我国青藏高原盐湖卤水中含有丰富的硼、锂资源,具有很高的开发价值。在碳酸盐型盐湖的开发利用过程中,硼多以硼砂的形式析出,但其析出的过程受到温度、降温速率、共存离子、pH等因素影响,一般常用溶解度和介稳区宽度的变化来表示各因素的影响。因此研究碳酸钠对于硼砂溶解度及介稳区宽度的影响对于获得大规模、高品位硼矿具有重要意义。本文通过浊度法测定了278.15 K~318.15 K范围内Na₂CO₃-Na₂B₄O₇-H₂O体系中硼砂的溶解度及介稳区宽度,如图1及图2所示。实验结果表明,碳酸钠的加入使得硼砂的溶解度大幅度降低,随着碳酸钠加入量的增加,溶解度降低幅度也相应增加,其原因主要是Na⁺浓度的增加,使得同离子效应增强,溶解度随之降低。从介稳区宽度的角度来看,碳酸钠的加入会使得硼砂介稳区宽度变宽。这是由于硼砂在水中形成的离子对是不对称的,由于离子对表面带有负电荷,因此Na⁺能够吸附在临界晶胚表面,抑制晶胚长大至临界晶核;由于有Na⁺吸附的晶胚表面带有部分正电荷能够吸引CO₃^2-,从而进一步阻碍了晶体的生长,使得成核能垒升高,成核速率降低介稳区宽度变宽。将所得到的介稳区数据联用Nyvlt自洽方程和经典三维成核理论方程作图,根据图像可计算出该体系中的成核级数m、成核常数K及固-液界面能γ¹。计算结果表明,碳酸钠的加入使得硼砂成核级数增加,固液界面能γ增大,不易于溶质粒子越过成核能垒,导致成核速率变小,介稳区宽度变宽。由于碳酸钠的加入会对溶液的pH造成一定的影响,因此进一步考察了pH在9.9~10.6范围内硼砂溶解度及介稳区宽度的变化,如图3、4所示。结果表明随着pH的增大硼砂溶解度降低,介稳区宽度变窄。这是由于pH越大,多聚硼氧配阴离子的聚合程度越小²,硼砂成核能垒越低,越易于成核。通过对比,可以发现在pH相同的条件下,碳酸钠对介稳区影响要大于pH的影响,这是由于CO₃^2-带的电荷比OH-多,与晶胚间的静电作用力更强。