无机盐工业发展历程及发展趋势

李连成，应自卫，李星玥

（1.中海油天津化工研究设计院有限公司，天津300131；2.衢州南高峰化工股份有限公司；3.中国矿业大学管理学院）

无机盐工业是无机化工的一个分支，是中国特有的产业分类，其范围涉及除三酸两碱、化肥、原盐及部分无机颜料之外的无机化工产品。无机盐工业具有以矿物加工为主、化工合成为辅的产业特点，其产品可分为矿物加工类产品和无机合成类产品。长期以来，无机盐工业产品主要是利用自然界已有的物质资源（矿物）进行加工及深加工。因此，矿物资源的储量、品质及其品种成为发展无机盐工业的重要前提条件。同时，人们也逐渐认识到，矿物加工既要考虑经济效益，也要兼顾矿物的综合利用和环境保护，以实现资源的最大化利用。无机合成产品是利用当代化学合成技术生产出来的、自然界没有的、具有更好性能的物质。随着化学合成技术、装备及分析手段、特别是应用技术的不断进步，无机合成化学品逐渐由基础产品向预定性能化（即性能设计化）方向发展［1］，成为无机精细化学品及无机材料产品。回顾产业发展历程，无机盐工业的发展、壮大是伴随着化学工程的“三传一反”理论、工艺及装备的不断进步。可以说，无机盐工业发展历程也是无机盐工业技术进步的发展历程。

1 无机盐工业产业特点

与化学工业中的其他分支相比，无机盐工业具有如下特点：

1）基础性。首先，无机化工（无机盐工业）是化学工业最基础的产业分支，在化学工业发展中历程最久；其次，无机盐产品是人类通过化学方法获取并利用自然界各种（矿物、部分金属）元素的第一步，90%以上的无机盐工业产品来源于天然资源，包括固体、液体和气体形态；再其次，部分无机盐产品成为其他化学工业分支产业发展的重要原料或辅料，例如，氟化氢是有机氟化工（氟烃及氟聚合物）及无机氟衍生产品的基础原料。

2）辅助性。无机盐产品主要是为其他工业配套，也可以说，无机盐工业的发展状况，在某种程度上间接地反映了其他行业的发展、变化。在传统产业中，造纸工业、洗涤剂工业、印染鞣革工业、胶片及电视机等产业发展及技术变革对相关的碳酸钙、过氧化氢、铝化学品、过硼酸盐、磷酸盐、硅酸盐、铬盐、碳酸锶、碳酸钾等无机盐需求量产生重大影响；新兴工业和新技术的不断涌现，推动了无机盐产品在质量和性能上的进步。例如，航空航天、信息技术、汽车制造业、生物工程、新能源和环保领域的快速崛起，对无机盐产品的微观结构、形貌以及光、电、磁、热、力等性能提出了更高要求，应运而生出无机涂层及复合材料、耐火材料、电子化学品材料、人工晶体、特种玻璃、结构陶瓷、功能陶瓷、生物医用材料、能源及储能材料等。

3）多样性。因科技进步和市场需要而不断增加新的产品，应用市场对无机盐产品的性能要求已逐渐从通用性向功能化或性能化转变。随着应用领域的拓展，特定的应用市场可能对无机盐产品的要求不仅限于一般的化学性能和纯、净度等技术指标，对产品的物理构造如，晶型结构、粒径、粒径分布、粒子形状、比表面积、色泽、色相、孔容、孔结构、黏度、流变性能、触变性能等指标提出更高的要求。例如，目前碳酸钙产品就已开发出纺锤形、立方形、球形、链锁形、链状、纤维状、花瓣状等晶体结构及其改性产品几十种，应用于造纸、塑料、涂料、医药、牙膏等通用及专用领域；电子级氢氟酸产品则关注产品的纯度和净度，纯度从ppm级（10-6）升级到ppb级（10-9），甚至达到 ppt级（10-12）。 常见的无机盐材料化学品包括纳米材料、高纯超净化学品、光电材料、晶须材料、无机高分子材料等被广泛使用。

