耳炎有很好的疗效。硼砂是拉丁语Boraium的译音，中国古代称之为“硼砂”“盆砂” 或“蓬砂”，音极近似。早期东西方的硼砂出于同一源流——西藏。自唐太宗以文成公主嫁给吐蕃国王松赞干布后，内地与西藏加强交流，往来更为密切，西藏硼砂即输入内地。唐代炼丹术提到硼砂的有 《黄帝九鼎神丹经诀》《太古土兑经》《金华玉液大丹》《太洞炼真宝经九还金丹妙诀》《真元妙道要略》等多种。作为医药用品，最先载于《日华诸家本草》 (约成书于970年)，和西方最早记载硼砂的年代大体相同。最先传到西方的硼砂，是西藏产品，经印度、康士坦丁堡及威尼斯而到西欧。西藏与内地的交通，经常梗塞，13-14世纪时，西藏硼砂一度经阿拉伯由海路输入内地，南宋赵汝适《诸蕃志》反映了这件事。现代中国出产硼砂的地区有西藏及青海柴达木盆地的盐湖。 天然硼砂是一种硼矿。俗称“原硼”，其中含硼砂(Na2B4O7·10H2O)40-70%，杂质有芒硝、食盐、碳酸钠及不溶性的火山灰。我国是世界上最早发现和使用天然硼砂的国家。世界上最重要的天然硼砂出产国是美国。如美国硼城的大型粗硼砂矿，矿石品位为(B2O3) 25%，年产量达80万吨。土耳其的爱曼特硬硼砂矿，品位(B2O3) 30%，年产量40万吨。我国青海的霍硕特西左后、柴达木，甘肃的阿拉善的西北湖中，西康的盐并、恩达、宁静、昌都等县，西藏拉隆等地都有天然硼砂矿产地。
参考资料：张显鹏 主编.铁合金辞典.沈阳：辽宁科学技术出版社.1996.第223页. 硼砂的用途很广，可用做洗衣粉和肥皂的填料，也是制造光学玻璃、珐琅和瓷釉的原料，也可制造人造宝石、焊药等。经提炼精制后可做清热解毒药，性凉、味甘咸，可治咽喉肿痛、牙疳、口疮、目生翳障等症。
硼砂熔融时成无色玻璃状物质，用于制造特种光学玻璃。在熔融状态下能溶解一些金属氧化物，并依不同金属显出特征颜色。例如溶解氧化钴时由于生成Co(BO2)2而呈深蓝色， Cu(BO2)2呈蓝色，Cr(BO2)3呈绿色，MnO2· 2B2O3呈紫色等。因此在分析化学中可以用硼砂珠实验鉴定金属离子。这一性质也应用到搪瓷和玻璃工业上，用以上釉或着色;也用于人造宝石。焊接金属时硼砂用作焊药，以除去金属表面氧化物。硼砂水溶液显碱性，可用作肥皂和洗衣粉填料。医疗上用作防腐剂。中医用作清热解毒药。在化学工业中是制造系列硼化合物的原料。硼砂溶液用作植物肥料。制硼砂的下脚料(氢氧化镁及硼砂母液)与硫酸作用可得硼酸与硫酸镁混合物，即硼镁肥。硼砂亦是制硼酸的原料。 实验研究十水硼砂的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、弗氏痢疾杆菌、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。可用以冲洗溃疡、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，特别尿为酸性时，可使之成碱性。硼砂的消毒防腐作用极微，但无刺激性;煅硼砂对羊毛样小孢子癣菌有较强的抑制作用。 硼砂是一种非耕地及工业区灭生性除草，具有很强的植物毒性，一般情况下用药量200kg/hm2左右，特殊情况下高达300kg/hm2。依降雨量和土壤组成情况可保持两年左右的药效。曾作为防腐剂和杀菌剂使用，用于橘子防霉。由于水溶液呈碱性，所以不能同某些除草剂混用，通常硼砂也用作阻燃剂和铁质材料的缓蚀剂。作为除草剂，除单用外，也同氯酸钠混用，以减低氯酸钠的易燃性。同某些有机除草剂如除草定(Bromacil)混用可用于工业区除草。 可以用氟化钙测定或经硫酸酸解再以甘露醇～氢氧化钠滴定。工业品的分析有两种方法，一是以稀硫酸萃取样品的锻烧灰，再以醌茜素进行比色测定;一是同氢氧化钡锻烧成灰，再以稀醋酸萃取，而后以对硝基苯偶氮-1.8-二羟基萘-3，6-二磺酸进行分光光度测定。

