制備硼砂的方法主要有硫酸法、常壓堿解法、加壓堿解法、碳堿法、鈉化焙燒-常壓水浸法、熔態(tài)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制取硼酸的主要方法。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(yīng)產(chǎn)物為粗硼酸和硫酸鎂。為了下一步制備硼砂，需將混合產(chǎn)物分離，獲得粗硼酸。母液中硼酸和硫酸鎂的分離，國內(nèi)外主要利用硫酸鹽析法、沉淀分離法（固硼或固鎂）、浮選分離法、萃取回收法等方法進(jìn)行。
硫酸法由于工藝技術(shù)成熟，流程簡單，被國內(nèi)大多數(shù)硼酸廠使用。但是該工藝也存在效率低、質(zhì)量差、母液缺少有效利用途徑等問題。由于母液的大量排放，不僅影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，還造成環(huán)境的嚴(yán)重污染和硼資源的浪費(fèi)。硫酸法硼的總收率在72%～75%，而實際生產(chǎn)中，雖然硼的浸出率高達(dá)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年以后逐漸停用，直到20世紀(jì)70年代中后期，基于晶體硼鎂肥的推廣應(yīng)用，又有廠家采用硫酸法小規(guī)模生產(chǎn)硼酸和晶體硼鎂肥。
常壓堿解法
堿解法是基于硫酸法的B2O3回收率低、成本高、設(shè)備腐蝕較嚴(yán)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制備，通過母液回收利用，將母液中殘留的B2O3盡可能多地轉(zhuǎn)移到硼砂中。堿解法加工硼鎂礦，首先要求礦石焙燒質(zhì)量好，生燒和過燒都會顯著降低堿解率。將硼鎂礦作為實驗原料，在一定溫度下焙燒后粉碎再加NaOH溶液進(jìn)行堿解（堿解率波動一般在70%～80%），過濾及水洗除去殘渣，將濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶后加水溶解，再加小蘇打中和，冷卻結(jié)晶，分離得到硼砂。工藝流程如圖1所示。
加壓堿解法
加壓堿解法與常壓堿解法的不同在于原料礦粉中加入NaOH溶液進(jìn)行堿解的同時，需要外界對系統(tǒng)施加一定的溫度和壓力，讓其在高溫高壓的環(huán)境中進(jìn)行反應(yīng)，過濾及水洗除去殘渣，濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶后加水溶解，加小蘇打中和，冷卻結(jié)晶，分離得到硼砂。工藝流程與圖1相比，加壓堿解法制備硼砂僅僅在堿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范圍內(nèi)波動，其余實驗制備流程與常壓堿解法基本一致。這樣的改進(jìn)使得原料能在較高的溫度和壓力下充分反應(yīng)，堿解率提高。
該方法是在之前常壓堿解法上的一種改進(jìn)，在較高的溫度和壓力下進(jìn)行堿解，堿過量較少，堿解率較高，經(jīng)濟(jì)效益高。但是與常壓堿解法一樣，由于NaOH溶液具有強(qiáng)腐蝕性，實驗過程中若操作不當(dāng)，易發(fā)生危險。且所需設(shè)備多，不適合加工低品位的礦粉。目前生產(chǎn)過程中也較少采用這種方法。
碳堿法
碳堿法與堿解法最大的不同在于制備硼砂的過程中有氣體CO2參與反應(yīng)，所以反應(yīng)過程需在相對密閉的環(huán)境下進(jìn)行。利用Na2CO3和CO2反應(yīng)劑在加壓（0.6～1.0MPa，130～140℃）的條件下與硼礦粉反應(yīng)，此時，硼以B4O7的形式進(jìn)入溶液相，而鎂以MgCO3沉淀的形式留在渣中，從而達(dá)到硼鎂分離的目的。通過控制pH值，使鎂生成碳酸鎂或者堿式碳酸鎂沉淀，通過過濾與溶液中的硼分離。加壓和升溫均可縮短反應(yīng)時間，加快反應(yīng)進(jìn)程。碳堿法制備硼砂，分離硼砂后的母液可直接返回配料，流程短，且排出的礦渣堿性較弱，不易污染環(huán)境。工藝流程如圖2所示。
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后進(jìn)行焙燒，而碳堿法是將原料礦石進(jìn)行焙燒，焙燒之后再加入Na2CO3和CO2氣體進(jìn)行反應(yīng)。水浸法避免了在密閉環(huán)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，將混合料置于馬弗爐中焙燒一定時間，焙燒產(chǎn)物冷卻至室溫，再經(jīng)過稱量、破碎等工藝后，加入一定量去離子水進(jìn)行水浸處理，時間和溫度根據(jù)實驗條件控制，水浸濾液經(jīng)過蒸發(fā)濃縮，結(jié)晶分離后得到硼砂，工藝流程如圖3所示。
該方法反應(yīng)過程長，速度較慢，得到硼砂花費(fèi)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制取硼砂的方法。
熔態(tài)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(jìn)行熔融鈉化，冷卻后進(jìn)行水浸處理，水浸濾液經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶、分離、干燥后得到硼砂。與圖3相比，在加入鈉化劑Na2CO3之后，并不是直接放在馬弗爐進(jìn)行焙燒，而是將混合物放入二硅化鉬爐中進(jìn)行升溫，使混合物在熔融狀態(tài)下進(jìn)行鈉化，冷卻至預(yù)處理溫度之后的鈉化渣將和鈉化焙燒-常壓水浸法中的鈉化渣進(jìn)行相同的處理。硼砂的浸出率比鈉化焙燒方法的浸出率高，但是由于反應(yīng)需要的溫度極高，導(dǎo)致反應(yīng)可控性減弱，危險性較大，故熔態(tài)鈉化-常壓水浸法制取硼砂的應(yīng)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(huán)境下控制了溫度和壓力的條件，使水浸反應(yīng)充分進(jìn)行。相比于常壓水浸法，加壓水浸縮短了制取硼砂制品的反應(yīng)流程，加快反應(yīng)時間，使反應(yīng)往高效率的方向發(fā)展。該方法是目前實驗制備硼砂應(yīng)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，取出焙燒后的產(chǎn)物冷卻至室溫再稱量破碎，加入去離子水在高壓反應(yīng)釜中以一定的溫度和壓力進(jìn)行反應(yīng)，水浸濾液進(jìn)行降溫結(jié)晶即得硼砂。