4）大宗商品性。基础性无机盐产品的产能、产量伴随着需求的增长而增加。到2014年，世界年产量超过百万吨以上的无机盐产品，包括碳酸钙、硅酸钠、分子筛、白炭黑、氯化钾、硫酸钾、硫酸铝、聚合氯化铝、硫酸钠、硫化钠、硼砂、硼酸、黄磷、磷酸、磷酸氢钙、三聚磷酸钠、过氧化氢、氯酸钠、二氧化钛、硫酸镁、氢氧化镁、氟化氢、氟化铝、二硫化碳等。这些大宗产品是无机盐工业最重要的产品，占无机盐工业总体产能的绝大部分。同时，伴随着大批量无机盐产品的生产，必然会消耗大量矿物资源和能源，同时产生大量的副产物，成为污染环境的隐患。

2 国际无机盐工业发展进程

2.1 无机盐工业发展初期

18世纪中前期，发源于欧洲的工业革命有力地促进了化学工业的迅速发展。由于采矿、冶金、制盐等行业迅速兴起，工业生产技术不断改进，矿物加工技术从手工作业（作坊）向现代工业技术（工厂）转变。从19世纪开始，以硫酸、纯碱为代表的基础化学产品的工业化生产，为无机盐工业的发展奠定了坚实的基础。在无机盐工业发展初期（即19世纪中期—20世纪40年代），无机盐工业主要是为满足其他工业的发展而实现更多产品的工业化生产。例如，由于造纸工业的兴起，1909年日本开发出碳化法制备碳酸钙方法，并于1914年实现工业化生产。

随着新兴工业和新技术的不断涌现，对无机盐的品种和数量提出了更高的要求。直至20世纪40年代初，无机盐工业已基本上形成一个体系，产品多达400种以上。

2.2 无机盐工业发展繁盛时期

20世纪40年代末期到70年代是世界无机盐工业发展的繁盛时期，突出体现在产品生产的技术进步、产品品种和产量的增加以及产品结构的变化。

在此期间，无机盐工业在如下几方面表现出显著的变化：1）研究开发方面，在提高传统产品性能和优化生产工艺的同时，不断推出适用于新应用领域的专用无机材料、无机精细产品及无机聚合物。2）技术手段方面，新技术不断涌现，如20世纪50年代的沸腾床技术、离子交换技术，20世纪60年代的溶剂萃取技术、等离子技术，20世纪70年代的电渗析技术、反渗透技术不断应用于无机盐工业实际生产。3）生产工艺开发和改进方面，以提高收率、节能降耗、减少污染为目的的新工艺不断涌现，大多数无机盐产品的生产技术实现了更新换代。例如，1953年美国杜邦公司采用蒽醌法制备过氧化氢，并逐渐替代了传统的电解法生产工艺；20世纪60年代，日本就已淘汰化学法制氯酸钠和氨钠法制氰化钠，分别采用电解法、丙烯腈副产法技术等。4）生产规模方面，不断强化生产、提高劳动效率，生产装置不断向连续化、自动化、大型化发展。特别是20世纪70年代开始，电子计算机控制开始在无机盐生产过程中获得了应用。至20世纪70年代末，无机盐基础品种的生产技术已经趋于成熟，部分基础无机盐产品已完成了大型化、现代化的生产改造。

产业结构也发生了较大变化，逐渐由无机基础产品的数量型向无机材料的质量型方向转变。20世纪40年代新兴的原子能工业、航天工业、有机高分子产业、军事工业，以及五、六十年代的石油加工工业、电子工业、激光技术和新能源等方面的发展都对无机盐产品（及材料）性能提出了更高的要求。随着无机化学基础研究从宏观性能向微观结构的逐步深入，越来越多的无机物质被认识到具有电、磁、声、光、热等特性。人们通过使用新技术、新工艺，通过多种途径合成出新型无机盐材料。激光晶体和光导材料、信息存储材料、微波材料、铁电陶瓷材料、导电陶瓷材料、光谱选择性涂层材料、无机强化与复合材料等产品应运而生。至此，无机盐工业三大体系：民用、军工、材料工业基本成形并不断发展、壮大。20世纪70年代，无机盐工业发展更加侧重于“三废”治理、阻燃剂、复合材料3个领域［2］。在此期间，无机盐工业产品品种由1950年的约600种，增长到20世纪70年代末期的900余种。

