夏循峰，楊燦輝，戴斌聯(lián)

(化工部長沙設(shè)計(jì)研究院，湖南 長沙 410116)

硝酸鉀生產(chǎn)工藝及市場分析

夏循峰，楊燦輝，戴斌聯(lián)

(化工部長沙設(shè)計(jì)研究院，湖南 長沙 410116)

介紹硝酸鉀主要生產(chǎn)工藝，分析國內(nèi)、外硝酸鉀生產(chǎn)現(xiàn)狀，市場情況，并對硝酸鉀的發(fā)展提出了一些建議。

硝酸鉀；生產(chǎn)工藝；市場

硝酸鉀是一種無氯高品質(zhì)肥料和無機(jī)化工產(chǎn)品，在農(nóng)業(yè)與工業(yè)上均有廣泛的應(yīng)用[1],農(nóng)用硝酸鉀中的N、K兩大營養(yǎng)元素，養(yǎng)分總含量達(dá)到60%左右，是優(yōu)質(zhì)的無氯鉀肥，適用于任何農(nóng)作物，特別是煙草、茶葉、花卉、咖啡等忌氯喜鉀作物，適用于鹽堿地區(qū)的作物，并且硝酸鉀施用于農(nóng)田不會導(dǎo)致土壤鹽堿化和板結(jié)現(xiàn)象的發(fā)生。硝酸鉀在工業(yè)上主要用于火藥、焰火、陶瓷、精密儀器玻璃、觸摸屏玻璃、光伏玻璃、太陽能儲能行業(yè)以及食品、醫(yī)藥等行業(yè)。

1 硝酸鉀主要生產(chǎn)工藝

1.1 天然鉀硝石礦直接提取法

天然鉀硝石礦通過噴淋溶礦、蒸發(fā)、結(jié)晶和干燥等工藝得到99.7%以上的硝酸鉀產(chǎn)品。

該方法具有工藝流程簡單，產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，但對于資源的要求非常高，由于天然鉀硝石礦非常稀少，目前國內(nèi)只有新疆吐魯番地區(qū)三維公司等少數(shù)企業(yè)采用此方法生產(chǎn)硝酸鉀。

1.2 硝酸銨-氯化鉀轉(zhuǎn)化法

該方法最早由法國Auby公司于1964年開發(fā)。其主要反應(yīng)式如下：

硝酸銨與氯化鉀發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，生成硝酸鉀與氯化銨，工藝見圖1。該方法生產(chǎn)成本較低，副產(chǎn)物氯化銨可作為肥料使用，但產(chǎn)品質(zhì)量稍差，經(jīng)重結(jié)晶后可用于工業(yè)領(lǐng)域。目前，此方法在國內(nèi)運(yùn)用較廣。

圖1 硝酸銨-氯化鉀轉(zhuǎn)化法工藝流程圖

1.3 硝酸鈉-氯化鉀轉(zhuǎn)化法

20世紀(jì)50年代以前，硝酸鉀的生產(chǎn)工藝主要采用以智利硝石和氯化鉀為原料進(jìn)行轉(zhuǎn)化，利用可溶性鹽在不同溫度下溶解度的差異來達(dá)到生產(chǎn)硝酸鉀的目的[1]。將氯化鉀和硝酸鈉(或鈉硝石礦)按一定配比在配鉀槽中進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)，轉(zhuǎn)化母液通過蒸發(fā)工藝分離出氯化鈉，再經(jīng)冷卻結(jié)晶，分離出硝酸鉀粗品，粗硝酸鉀經(jīng)重結(jié)晶可生產(chǎn)出工業(yè)級硝酸鉀產(chǎn)品。

硝酸鈉-氯化鉀轉(zhuǎn)化法是工業(yè)上最早采用的硝酸鉀生產(chǎn)工藝[2]，但由于原料硝酸鈉資源嚴(yán)重缺乏，價(jià)格高昂，大大提高了硝酸鉀的生產(chǎn)成本，故目前此方法使用較少。中國新疆鄯善縣境內(nèi)，擁有一個(gè)鈉硝石含礦面積達(dá)2274 km2，硝酸鈉資源總量約1.39億噸的世界級超大型鈉硝石礦，基于此資源優(yōu)勢，新疆硝石鉀肥有限公司委托化工部長沙設(shè)計(jì)研究院進(jìn)行設(shè)計(jì)，建成了一套10kt/a規(guī)模的工業(yè)級硝酸鉀裝置，硝酸鉀產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到(GB/T1918-2011)工業(yè)硝酸鉀優(yōu)等品標(biāo)準(zhǔn)。主要工藝流程見圖2：

