Overview of the Development of Sylvite and Potassium Fertilizer Industry in China
Abstract:
Potassium is one of the essential macroelements for the growth and development of various plants, and plays an important role in ensuring China′s food security. China has a shortage of soluble sylvite resources and an uneven distribution of sylvite resources. Potassium fertilizer started the latest in the development of the three major fertilizers in China, namely nitrogen fertilizer, phosphorus fertilizer, and potassium fertilizer. An overview of the development history of China′s sylvite and potassium fertilizer industry is summarized, and suggestions for strengthening the supply of sylvite and potassium fertilizer resources are provided.
钾作为各种植物生长和发育必需的元素,不但具有增产、提高作物品质的效果,还可提升作物对氮和磷的吸收,其作用无法被其他营养素取代。在我国氮肥、磷肥、钾肥等三大肥种的发展过程中,由于资源和技术方面的原因,钾肥起步最晚,发展条件最为艰苦。我国钾肥产业经过70多年的开发建设,已建立起科研、设计、设备制造、施工安装、生产、销售、农化服务等一套完整的钾工业体系;我国也已发展成为拥有自主知识产权的现代化钾肥工业大国,国产钾肥的自给能力有了大幅度提高,钾盐与钾肥已成为国民经济的重要基础工业,市场竞争力不断增强。经多年的艰苦探索与创新发展,我国钾资源开发取得了巨大的进步,目前共有资源型钾肥企业22家、加工型钾肥企业200多家,年产百万吨级大企业有3家。据中国无机盐工业协会(以下简称“协会”)钾盐钾肥行业分会统计,2023年,国产钾肥产量达9 170 kt(实物量),青海盐湖工业股份有限公司、格尔木藏格钾肥有限公司、国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司等主要大型企业,圆满完成国家下达的钾肥生产任务,为国产钾肥保供起到了“压舱石”的作用,尽显企业责任与担当。同时,我国钾肥生产主要工艺技术已达国际先进水平,成为继加拿大、俄罗斯和白俄罗斯之后的全球第四大钾肥生产国,可满足国内约50%的钾肥需求,使主要依靠进口的局面有了根本转变。如今我国的钾盐钾肥工业已形成以科技为先导、以创新为引领的发展模式,正在探寻着数字化、智能化的新突破。为端牢中国人手中的饭碗,保障全国农业需求和粮食安全,钾肥行业在深挖国内资源的基础上,积极拓展海外资源,努力增产满足国内需求,在保供稳价工作中发挥了重要的作用[1-2]。
