逆流串级浸出提取草木灰中钾盐技术(专利申请号：201510263608.8)的原理为逆流串级提取。草木灰中富含钾，如稻草灰中含钾质量分数约在8%左右，如果以碳酸钾(含氧化钾＞50%，质量分数，下同)的形式提取出来并用作硫酸钾型复合肥、氯化钾型复合肥生产或农作物生根、壮颗、增产必不可少的高档滴灌肥、冲施肥生产所需的基本原料，则1 t稻草灰仅碳酸钾产品所产生的经济效益就达800元以上。

产品以钾盐为主，因此草木灰中钾的含量是最重要的参数。在实验室进行流程开发时所采用的草木灰，其含氧化钾8.1%~9.2%、磷酸根0.9%~1.5%、烧失量5%(主要是未燃烧完全的碳)，其余成分为氧化钙、氯化物、少量硫酸盐等。如以氧化钾的平均含量为8%计算，1 t草木灰可生产出140 kg碳酸钾(水溶性钾肥原料，市场流通中暂无政策性壁垒)。

根据物化特性及市场供需等情况，提取钾后剩余的残渣有多条经济可行的消耗途径可供选择。

(1) 长效肥。作为生态农场基肥的主要组成部分，长效肥不仅具有肥效持久、缓释放、不易流失的特点，能减少营养元素的损失和浪费，而且还能避免对地下水和河水的污染，增加作物产量，显著改善作物品质，助力中国绿色有机农产品生产。如增加甜菜、甘蔗、西瓜等的糖分及油菜籽的含油率；促使瓜类、茄果类蔬菜及果树、棉花的开花结果，提高结果率；加速谷类作物分蘖与促进籽粒饱满。

(2) 微肥。正常情况下，残渣所含的中微量元素全面且含量较合适，因其为纯天然植物营养素，相互间无拮抗；在无需另行添加中微量元素的情况下，可作为生产中微量元素复合肥的原料，有效实现土壤修复和改良、提高肥料的利用率、提高农作物的产量和品质、减少病害的发生。

(3) 育苗基质。草木灰具有孔隙度大、持水性好、营养元素全面、无菌无毒等优良的特性，在温室生产现代化和生产工厂化育苗中可作为穴盘育苗的基质组成的主要物质，配合蛭石、珍珠岩按不同比例混合，固定幼苗根系并提供营养。

(4) 磷肥。提钾以后的灰渣的主要成分可能为磷酸钙，因此可用硫酸调理，制备磷酸氢钙或者磷酸二氢钙，作为农用化肥出售。

(5) 土壤修复剂与白炭黑。如果灰渣中氧化硅含量较高，可作为土壤修复改良剂，提高土壤的pH，增大土壤盐离子代换量和盐基饱和度，抑制和钝化土壤中钠离子和重金属离子的活性，减少农药使用量，减轻农业对环境的污染，促进土壤团粒结构的形成，提高土壤肥力，避免对地下水和河水的污染；或提取白炭黑作为橡胶补强剂，可广泛应用于轮胎、胶带、胶管、胶鞋、电线电缆等橡胶制品中。

(6) 饲料添加剂。作为微量元素来源，合理补饲畜禽养殖对象，提高生产性能和繁殖性能。

中试费用包括人工工资、设备设计和加工、现场试验费等，所需资金不超过200万元。中试设备主要为5~8个串级浸出槽，采用不锈钢或者塑料材质即可。中试所需场地为约100 m²的简易厂房(避免出现扬尘及恶劣天气对试验造成影响)。提钾技术核心工艺流程示意见图 1。图 1提钾技术核心工艺流程示意

图 1

提钾技术核心工艺流程示意

拟采用多效蒸发器或者机械蒸汽再压缩(mechanical vapor recompression，简称MVR)蒸发器。前者投资相对较少，但运行成本略高；后者产品耗能少，但投资相对较大。在具体应用时，采用何种设备由投资方决策选取。

提钾过程中，主要是能耗问题。因热水浸提时间短、效率高，故建议采用热水浸提。如采用串级提取而不是批次提取，可确保提取液中碳酸钾浓度尽可能高，在相同产能的条件下，可减少蒸发结晶过程的费用。以1座2×15 MW的常规电厂进行折算，其日产灰渣100 t，建设成本折算成单位灰渣的投入相当于7~10万元/t。因水、电、气和人工费用各地区不尽相同，故须根据具体项目单独计算才可给出准确成本。

为避免燃料浪费、实现精确控制及针对炉膛内同一批次燃料必须单一等情况，并考虑到燃料为秸秆、树枝、木头(竹木)等生物质随地域及季节变化的特点，当仅燃树枝、木头(竹木)等生物质燃料时，则该草木灰无提钾价值，企业可根据具体情况，从图 2所示的6种资源化处置方案进行选取；而在秸秆燃料供应充足时，亦能够确保及时对提钾工艺进行启动，即草木灰提钾资源化仍具有工程实施的必要，以保证在草木灰处置上的收益最大化。

图 2

生物发电草木灰资源化处置方案

中试所需设备定制、调试过程约需4个月时间。由于流程简单、生产过程无添加，所以不需要很复杂的培训过程，5个人足以完成所有中试试验工作。

提钾过程为逆流溶出，在国内尚未有类似的报道。所用设备为专门设计，使得三钾盐(碳酸钾、硫酸钾、氯化钾)的溶出更为彻底，更容易实现大规模生产。渣作为生产农用化肥或基肥的原料，如果市场情况许可，还可以生产鸟粪石或其他化工产品，如磷酸。也就是说，各生产链环环相扣，原料闭路循环，工艺用水仅需少量补充，最终完全消化了草木灰，生产过程的原料利用率达到了100%，即实现了“废物零排放”(图 2)，节省了后续处理费用。

动态连续试验表明，该技术区别于其他技术的显著优势在于其具有操作连续性、可放大、简明、快速、稳定等特点。先进的逆流溶出技术确保比国内外同类型及同等规模投资降低25%左右，即在缩短工程周期的同时，可显著降低工程投资。而工艺过程实现零废物产出，主要产品碳酸钾是一种很好的水溶性钾肥原料，同时也是特种玻璃的原料之一，市场流通中不存在政策性壁垒。

作为清华大学服务农业建设的重要标杆项目，针对我国75%以上的耕地不同程度地缺少微量元素的现状，通过对提钾残渣资源化方案的应用，并调整配方和生产工艺，开发添加中微量元素的新型肥料投放市场。

生物质灰渣特性受到以下诸多因素的影响：①生物质燃料的种类(如小麦秸秆、玉米秸秆、稻草等草本燃料，木材或树皮等木本燃料)及特性，特别是其中无机成分的含量和特性；②生物质燃料的生产、加工和预处理过程；③燃烧技术(如固定床燃烧或流化床燃烧等)；④灰渣样品收集位(如炉渣或飞灰)。

生物质的燃料特性以及上述多方面的因素决定了在生物质灰渣特性描述及利用特性评价上的复杂性，而了解生物质灰渣的特性(资源化潜力综合评估)是实现其合理综合利用的基础。针对生物质燃料多样性特点，有必要对具体项目量身定制服务套餐。

在企业正式决定投资建设该项目后，专门的设计院将根据所选定的技术工艺进行设计并核算所有成本，并向企业提交系统技术资料，确保重复性好、技术先进、工艺稳定。项目运作流程如图 3所示。

图 3

项目运作流程