圖2 硝酸鈉-氯化鉀轉(zhuǎn)化法工藝流程圖

1.4 硝酸分解氯化鉀法

硝酸分解氯化鉀法可分為高溫蒸餾法與溶劑萃取法，目前工業(yè)中應(yīng)用較為普遍的是以色列利用有機(jī)溶劑萃取HCl的溶劑萃取法，溶劑萃取法在低溫5～10℃下操作，反應(yīng)完全后經(jīng)過沉降和離心分離得到硝酸鉀，鹽酸和未反應(yīng)的硝酸進(jìn)入溶劑相被移除，對溶劑相進(jìn)行處理，回收相當(dāng)純的鹽酸，剩余溶劑和硝酸的混合物循環(huán)返回反應(yīng)系統(tǒng)[3]。，工藝見圖3。

圖3 溶劑萃取法工藝流程圖

1.5 離子交換法

離子交換樹脂是一種功能型高分子材料，可解離出陽離子或陰離子基團(tuán)，其功能主要是實(shí)現(xiàn)樹脂內(nèi)部的相對離子與水中存在同電荷的離子的交換反應(yīng)[4]。離子交換法是先將離子交換樹脂與吸附液(如KCl溶液)接觸，吸附完成后, 再用洗脫液(如NH4NO3溶液)去洗脫，然后把離子交換樹脂吸附物洗脫出來。隨后再用脫離子水去再生樹脂，如此完成循環(huán)，得到的硝酸鉀產(chǎn)品可達(dá)到工業(yè)級純度[5]，其機(jī)理為：

吸附過程：

洗脫過程：

該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了生成鹽的分離，交換完成液硝酸鉀溶液純度高，經(jīng)多效蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶、干燥可得工業(yè)一級品。并且原料使用硝酸銨成本低，工藝流程短，設(shè)備簡單，可連續(xù)操作[6]。主要缺點(diǎn)是交換完成液濃度低，蒸發(fā)成本高[1]。目前，國內(nèi)最大的硝酸鉀生產(chǎn)企業(yè)文通鉀鹽集團(tuán)有限公司采用此方法生產(chǎn)硝酸鉀。

2 硝酸鉀市場分析

2.1 硝酸鉀生產(chǎn)現(xiàn)狀分析

目前，世界硝酸鉀的年生產(chǎn)能力達(dá)到了400多萬噸，主要生產(chǎn)國有以色列、智利、中國、美國等，見表1。隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，未來幾年，市場對于硝酸鉀的需求將會繼續(xù)增加，根據(jù)以色列海法化學(xué)品公司和智利礦產(chǎn)化工股份公司估算，在今后10年內(nèi)硝酸鉀需求量每年增長率為6 %左右。硝酸鉀國際市場，約70%用于農(nóng)業(yè)施肥，已有60多個(gè)國家將其作為化肥使用，消耗量增長最快的是歐洲、美國、亞洲及拉丁美洲。

表1 國內(nèi)外硝酸鉀主要生產(chǎn)企業(yè)狀況表

我國硝酸鉀生產(chǎn)企業(yè)有50家以上，硝酸鉀的年生產(chǎn)能力也達(dá)到了200萬噸以上，我國已成為世界硝酸鉀生產(chǎn)大國之一。國內(nèi)硝酸鉀主要生產(chǎn)企業(yè)狀況見表2。

表2 國內(nèi)硝酸鉀主要生產(chǎn)企業(yè)狀況表

我國硝酸鉀50%左右用于農(nóng)業(yè)化肥，5%用于電視玻殼及特種玻璃，剩余部分用于其他工業(yè)行業(yè)。工業(yè)硝酸鉀主要消費(fèi)領(lǐng)域是煙花、火藥、玻璃、玻殼、太陽能儲能行業(yè)、食品及藥品。僅湖南瀏陽及江西地區(qū)煙花市場年工業(yè)硝酸鉀消費(fèi)能力就達(dá)到7萬噸以上。