无机盐工业产业规模呈现迅速增长。以过氧化氢产品为例，在1956—1977年期间，受到纺织、造纸、化工三大行业发展推动，过氧化氢的产量增长了约15倍；美国在1940—1979年期间无机盐产量增长20.6倍。截止1979年，全世界无机盐年产量超过4 000万t，其中美国的产量为1 740万t。可以说，无机盐工业始于欧洲，兴于美国。

20世纪70年代爆发的两次能源（石油）危机引发全球性经济衰退，使人们重新思考经济发展与能源、资源、环境之间的关系问题。合理利用资源、保护生态环境成为发达国家发展无机盐工业的共识。

2.3 无机盐工业精细化发展

自20世纪80年代开始，无机盐基础产品的生产技术趋于成熟并逐渐完成了大型化、现代化的改造。无机盐工业的技术开发逐渐转向以廉价原料路线取代传统工艺，采用清洁生产技术、综合利用技术等改良方式进行生产。发达国家逐渐将无机盐生产由大宗产品转向高附加值的精细化、专用化的无害化产品，并且更加侧重发展高性能的无机盐产品。

20世纪80年代无机盐工业的精细化生产持续深化，并进入粉体和复合材料时代，许多具有特异功能的材料应运而生，如纳米材料等。

进入21世纪，随着现代科技水平的不断提高，组合化学技术、膜分离技术、超临界萃取技术、超细粉体技术、分子蒸馏技术等先进技术在化学工业中逐步应用，促进了无机盐新品种、新用途不断涌现。新能源、可再生能源工业的发展，带动了无机盐晶须、多晶硅、电池材料等产品的开发应用；信息技术的快速进步，促进了无机电子化学品的迅速增加；航天航空工业发展带动了无机陶瓷材料、无机晶须材料的发展。到2010年，世界无机盐品种已超过1450种。无机盐工业进一步向精细化、专用化和功能化方向发展。

在此期间，新兴经济体（国家）逐渐成为基础无机盐产品的主要生产国，特别是中国。自20世纪80年代开始，中国无机盐工业发展迅速，中国逐渐成为世界最大的无机盐生产、出口和消费大国。

3 中国无机盐工业发展

中国矿物资源丰富，为无机盐工业的发展提供了得天独厚的条件。图1给出了2017年世界矿物开采量占前20位的国家。据世界矿业大会国际委员会数据统计，2017年中国是31种矿物商品的最大生产国。31种矿物产品包括：铁和铁合金金属矿4种，钼、钛、钨、钒；有色金属 14 种，铝、锑、砷、铋、镉、镓、锗、铟、铅、汞、稀土、硒、锡、锌；贵金属 1 种，金；工业矿产10种，重晶石、膨润土、萤石、石墨、石膏、高岭土、菱镁矿、磷酸盐、原盐、滑石；能源矿物2种，动力煤和炼焦煤［3］。

图1 2017年世界矿物开采量占前20位的国家［3］

3.1 无机盐工业成长期

由于历史原因，中国无机盐工业发展较为迟缓。截至1949年，中国仅能生产30多种产品，产量只有几万吨左右。新中国建立以后，无机盐工业得到大力发展，硫酸铝、硼酸、高锰酸钾、重铬酸钠、钛白粉、氟化氢、氰化钠等产品相继开始工业化生产。20世纪50年代无机盐产品已经增加到55种以上，产量接近 100 万 t。

20世纪60—70年代是中国无机盐工业在产品品种和规模方面增加的主要阶段。产品品种从1964年的 170种增加到 1979年的 303种以上［4］；产品产量从1964年的100万t左右增加到1979年的400万t左右，中国成为世界主要无机盐产品生产国，产品产量居世界第二位［5］。

在此期间，中国科技生产人员坚持独立自主、自力更生的精神，结合中国的资源和条件，加强资源的开发、利用，改进无机盐产品生产技术，同时开发新的无机盐产品和生产工艺。如，在硼资源利用方面，1963年辽宁省化工研究院开发出适用于东北硼镁矿资源的碳碱法工艺；在过氧化氢技术方面，1971年黎明化工研究院与北京市氧气厂合作建成300 t/a镍触媒蒽醌法生产装置；在钾盐方面，鲁南化肥厂1975年开发了离子交换法生产碳酸钾新工艺等。在生产过程方面也有不少改进提高，大部分操作初步实现了机械化［6］。