粮食安全是国之大计、强国之基。在全球面临能源危机和粮食危机等多重风险叠加的背景下,越是面对风险挑战,越要稳住农业生产,因此肥料的作用至关重要。为持续维护国家粮食安全,我国钾肥行业将弘扬新时代的工匠精神、创新精神与奋斗精神,积极构建与行业发展相匹配、与时代特征相吻合、与发展路径相适应的发展模式,踏上新征程,见证新辉煌。
1
我国钾盐钾肥行业发展历程
早在20世纪30年代,我国就曾开展钾肥提取的试验研究工作,当时的黄海化学工业社利用氨碱法加工明矾石制取钾肥和氧化铝。1958年,我国在青海察尔汗盐湖戈壁滩无人区利用氯化物型盐湖卤水生产出了第一袋氯化钾样品。20世纪90年代以后,我国又利用氯化钾转化法生产硫酸钾、硝酸钾及钾镁肥等钾肥产品。因此,我国钾肥工业发展可大致分为四个阶段:1949—1977年为第一阶段,1978—1999年为第二阶段,2000—2009年为第三阶段,2010年后为第四阶段。
1.1
钾肥行业
我国钾肥工业的发展是从青海盐湖创业开始的。1958年初,经原化学工业部批准,青海省委以省盐务局为基础,在海拔2 800 m的青海察尔汗盐湖戈壁滩无人区筹建察尔汗钾肥厂,即青海盐湖工业股份有限公司的前身。为填补我国钾肥工业空白,在生产、生活条件和工艺技术都不具备的情况下,第一代盐湖人在艰苦的条件下进行了钾肥的生产,就此拉开了我国自主生产钾肥的历史序幕。察尔汗钾肥厂的工人利用原生光卤石矿土法生产出了我国第一批钾肥,并在建厂当年就实现了生产质量分数约50%的氯化钾953 t。1960年后,由于自然灾害,我国整个国民经济陷入困境。直到1966年,盐湖上诞生了第一座年产20 kt钾肥的生产车间,虽然设备比较落后,但盐湖人还是曲折地走出了一条希望之路。1969年,察尔汗钾肥厂首次引进了浮选法生产氯化钾工艺,开始向大型生产企业发展,钾肥生产向机械化作业生产方向迈进[1]。1972年,察尔汗钾肥厂氯化钾年生产能力突破万吨大关。纵观我国钾肥事业的第一阶段,我国钾肥实现了零的突破,但主要的生产工艺仍为落后的土法生产,远远满足不了农业需求。
1977年后,青海柴达木盆地钾盐勘查工作获得重大突破,找到并探明了液体和固体共生的大型钾盐矿床,为柴达木盆地的大规模开发打下了坚实的基础,为盐湖设计开发提供了资源保障。1978年7月,原化学工业部、青海省人民政府向国务院呈报了《关于加快青海察尔汗盐湖生产钾肥的报告》。按计划,察尔汗盐湖开发建设方案总规模为年产氯化钾1 000 kt,一期工程年产200 kt,二期工程年产800 kt。建设初期,察尔汗盐湖盐田光卤石矿采用旱采工艺开采,该工艺需在盐田各池轮采,生产效率低,成本高,仅适合小规模生产。当时最先进的盐田矿开采工艺为水采工艺,水采工艺的关键设备是水采船。为适应百万吨级钾肥的生产规模,察尔汗钾肥厂果断引进水采船,使用该设备后达到了盐田晒制连续化、采矿连续化、输送便利以及采矿成本低等目的,盐田生产跨上了新的台阶,自此察尔汗钾肥厂逐步实现了从手工操作到半机械化、机械化操作的转变。
我国硫酸钾生产起步较晚,从钾肥工业发展的第二阶段后期开始。随着农业经济结构全方位的调整,种植结构的优化加大了对无氯钾肥的需求。在这一宏观背景下,通过引进技术、引进资金、自主开发的形式,我国加工型硫酸钾工业迅速发展壮大起来,曼海姆工艺也成为我国最成熟、应用最多的硫酸钾生产工艺。目前,我国加工型硫酸钾产能已超过4 000 kt/a。