硼矿主要用于制备硼酸和硼砂，然后再应用于其他工业。
制取硼酸和硼砂的工艺依所用的硼矿原料的种类而定。由天然硼砂和斜方硼砂制取硼砂，只需经过简单加工即可获得合格产品。由钠硼解石、白钙硼石或硬硼钙石制取硼砂，需用纯碱和碳酸氢钠的混合液进行碱解，然后经过滤洗涤、浓缩后冷却、结晶分离才能产出。
用硼镁石生产硼酸的工艺流程如图12-11所示。其工艺过程简述如下：
矿石经破碎后煅烧，使结晶水蒸发;煅烧过的矿石磨碎后用硫酸溶解生成硼酸，其反应式如下：
Mg2B2O5·H2O+2H2SO4＝2H3BO3+2MgSO4
然后将反应产物过滤，除去不溶解渣(尾矿)，再进行结晶、脱水、干燥等作业即可获得商品硼酸。结晶、脱水作业的母液再返回到溶解作业。
用硼镁石制取硼砂是在浓碱溶液中使其分解，得到偏硼酸钠，然后在较浓的偏硼酸钠溶液中通入CO2以降低pH值，通过结晶分离即可得到硼砂。
图12-11用硼镁石生产硼酸的工艺流程
Mg2B2O5+2NaOH＝2NaBO2+2Mg(OH)↓
4NaBO2+CO2+10H2O＝Na2B4O5(OH)4·8H2O+Na2CO3
硼砂加热到350～400℃时成为无水盐。

口服对人体有害，吸收到机体后有咳嗽、恶心、呕吐、腹泻、精神迟钝、肌肉痉挛、眼结膜充血、疼痛。工作环境应注意通风，适当进行防护，操作人员要戴密闭式安全眼镜、穿工作服等劳保用品。应急时，用大量水冲洗眼睛，清洗口腔，饮大量水，吸人新鲜空气，呼吸困难者做人工呼吸和送医院治疗。泄漏时清扫漏出物，再用大量水冲洗。 无色半透明晶体或白色结晶粉末。无臭，味咸。 稍溶于冷水，较易溶于热水、甘油；微溶于乙醇、四氯化碳。 用作硼化合物的基本原料，也用于玻璃、搪瓷、有色金属焊接、肥料、原子能工业及电子管等 主要用于玻璃和搪瓷行业。在玻璃中，可增强紫外线的透射率，提高玻璃的透明度和耐热性能。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、珠宝的黏结剂、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、防冻剂和医药用消毒剂等方面也有广泛应用。它也是制取其他硼化合物的基本原料之一，几乎所有的含硼化合物都可经由硼砂制得，它们广泛应用于冶金、机械、轻工、纺织、电子、化工和军工等部门。 同“硼镁石”。是提取硼的最主要矿物原料。 用作色谱分析试剂、缓冲剂、防腐剂和金属助熔剂

硼砂主要用于电容器制造，消毒防腐药；用于配制已曝光感光材料冲洗加工液；也用作硼化合物的基本原料，亦可用于玻璃、搪瓷、有色金属焊接、肥料、原子能工业等  。  

用露天开采法。硼砂易于粉碎、易溶于水、B2O3含量高、加工工艺简单。 碳碱法 将预处理的硼矿粉与碳酸钠溶液混合。在碳解器中进行反应，加入碳酸钠的量为理论量的105%～110%，用夹套加热，反应温度控制在130～135 ℃，反应压力0.5～0.6 Mpa，反应时间在13～15 h内。二氧化碳浓度为25%～30%。碳解后的物料抽滤去除滤渣后逆流洗涤。将澄清溶液加热浓缩，冷却结晶，离心分离，干燥加工成为成品。其

加压碱解法 把预处理的硼矿粉与氢氧化钠溶液混合（氢氧化钠过量60%～100%），在压力容器内加热分解，反应压力控制在0.4 Mpa，反应时间维持6～8 h。碱解后的浆料用真空过滤机过滤，并进行逆流洗涤，然后通CO₂进行碳化。再进行冷却结晶，分离，干燥得成品，
碳碱法 将预处理的硼矿粉与碳酸钠溶液混合，在碳解器内进行反应，加入碳酸钠的量为理论量的105%～110%。碳解器是夹套加热，反应压力控制在0.5～0.6 Mpa、温度130～135℃，反应时间13～15 h，二氧化碳浓度为25%～30%，可直接使用经净化后的窑气。碳解后的料浆经过滤除去残渣，逆流洗涤，所得清溶液经浓缩(如果经逆流洗涤溶液浓度达到要求则不用浓缩)，冷却结晶、离心分离、干燥，制得硼砂成品。其
2(2MgO·B2O3)+Na2CO3+2CO2+Xh2o→Na2B4O7+4Mg·3CO2·Xh2o
加压碱解法将预处理的硼矿粉与氢氧化钠溶液混合(氢氧化钠量为理论量的160%～200%)，在装有搅拌器的碱解器内加温加压使之分解，反应压力0.4 Mpa，反应时间6～8 h，碱解后的料浆用叶片真空过滤机过滤和逆流洗涤，然后通人二氧化碳进行碳化。碳化完成液再经冷却结晶、分离、干燥，制得硼砂成品。其
2MgO·B2O3+2NaOH+H2O→2NABO2+2Mg(OH)2
4NaBO2+CO2→Na2B4O7+Na2CO3 重结晶法将工业硼砂溶于蒸馏水中，再经除杂提纯，过滤，结晶，分离，洗涤，干燥即得。 农药 中毒 口服- 大鼠 LD50: 2660 毫克/ 公斤; 口服- 小鼠 LD50: 2000 毫克/ 公斤 燃烧产生有毒硼化物和氧化钠气体 库房通风低温干燥 干粉、泡沫、砂土