硝酸鉀生產工藝及市場分析

夏循峰，楊燦輝，戴斌聯

(化工部長沙設計研究院，湖南 長沙 410116)

硝酸鉀生產工藝及市場分析

夏循峰，楊燦輝，戴斌聯

(化工部長沙設計研究院，湖南 長沙 410116)

介紹硝酸鉀主要生產工藝，分析國內、外硝酸鉀生產現狀，市場情況，并對硝酸鉀的發展提出了一些建議。

硝酸鉀；生產工藝；市場

硝酸鉀是一種無氯高品質肥料和無機化工產品，在農業與工業上均有廣泛的應用[1],農用硝酸鉀中的N、K兩大營養元素，養分總含量達到60%左右，是優質的無氯鉀肥，適用于任何農作物，特別是煙草、茶葉、花卉、咖啡等忌氯喜鉀作物，適用于鹽堿地區的作物，并且硝酸鉀施用于農田不會導致土壤鹽堿化和板結現象的發生。硝酸鉀在工業上主要用于火藥、焰火、陶瓷、精密儀器玻璃、觸摸屏玻璃、光伏玻璃、太陽能儲能行業以及食品、醫藥等行業。

1 硝酸鉀主要生產工藝

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、結晶和干燥等工藝得到99.7%以上的硝酸鉀產品。

該方法具有工藝流程簡單，產品質量好等優點，但對于資源的要求非常高，由于天然鉀硝石礦非常稀少，目前國內只有新疆吐魯番地區三維公司等少數企業采用此方法生產硝酸鉀。

1.2 硝酸銨-氯化鉀轉化法

該方法最早由法國Auby公司于1964年開發。其主要反應式如下：

硝酸銨與氯化鉀發生復分解反應，生成硝酸鉀與氯化銨，工藝見圖1。該方法生產成本較低，副產物氯化銨可作為肥料使用，但產品質量稍差，經重結晶后可用于工業領域。目前，此方法在國內運用較廣。

圖1 硝酸銨-氯化鉀轉化法工藝流程圖

1.3 硝酸鈉-氯化鉀轉化法

20世紀50年代以前，硝酸鉀的生產工藝主要采用以智利硝石和氯化鉀為原料進行轉化，利用可溶性鹽在不同溫度下溶解度的差異來達到生產硝酸鉀的目的[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行復分解反應，轉化母液通過蒸發工藝分離出氯化鈉，再經冷卻結晶，分離出硝酸鉀粗品，粗硝酸鉀經重結晶可生產出工業級硝酸鉀產品。

硝酸鈉-氯化鉀轉化法是工業上最早采用的硝酸鉀生產工藝[2]，但由于原料硝酸鈉資源嚴重缺乏，價格高昂，大大提高了硝酸鉀的生產成本，故目前此方法使用較少。中國新疆鄯善縣境內，擁有一個鈉硝石含礦面積達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，基于此資源優勢，新疆硝石鉀肥有限公司委托化工部長沙設計研究院進行設計，建成了一套10kt/a規模的工業級硝酸鉀裝置，硝酸鉀產品質量標準達到(GB/T1918-2011)工業硝酸鉀優等品標準。主要工藝流程見圖2：

圖2 硝酸鈉-氯化鉀轉化法工藝流程圖

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，目前工業中應用較為普遍的是以色列利用有機溶劑萃取HCl的溶劑萃取法，溶劑萃取法在低溫5～10℃下操作，反應完全后經過沉降和離心分離得到硝酸鉀，鹽酸和未反應的硝酸進入溶劑相被移除，對溶劑相進行處理，回收相當純的鹽酸，剩余溶劑和硝酸的混合物循環返回反應系統[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，其功能主要是實現樹脂內部的相對離子與水中存在同電荷的離子的交換反應[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，得到的硝酸鉀產品可達到工業級純度[5]，其機理為：

吸附過程：

洗脫過程：

該方法的主要優點是實現了生成鹽的分離，交換完成液硝酸鉀溶液純度高，經多效蒸發、冷卻結晶、干燥可得工業一級品。并且原料使用硝酸銨成本低，工藝流程短，設備簡單，可連續操作[6]。主要缺點是交換完成液濃度低，蒸發成本高[1]。目前，國內最大的硝酸鉀生產企業文通鉀鹽集團有限公司采用此方法生產硝酸鉀。

2 硝酸鉀市場分析

2.1 硝酸鉀生產現狀分析

目前，世界硝酸鉀的年生產能力達到了400多萬噸，主要生產國有以色列、智利、中國、美國等，見表1。隨著經濟社會的快速發展，未來幾年，市場對于硝酸鉀的需求將會繼續增加，根據以色列海法化學品公司和智利礦產化工股份公司估算，在今后10年內硝酸鉀需求量每年增長率為6 %左右。硝酸鉀國際市場，約70%用于農業施肥，已有60多個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 國內外硝酸鉀主要生產企業狀況表

