磷酸二氢钾行业发展前景展望

王拥军 张 蓓

（焦作大学，河南 焦作 454000）

磷酸二氢钾(KH2P O4)，俗称磷酸一钾，为白色结晶或粉末，易溶于水，水溶液呈弱酸性。化学工业上用作制造偏磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸三钾和焦磷酸钾的原料；医药上用作细菌培养剂、营养剂，药物辅料、pH值调节剂和缓冲剂等；食品上用作合成清酒的调味剂、发酵工业细菌培养剂、制造烘焙物，也可作为酸味剂和缓冲剂；饲料上可作为营养强化剂；农业上用作高效磷钾复合肥，能广泛用于浸种、浸根、拌种、冲施、滴灌和叶面喷施，是农业部指定推广发展的优良化肥品种[1]。

磷酸二氢钾的生产方法大致可概括为中和法、萃取法、离子交换法、复分解法、直接法、结晶法和电解法等，很多文献都作了介绍[2-5]。在中国，生产工艺大多采用中和法，其次为有机萃取法、复分解法、离子交换法。这些方法中，中和法占主导地位，中和法生产能力占全国总生产能力的90%以上，但由于其生产成本高，限制其在农业上的广泛使用。

磷酸二氢钾在农业上是非常理想的高效高浓度的磷钾复合肥料，用量逐年增加。特别是随着近些年来水溶肥料的蓬勃发展和农作物超常量施用磷酸二氢钾技术的深入推广，肥料市场对磷酸二氢钾的需求量越来越大，市场对精细磷酸二氢钾产品需求不断增加，寻求磷酸二氢钾绿色环保、低成本、高效益、资源综合利用的生产方法也越来越迫切，推动着磷酸二氢钾行业的发展。下面从生产原料替代、工艺条件优化、精细化延伸、基础理论研究、相关产品产业耦合共生等角度出发，对磷酸二氢钾行业的发展前景进行展望。

1. 生产原料的替代

生产原料的替代主要有：热法磷酸会被湿法净化磷酸代替，磷酸会被磷酸二氢铵或磷酸（二）氢钙代替，氢氧化钾或碳酸钾会被氯化钾或硫酸（氢）钾替代。这些替代的原料在成本方面具有明显优势，能够有效降低磷酸二氢钾的生产成本。

1.1 以湿法磷酸代替热法磷酸

传统以磷酸为原料生产磷酸二氢钾主要依赖热法磷酸，因为与湿法磷酸相比，热法磷酸浓度高、杂质含量少。但是，热法磷酸耗能高、污染大、设备复杂，其生产成本远大于湿法磷酸。中国生产热法磷酸的能耗约为湿法磷酸的3倍[6]。随着能源成本的不断增加以及高纯度磷酸需求量的增大，热法磷酸也越来越不能满足市场需要。特别是近些年来，我国湿法磷酸净化技术迅速发展，年产15万吨湿法净化磷酸装置已于2012年在四川达州顺利投产，湿法净化磷酸的一些指标已经与热法磷酸不相上下，甚至个别指标已优于热法磷酸, 所以, 热法磷酸会逐渐被湿法磷酸，特别是湿法净化磷酸所取代。利用湿法净化磷酸生产磷酸二氢钾可以大大降低生产成本，具有广阔的发展空间，预计未来，中和法中用湿法净化磷酸生产磷酸二氢钾所占比率会越来越高，甚至会完全替代热法磷酸。

1.2 以湿法磷酸二氢铵为原料制备磷酸二氢钾

磷酸二氢铵复分解法生产农用磷酸二氢钾是目前最理想的方法，它除了具有生产设备简单、反应条件平和、操作方便、没有污染、生产成本低等优点外，还具有副产品也是肥料的独特优势。陈志等[7]、李兴平等[8]开展了以湿法磷酸生产磷酸二氢铵进而复分解反应生产磷酸二氢钾的相关研究。近年来，一些肥料企业如湖北祥云化工、鄂中化工、三宁化工、贵州开磷等在原有农用磷酸一铵装置基础上纷纷开发出以湿法磷酸直接生产工业级磷酸一铵的生产装置，生产成本较热法下降20%左右，它的规模化生产必将会逐步取代热法磷酸二氢铵。以此磷酸二氢铵为原料与氯化钾反应制备农用磷酸二氢钾会大幅度降低产品成本，在农业上推广潜力巨大。