2000年,国家吹响了西部大开发的号角,“青海100万吨钾肥项目”被列为国家西部大开发的首批十大项目之一。2004年,青海盐湖工业集团有限公司年产量首次突破1 000 kt;2006—2007年,二期百万吨项目连续两年产量突破1 000 kt,产能和产量几乎每年都上升一个新台阶。与此同时,找钾工作在新疆罗布泊获得重大发现,也为我国钾盐事业注入了新鲜的血液。1996年在罗布泊地区发现的钾盐资源,初步探明储量为2.5亿t。2000年9月,在新疆维吾尔自治区政府的协调下,新疆罗布泊钾盐科技开发有限责任公司(以下简称“国投罗钾”)成立,罗布泊钾盐开发项目得以顺利开展。2001年,具有深远意义的罗布泊钾肥基地一期盐田工程在“生命禁区”的罗布泊腹地——罗中正式开工建设。经过艰苦奋斗,2005年国投罗钾硫酸钾产能达到100 kt/a。在这5年内,罗布泊钾盐项目先后进行了前期的勘探、环评、项目报批、工业小试、中试和投产等工作,攻破了全世界尚未解决的因缺水而导致的钾盐生产技术难关和盐田建设技术难题。2006年2月,国家发展和改革委员会正式核准新疆罗布泊钾肥基地1 200 kt/a硫酸钾项目,并列入国家“十一五”重点建设项目。2006年4月25日,国投罗钾年产1 200 kt钾肥项目举行开工典礼,世界最大的硫酸钾“航母”开始在罗布泊建造,并于2008年11月18日投料试车成功。国投罗钾依靠科技赋能,丰富和完善了我国钾盐工业的产业结构,重构了我国钾盐工业格局。
经过几十年的生产实践,“青海盐湖”奠定了我国钾肥工业的基础,揭开了我国钾肥大规模工业化的序幕。1993年7月18日,时任国家主席江泽民同志在视察青海钾肥厂时题词:“艰苦奋斗铸盐魂,改革开放创新业”,这不仅增加了“盐湖人”的必胜信心,更鼓舞了国人义无反顾地在我国钾肥的创业之路上坚定地走下去。1996年7月31日,“青海钾肥厂”按照现代企业制度,整体改组成立了“青海盐湖工业(集团)有限公司”。1997年8月5日,盐湖钾肥股票在西宁市网下发行获得巨大成功,创下了到账申购款513亿多元的全国纪录。9月4日,盐湖钾肥股票宣告上市。2011年4月29日,“青海盐湖钾肥股份有限公司”更名为“青海盐湖工业股份有限公司”(以下简称“盐湖股份”)。2014年,盐湖股份启动钾肥挖潜扩能工程,进一步巩固了我国钾肥龙头企业的地位。盐湖股份突破了低品位固体钾矿的溶解转化开采技术,开发出高钠低钾贫矿冷结晶浮选技术以及尾矿溶解转化热溶结晶技术,实现了低品位固体钾、盐田贫杂矿、加工厂尾盐的钾资源高效利用,至此,盐湖股份钾肥规模达到5 000 kt/a。
格尔木藏格钾肥有限公司(以下简称“藏格钾肥”)在2013年5月收购了瀚海集团,之后陆续整合了13家小型钾肥生产企业,经过近几年的开发,藏格钾肥氯化钾产能扩大至2 000 kt/a,成为国内第二大钾肥生产企业。2016年1月,藏格钾肥成功上市。2017年12月,通过公开拍卖,藏格钾肥拍得“青海省茫崖行委大浪滩黑北钾盐矿详查探矿权”,进一步扩大了资源储备,对藏格钾肥的后续发展提供了资源保障。
2011年11月,国家“十一五”重点建设项目“新疆罗布泊钾肥基地年产120万吨钾肥项目”顺利完成,国投罗钾1 200 kt/a硫酸钾生产线满负荷生产,各项经营指标达到或超过设计能力,标志着我国迈入世界硫酸钾生产大国的行列。
在百万吨级钾肥生产企业发展的同时,柴达木盆地还活跃着一支中坚力量。青海中信国安科技发展有限公司(以下简称“青海中信国安”)依托西台吉乃尔盐湖资源,2005年一期年产300 kt硫酸钾镁肥生产装置投产成功。2012年,青海中信国安盐湖资源综合利用一体化项目,即年产300 kt氯化钾工程在西台吉乃尔湖开工建设。同时,五矿盐湖有限公司于2009年9月在青海省海西蒙古族藏族自治州市场监督管理局登记成立,2017年300 kt/a氯化钾项目开工建设,2018年5月建成投产。
由于钾肥在经济发展和粮食安全中具有重要的作用,加之全球钾盐资源分布的不均衡性,促使我国企业“走出去”,在境外投资开发钾资源项目。