经过30多年的努力，中国无机盐工业实现了从无到有的发展，并具有相当的基础。中国的无机盐工业不仅在数量和品种上基本满足了国民经济各个部门的需要，并且从根本上扭转了无机盐产品依赖进口的局面，并逐步增加出口产品品种和数量。但是，与发达国家相比，中国无机盐工业在技术、装备、产品质量、规模、生产效率、产品结构及“三废”治理等方面仍然存在很大的差距。

3.2 无机盐工业快速发展过程

自1978年以来，改革开放为中国经济的发展注入了强劲的发展动力，相关产业蓬勃发展对无机盐工业的发展产生了拉动效应。中国的经济运行体制从计划经济转向市场经济，为各产业发展注入巨大活力。国家将科技发展作为实现国家发展战略目标的保障。自20世纪90年代以来，中国政府不断加大科技投入。统计数据表明，1991年到2006年期间，政府对科技研发的投资增长了30倍。2000—2012年世界主要国家及经济体在科研投入方面的比较如图2所示。在2009年，中国研发的支出就已经超过日本。目前中国的科研队伍规模和科研投入资金已经大体与美国相当。根据经济合作与发展组织（Organization for Economic Cooperation and Development）预计，到2019年，中国的科研支出就将超越美国［7］。

图2 2000—2012年世界主要国家及经济体在科研投入方面比较及至2024年的预测［7］

坚持把科技创新作为引领发展的第一动力，努力提高科技创新对产业发展的支撑和引领作用，着力突破一批工艺和大型成套装备等核心关键共性技术，为无机盐工业发展提供技术支撑。例如，黎明化工研究院开发出过氧化氢成套合成技术；中海油天津化工研究设计院有限公司开发出无钙焙烧法生产铬盐的清洁生产工艺；氯酸盐电解装置由内循环式发展到外循环复极式电解槽；安氏法氢氰酸生产技术等。这些工艺的不断改进，反映了生产技术水平的不断发展、进步。一批拥有自主知识产权的技术，提升了产业的核心竞争力。如，在综合利用方面，2008年磷肥副产氟硅酸制备氟化氢技术成功工业化；在产品开发方面，中海油天津化工研究设计院有限公司成功开发出锂离子电池用六氟磷酸锂材料；在规模化方面，青海盐湖集团年产100万t钾肥生产技术开发及产业化、国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司的罗布泊盐湖120万t/a硫酸钾成套技术开发等。

同时，技术引进也加速了无机盐工业的装备和技术进步，形成了技术引进—消化吸收—再创新的技术升级过程，带动了相关产品产业的发展。装备不断向大型、高效、密闭及连续化、自动化、数控化方向发展。以铬酸钠、氟化氢、氟化铝、氯酸钠、过氧化氢、磷酸盐、硅酸盐等为代表的无机盐产品单套生产装置能力大幅提升，综合技术水平、产品技术指标接近或达到国际先进水平。

在产品结构方面，无机盐工业逐步向专业化、精细化、功能化发展。为适应国民经济发展及新的应用领域需要，中国无机盐工业逐渐转向发展附加价值更高的精细化工产品和专用化学品，使无机盐工业产品结构逐步从原料加工工业向材料工业发展。如新能源汽车产业催生的大容量锂电池电极和电解质材料；环境自清洁无机材料；功能陶瓷材料；环境友好型的洗涤、钝化和阻燃材料等。随着传统产业升级及新兴产业不断涌现及壮大，需要无机盐工业不断与时俱进，满足日益变化的市场需求。与此同时，产品品种从1980年的约350种增加到1990年的560多种，到 2017 年约为 1 500 多种［8］。

在产品品种增加的同时，无机盐工业的产业规模也不断扩张。从产业规模的增长率分析，20世纪80年代平均年增长率约为6%；90年代平均年增长率约为 9%～12%；21世纪前10 a平均年增长率达到12.6%。2000年中国无机盐工业总产量达到2 340万 t；2010年超过 5 000万 t；2014年之后基本保持在8 000万t/a左右。中国已经发展为世界最大的无机盐产品生产、出口和消费国。几十种基础无机盐工业产品的生产能力及市场占有率已悄然跃居世界首位。

