硝酸钾生产工艺及市场分析

夏循峰，杨灿辉，戴斌联

(化工部长沙设计研究院，湖南 长沙 410116)

硝酸钾生产工艺及市场分析

夏循峰，杨灿辉，戴斌联

(化工部长沙设计研究院，湖南 长沙 410116)

介绍硝酸钾主要生产工艺，分析国内、外硝酸钾生产现状，市场情况，并对硝酸钾的发展提出了一些建议。

硝酸钾；生产工艺；市场

硝酸钾是一种无氯高品质肥料和无机化工产品，在农业与工业上均有广泛的应用[1],农用硝酸钾中的N、K两大营养元素，养分总含量达到60%左右，是优质的无氯钾肥，适用于任何农作物，特别是烟草、茶叶、花卉、咖啡等忌氯喜钾作物，适用于盐碱地区的作物，并且硝酸钾施用于农田不会导致土壤盐碱化和板结现象的发生。硝酸钾在工业上主要用于火药、焰火、陶瓷、精密仪器玻璃、触摸屏玻璃、光伏玻璃、太阳能储能行业以及食品、医药等行业。

1 硝酸钾主要生产工艺

1.1 天然钾硝石矿直接提取法

天然钾硝石矿通过喷淋溶矿、蒸发、结晶和干燥等工艺得到99.7%以上的硝酸钾产品。

该方法具有工艺流程简单，产品质量好等优点，但对于资源的要求非常高，由于天然钾硝石矿非常稀少，目前国内只有新疆吐鲁番地区三维公司等少数企业采用此方法生产硝酸钾。

1.2 硝酸铵-氯化钾转化法

该方法最早由法国Auby公司于1964年开发。其主要反应式如下：

硝酸铵与氯化钾发生复分解反应，生成硝酸钾与氯化铵，工艺见图1。该方法生产成本较低，副产物氯化铵可作为肥料使用，但产品质量稍差，经重结晶后可用于工业领域。目前，此方法在国内运用较广。

图1 硝酸铵-氯化钾转化法工艺流程图

1.3 硝酸钠-氯化钾转化法

20世纪50年代以前，硝酸钾的生产工艺主要采用以智利硝石和氯化钾为原料进行转化，利用可溶性盐在不同温度下溶解度的差异来达到生产硝酸钾的目的[1]。将氯化钾和硝酸钠(或钠硝石矿)按一定配比在配钾槽中进行复分解反应，转化母液通过蒸发工艺分离出氯化钠，再经冷却结晶，分离出硝酸钾粗品，粗硝酸钾经重结晶可生产出工业级硝酸钾产品。

硝酸钠-氯化钾转化法是工业上最早采用的硝酸钾生产工艺[2]，但由于原料硝酸钠资源严重缺乏，价格高昂，大大提高了硝酸钾的生产成本，故目前此方法使用较少。中国新疆鄯善县境内，拥有一个钠硝石含矿面积达2274 km2，硝酸钠资源总量约1.39亿吨的世界级超大型钠硝石矿，基于此资源优势，新疆硝石钾肥有限公司委托化工部长沙设计研究院进行设计，建成了一套10kt/a规模的工业级硝酸钾装置，硝酸钾产品质量标准达到(GB/T1918-2011)工业硝酸钾优等品标准。主要工艺流程见图2：

图2 硝酸钠-氯化钾转化法工艺流程图

1.4 硝酸分解氯化钾法

硝酸分解氯化钾法可分为高温蒸馏法与溶剂萃取法，目前工业中应用较为普遍的是以色列利用有机溶剂萃取HCl的溶剂萃取法，溶剂萃取法在低温5～10℃下操作，反应完全后经过沉降和离心分离得到硝酸钾，盐酸和未反应的硝酸进入溶剂相被移除，对溶剂相进行处理，回收相当纯的盐酸，剩余溶剂和硝酸的混合物循环返回反应系统[3]。，工艺见图3。

