美国天然碱FMC公司及加拿大SOLEX公司的考察报告

王 远

（江苏井神盐化股份有限公司淮安碱厂，江苏 淮安 223200）

应美国天然碱FMC公司和加拿大SOLEX公司的邀请，中国纯碱协会组织，一行11人于2012年10月16日至10月20日出访考察了美国FMC公司和加拿大SOLEX公司，对美国FMC天然碱的生产厂和天然碱地下矿区及加拿大粉体流冷却器设备供货商SOLEX公司进行了现场考察和技术交流。

1 美国FMC公司

美国FMC公司位于美国怀俄明州绿河（Green River Wyoming）地区，在美国的西北部。FMC公司纯碱总产能为440万t／a，满负荷生产可达到美国纯碱总产量1 200万t／a的36.7%；产值约36亿美元／年；公司设置销售、财务、技术、人事、生产及采供等部门，总职员不到1000人。中国上海设立FMC中国办事处。

1907年美国西方碱业公司在绿河盆地的地下井水中和湖底发现白色的盐类；1938年在该地区的石油钻探过程中发现了蕴藏丰富的天然碱矿。该天然碱矿形成于5 000万年前，黄石公园频繁的火山喷发活动，将大量的绿色植被带入绿河盆地的湖水中。绿河盆地的湖水经过400万年的蒸发逐渐干涸，而湖水中的绿色植被在腐烂过程中产生的CO2与湖水中的盐类（NaCl）反应，形成42条25层天然碱矿藏，蕴藏量约1 300亿t。其中可供机械法开采的天然碱矿约250亿t。目前在这一地区进行天然碱开采和生产的有美国的FMC公司、欧洲的SOLVAY公司和印度的TATA集团公司。美国政府以土地出租形式，使这些企业获得地下天然碱矿开采权。

FMC公司成立于1954年，其天然碱采矿和生产出租区约2 849km2。目前开采的是25层天然碱矿层中的第17层，在地下约500m深，矿层厚度约3m。天然碱品位相当高，以倍半碳酸钠形式存在，其中Na2CO3·NaHCO3·2H2O占80%以上，最高可达90%，另外10%为水不溶物。

1962年FMC建倍半碱厂；1972年FMC建两个一水碱厂；1983年开始用挖掘船在湖中开采由废弃物尾矿等溶解、蒸发形成的结晶碱；1984年进行大规模液采矿试验；1989年开始地下尾矿的回填；1990年建小苏打厂和苛化法烧碱厂、氰化钠厂；1996年建第一个液采矿制纯碱厂，产能80万t／a。

1.1 碱矿开采、尾矿处理及废渣资源利用

地下碱矿的开采分为两种，一种是固采法，一种是液采法。

1.1.1 固采技术

固采碱矿在地下500m作业，采用了大型的机械采矿设备，配置大功率破碎机和皮带运输机。作业人员通过竖井升降设备下到地下500m，再乘坐吉普车行驶约18km，到达作业面。地下坑道均为机械开通，全部为机械化作业。

地下坑道分布面积很大，分为固采矿作业区、水采作业区、皮带运输区、配电区、备件区、休息区以及商店等。井下通风设备、照明设备及安全交通标识、安全救护装置等齐全。下井人员须佩戴好劳保工作服、工作鞋、安全帽、防护眼镜、耳塞、照明灯、应急呼吸器、工具等。

作业现场的大型设备现代化程度极高，开采操作人员只需要对开采设备进行编程操作，所有的碱矿开采全部由大型设备完成。开采掘进器可在其200m的轨道上运行挖掘。

碱矿开采作业面高度为3m，开采设备基本上将这一层碱矿一次性固采完。开采作业面的顶部大约仅剩余5～15cm厚度的矿层。作业面不采取其他防塌陷护顶，十几公里的坑道也鲜见防塌陷护顶措施，坑道及作业面裸露部分均为碱矿岩。从坑道到作业区，除先进的大型挖掘设备、坑道掘进设备、大功率破碎机、高速皮带运输机及大功率配电装置外，其他装置及设备投入很少，因而其采矿成本有效降低。

在现场参观时，几分钟内，几十吨的天然碱矿被开采、破碎、皮带运送走，采运过程均实施抑尘措施，开采现场粉尘极少，整套开采设备能力大、自动化程度高，安全性高。

开采的碱矿被大功率破碎机破碎成10cm以下粒度，通过高速运输皮带运至地面。运输皮带与挖掘机配套，皮带宽约1.5m，皮带速度约2～3m／s（目测），采矿挖掘机瞬间开采的矿石均能在短时间内运走，以保持采矿挖掘机的连续运行。