1.2
钾盐行业
我国碳酸钾生产始于20世纪50年代,但真正形成工业规模是在60年代。70年代末至80年代初是大发展时期,当时碳酸钾主要应用于合成氨合成气体净化,也可用作无氯钾肥,需求量较少。虽先后采用了草木灰法、路布兰法、电解法和有机胺法等生产工艺,但规模都很小。80年代以后,我国碳酸钾需求量迅速增长,上述4种生产工艺因存在工艺复杂、能耗高、产品质量差、不适合大规模工业化生产和污染严重等问题均被淘汰。90年代初,离子膜-流化床生产技术的引进及装置的投产,成为我国碳酸钾行业发展的一个重要里程碑。生产企业经过几十年的实践和调整,逐步向大型化、现代化、自动化方向发展,一些中小企业在竞争中逐渐被淘汰。目前,我国工业化生产主要采用离子交换法工艺和离子膜电解-碳化法工艺,国外生产主要采用离子膜电解-碳化法工艺。
我国于20世纪70年代开始研发磷酸二氢钾的工业化生产工艺,较成熟的是中和法工艺,国内仅几家企业可以采用。武汉无机盐化工厂与浙江省化学工业研究院等单位起草了国家标准《磷酸二氢钾》(GB 1963—1980),1980年由原国家标准总局发布;湖北省化学研究所、武汉无机盐化工厂合作建成了国内第一套离子交换法工业化生产装置。20世纪80年代,我国开始研发磷酸二氢钾新的生产工艺,武汉、徐州、连云港等地的工厂开始用复分解法进行生产。上海化工研究院研发了湿法磷酸制取磷酸钾及磷酸氢钾铵的直接法生产工艺,并在武汉无机盐化工厂进行了中试。20世纪90年代初,天津化工研究院研发了氯化钾与磷酸二氢钠的复分解法工艺。90年代后期,焦作大学化工研究所及绵阳勤生技术开发公司开发的氯化钾与磷酸二氢铵的复分解工艺在国内有一定的代表性。目前,国内生产磷酸二氢钾的企业虽然不少,但能在工业、农业、饲料、食品、医药、出口等方面都具备一定影响力的企业并不多。
我国硝酸钾生产历史十分悠久,但农用硝酸钾的市场是从20世纪80年代末至90年代初起步的。烟草行业为了提高我国的烟草品质,扩大高档香烟的出口量,在云南等烟区的烟草专用肥中使用硝酸钾。当时我国的硝酸钾生产企业主要生产工业级硝酸钾,且规模分散,产品成本高。我国农用硝酸钾的生产装置是在2002年以后发展起来的。新中国成立后不久,我国开始采用硝酸钠与氯化钾复分解法生产硝酸钾,副产氯化钠。随着农业“补钾工程”的启动,为满足我国硝酸钾市场的需求,原生产工业硝酸钾的部分企业利用既有优势,对生产装置进行农用硝酸钾生产技术改造。20世纪80年代初期,我国开始采用以硝酸铵与氯化钾为原料的离子交换法生产硝酸钾。由于原料硝酸铵生产规模可大可小,硝酸铵廉价易得且生产装置投资较少,经过多年的开发完善,离子交换法现已成为我国生产农用硝酸钾的主要方法之一,促进了我国农用硝酸钾产品的生产和施用。20世纪80年代中期,我国开始采用氯化钾与硝酸铵复分解循环法生产硝酸钾与氯化铵,其工艺简单、消耗低、无污染,受到国内生产企业的普遍重视,目前已发展成为我国硝酸钾生产的主要方法之一。2003年,我国有硝酸钾生产企业20多家。至2006年,随着无氯钾肥市场的活跃,年产10~70 kt规模的农业级硝酸钾生产装置有较多增建,生产方法主要采用复分解循环法,但相关生产企业抵御市场风险的能力不强。受复分解技术水平及设备的限制,难以形成大规模生产,产业集中度未形成规模效应。20世纪90年代中期,经大量科学研究,研发出了硝酸钾造粒技术,喷浆法硝酸钾造粒工艺已用于实际生产,填补了我国硝酸钾生产的一项空白,打破了世界上少数发达国家对这一技术的垄断。此后我国又在熔融造粒工艺的基础上进行改进,成功研发了喷浆造粒新工艺,我国硝酸钾生产技术达到了世界先进水平。
