生產硼酸的工藝方法很多。就目前的情況看，大體有硫酸法、鹽酸法、碳銨法、硝酸法、多硼酸鈉法、硫酸硼砂法等。但真正用于工業(yè)生產的，不外乎硫酸法，硫酸硼砂法、硝酸硼砂法等。
生產硼酸并不像人們想象的那么簡單。就一步法而言，我國目前的工藝水平相對較低，尚有諸多技術問題沒有徹底解決，其中焦點問題是收率問題、質量問題及母液的綜合利用問題。國內用硫酸法處理硼鎂礦石制取硼酸的企業(yè)有六十余家，但真正能全面解決上述問題的并不多。一些研究機構雖然也長期致力于硼化物生產新工藝的開發(fā)與研究，但要么產品過于超前，與近、中期市場需求嚴重脫節(jié)；要么理論色彩過濃，與生產實踐距離較大，注重于紙上談兵式的夸夸其談，忽視了硼工業(yè)的現實技術需求，以致無助于我國硼工業(yè)的科技進步。這是影響我國硼酸生產企業(yè)經濟效益的關鍵因素之一。
一、我國硼酸工業(yè)的工藝狀況
我國的硼酸工業(yè)起步于上個世紀50年代中期，50多年來發(fā)展迅速。到2010年底，產能已接近20萬噸水平，基本滿足了國民經濟建設、人民生活對硼產品的需求。
目前我國所采用的硼酸生產方法可分為兩步法和一步法。應該說，我國的硼酸工業(yè)首先是從兩步法開始的。兩步法工藝是將經預處理的礦粉與純堿、CO2反應，首先制得工業(yè)硼砂，然后以硫酸或硝酸與硼砂溶液反應，經酸化制得工業(yè)硼酸，副產品為芒硝或硝酸鈉。硫酸法工藝由于受原料價格及生產成本等因素的影響，目前已不多采用。近幾年來，隨著硝酸鈉需求量的增長，硝酸法工藝發(fā)展迅速，已成為兩步法工藝的主流。
一步法工藝是以無機酸，如硫酸、鹽酸、硝酸等為分解劑，直接與含硼礦物，如硼鎂礦、硼砂礦、硬硼鈣石礦、鈉硼解石礦等反應制取工業(yè)硼酸的工藝過程。目前國內采用較多的是硫酸法工藝。該工藝的固有弱點是：設備腐蝕嚴重，對礦石品位要求較高，不適宜于處理低品位硼礦，硼收率低，產品質量不穩(wěn)定，母液無可靠的利用途徑等。該工藝也因此被認為是一種淘汰工藝。但是，由于硫酸法工藝具有工藝簡單、成熟，流程短，設備投資少，操作容易等特點，國內仍以此法為主。其他工藝方法，如鹽酸法、硝酸法、碳銨法、多硼酸鈉法、離子交換法等，目前僅限于研究范疇，工業(yè)上幾乎沒有得到應用。
二、硫酸一步法工藝及所存在的不足
1、生產原理：
在有洗液和母液組成的溶液中，硼鎂礦粉與硫酸作用，其中硼、鎂、鈣、鐵分別生成硼酸及相應的鹽類。硼酸、硫酸鎂、硫酸亞鐵、硫酸鐵轉入液相，硫酸鈣、二氧化硅呈固相連同其他酸不溶物經過濾除去。所獲濾液為H3BO3—MgSO4—H2O體系，主要成分為硼酸和硫酸鎂，同時含有一定量的兩價鐵離子和三價鐵離子。根據硼酸和硫酸鎂在不同溫度條件下溶解度的不同，將濾液冷卻，析出硼酸晶體，而其中的硫酸鎂處于不飽和或飽和狀態(tài)，仍留存于溶液中，然后經脫水、洗滌、干燥制得硼酸產品。
2、工藝流程：
我國目前硼酸生產的典型流程包括礦石預處理、酸解、過濾、結晶、脫水、干燥包裝六個基本工序。為提高收率，部分企業(yè)在此基礎上增加了母液濃縮、結晶與浮選分離三個工序。該工藝雖經改進，但生產過程耗能較高，硼酸產品質量問題仍然沒有得到解決，收率的提高幅度也比較有限。近幾年來，在一些地區(qū)又推廣了以硼鎂礦為原料的浮選法生產工藝。該工藝明顯的提高了硼收率，節(jié)能優(yōu)勢明顯，但存在的突出問題是產品質量差，無法在中高端領域應用，發(fā)展受到限制。