此外，无机盐工业通过企业大型化、兼并重组，产业集中度得到提高。产业布局合理调整，并形成区域产业群。技术优势企业通过上下游协同，延伸了产业链，提升企业的市场竞争力。伴随着清洁生产技术推广、节能减排的不断完善和深入，中国无机盐行业整体实力迈上了一个新台阶。

4 中国无机盐工业发展中的突出问题

4.1 资源稀缺与消耗过快

在无机盐工业扩张的同时，伴随着大量的矿物资源消耗。中国优势的无机盐原料资源，如磷、氟、钡、锶、钨、钼、钒、稀土矿及芒硝等，成为发展无机盐工业得天独厚的优势［9］。到2012年，中国萤石、磷矿石、菱镁矿、重晶石、锑矿、石墨矿等12种矿物开采量位居世界第一，且多数矿产品的开采量占世界开采总量的50%以上［10-11］。经过长期、过度性开采，造成中国部分优势矿产资源保障程度持续下降。据统计，2015年中国萤石、重晶石、磷矿石基础储量分别为 4 081 万 t、3 703 万 t和 33.1 亿 t［11-12］，参照当年实际开采水平，理论资源保障年限仅为9、12、33 a。尽管随着近年来地质勘探程度不断提高，新增资源储量持续增加，但资源快速消耗的总体趋势是无法避免的，资源保障任务刻不容缓。

资源安全已经成为每个国家可持续发展的核心问题。2008年开始，欧盟提出“关键原材料”概念，将具有经济重要性且有高度供应中断风险的原材料视为关键原材料。2017年，欧盟再次更新并遴选出27种关键原材料，包括萤石、重晶石、磷矿石等［13］。

2016年11月中国国土资源部发布《全国矿产资源规划（2016—2020年）》，明确将磷、钾、晶质石墨、萤石及锂矿等矿种确定为战略性矿产目录，确保中国新能源、新材料等战略性新兴产业健康发展。因此，今后国家将强化相关资源保护力度，强化资源高端应用［14］。

4.2 绿色发展与污染治理

无机盐工业大部分产品来自矿物加工，生产过程中极易产生固体废物、废水、废气等污染源，对环境安全造成很大隐患。“十三五”期间，中国将经济发展模式从原先的单纯追求发展速度逐渐转入追求发展质量，强调走生态文明的发展道路。《中国制造2025》、《工业绿色发展规划（2016—2020 年）》等国家战略明确提出绿色制造工程和绿色发展的理念。因此，绿色发展将成为无机盐工业的产业发展方向。

长期以来，无机盐产业更多地单纯追求产出量及产出率，污染控制更多地关注于末端治理。近年来随着环保法规日益严格和相关无机盐产品能耗、清洁生产评价指标体系、污染物排放强制标准实施，黄磷、铬盐、二硫化碳、保险粉、镁盐等传统无机盐产品生产中的污染物排放已经得到有效遏制，但生产过程中产生的副产物及工业废弃物的资源化利用同样不容忽视。例如，2017年，磷化工行业副产磷石膏量为7 500万t，当年综合利用率仅为38.67%，由于资源化利用技术的瓶颈，中国磷石膏累计堆存量已经超过3亿t。资源的浪费和污染治理成为制约磷化工产业可持续发展的关键［15］。

污染物控制经历了从早期“先污染后治理”模式到“产生前端控制（即源头的减量化）、全过程管理”模式的转变。因此，今后无机盐工业生产应该通过工艺改进、原材料替代和设备更新等手段，兼顾生产过程的经济效益、技术可行性和环境影响等因素，确定优先选择减量化以及采取何种方式进行减量化，实现社会经济成本和环境负荷的降低［16］。

4.3 商业模式与盈利能力

中国无机盐工业经过80多年的发展，总体而言已经成为成熟的产业，但盈利能力不佳。就大宗无机盐产品而言，过去在不断追求产出最大化和成本最低化的进程中，往往重视投资而忽视了产出效率，进而造成诸多产品（如黄磷、芒硝、硫化钠、氰化钠、白炭黑、碳酸钙、氟化铝等）的产能过剩［17］。 同时，低成本竞争和同质商品化的长期存在，侵蚀着产品的定价权。因此，无机盐行业今后一段时期应淘汰非绿色、无竞争力的产能，投资更加自律，不仅让生产装置得到高效运行，也要让产业投入资金得到高效配置，进而加速无机盐工业的产业升级［18］。对于精细化的无机盐产品而言，提高产品的差异化、满足客户的定制化需求（如电子工业要求的高纯、超净电子化学品），能够提升生产企业的议价能力，进而提高盈利能力。因此，提高精细化率以及扩大差异化、性能化无机盐的占比是无机盐产业今后发展的重要方向之一。

