大型硫酸钾技术:为“死海”播种希望
“罗布泊盐湖120万吨/年硫酸钾成套技术开发”项目让“死亡之海”罗布泊变成希望之海这个美好的愿望成为现实。这一由国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司完成的项目,不仅使我国硫酸盐型卤水钾资源开发达到国际领先水平,还打破了国际寡头对钾肥市场的垄断、改变了世界钾肥格局,也因此一举摘得2013年度国家科学技术进步一等奖。
被称为“死亡之海”的罗布泊,其地下卤水矿床是我国继青海察尔汗后发现的最大的含钾卤水矿床,也是世界最大的干盐湖之一。罗布泊盐湖属硫酸盐型,有别于青海察尔汗氯化物型,国外仅有美国大盐湖与其类似。硫酸钾优于氯化钾,可明显提高作物品质,改善土壤质量,特别适于蔬菜、瓜果等忌氯作物。我国硫酸钾消费已达200万吨/年,并以年均12%的速度增长,开发罗布泊盐湖钾资源对保障我国粮食安全和改善农作物产品品质具有重大意义。
然而,与青海察尔汗、美国大盐湖相比,罗布泊盐湖开发利用存在诸多难点。比如,卤水具有“硫高钾低”特点,自然蒸发无法得到生产硫酸钾的高品质原料,且回收率低。再比如,罗布泊湖区酷热缺水,无大量淡水分解光卤石生产氯化钾;且位置偏远,用外购氯化钾方式补钾,势必造成产品成本过高、项目无工业化应用价值。此外,钾混盐硬度大、易结块,国内外尚无用采盐船来收的先例。而氯化钾、软钾镁矾两种物料反应易分层,硫酸钾结晶粒度细,产品质量难控制。更困难的是,罗布泊盐湖地下卤水层数多,埋藏深,不可能“渠采”,且易兑卤析盐堵塞地下通道。
2000年9月,国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司成立。此后,罗钾人经过找矿、探矿、试验、建设、生产,研究出了具有国际先进、国内领先、拥有自主知识产权的工艺技术,用短短几年时间走过了同类企业十几年甚至几十年才走完的路,为“死亡之海”播种了希望。
目前,硫酸钾主要有三种生产方法:一是利用氯化钾和硫酸(盐)反应生产,二是利用可溶性硫酸盐分解制取,三是利用含钾硫酸盐型卤水直接提取。该项目实施前,国内硫酸钾生产均采用第一种方法,这种“以钾换钾”的方法,既不能增加中国钾肥总量,还造成大量能耗和环境污染。
面对重重困难,项目组经过近8年科技攻关,在工艺、设备等方面实现了重大技术创新。研究人员采用独特的高效分散兑卤、盐田摊晒和选矿工艺,有效缩短卤水蒸发结晶路线,显著提高了含钾矿物品质和收率;同时采用加水将多种含钾矿物转化为软钾镁矾,为浮选创造便利条件。淡水缺乏一直是硫酸钾规模生产的严重制约,他们通过对盐田钾盐析出路线进行创新性分级,得到生产氯化钾的光卤石原料,并开创性地选用低镁饱和循环卤水代替淡水分解光卤石,再浮选除去氯化钠,解决了这一痼疾。针对两种物料易分层等难题,项目组采用超单元及网格划分技术,对结晶器进行多层次建模和有限元分析,考察流场分布规律与特性,研制出具有产品粒度均匀、生产能力大等优点的结晶器,生产的硫酸钾产品颗粒大、品质高。
他们还研制出两栖式采盐船,首次实现钾盐镁矾硬矿的高效采收,并利用其能够自行上岸检修、转弯灵活等优点,大大提高了盐田的使用效率,保障了生产的连续稳定运行。填补了国内外同类设备的空白,其矿石采收能力高出国内外类似设备一倍多,但价格比进口设备每台节约投资约3000万元,提高作业率18%—20%,采矿石回收率提高3%。
另外,针对罗布泊盐湖卤水分层多,各层卤水浓度、组分不同的特点,他们创造性地采用“差异化布井,分区、分层采出”模式,首次实现天然饱和卤水地下大规模钻井开采,建成世界最大卤水开采井群。
经中国石油和化学工业联合会组织鉴定,该项目整体水平国际领先,并为硫酸钾生产开辟了一条崭新途径。应用该技术建成的世界最大硫酸钾生产装置运行稳定,单厂生产规模全球最大,产品质量世界第一,产品氧化钾含量约为51.90%,加工回收率57.54%(理论上限为67%)。与美国大盐湖相比,回收率提高45%、节水59%。2012年其产品占世界硫酸钾总量26%左右,国内市场占有率78%以上。所生产的“罗布泊”牌硫酸钾,各项指标均达到和优于国家优等品标准,且产品不含游离酸,是不可多得的无氯优质钾肥,也是经济作物的首选钾肥。
该成套技术还可用于国内外诸多盐湖的开发,如青海大浪滩及东(西)台地、新疆玛纳斯盐湖及澳大利亚的同类型盐湖,具有广阔的应用前景,为我国实施钾资源“走出去”战略,提供了强有力的技术支持。