3、存在的不足：
即結晶料液是一個H3BO3—MgSO4—H2O體系，其中硫酸鎂濃度的高低對產品純度有直接影響。如果硼酸、硫酸鎂都進入某一溫度條件下的飽和狀態(tài)，那么當溫度條件變化（下降）時，硼酸與硫酸鎂將同時析出，這樣獲得的產物將是硼酸和硫酸鎂的混合物。因此，控制酸解液體系中硫酸鎂的濃度，保證產物純度，是硼酸生產的核心技術之一。
硼酸母液中的主要成分是硼酸和硫酸鎂，濃度一般分別為45g/L和150—320g/L。其中含硼約占總硼的25%，如果將其排放，不僅會造成對環(huán)境的污染，而且會造成硼的大量流失，嚴重影響收率。如果完全循環(huán)使用，那么隨著體系內硫酸鎂的積累，勢必會導致酸解液中硫酸鎂濃度的急劇增加，最終造成硼酸與硫酸鎂的混晶現象，使生產無法進行下去。為解決此問題，目前大部分企業(yè)采用部分循環(huán)，部分排放的辦法，使收率由過去的55%—60%上升到目前的70%—75%。但由于仍有50%的母液排放，由此造成的硼損失約占總硼的13%。母液排放仍然是制約收率水平提高的主要因素之一。
為解決上述問題，一些科研單位先后提出了蒸發(fā)—浮選，鹽析提鎂，母液固硼，母液固鎂等處理方法，以期將被排放母液中的硼酸或硫酸鎂分離出來，達到提高收率的目的。蒸發(fā)—浮選法在工業(yè)上應用較多，但存在著設備配套不科學，性能差，處理過程能耗高、效率低、硼鎂分離不徹底等問題。從山東個別企業(yè)的情況看，每處理一立方母液約需付出60元的代價，而收回的硼酸僅價值67元，經濟意義不大。有人提出以硫酸或氯化鎂為鹽析劑的析鎂留硼工藝，以達到將硫酸鎂析出，母液循環(huán)使用的目的，但由于該法對設備條件要求高，操作難度大，處理成本高，目前在工業(yè)上沒有得到應用。以堿土金屬的氧化物為沉淀劑的母液固硼工藝，雖然處理過程可使母液中的硼酸大部分轉化為偏硼酸鹽而沉淀析出，但在對含硼沉淀物的使用上存在有較多的技術障礙。一是含硼沉淀物雖然含有一定量的偏硼酸鹽，但主要成分為氧化鎂、氫氧化鎂和氫氧化鈣，不具備商品價值；二是將其返回酸解工序做礦石使用，其中的氧化鎂、氫氧化鎂經酸解后會還原為硫酸鎂，同時還會造成耗酸量的增加，對工藝和成本控制不利，因此在工業(yè)上也沒有得到應用。近來一些地區(qū)的生產企業(yè)采用了高濃度反應、高濃度結晶，首先使硼酸與硫酸鎂混晶，然后采用浮選的方法將硼酸分離出來的工藝方法。該工藝雖然省去了蒸發(fā)工序，節(jié)約了能耗，提高了收率，但卻存在著產品純度較低，無法在高端領域應用，在保障和提高產品品質方面有明顯的局限性。浮選法工藝的顯著特點是：收率提高了，品質下降了。
三、兩步法工藝及所存在的不足
1、生產原理：
硫酸硼砂法：以洗水和母液溶解硼砂（十水物或五水物）。然后加硫酸反應，在生成硼酸的同時生成副產物硫酸鈉。經過濾所獲酸化液為H3BO3—Na2SO4—H2O體系。溶液經冷卻、結晶、脫水、干燥制得硼酸。母液經濃縮，并在不同的溫度條件下結晶可收得十水硫酸鈉和硫酸鈉，母液循環(huán)使用?；瘜W反應：
Na2B4O7·10H2O＋H2SO4→4H3BO3+ Na2SO4+5 H2O
硝酸硼砂法：將硼砂溶于由洗水和母液組成的溶液中，然后在一定溫度條件下加硝酸酸化，使硼砂轉化為硼酸，同時生成副產品硝酸鈉。酸化液經冷卻、結晶、脫水、干燥制得硼酸，母液經蒸發(fā)、冷卻、結晶、脫水獲硝酸鈉。提取硫酸鈉后的母液循環(huán)使用。化學反應：