图3 溶剂萃取法工艺流程图

1.5 离子交换法

离子交换树脂是一种功能型高分子材料，可解离出阳离子或阴离子基团，其功能主要是实现树脂内部的相对离子与水中存在同电荷的离子的交换反应[4]。离子交换法是先将离子交换树脂与吸附液(如KCl溶液)接触，吸附完成后, 再用洗脱液(如NH4NO3溶液)去洗脱，然后把离子交换树脂吸附物洗脱出来。随后再用脱离子水去再生树脂，如此完成循环，得到的硝酸钾产品可达到工业级纯度[5]，其机理为：

吸附过程：

洗脱过程：

该方法的主要优点是实现了生成盐的分离，交换完成液硝酸钾溶液纯度高，经多效蒸发、冷却结晶、干燥可得工业一级品。并且原料使用硝酸铵成本低，工艺流程短，设备简单，可连续操作[6]。主要缺点是交换完成液浓度低，蒸发成本高[1]。目前，国内最大的硝酸钾生产企业文通钾盐集团有限公司采用此方法生产硝酸钾。

2 硝酸钾市场分析

2.1 硝酸钾生产现状分析

目前，世界硝酸钾的年生产能力达到了400多万吨，主要生产国有以色列、智利、中国、美国等，见表1。随着经济社会的快速发展，未来几年，市场对于硝酸钾的需求将会继续增加，根据以色列海法化学品公司和智利矿产化工股份公司估算，在今后10年内硝酸钾需求量每年增长率为6 %左右。硝酸钾国际市场，约70%用于农业施肥，已有60多个国家将其作为化肥使用，消耗量增长最快的是欧洲、美国、亚洲及拉丁美洲。

表1 国内外硝酸钾主要生产企业状况表

我国硝酸钾生产企业有50家以上，硝酸钾的年生产能力也达到了200万吨以上，我国已成为世界硝酸钾生产大国之一。国内硝酸钾主要生产企业状况见表2。

表2 国内硝酸钾主要生产企业状况表

我国硝酸钾50%左右用于农业化肥，5%用于电视玻壳及特种玻璃，剩余部分用于其他工业行业。工业硝酸钾主要消费领域是烟花、火药、玻璃、玻壳、太阳能储能行业、食品及药品。仅湖南浏阳及江西地区烟花市场年工业硝酸钾消费能力就达到7万吨以上。

2.2 硝酸钾市场分析及展望

随着中国农业的快速发展，经济作物的大量种植对于农业硝酸钾的需求将会保持继续增长的态势。

我国烟草市场目前对农业硝酸钾的使用量偏低，根据巴西每亩烟草施用60kg硝酸钾的标准估算，未来我国烟草市场对硝酸钾的需求潜力还有5万吨以上。

蔬菜、水果、花卉等经济作物近几年需求增长快速。 目前我国施用钾肥绝大多数为氯化钾，由于75%作物忌氯或耐氯性能差， 因此, 忌氯作物施用硝酸钾等无氯钾肥是未来必然发展方向[7]。农业硝酸钾在在茶叶、瓜果、蔬菜、花卉等经济作物方面的应用经济效益显著，我国许多地区大棚种植中已经大量施用农业硝酸钾。因此未来农业硝酸钾的市场潜力很大，年增长速度将达到10%左右。