2
加强钾盐钾肥资源保供的几点建议
我国是可溶性钾盐资源短缺的国家,钾盐资源分布不均,以盐湖卤水为主,主要分布在青海省柴达木盆地、新疆维吾尔自治区罗布泊盐湖和西藏自治区藏北盐湖区等地;同时我国又是钾肥消费量居全球首位的国家,如何满足我国钾肥市场需求,保障粮食安全,是行业内最为关注的话题。为加强钾盐钾肥资源保供,提出以下建议:
(1) 继续加大在国内找钾的力度,实现“增储”目标
我国盐湖按照现有资源和开采能力只能够生产30年,为此需加大对察尔汗盐湖和罗布泊盐田资源的接续勘探工作。加大投入资金和人员力量,从国家层面整合找矿的队伍,产学研一体化,形成合力,支持寻找钾盐资源的地质工作。
认真落实“油钾兼探”政策,重点研究油盐共存盆地的古代钾盐成矿远景,继续在油气勘查区寻找和勘探钾盐资源。
对于新开发的钾盐成矿地区,在区别钾矿不同成矿类型的基础上,重视海相钾盐未来接续基地的勘探投入,精准部署,强化预研究,加大矿产勘查力度,提高找矿精准度和效率。
(2) 加大科技扶持力度,提高钾盐资源综合利用率
通过科技扶持,可以将中小企业的现有钾盐资源进行技术升级,支持盐湖可溶性低品位固转液开采技术的进一步研发与应用,提高钾盐资源综合利用率。深化人工智能、大数据、工业互联网等新一代信息技术与钾肥行业的融合发展,推动其加速向网络化、数字化和智能化方向转型升级。
(3) 多举措加大钾肥进口,适时增加钾肥储备
由于钾肥需求季节性强,进口仍存在一定的不可预见性和风险,建议做好钾肥储备和进口工作,增强国内钾肥市场调节能力。一是继续实施钾肥大合同联合谈判机制。在这一机制的有力保障下,我国近20年来持续保持世界钾肥“价格洼地”的地位,有效保障了国内钾肥的稳定供应。二是对有多年进口实际业绩,国外有稳定的钾肥货源的企业放开配额数量限制,增加钾肥进口量,缓解国内钾肥供应不足的问题。三是在国际钾肥市场价格较低时,适当提高国家化肥商业储备中的钾肥储备量,以利于在特殊时期用储备货源发挥市场调节作用。四是增加国内钾肥生产厂商与贸易商之间的互动,根据国内产量和需求总量,协调进口钾肥的数量与进口时间,缓解市场供求矛盾,满足国内农业生产对钾肥的需求。
(4) 将境外钾肥开发项目纳入国家鼓励项目,加速推进境外钾盐资源开发力度
据协会的统计,我国企业在境外的钾盐投资项目为26个,分布在6个国家,投入资金额超过55亿美元,规划总产能近22 000 kt/a,目前已建成氯化钾产能4 000 kt/a。面对国内钾盐资源不足的情况,可利用境外钾盐资源补充我国钾肥的市场供给。从国家层面加强顶层设计,统筹规划,将境外钾肥开发项目纳入国家鼓励项目的政策中,并制定长期发展战略。
在政局稳定、资源禀赋良好并且进展较快的境外中资钾肥项目中,筛选优势项目,优先选择老挝、泰国以及非洲等国家现有在建、扩建重点项目给予融资方面的倾斜和支持。利用区域全面经济伙伴关系协定(RCEP)将境外钾肥开发项目纳入国家银行风险投资的优先支持范围。对境外钾肥中资企业,采用降低或取消增值税等相关税费、实施优惠利率、物资设备进出口优惠等政策,并给予已建成境外钾肥生产企业进口直销资质,提高企业钾肥回运的积极性。
(5) 完善沟通机制,发挥协会作用
对于国内钾肥行业发展,作为承载行业信息聚集地和专家智囊库的行业协会,应充分发挥协会与企业联系紧密等优势,主动为国家有关政府部门在制定相关产业政策时,提出具有代表性和急迫性的政策建议。
对于境外钾资源开发项目,在政府有关部委的指导下,由协会牵头建立境外项目专家咨询委员会,开展项目资源评估和项目可行性研究评审;协调企业之间合作开发的可能性,促进形成项目合作共同体。