我国硫酸钾下游产品生产工艺及其产业发展前景*

2022-08-22热沙来提司马义

化工矿物与加工 2022年8期

热沙来提·司马义

(国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司，新疆哈密 839000)

0 引言

硫酸钾产品按总量计，约95%用作肥料、5%用于其他化工行业。从肥料类化工产品的发展趋势来看，我国传统化肥行业的高速增长期已基本结束，单质化工产品进入减量增效阶段，市场竞争激烈。近5年来，全球钾肥产能增速明显高于需求增速，预计到2025年，全球钾肥新增产能超过800万t，将给市场带来一定压力。

在此背景下，大部分钾肥企业积极开发下游产品并形成产品产业链，从而提高产品附加值，实现企业的可持续发展。目前市场对高附加值钾肥产品的需求量日益增加，在满足含硫酸钾复合肥市场高端化、差异化、精准化等方面，腐植酸钾系列产品、含中微量元素硫酸钾产品、速溶硫酸钾产品具有显著优势。相比传统的农用硫酸钾产品，其下游产品因具有功能化、专用化、水肥一体化等特点，在市场上更受欢迎[1]。本文对硫酸钾下游产品的生产工艺进行了阐述，并对其产业发展前景进行了分析和展望，以期为我国肥料工业的高端化和精细化发展提供参考。

1 硫酸钾下游产品及其生产工艺

硫酸钾下游产品是以硫酸钾为主要原料、以肥料市场为目标、以改善植物营养为导向而研究开发的产品，主要有腐植酸钾、黄腐酸钾、含中微量元素硫酸钾、速溶硫酸钾等。

1.1 腐植酸钾

腐植酸钾是一种高效有机钾肥，其中的腐植酸成分有助于土壤快速吸收钾离子，并将钾离子固定到土壤中缓慢释放。与硫酸钾相比，同样的施肥量及施肥周期，施用腐植酸钾可以提高农作物对钾的吸收和利用率；此外腐植酸钾还可以改善土壤的物理特性，减少土壤板结，增加土壤的缓冲能力，增强作物的抗旱、抗寒及抗病能力，从而使作物增产。

腐植酸钾的生产原料有农业用硫酸钾优等品(K2O质量分数不低于51.0%)和煤炭加工过程中的副产物——腐植酸，现有腐植酸钾生产工艺主要有复混/掺混法和定向合成法。

复混/掺混法比较简单，就是将从风化煤、褐煤、泥炭等中提取的腐植酸直接与硫酸钾混合。该方法的优点是工艺及设备比较简单，同一条生产线可生产多种掺混比例的腐植酸钾肥；缺点是对混合料粒度、含水量、搅拌条件的要求较高，操作不当容易出现掺混不均匀现象而影响产品质量。该方法的掺混方式有干料掺混和湿料复混两种。干料掺混是两种干料通过机械混合得到产品，产品的水不溶物含量高，水溶性较差，可以用作基肥。湿料复混是两种原料按比例喷水混合、造粒、干燥、筛分得到产品，产品的水溶性好，在农业滴灌施肥中已得到广泛应用。

定向合成法是以农用硫酸钾优等品、腐植酸、氢氧化钡为原料通过反应生成腐植酸钾，工艺流程如图1所示。该方法的优点是产品质量比复混/掺混法高，产品性质稳定；缺点是造粒设备成本较高，技术要求也比较高。

图1 定向合成法生产腐植酸钾工艺流程

1.2 黄腐酸钾

黄腐酸是腐植酸中的一种成分，黄腐酸钾肥效好，能有效提高农作物抗倒伏能力，使作物株型旺盛、叶色浓绿。黄腐酸钾在自然界中量少、分布不均匀，基本不具备开采条件。因此，人工合成黄腐酸钾是硫酸钾企业生产下游产品的新方向。

黄腐酸钾生产工艺根据原料来源分为两种：一种是先从腐植酸中提取黄腐酸，然后将其与硫酸钾反应获得黄腐酸钾；另一种是利用生化技术先从植物中提取黄腐酸，然后将其与硫酸钾反应获得黄腐酸钾。黄腐酸钾生产工艺流程见图2。

图2 黄腐酸钾生产工艺流程

1.3 含中微量元素硫酸钾

该产品指的是钙、硅、硼、铁、锌、锰、钼、铜等农作物生长所需要的中微量元素中的一种或几种元素与硫酸钾的复合产品。目前我国有超过50%的耕地缺乏中微量元素，因此在传统肥料中添加中微量元素来实现农作物营养调控已成为现代农业施肥的主要技术措施之一。含中微量元素的新型肥料由于其独特的功能性，已成为新型肥料市场的热点。

在国外，20世纪30年代就已经开始中微量元素肥料生产，我国20世纪60年代才开始相关的制备研究及田间试验。近年来，国内化肥市场上逐渐出现了各种以氮、磷、钾为载体的无机盐中微量元素肥料和以氨基酸、腐植酸为载体的有机中微量元素肥料。

中量元素在硫酸钾中的添加量通常在1%～15%，微量元素在硫酸钾中的添加量通常在0.2～200 mg/kg，过多或过少均对作物的生长不利。

含中微量元素的硫酸钾产品的生产工艺较为简单，主要有复混和机械掺混两种生产工艺。

复混生产工艺是将硫酸钾溶解在水中，按比例加入中微量元素原料后喷洒适当的黏结剂造粒，再经抛光后得到各种中微量元素硫酸钾产品。机械掺混生产工艺比较简单，就是将各原料按比例进行干法机械掺混。