我國硝酸鉀生產企業有50家以上，硝酸鉀的年生產能力也達到了200萬噸以上，我國已成為世界硝酸鉀生產大國之一。國內硝酸鉀主要生產企業狀況見表2。

表2 國內硝酸鉀主要生產企業狀況表

我國硝酸鉀50%左右用于農業化肥，5%用于電視玻殼及特種玻璃，剩余部分用于其他工業行業。工業硝酸鉀主要消費領域是煙花、火藥、玻璃、玻殼、太陽能儲能行業、食品及藥品。僅湖南瀏陽及江西地區煙花市場年工業硝酸鉀消費能力就達到7萬噸以上。

2.2 硝酸鉀市場分析及展望

隨著中國農業的快速發展，經濟作物的大量種植對于農業硝酸鉀的需求將會保持繼續增長的態勢。

我國煙草市場目前對農業硝酸鉀的使用量偏低，根據巴西每畝煙草施用60kg硝酸鉀的標準估算，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、花卉等經濟作物近幾年需求增長快速。 目前我國施用鉀肥絕大多數為氯化鉀，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展方向[7]。農業硝酸鉀在在茶葉、瓜果、蔬菜、花卉等經濟作物方面的應用經濟效益顯著，我國許多地區大棚種植中已經大量施用農業硝酸鉀。因此未來農業硝酸鉀的市場潛力很大，年增長速度將達到10%左右。

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

由于電視機行業的發展，電視玻殼行業對硝酸鉀的需求大幅度萎縮，但其在觸摸屏等行業的需求大幅度增長，對硝酸鉀品質提出了更高的要求。

硝酸鹽用于太陽能儲能是一大亮點。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，而儲熱系統是太陽能熱發電的關鍵，儲熱系統的核心是儲熱材料，硝酸熔鹽就是一種低成本，長壽命，傳熱儲熱性能好的高溫、高熱通量和低運行壓力的傳熱儲熱介質。研究表明，運用高溫硝酸熔鹽發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發電效率提高到40%。此外，運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。光熱發電領域目前經商業化應用驗證的成熟熔鹽產品的成分組成為60%硝酸鈉和40%硝酸鉀二元混合熔鹽。智利化學礦業有限公司、以色列海法化學工業公司是國際市場上有一定影響力的熔鹽供應商。國內企業熔鹽應用業績主要有：2012年7月，浙江聯大化工成功中標中廣核青海德令哈太陽能熱發電技術試驗基地項目一期硝酸鹽供應；2015年12月， 中標中廣核德令哈50MW光熱發電項目的熔鹽供應商為新疆硝石鉀肥有限公司為該項目供應硝酸鈉產品，文通鉀鹽集團有限公司為該項目供應硝酸鉀產品，硝酸鉀供應量約為1.4萬噸。硝酸鉀在太陽能儲能行業的應用將成為其需求量快速增長的重要途徑。

醫藥、食品行業對硝酸鉀品質要求高，價位也較高，但是目前需求量不大，隨著醫藥、食品行業的快速發展，對高品質硝酸鉀的需求會保持一個穩定增長的態勢。

3 發展及建議

近幾年，我國硝酸鉀行業有了較大的發展，生產規模與產品結構得到了一定的優化，但生產規模較小，同質競爭嚴重，高端產品缺乏，生產成本較高等問題仍然存在，今后需重點解決這些問題，促進行業健康發展。

3.1 發揮原料優勢，大規模、低成本是發展方向

由于國內硝酸鉀生產能力的增大，企業之間的競爭越來越大，擁有原料優勢，規模優勢與成本優勢的企業將會在激烈的市場競爭中存活下來。近幾年新建的企業已經朝著這個趨勢在發展。比如：青海元通20萬噸/年硝酸鉀項目擁有自產氯化鉀和自建合成氨裝置的原料優勢及規模優勢，浙江聯大化工有限公司青海項目擁有規模與成本優勢。今后，在硝酸鉀市場競爭中，特別是農業硝酸鉀市場中，擁有原料優勢，規模優勢與成本優勢的企業才能占領市場。

3.2 差異化競爭，提高產品質量

目前國內硝酸鉀行業存在供略大于求的狀況，而高端觸摸屏，光學玻璃，食品、醫藥行業對產品質量要求較高，價格也較高，國內對于高端硝酸鉀依然存在依靠進口的情況，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，國內硝酸鉀優勢企業應努力提高產品質量，豐富產品層次，占領高端市場，形成企業的產品優勢與品牌優勢。

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

[2] 李 剛，張廷福.我國硝酸鉀技術進展[J].無機鹽工業，1999，31(2):21-23.

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

[4] 錢庭寶，許風樓.離子交換樹脂的應用技術(Ⅰ)[J].化工進展，1986,44(4)：48-51.

[5] 魏文斌.硝酸鉀生產工藝研究[J].太原理工大學學報，2005,36(S1)：70-72.

[6] 張沂圭，王增平.連續式離子交換法生產硝酸鉀[J].硫磷設計與粉體工程，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].化學工業，2007,25(9)：16-18.

(本文文獻格式：夏循峰，楊燦輝，戴斌聯.硝酸鉀生產工藝及市場分析[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，主要從事化工設計及研究工作

TQ131.1+3

A

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