Na2B4O7·10H2O＋2HNO3→4H3BO3+2 NaNO3+5 H2O
2、我國兩步法工藝的發(fā)展現狀
我國的兩步法硼酸工藝首先是從硫酸硼砂法開始的。該工藝成熟可靠，流程簡單，設備投資較少。此外，由于原料硼砂中夾雜質極少，因此產品純度和收率較高。但是由于副產品——硫酸鈉價值不高，而且在硫酸鈉的制備過程需要蒸發(fā)濃縮、耗能較高。在原材料、能源如硼砂、硫酸、煤、電漲價的條件下，生產成本較高。因此近年來有被逐漸淘汰的趨勢。
硝酸硼砂法是1998年以后發(fā)展起來的兩步法新工藝，特點是副產品硝酸鈉附加值較高。但是，該工藝存在的明顯不足是：設備腐蝕嚴重，生產過程耗能高，硼酸和硝酸鈉分離不徹底，產品雖然外觀質量較好，但卻普遍存在著硝酸鹽超標的問題。此外，由于采用此法的多為中小型硼酸生產企業(yè)，工裝條件較差，大部分是作坊式經營，因此生產水平和產品質量不容樂觀。但是，由于該法工藝簡單，設備投資較少，利潤空間大于硫酸法，因此近年來發(fā)展較快，年生產能力達12萬噸，約占國內硼酸生產總能力的60％以上。這些企業(yè)主要集中在山東、上海等地。
四、我國一步法硼酸工藝的最新進展
南陽東方應用化工研究所是我國從事硼化物生產應用技術研究較早的專業(yè)機構。多年來著眼于“兩硼”產品質量的提高和硼資源的綜合利用，開展了大量的研究工作，獲得了豐碩的研究成果。所開發(fā)的以青藏硼鎂礦一步法制備高品質硼酸、以西藏硼礦為原料一步法制備五水硼砂新工藝及以天然硼砂礦、工業(yè)硼砂為原料免蒸發(fā)制備工業(yè)硼酸及硫酸鈉新工藝，解決了我國“兩硼”工業(yè)長期存在的質量、收率和能源問題。其以浮選法為基礎開發(fā)出的硼酸優(yōu)質化生產新技術是對一步法硼酸生產工藝的改進與發(fā)展，代表著我國硼酸生產工藝的先進水平。以硼鎂礦一步法制備高品質硼酸與傳統的一步法硼酸工藝相比，取得了 如下進展：
一是在浮選法工藝基礎上，增加了浸渣、脫色和硼酸優(yōu)質化控制工藝，開發(fā)出了與之相配套的以七水硫酸鎂或硼酸母液制備高附加值碳酸鎂、氧化鎂、阻燃級氫氧化鎂產業(yè)化技術。二是將工藝流程由酸解、過濾、結晶、分離、干燥、硼酸成品包裝改進為以提高收率、提高品質、節(jié)約能耗為目的、母液大循環(huán)條件下的由酸解、過濾、硼鎂結晶、硼鎂分離、硼酸優(yōu)質化控制、脫水、干燥、包裝、七水硫酸鎂分離與包裝的新工藝。不僅有效的提高了硼酸產品質量，使產品品質達到了土耳其同類產品標準，而且大幅提高了資源利用率，使B2O3收率達到87％以上水平。
上述工藝創(chuàng)新，不僅解決了國產硼酸長期以來存在的質量問題，縮小了與進口產品在質量上的差距，大幅度提高了產品附加值，而且使收率由65%—70%提升到87%—90%的水平，生產成本降低8.2%。這給處于低品質、高成本、低售價、市場與應用空間嚴重受限的我國硼酸工業(yè)帶來了新的希望。
五、兩步法硼酸制備工藝的進展
我國兩步法硼酸制備工藝主要有硫酸法和硝酸法。兩種方法各有優(yōu)劣，但存在的共性問題是生產過程耗能過高，此不再詳述。