含中微量元素硫酸钾产品生产的关键是原料配比。不同类型土壤中各种营养元素缺乏情况不同，不同作物对各种营养元素需求的比例也不同，因此生产某种中微量元素肥料时，首先要分析土壤的营养元素组成及作物对营养元素的需求特点，确定各种中微量元素的目标需求量，再确认中微量元素是否会与土壤中其他的营养元素发生拮抗、沉淀等反应；结合硫酸钾的化学性质与目标区域土壤的理化性质，对各种中微量元素原料进行筛选；通过物理、化学、生物酶解、螯合等技术手段对中微量元素进行配伍组合，达到阻止元素间拮抗、沉淀的目的。

1.4 速溶硫酸钾

该产品因具有在水中迅速溶解、作物吸收率高等特点，在农业喷灌、滴灌中可实现水肥一体化作业，达到省工增产、省水省肥的目的。根据相关统计，目前全国有一半的耕地灌溉、施肥过程已具备水肥一体化条件，但其实际应用不到4%。

速溶硫酸钾作为硫酸钾肥料新品种，属于水溶性肥料，完全满足农业水肥一体化要求。

生产速溶硫酸钾的原料为农用硫酸钾优等品[2]，该原料因溶解速度慢且含有水不溶物，不能直接作为滴灌、喷灌等水肥一体化的硫酸钾肥料使用[3]。目前，比较成熟的速溶硫酸钾生产工艺流程见图3。

图3 速溶硫酸钾生产工艺流程

按图3流程生产获得的速溶硫酸钾产品的质量与国外优质产品相当，产品K2O质量分数不低于53.0%。

2 硫酸钾下游产品产业发展前景

近年来，国家对肥料行业提出了“调结构、促升级”高质量发展总体要求，硫酸钾下游产品的产业发展有利于提升我国肥料行业的国际竞争力，推动我国向肥料产业强国迈进。

2.1 腐植酸钾产品产业发展前景

在“减氮、控磷、稳钾”的施肥原则下，传统单质肥同质化严重，竞争激烈，总用量逐年减少；但近年复合肥料用量持续增长，大田作物大多使用性价比高、肥效好、价格适中的复合肥。通过大量田间试验发现，硫酸钾和腐植酸的复合施肥效果可以达到“1+1≥2”的效果[4]。

目前，腐植酸钾市场价格高于传统农用硫酸钾的价格[5]，不同腐植酸质量分数腐植酸钾产品的价格不同，产品中腐植酸质量分数在10%～90%时，价格范围为2 700～6 700元/t。

近年来，腐植酸钾肥在全国各地已得到推广应用。山东、广东、新疆、河南、江苏、陕西等多地新建了一批腐植酸钾肥生产企业，产能增长迅猛，2021年国内腐植酸钾产能已达 200 万t。

2.2 黄腐酸钾产品产业发展前景

黄腐酸是煤炭工业副产物，也是良好的有机肥料[6]，可改良土壤结构，起到疏松土壤、调节土壤酸碱度、降低土壤中重金属含量、提高土壤保水保肥能力的作用。黄腐酸钾产品中的黄腐酸有助于进一步提高钾元素的肥效，改善作物品质。黄腐酸钾产品特别适用于小麦、玉米等大田作物和蔬菜、花果等经济作物[7]。

随着肥效研究的深入和持续的推广使用，黄腐酸钾单质肥、复合肥、水溶肥等已成为备受市场欢迎的高端优质产品。2020年我国黄腐酸钾年销售量达90万t。

黄腐酸钾产品价格因产品中黄腐酸质量分数的不同而相差较大。当黄腐酸质量分数为10%～15%时，黄腐酸钾的价格为4 500～5 000 元/t；当黄腐酸质量分数为20%～25%时，黄腐酸钾的价格为5 000～5 500 元/t；当黄腐酸质量分数为30%～40%时，黄腐酸钾的价格为6 500～7 000 元/t；当黄腐酸质量分数≥50%时，黄腐酸钾的价格为8 000～15 000 元/t[8]。

长期以来，化肥的使用对作物产量和土壤健康产生了不良影响，但腐植酸钾、黄腐酸钾肥料的使用提高了作物产量、改善了土壤健康状况，因此腐植酸钾、黄腐酸钾肥料产业的发展得到了各界的大力支持。目前，腐植酸钾、黄腐酸钾肥与普通钾肥相比性价比优势明显，在国家化肥工业转型、化肥减量增效等政策的支持下，大化肥产业转向腐植酸钾、黄腐酸钾肥料产业已成为肥料产业发展的主基调[9]。

2.3 含中微量元素硫酸钾产品产业发展前景

中微量元素在农作物生长过程中可以起到提高产量和改善品质的作用，如甘蔗等经济作物使用含微量元素的硫酸钾肥相比使用单质硫酸钾肥产量可提高15%。随着肥料行业的快速发展，农业用氮、磷、钾等大众化、传统肥料施肥的观念逐渐转变为功能化、专用化肥料施肥。农业选择性施肥思想的转变为中微量元素肥料产业打开了新的发展空间[10]。

含中微量元素硫酸钾产品的使用解决了大宗通用硫酸钾肥在农业生产中利用率不高，农作物产量、品质难以提高等问题[11]。构建以农用硫酸钾推广销售为主体，以作物对微量元素的需求为导向的产品供应体系，有助于新型高效硫酸钾肥料产业链的形成，是传统农用硫酸钾生产企业可持续发展的有效途径。目前，国内各种中微量元素肥料生产企业有3 000余家[12]，国家登记的中微量元素肥料产品有2 000余种，其中95%以上的产品属于水溶性肥料。