随着社会的发展，对于环境保护提出了更高的要求，许多城市限制燃放烟花、爆竹，工业硝酸钾未来几年在烟花、爆竹行业的需求将趋于饱和，甚至略有下降。

由于电视机行业的发展，电视玻壳行业对硝酸钾的需求大幅度萎缩，但其在触摸屏等行业的需求大幅度增长，对硝酸钾品质提出了更高的要求。

硝酸盐用于太阳能储能是一大亮点。太阳能是一种分布广泛、储量巨大、取之不尽、用之不竭的清洁能源，太阳能热发电作为太阳能利用的一种主要形式拥有十分广阔的前景，而储热系统是太阳能热发电的关键，储热系统的核心是储热材料，硝酸熔盐就是一种低成本，长寿命，传热储热性能好的高温、高热通量和低运行压力的传热储热介质。研究表明，运用高温硝酸熔盐发电可以使太阳能电站操作温度提高到450～500℃，这样就使得蒸汽汽轮机发电效率提高到40%。此外，运用熔融盐也可以使储热效率提高2.5倍，从而减小蓄热容器的体积。光热发电领域目前经商业化应用验证的成熟熔盐产品的成分组成为60%硝酸钠和40%硝酸钾二元混合熔盐。智利化学矿业有限公司、以色列海法化学工业公司是国际市场上有一定影响力的熔盐供应商。国内企业熔盐应用业绩主要有：2012年7月，浙江联大化工成功中标中广核青海德令哈太阳能热发电技术试验基地项目一期硝酸盐供应；2015年12月， 中标中广核德令哈50MW光热发电项目的熔盐供应商为新疆硝石钾肥有限公司为该项目供应硝酸钠产品，文通钾盐集团有限公司为该项目供应硝酸钾产品，硝酸钾供应量约为1.4万吨。硝酸钾在太阳能储能行业的应用将成为其需求量快速增长的重要途径。

医药、食品行业对硝酸钾品质要求高，价位也较高，但是目前需求量不大，随着医药、食品行业的快速发展，对高品质硝酸钾的需求会保持一个稳定增长的态势。

3 发展及建议

近几年，我国硝酸钾行业有了较大的发展，生产规模与产品结构得到了一定的优化，但生产规模较小，同质竞争严重，高端产品缺乏，生产成本较高等问题仍然存在，今后需重点解决这些问题，促进行业健康发展。

3.1 发挥原料优势，大规模、低成本是发展方向

由于国内硝酸钾生产能力的增大，企业之间的竞争越来越大，拥有原料优势，规模优势与成本优势的企业将会在激烈的市场竞争中存活下来。近几年新建的企业已经朝着这个趋势在发展。比如：青海元通20万吨/年硝酸钾项目拥有自产氯化钾和自建合成氨装置的原料优势及规模优势，浙江联大化工有限公司青海项目拥有规模与成本优势。今后，在硝酸钾市场竞争中，特别是农业硝酸钾市场中，拥有原料优势，规模优势与成本优势的企业才能占领市场。

3.2 差异化竞争，提高产品质量

目前国内硝酸钾行业存在供略大于求的状况，而高端触摸屏，光学玻璃，食品、医药行业对产品质量要求较高，价格也较高，国内对于高端硝酸钾依然存在依靠进口的情况，说明中国对高端硝酸钾的需求量还有较大的空间，未来具有很大的市场潜力，国内硝酸钾优势企业应努力提高产品质量，丰富产品层次，占领高端市场，形成企业的产品优势与品牌优势。

[1] 段正康，谢 帆,张 涛.硝酸钾生产工艺概述及复分解法存在的问题与对策[J].无机盐工业，2015，47(5):4-8．

[2] 李 刚，张廷福.我国硝酸钾技术进展[J].无机盐工业，1999，31(2):21-23.

[3] 陈靖宇.硝酸钾生产技术及其发展前景[J].化肥工业，1998,25(6)：15-20.

[4] 钱庭宝，许风楼.离子交换树脂的应用技术(Ⅰ)[J].化工进展，1986,44(4)：48-51.

[5] 魏文斌.硝酸钾生产工艺研究[J].太原理工大学学报，2005,36(S1)：70-72.

[6] 张沂圭，王增平.连续式离子交换法生产硝酸钾[J].硫磷设计与粉体工程，2000(1)：30-32.

[7] 张 罡，夏重阳，何斌鸿，等.我国硝酸钾市场竞争力分析[J].化学工业，2007,25(9)：16-18.

(本文文献格式：夏循峰，杨灿辉，戴斌联.硝酸钾生产工艺及市场分析[J].山东化工，2016，45(12)：128-130，132.)

Production Technology and Market Analysis of Potassium Nitrate

Xia Xunfeng, Yang Canhui, Dai Binlian

(Changsha Design & Research Institute of Ministry of Chemical Industry, Changsha 410116,China)

This paper introduces the main production technology of potassium nitrate, analyzes the present situation of domestic and foreign production of potassium nitrate, the market situation of potassium nitrate, and puts forward some suggestions for the development of potassium nitrate.

potassium nitrate; production technology; market

2016-05-12

夏循峰(1986—)，湖南岳阳人，主要从事化工设计及研究工作

TQ131.1+3

A

1008-021X(2016)12-0128-03