1.3 以磷酸二氢钙或磷酸氢钙为原料制备磷酸二氢钾

磷酸二氢钙与磷酸氢钙都是方便易得、价格便宜、杂质含量较少的产品，而且中国的明胶生产企业生产明胶的过程中也会产生大量的磷酸二氢钙和磷酸氢钙副产物。因此，以磷酸二氢钙或磷酸氢钙为原料生产磷酸二氢钾具有良好的发展前景。近年来，一些研究者对此方法开展了深入研究[9-14]。研究结果表明，采用磷酸二氢钙或磷酸氢钙为原料制备磷酸二氢钾得到的产品质量较高，并且可以大大降低生产成本，实现资源的综合利用，具有良好的开发应用价值，在今后的磷酸二氢钾市场竞争中具有明显优势。

另外，废弃物的资源化利用也是取代生产磷酸二氢钾原料的一个方面，它既大大降低了原料成本，又解决了废弃物的出路问题。具体应结合实际情况，因地制宜开展相应研究与开发。如含磷酸性废水生产磷酸二氢钾技术[15]、聚醚废渣生产磷酸二氢钾[16]等方法有明显的成本优势，但要注意共存杂质对产品质量的影响，另外，产量会受限于废弃物总量，只能作为原料的有益补充。

2. 工艺条件优化

为了提高生产效率和实现效益的最大化，人们不断对现有生产方法进行工艺条件优化。

周权宝等以工业磷酸和碳酸钾为原料，在饱和磷酸二氢钾溶液中通过反应、蒸发、25 ℃结晶循环制取磷酸二氢钾产品，和传统的中和法相比，该方法具有流程短、操作简单、产品质量稳定、杂质含量低、耗水少、耗能低等明显的优势[17]。

黄美英等对磷酸二氢钾结晶过程进行了系统研究[18]；党亚固等对磷酸二氢钾结晶的影响因素进行了研究[19]；丁一刚等研究了以工业级磷酸一铵为原料、与氢氧化钾复分解反应结晶制备磷酸二氢钾的粒度控制[20]。

包传平等、孙健等分别对磷酸二氢铵和氯化钾复分解法制备磷酸二氢钾的工艺技术进行了研究，获得了较优的工艺条件参数[21-22]。

刘佳等结合云南云天化红磷化工有限公司磷酸二氢钾装置结晶槽中阳离子杂质富集问题，考察了乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)和磷酸三钠两种络合剂对磷酸二氢钾结晶脱除阳离子杂质的作用及可行性[23]。

杜芳琼等对磷酸二氢钾在流化床结晶器中的结晶动力学进行了实验探讨，对工业结晶生产、应用流化床结晶器的模拟放大具有重大的实际指导意义，对生产优质的磷酸二氢钾晶体具有一定的参考意义[24]。

周秀梅，孙贵兴对有机溶剂萃取法生产磷酸二氢钾装置中氯化铵结晶体系提出了优化及改进措施，使得结晶体系得以稳定运行，开车率大幅提升[25]。

齐亚兵, 杨清翠研究了Cl-、 Ca2+、 SO2-、 NH+对磷44酸二氢钾结晶产品的产量、纯度、晶型等影响，为磷酸二氢钾的结晶分离提纯提供了重要的参考依据[26]。