1.1.2 液采技术

机械开采后的矿层仍残留剩余的碱矿。FMC公司对尾矿采用了液采方式进行开采。从1984年进行液采技术测试，取得成功，获得技术专利。

液采碱矿设备也安置在地下500m矿区。在开采矿石后的地下空间配置了液采设备。主要是注水泵和提升泵。提升泵采用6级离心泵串联加压，将高浓度的倍半碱溶液送至地面的液采制碱厂。由于液采为FMC的专有技术，对液采作业的技术指标予以技术保密，液采的相关技术交流介绍不多。

1.1.3 废渣资源利用

FMC公司建厂以来，利用固采碱矿石直接生产纯碱，产生的废矿石自然堆积。经雨水冲刷溶解，废矿石中的倍半碱溶于水中并被带到低洼的浅水湖中。日积月累，湖水蒸发，在湖底形成倍半碱的结晶矿。1983年FMC公司开始回收低洼浅水湖中的结晶矿作为生产纯碱的原料。1989年，FMC公司开始利用废矿石回填尾矿，以防止矿区塌陷。另外利用液采技术进一步回收其中的有效成分，使其得到资源化利用。

1.2 FMC纯碱厂

FMC纯碱厂的总产能为440万t／a。除纯碱外，还产1万t／a苛化法50%液体烧碱、7万t／a小苏打。纯碱生产工艺为两种，其中主要的是固体碱矿生产工艺和液采矿生产工艺。

1.2.1 固采矿生产工艺

固采矿生产工艺是最早的天然碱生产工艺。其工艺流程为：将固采倍半碱矿石进一步破碎，破碎后经煅烧炉进行加热煅烧，分解其中的NaHCO3为Na2CO3；然后将其溶解为碱液，进行净化处理，去除溶液中的水不溶物和其他杂质；通过蒸发器进行蒸发浓缩，结晶生成一水碱；经离心机分离脱水，进行蒸汽加热干燥得到成品重质纯碱。

固采矿生产工艺还有另外一种方法，即用烧碱去除小苏打工艺。其生产流程为：将粉碎后的固采碱矿先溶解，进行初级过滤，去除水不溶物等机械杂质；加液体烧碱分解NaHCO3，以去除小苏打；然后进行二级净化过滤，得到高纯度的碱液；进行蒸发结晶；经离心分离，进行蒸汽干燥得到成品重质纯碱。

FMC公司还生产轻质纯碱，其工艺方法为：固采碱矿经粉碎后直接溶解，获得高浓度倍半碱碱液，经净化过滤后，进行二次结晶；经分离脱水后进行蒸汽煅烧，分解其中的NaHCO3，得到轻质纯碱。

小苏打生产工艺为：固采碱矿粉碎后溶解，净化过滤得到纯净的倍半碱碱液，然后利用为苛化烧碱配套的石灰窑的窑气进行碳化结晶，经过滤分离脱水，进行干燥得到优质小苏打产品。

这种倍半碱法纯碱厂1953年建厂，从初期的30万t／a规模，到目前几经扩产已经达到125万t／a能力。小苏打产能为7万t／a。

1.2.2 液采矿生产工艺。

液采矿纯碱生产厂1996年建厂，最初产能为80万t／a。液采矿生产工艺是FMC公司的专有技术，其生产工艺、设备先进，低生产成本的优势非常显著。

FMC公司只允许考察一个液采厂的局部生产装置，技术交流受技术保密限制。其工艺流程为：液采碱矿溶液先进行蒸发浓缩；达到一定浓度后，进行加烧碱分解其中的NaHCO3，去除净碱液中的小苏打成分；经机械压缩循环蒸发浓缩并完成结晶，得到一水碱结晶；通过离心机过滤脱水，经燃煤煅烧炉干燥，获得重质纯碱产品。

液采厂80万t／a生产装置每班操作人员5人，自动化程度很高，生产装置区设一个控制室，全部计算机操作控制。生产设备采用最先进的蒸汽机械压缩循环蒸发工艺。80万t／a生产配置两套美国产蒸汽压缩机，其设备运行平稳，故障率极低，每年进行一次例行检修，平日基本为无故障运行。每年的检修主要是更换蒸汽压缩机的易损件、清理蒸发器的结疤，以保证检修后的一年运行周期。早期的蒸汽机械压缩循环蒸发器也出现结疤而影响作业周期技术问题，经FMC相关技术人员的技术改进，目前已经有效地解决了系统结疤问题。

1.2.3 运输及配套能源供应

FMC纯碱成品90%是散装纯碱，另外有吨袋的大袋包装和纸袋的小袋包装。袋装全部为自动化包装，操作人员只有3人，另外有5人负责散装装货。FMC散装运输是该公司的优势，火车专用线配置发达并先进。专用火车散装罐车存放处可见几百节，多则上千。其作为FMC的纯碱储备库，每节罐车可装载100t重质纯碱，每次运出超过1万吨。专用铁路轨道铺设在纯碱筒仓底部，散装罐车顶部设有4～6个装碱口，罐车的底部设有3～4个卸料口，装载和卸料方便快捷。