2.2 硝酸鉀市場分析及展望

隨著中國農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)作物的大量種植對于農(nóng)業(yè)硝酸鉀的需求將會保持繼續(xù)增長的態(tài)勢。

我國煙草市場目前對農(nóng)業(yè)硝酸鉀的使用量偏低，根據(jù)巴西每畝煙草施用60kg硝酸鉀的標(biāo)準(zhǔn)估算，未來我國煙草市場對硝酸鉀的需求潛力還有5萬噸以上。

蔬菜、水果、花卉等經(jīng)濟(jì)作物近幾年需求增長快速。 目前我國施用鉀肥絕大多數(shù)為氯化鉀，由于75%作物忌氯或耐氯性能差， 因此, 忌氯作物施用硝酸鉀等無氯鉀肥是未來必然發(fā)展方向[7]。農(nóng)業(yè)硝酸鉀在在茶葉、瓜果、蔬菜、花卉等經(jīng)濟(jì)作物方面的應(yīng)用經(jīng)濟(jì)效益顯著，我國許多地區(qū)大棚種植中已經(jīng)大量施用農(nóng)業(yè)硝酸鉀。因此未來農(nóng)業(yè)硝酸鉀的市場潛力很大，年增長速度將達(dá)到10%左右。

隨著社會的發(fā)展，對于環(huán)境保護(hù)提出了更高的要求，許多城市限制燃放煙花、爆竹，工業(yè)硝酸鉀未來幾年在煙花、爆竹行業(yè)的需求將趨于飽和，甚至略有下降。

由于電視機(jī)行業(yè)的發(fā)展，電視玻殼行業(yè)對硝酸鉀的需求大幅度萎縮，但其在觸摸屏等行業(yè)的需求大幅度增長，對硝酸鉀品質(zhì)提出了更高的要求。

硝酸鹽用于太陽能儲能是一大亮點(diǎn)。太陽能是一種分布廣泛、儲量巨大、取之不盡、用之不竭的清潔能源，太陽能熱發(fā)電作為太陽能利用的一種主要形式擁有十分廣闊的前景，而儲熱系統(tǒng)是太陽能熱發(fā)電的關(guān)鍵，儲熱系統(tǒng)的核心是儲熱材料，硝酸熔鹽就是一種低成本，長壽命，傳熱儲熱性能好的高溫、高熱通量和低運(yùn)行壓力的傳熱儲熱介質(zhì)。研究表明，運(yùn)用高溫硝酸熔鹽發(fā)電可以使太陽能電站操作溫度提高到450～500℃，這樣就使得蒸汽汽輪機(jī)發(fā)電效率提高到40%。此外，運(yùn)用熔融鹽也可以使儲熱效率提高2.5倍，從而減小蓄熱容器的體積。光熱發(fā)電領(lǐng)域目前經(jīng)商業(yè)化應(yīng)用驗(yàn)證的成熟熔鹽產(chǎn)品的成分組成為60%硝酸鈉和40%硝酸鉀二元混合熔鹽。智利化學(xué)礦業(yè)有限公司、以色列海法化學(xué)工業(yè)公司是國際市場上有一定影響力的熔鹽供應(yīng)商。國內(nèi)企業(yè)熔鹽應(yīng)用業(yè)績主要有：2012年7月，浙江聯(lián)大化工成功中標(biāo)中廣核青海德令哈太陽能熱發(fā)電技術(shù)試驗(yàn)基地項(xiàng)目一期硝酸鹽供應(yīng)；2015年12月， 中標(biāo)中廣核德令哈50MW光熱發(fā)電項(xiàng)目的熔鹽供應(yīng)商為新疆硝石鉀肥有限公司為該項(xiàng)目供應(yīng)硝酸鈉產(chǎn)品，文通鉀鹽集團(tuán)有限公司為該項(xiàng)目供應(yīng)硝酸鉀產(chǎn)品，硝酸鉀供應(yīng)量約為1.4萬噸。硝酸鉀在太陽能儲能行業(yè)的應(yīng)用將成為其需求量快速增長的重要途徑。

醫(yī)藥、食品行業(yè)對硝酸鉀品質(zhì)要求高，價(jià)位也較高，但是目前需求量不大，隨著醫(yī)藥、食品行業(yè)的快速發(fā)展，對高品質(zhì)硝酸鉀的需求會保持一個(gè)穩(wěn)定增長的態(tài)勢。