齐亚兵，杨清翠研究了磷酸二氢钾冷却结晶过程中影响产量及粒度分布的因素，为结晶工艺的条件选择提供了参考[27]。

上述研究结果都对磷酸二氢钾生产过程工艺条件的优化有着重要的参考价值，推动着生产工艺的不断进步。

3. 延伸产业链，实现精细化发展

我国磷酸二氢钾产业总体大而不强，企业效益并不理想，必须不断延伸其产业链，生产各种高纯、特种以及功能性磷酸二氢钾产品，实现精细化发展，提升行业整体利润。

要加强磷酸二氢钾标准的研究，根据标准指标的差异，将生产的工业级、肥料级产品有针对性地处理加工成食品级、饲料级、化学试剂级磷酸二氢钾，提升产品附加值。同时，开发特殊功能的磷酸二氢钾，满足个性化需求。如开发超细结晶或粉状磷酸二氢钾，保证其快速水溶，满足喷灌、滴灌等水肥一体化快速溶解需求；又如开发不结块磷酸二氢钾，实现产品性能稳定, 长时间储存不结块；再如开发大颗粒磷酸二氢钾, 满足机械施肥需要或用于材料包裹等工业领域; 开发超高纯磷酸二氢钾, 满足光学材料的要求等。

4. 基础理论研究

水盐体系相图是无机盐生产的理论基础，开展对相图的研究，可以指导确定或改进生产流程，进行最优工艺条件的选择，因而，对实际生产和科学研究都具有十分重要的意义。现在文献上能查到的磷酸二氢钾生产有关的相图很少，如25 ℃条件下K2O -P2O5- H2O三元体系相图和NH4H2P O4- KCl-H2O系统0 ℃时的溶解度等温线，还都是50多年前的数据，极需加大相关水盐体系相图研究，为生产实践中工艺路线及工艺条件优化提供理论指导。

5. 加强与相关产品、产业和装置的耦合共生

加强磷酸二氢钾生产企业和上下游相关产品、产业的耦合共生，使不同企业、不同装置之间形成共享资源、互换和综合利用副产物，达到产业之间资源的最优化配置，实现节能减排[28]，提高企业效益，这也是磷酸二氢钾未来发展方向之一。

例如，对于中和法生产磷酸二氢钾来说，可以与钾碱厂、湿法磷酸净化厂、黄磷厂相耦合，上述原料直接拿来生产磷酸二氢钾，减少运输成本和风险。同时，其生产装置还可与磷酸二氢铵（钠）等相似工艺共用，实现装置高负荷运行，改善产品结构，节约固定资产投资。

又如，对于磷酸二氢铵与氯化钾生产磷酸二氢钾生产厂要考虑与磷酸二氢铵厂、复合肥厂相耦合，既就地解决了原料问题，又解决了副产物三元复合肥出路问题，降低了生产成本，提高了产品的市场竞争力。而事实上，现许多磷酸二氢铵生产厂家都在着手生产磷酸二氢钾，既解决一部分磷酸二氢铵的出路问题，又提高了产值，改善了企业的赢利状况。

再如，对于磷酸氢钙或磷酸二氢钙生产磷酸二氢钾装置，要与磷酸氢钙或磷酸二氢钙生产厂家、明胶厂厂家、甚至废硫酸厂家、石膏建材厂家或水泥厂相耦合，这样既就地解决了原料问题，又解决了一些废弃物原料和废弃物产物石膏的出路问题，一举多得。尤其是我国磷酸氢钙和曼海姆法硫酸钾产能严重过剩，如一部分转产磷酸二氢钾，可以提高装置利用率。

总之，磷酸二氢钾生产和相关产品产业的耦合共生和优化组合，可以在节能减排和资源的可持续利用等方面走出一条新路，构筑整体竞争优势，实现产业的不断创新与进步。

6. 发展建议

目前，我国磷酸二氢钾生产方法中，中和法、溶剂萃取法、离子交换法都相对成熟，已实现规模化生产，除原料替代外，发展空间不大；而直接法基本上可以看作湿法磷酸生产与溶剂萃取法生产磷酸二氢钾相结合，在我国湿法磷酸产能严重过剩的背景下，没必要直接从磷矿开始生产磷酸二氢钾，所以，未来具有良好发展前景的方法是湿法磷酸二氢铵和磷酸（二）氢钙与钾盐复分解制取磷酸二氢钾。建议加大相关体系水盐体系相图研究，优化工艺条件，尽快攻克技术难题，实现万吨规模化生产，打造精细化产品，注重与相关产业的耦合共生和优化组合，促进行业发展，不断提升我国磷酸二氢钾产品在国际市场上的竞争力。