針對兩步法硼酸生產過程耗能高，成本不易控制等不足，2009年以來，南陽東方應用化工研究所受有關部門的委托，開展了硫酸硼砂法制備硼酸新工藝的研究，開發(fā)出了在免蒸發(fā)條件下以工業(yè)硼砂或天然硼砂礦、鈉硼鈣石礦為原料制備硼酸及硫酸鈉新工藝。
本工藝根據硼酸和硫酸鈉在H3BO3-Na2SO4-H2O三元體系中的溶解度隨著溫度條件的變化而變化這一物性特征，通過控制配料濃度和硼酸、硫酸鈉的結晶條件，在不對母液蒸發(fā)的情況下，實現了硼酸和硫酸鈉的分離。使產品質量符合標準要求，達到節(jié)能、優(yōu)質并提高資源利用水平的目的。本工藝實現了以下工藝目標：
能源消耗：較現有工藝節(jié)約69.43%；
硼收率：達到97.34％；
氧化鈉收率：達到95.2％；
硼酸質量：優(yōu)于GB/T538-2006優(yōu)級品標準；
硫酸鈉質量：符合GB/T6009-2003二類優(yōu)級品標準。
與國內外同類技術相比，本工藝的突出特點是在不對硼酸母液進行蒸發(fā)的條件下實現了硼酸與硫酸鈉的分離。
新工藝的成功研發(fā)，不僅解決了現有兩步法工藝中硼酸及硫酸鈉生產過程的高能耗問題，而且提高了硼收率，提升了產品品質，同時，大輻度節(jié)約了硼酸項目的建設投資，是我國兩步法硼酸生產技術的一次新突破。
本工藝順利通過了中試研究，工藝條件得到優(yōu)化和完善。已具備在我國硼酸行業(yè)，尤其是兩步法硼酸及以硼砂礦、鈉硼鈣石礦為原料的一步法硼酸企業(yè)進行推廣的條件。目前，該工藝已被南陽華豐硼業(yè)有限責任公司采用，建設了一條日產量為6t優(yōu)質工業(yè)硼酸的生產裝置，試產1年以來工藝運行穩(wěn)定。如果將此工藝在國內推廣，按形成年生產能力30萬噸來考慮，每年可為我國硼酸工業(yè)增加效益2.5億元。同時，可以增加對我國中、高端硼酸消費市場的有效供給，為國家節(jié)約大量的外匯。
六、我國硼酸工業(yè)的出路
1、產品品質優(yōu)質化：
GB538-1990標準已于2007年2月1日廢止，該標準難以滿足我國市場對硼酸產品的實際需要。GB538-2006標準已于2007年2月1日起開始實施，該標準在雜質指標方面，尤其是對鐵、氯離子提出了更高的要求，這有利于縮短與進口產品在質量方面存在的差距，因此，應予貫徹。硼酸企業(yè)應以該標準為基礎，向國際標準靠近。此外，還要注意發(fā)展各種專用硼酸及特種用途硼酸的生產，不斷完善我國的硼酸產品結構。只有這樣，才能提高我國硼酸工業(yè)參與國際市場的競爭能力。
2、資源利用高水平化：
應該充分認識到硼資源的有限性和不可再生性。一是要提高B2O3的利用率，二是要對占硼礦成份12％～45％的MgO資源進行綜合利用，使其轉化為市場急需的高附加值鎂化合物。一些高消耗、低收率、高污染的生產項目，應抓緊進行技術改造。對一些長期低層次運作的“兩高一低”項目，政府應予干預，使其限期整改。
3、生產過程低消耗化：
應該看到，我國硼酸工業(yè)普遍存在著投入多、產出少的問題，這不僅體現在資源方面，同時也體現在效益方面。對此，一是要抓好新工藝、新技術的推廣與應用，提高收率、降低消耗；二是要完善和強化基礎管理工作，提高行業(yè)管理水平，使企業(yè)走上節(jié)能、環(huán)保、低投入、高產出的良性發(fā)展軌道。
生產條件簡陋的生產企業(yè)占有我國硼酸工業(yè)相當大的比例，這些企業(yè)更應注意上述問題。