3 發(fā)展及建議

近幾年，我國硝酸鉀行業(yè)有了較大的發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)得到了一定的優(yōu)化，但生產(chǎn)規(guī)模較小，同質(zhì)競爭嚴(yán)重，高端產(chǎn)品缺乏，生產(chǎn)成本較高等問題仍然存在，今后需重點(diǎn)解決這些問題，促進(jìn)行業(yè)健康發(fā)展。

3.1 發(fā)揮原料優(yōu)勢，大規(guī)模、低成本是發(fā)展方向

由于國內(nèi)硝酸鉀生產(chǎn)能力的增大，企業(yè)之間的競爭越來越大，擁有原料優(yōu)勢，規(guī)模優(yōu)勢與成本優(yōu)勢的企業(yè)將會在激烈的市場競爭中存活下來。近幾年新建的企業(yè)已經(jīng)朝著這個(gè)趨勢在發(fā)展。比如：青海元通20萬噸/年硝酸鉀項(xiàng)目擁有自產(chǎn)氯化鉀和自建合成氨裝置的原料優(yōu)勢及規(guī)模優(yōu)勢，浙江聯(lián)大化工有限公司青海項(xiàng)目擁有規(guī)模與成本優(yōu)勢。今后，在硝酸鉀市場競爭中，特別是農(nóng)業(yè)硝酸鉀市場中，擁有原料優(yōu)勢，規(guī)模優(yōu)勢與成本優(yōu)勢的企業(yè)才能占領(lǐng)市場。

3.2 差異化競爭，提高產(chǎn)品質(zhì)量

目前國內(nèi)硝酸鉀行業(yè)存在供略大于求的狀況，而高端觸摸屏，光學(xué)玻璃，食品、醫(yī)藥行業(yè)對產(chǎn)品質(zhì)量要求較高，價(jià)格也較高，國內(nèi)對于高端硝酸鉀依然存在依靠進(jìn)口的情況，說明中國對高端硝酸鉀的需求量還有較大的空間，未來具有很大的市場潛力，國內(nèi)硝酸鉀優(yōu)勢企業(yè)應(yīng)努力提高產(chǎn)品質(zhì)量，豐富產(chǎn)品層次，占領(lǐng)高端市場，形成企業(yè)的產(chǎn)品優(yōu)勢與品牌優(yōu)勢。

[1] 段正康，謝 帆,張 濤.硝酸鉀生產(chǎn)工藝概述及復(fù)分解法存在的問題與對策[J].無機(jī)鹽工業(yè)，2015，47(5):4-8．

[2] 李 剛，張廷福.我國硝酸鉀技術(shù)進(jìn)展[J].無機(jī)鹽工業(yè)，1999，31(2):21-23.

[3] 陳靖宇.硝酸鉀生產(chǎn)技術(shù)及其發(fā)展前景[J].化肥工業(yè)，1998,25(6)：15-20.

[4] 錢庭寶，許風(fēng)樓.離子交換樹脂的應(yīng)用技術(shù)(Ⅰ)[J].化工進(jìn)展，1986,44(4)：48-51.

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[6] 張沂圭，王增平.連續(xù)式離子交換法生產(chǎn)硝酸鉀[J].硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程，2000(1)：30-32.

[7] 張 罡，夏重陽，何斌鴻，等.我國硝酸鉀市場競爭力分析[J].化學(xué)工業(yè)，2007,25(9)：16-18.

(本文文獻(xiàn)格式：夏循峰，楊燦輝，戴斌聯(lián).硝酸鉀生產(chǎn)工藝及市場分析[J].山東化工，2016，45(12)：128-130，132.)

Production Technology and Market Analysis of Potassium Nitrate

Xia Xunfeng, Yang Canhui, Dai Binlian

(Changsha Design & Research Institute of Ministry of Chemical Industry, Changsha 410116,China)

This paper introduces the main production technology of potassium nitrate, analyzes the present situation of domestic and foreign production of potassium nitrate, the market situation of potassium nitrate, and puts forward some suggestions for the development of potassium nitrate.

potassium nitrate; production technology; market

2016-05-12

夏循峰(1986—)，湖南岳陽人，主要從事化工設(shè)計(jì)及研究工作

TQ131.1+3

A

1008-021X(2016)12-0128-03