氯化鉀是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食安全的保障性物資，屬于國(guó)家7種大宗緊缺礦產(chǎn)之一。但我國(guó)可溶性鉀資源十分短缺，目前探明儲(chǔ)量不超過10億噸。通過近50年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)鹽湖工作者聯(lián)合攻關(guān)，破解了低品位難開采固體鉀鹽轉(zhuǎn)化、貧雜礦高效分離、尾鹽鉀資源回收等技術(shù)難題，形成了我國(guó)第三代氯化鉀工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，成為我國(guó)鉀鹽資源需求的重要支柱。
鉀鹽短缺 刺激產(chǎn)業(yè)發(fā)展
鉀在自然界均以化合物的形式存在，鉀資源根據(jù)其在水中溶解度分為可溶性鉀資源和不溶性鉀資源兩大類。目前生產(chǎn)氯化鉀的主要原料仍然是可溶性鉀資源，但全球可溶性鉀資源分布非常不均，加拿大是世界上最大的鉀資源國(guó)家，占世界總儲(chǔ)量的53%，俄羅斯占世界總儲(chǔ)量22%。
國(guó)內(nèi)形成規(guī)模開采的鉀鹽礦床主要有青海的柴達(dá)木盆地鉀鹽礦床和新疆的羅布泊鉀鹽礦床，這兩個(gè)礦床儲(chǔ)量約占全國(guó)總儲(chǔ)量的96%。我國(guó)每年實(shí)際需求在900-1200萬噸，是全球最大的鉀肥消費(fèi)市場(chǎng)之一。但中國(guó)鉀肥自給率僅50%左右，仍然需要大量進(jìn)口鉀肥來滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求。鉀鹽的長(zhǎng)期短缺點(diǎn)燃了國(guó)內(nèi)科學(xué)家加速研發(fā)創(chuàng)新鉀鹽生產(chǎn)技術(shù)的熱情。
在近期召開的鉀鹽生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新交流會(huì)上，國(guó)家鹽湖資源綜合利用工程技術(shù)研究中心副主任、華東理工大學(xué)宋興福教授曾對(duì)國(guó)內(nèi)氯化鉀生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展歷史做出梳理。他介紹說：“國(guó)內(nèi)鉀鹽生產(chǎn)主要采用鹵水通過自然蒸發(fā)分段結(jié)晶，生產(chǎn)出合格光鹵石礦，一般氯化鈉含量在15%-25%、光鹵石的含量為70%-84%。光鹵石礦進(jìn)入工廠加工區(qū)進(jìn)行脫鈉、脫鎂后得到產(chǎn)品氯化鉀。而根據(jù)光鹵石礦脫鈉脫鎂的方法和工藝組合不同，光鹵石礦生產(chǎn)氯化鉀的工藝可以分為鹽田重結(jié)晶工藝、冷分解－熱溶結(jié)晶工藝、冷分解－正浮選工藝、反浮選－冷結(jié)晶工藝等。”
一次革新 從“正浮選”到“反浮選”
冷分解是指常溫下加水部分分解而言，其“冷”是相對(duì)于熱溶結(jié)晶過程而言?；驹硎抢霉恹u石在常溫下加水部分分解，在分解過程中盡可能將光鹵石中氯化鎂全部轉(zhuǎn)移到液相，并盡可能少的溶解KCl，是光鹵石礦的脫鎂過程。
“冷分解－正浮選”工藝是國(guó)內(nèi)氯化鉀的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝，裝置簡(jiǎn)單可靠，應(yīng)用最早也最為廣泛，但存在鉀回收率偏低，品位波動(dòng)較大，產(chǎn)品粒度細(xì)等缺點(diǎn)。而“反浮選－冷結(jié)晶”工業(yè)裝置是氯化鉀先進(jìn)工藝代表。由于鹽湖礦體成分復(fù)雜，分離困難，中國(guó)鉀肥工業(yè)經(jīng)過幾十年的不斷探索，才于2004年建成100萬噸氯化鉀裝置，成為掌握反浮選－冷結(jié)晶大型裝置的國(guó)家，在國(guó)內(nèi)外產(chǎn)生重要影響，使察爾汗成為我國(guó)鉀肥生產(chǎn)的戰(zhàn)略基地。
宋興福表示：“反浮選-冷結(jié)晶技術(shù)的流程主要是鹵水通過一級(jí)鈉鹽池蒸發(fā)，結(jié)晶分離出大部分氯化鈉；再進(jìn)入二級(jí)鹽田蒸發(fā)，結(jié)晶出含有氯化鈉雜質(zhì)的粗光鹵石礦；粗礦通過藥劑浮選，獲得精光鹵石礦，精礦進(jìn)入冷結(jié)晶分解設(shè)備，獲得氯化鉀產(chǎn)品，其它成分包括氯化鎂進(jìn)入液相，分離后排放或進(jìn)入其他加工企業(yè)。我們發(fā)現(xiàn)，該裝置運(yùn)行后明顯存在著氯化鉀收率低、淡水與天然氣消耗高等亟待解決的節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展問題，多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)與約旦、以色列相比，還存在一定差距。”
二次優(yōu)化 攻克瓶頸 降耗節(jié)能增產(chǎn)
面對(duì)裝置表現(xiàn)出的種種缺點(diǎn)，國(guó)內(nèi)科研團(tuán)隊(duì)頑強(qiáng)地走上了二次研發(fā)的道路。宋興福表示：“在研發(fā)過程中，我們發(fā)現(xiàn)了影響產(chǎn)品粒度與收率的核心要素：精確調(diào)控技術(shù)。同時(shí)對(duì)光鹵石分解結(jié)晶氯化鉀機(jī)理進(jìn)行研究，建立了光鹵石分解結(jié)晶相關(guān)數(shù)學(xué)模型，并近一步開展溶解動(dòng)力學(xué)和強(qiáng)化溶解工程研究，對(duì)結(jié)晶器內(nèi)部的構(gòu)型優(yōu)化和改進(jìn)，使結(jié)晶操作工藝條件得到優(yōu)化。”
事實(shí)證明，通過控制冷結(jié)晶器的氯化鎂濃度，強(qiáng)化細(xì)晶溶解和合理的攪拌型式，生產(chǎn)出的氯化鉀粒度得到大幅提高。而基于流體力學(xué)分析的結(jié)晶器幾何參數(shù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的大通量、低剪切螺旋推進(jìn)式攪拌槳，成功應(yīng)用于實(shí)踐。粗鉀粒度大于0.2 mm的顆粒一般在85%以上，最高可以達(dá)到90%。宋興福強(qiáng)調(diào)：“裝置優(yōu)化后，每噸產(chǎn)品天然氣消耗量降低了33%，氯化鉀回收率提高5%，每噸產(chǎn)品節(jié)約淡水0.4噸，干燥節(jié)能33%。”
鹽湖氯化鉀生產(chǎn)經(jīng)過50年的發(fā)展，圍繞鹽湖氯化鈉反浮選分離、光鹵石冷分解結(jié)晶、低品位氯化鉀資源開發(fā)等技術(shù)瓶頸，聯(lián)合攻關(guān)，在可持續(xù)發(fā)展的鹽湖鉀鎂資源高效利用核心技術(shù)、關(guān)鍵裝備與工程化方面取得重大突破，使我國(guó)鉀肥生產(chǎn)技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。日益成熟的我國(guó)第三代氯化鉀工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，解決了國(guó)家鉀資源重大戰(zhàn)略需求，支撐了國(guó)家鉀肥工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)鹽湖鉀資源保護(hù)性合理開發(fā)。