1.3 考察结论

美国FMC公司天然碱生产具有得天独厚的天然资源，地下碱矿丰富，采矿工艺技术和设备先进。机械化程度高，产能大。天然碱浆加工制造工艺先进，设备自动化程度高、节能。因而使得美国天然碱的制造成本低，效率高。尽管FMC公司地处美国的西北部偏远地区，但是铁路运输配套发达，高速公路四通八达，运输条件优越。在生产过程中，注重环境保护（尾矿回填）和资源充分利用（废矿石的再利用），因此纯碱生产过程基本上不造成环境的污染。而且其生产销售基本上按照订单生产，不人为地扩大产能，破坏供求平衡。因此美国的纯碱市场价格相对稳定，纯碱制造商的效益也相对稳定。即使有富饶的地下矿藏，作为租赁土地没有无限制地大规模地开采，以保持地下资源的长期利用。这是我们应该借鉴和效仿的。

FMC公司的液采天然碱厂的蒸汽机械压缩循环蒸发系统是先进的节能技术，因而使得其制碱制造成本低，能耗低。尽管一次性投资大，但设备的性能和自动化程度高，稳定性强，保证了生产过程生产波动小，运行费用低，操作和检修人工费用显著降低。这是我国纯碱企业未来发展的趋势，采用先进的设备装置，增强自动化作业程度，节能降耗，提高人均生产效率。

2 加拿大SOLEX公司

加拿大SOLEX公司位于加拿大阿尔伯塔省南部洛矶山脉下的卡尔加里市，是加拿大第三大城市。卡尔加里周边地区副产石油天然气。世界上很多大的石油公司总部就设在该市。SOLEX公司总部及实验室设在该市郊。公司总共有职员40人，其中25人在加拿大总部，其他人员分布在欧洲好多国家。SOLEX公司起源于加拿大COMINCO公司，该公司主产品为化学肥料。而SOLEX公司的前身是该公司的干燥、冷却研发机构，专门针对化肥生产过程的干燥和冷却进行设备的研发和设计。主要用于大颗粒尿素、小颗粒尿素、复合肥等产品的冷却。1999年从COMINCO公司分离出来，专门从事冷却设备的研发设计。2008年成立SOLEX公司，总部设立工程部及实验室。制造厂在欧洲的德国、荷兰、罗马尼亚等地。目前有500台冷却设备应用于40个国家的不同产品。其中以化肥为多，其他涉及产品为化工产品、制糖、制盐、矿物、洗衣粉、粮食等。

用于纯碱工艺的重质纯碱的粉体流冷却器起步较晚。2001年首次针对土耳其纯碱厂研发了用于重质纯碱的粉体流冷却器，并投入使用，目前仍使用状态良好。2010年在中国青海昆仑碱业第一次应用，取得良好的使用效果。2012年在中盐集团昆山碱业进行轻质纯碱的中试，取得较好的试验效果。目前已经与昆山碱业签订轻灰粉体流冷却器供货合同。

在SOLEX期间参观了该公司的实验室。该实验室有各种不同型号的试验样机，以供不同物料的冷却试验。通过这些试验机测试物料颗粒的流动特性，包括物料的安息角、粒径分布、比热、松密度等；测试物料的热传导系数、针对该物料设计板型换热效率；确定冷却板间距及换热板型、测试确定物料的最佳下料方式及出料器的结构；测试物料腐蚀性对设备的影响，以选择合适的冷却器材质；测试物料的结疤状况，以确定冷却介质的相关参数。在实验室可以看到各种结构的出料器，各种试验物料的样品，整个实验室是该公司支撑个性化粉体流冷却器工程设计的技术基础。

考察结论：SOLEX公司是一个专业研究粉体干燥和冷却设备的供应商，该公司注重不同客户的物料性质的试验与设计研发，所开发的粉体流冷却器具有实际应用效果，尤其是在纯碱制造行业内逐渐取得较好的业绩。

SOLEX公司粉体流冷却器都是个性化设计，针对各物料的物化特性，进行严谨的试验。针对用户的能力和安装、检修条件的要求，设计符合用户工况和安装条件的粉体流冷却器。SOLEX公司的制造厂都在欧洲发达国家，制造技术和材质质量都能满足长周期运行要求。

SOLEX公司针对重质纯碱研究开发的粉体流冷却器，相对于沸腾流化床应用于重质纯碱的冷却，具有节能、环保、高效、故障率低、运行成本低、占地面积小，自动化程度高的特性，具有替代沸腾流化床冷却器的趋势，在纯碱行业节能减排技改中有较大的推广价值。