4.4 挖掘新兴趋势，开拓新领域

终端市场的变化关系到无机盐产业的增长机会。社会趋势的变化不断提出新的问题和挑战，带动终端市场发生不断变化。资源稀缺、绿色/可持续性、新消费模式、人口变化、技术融合与新技术、城市化、全球化已经成为全球化工最为相关的大趋势［19］。绿色能源的发展，推动了储能技术的进步，进而催生了锂电池产业，带动了钴盐、锂盐系列材料的发展、壮大；汽车、建筑材料、能源材料的绿色化也将带动相关无机材料的不断发展。如图3所示，自21世纪开始，随着锂电池生产技术进步及产品得到广泛应用，带动了关键的钴、锂电池材料的需求迅猛增长。

图3 近20 a全球钴、锂材料生产情况［3］

5 中国无机盐工业在技术上的差距

5.1 通用工程技术（单元操作）

通用工程技术与国际先进水平的主要差距：单机规模小，精度差，耗能高，自动化、专业化和功能化程度低。应用的通用技术处于低水平的重复阶段，许多高新技术的应用差距更大，如超高温、超高压、超真空、超临界、超微量、失重技术等。

5.2 装备和控制系统

国外大企业均采用大型或超大型装置，借助监测技术和计算机技术进行过程动态分析和动态优化，控制生产系统中各环节，实施全过程自动化。由于过程控制的动态优化，使得产品质量稳定，生产环境良好。

5.3 成套技术

国外先进技术除大型化外，最大的优势是技术的集成化，从工艺路线研究—设备优化设计—过程动态数据采集—系统自动控制技术成套。装置中各环节连贯、设备配置系统、控制节点具体、工艺参数可控，实现设备与工艺结合、硬件和软件配套，工艺路线的实现依据工程学模型的支持，最终达到产品质量的可控性［20］。

5.4 基础研究

与发达国家相比，中国无机材料发展起步较晚，原始创新偏低，基础研究对新材料产业发展的引领作用不足，尤其是基础数学、现代物理化学与材料学的结合、渗透不够。

6 中国无机盐工业发展方向

审视中国无机盐工业的发展历程，既有取得产业进步的欣喜，也有对未来发展的深思。无机盐工业基础产品的发展依赖于矿产资源，随着产业的快速发展，资源的快速消耗和环境的压力给产业发展敲响了警钟。因此，行业将进一步加大投入，走循环经济的道路，努力实现“低投入、高产出、低消耗、少排放、能循环、可持续的发展模式”。同时，通过提高化学合成技术和应用技术，不断提高无机盐合成产品的性能和功能，提升产品价值。

产业发展建议：1）珍惜矿产、适度开采、科学加工、绿色生产、高效利用。①矿产资源是有限且不可再生的，因此矿物加工工艺必须兼顾矿物全部元素的利用和加工过程效率和效益的最大化；②提高无机盐产业的精细化、功能化率，提高产品附加值；③推行清洁工艺，实现绿色发展，降低能耗，将环境污染限制在最低程度；④提高无机盐产品性能及应用技术水平，提高无机盐产品的利用效率，进而减少消耗总量。2）协同创新、产用结合、要素联动、先导技术支撑。①产学研之间、上下游之间构造良好的技术创新生态环境，实现科技成果与市场需求相结合，真正实现创新价值、实现创新驱动发展，推动无机盐工业的技术进步；②开发无机盐新产品、拓展传统产品功能及应用，配套、促进新兴产业的发展需求；③发展高端、中端、基础产品，发挥不同类型的企业的特长和优势，充分利用科技、金融、产业链资源；④加速微反应技术、超分子技术、超临界技术、超高压技术、超高温技术、膜技术、微波技术、超声技术、电磁技术、信息化应用技术研究，结合无机盐工业中的合成、分离、净化、浓缩、结晶、过滤、干燥等过程，开发具有自主知识产权的先进技术，实现关键核心技术、成套技术和装备突破，全面提高行业技术水平。