美國天然堿FMC公司及加拿大SOLEX公司的考察報告

王 遠

（江蘇井神鹽化股份有限公司淮安堿廠，江蘇 淮安 223200）

應美國天然堿FMC公司和加拿大SOLEX公司的邀請，中國純堿協會組織，一行11人于2012年10月16日至10月20日出訪考察了美國FMC公司和加拿大SOLEX公司，對美國FMC天然堿的生產廠和天然堿地下礦區及加拿大粉體流冷卻器設備供貨商SOLEX公司進行了現場考察和技術交流。

1 美國FMC公司

美國FMC公司位于美國懷俄明州綠河（Green River Wyoming）地區，在美國的西北部。FMC公司純堿總產能為440萬t／a，滿負荷生產可達到美國純堿總產量1 200萬t／a的36.7%；產值約36億美元／年；公司設置銷售、財務、技術、人事、生產及采供等部門，總職員不到1000人。中國上海設立FMC中國辦事處。

1907年美國西方堿業公司在綠河盆地的地下井水中和湖底發現白色的鹽類；1938年在該地區的石油鉆探過程中發現了蘊藏豐富的天然堿礦。該天然堿礦形成于5 000萬年前，黃石公園頻繁的火山噴發活動，將大量的綠色植被帶入綠河盆地的湖水中。綠河盆地的湖水經過400萬年的蒸發逐漸干涸，而湖水中的綠色植被在腐爛過程中產生的CO2與湖水中的鹽類（NaCl）反應，形成42條25層天然堿礦藏，蘊藏量約1 300億t。其中可供機械法開采的天然堿礦約250億t。目前在這一地區進行天然堿開采和生產的有美國的FMC公司、歐洲的SOLVAY公司和印度的TATA集團公司。美國政府以土地出租形式，使這些企業獲得地下天然堿礦開采權。

FMC公司成立于1954年，其天然堿采礦和生產出租區約2 849km2。目前開采的是25層天然堿礦層中的第17層，在地下約500m深，礦層厚度約3m。天然堿品位相當高，以倍半碳酸鈉形式存在，其中Na2CO3·NaHCO3·2H2O占80%以上，最高可達90%，另外10%為水不溶物。

1962年FMC建倍半堿廠；1972年FMC建兩個一水堿廠；1983年開始用挖掘船在湖中開采由廢棄物尾礦等溶解、蒸發形成的結晶堿；1984年進行大規模液采礦試驗；1989年開始地下尾礦的回填；1990年建小蘇打廠和苛化法燒堿廠、氰化鈉廠；1996年建第一個液采礦制純堿廠，產能80萬t／a。

1.1 堿礦開采、尾礦處理及廢渣資源利用

地下堿礦的開采分為兩種，一種是固采法，一種是液采法。

1.1.1 固采技術

固采堿礦在地下500m作業，采用了大型的機械采礦設備，配置大功率破碎機和皮帶運輸機。作業人員通過豎井升降設備下到地下500m，再乘坐吉普車行駛約18km，到達作業面。地下坑道均為機械開通，全部為機械化作業。

地下坑道分布面積很大，分為固采礦作業區、水采作業區、皮帶運輸區、配電區、備件區、休息區以及商店等。井下通風設備、照明設備及安全交通標識、安全救護裝置等齊全。下井人員須佩戴好勞保工作服、工作鞋、安全帽、防護眼鏡、耳塞、照明燈、應急呼吸器、工具等。

作業現場的大型設備現代化程度極高，開采操作人員只需要對開采設備進行編程操作，所有的堿礦開采全部由大型設備完成。開采掘進器可在其200m的軌道上運行挖掘。

堿礦開采作業面高度為3m，開采設備基本上將這一層堿礦一次性固采完。開采作業面的頂部大約僅剩余5～15cm厚度的礦層。作業面不采取其他防塌陷護頂，十幾公里的坑道也鮮見防塌陷護頂措施，坑道及作業面裸露部分均為堿礦巖。從坑道到作業區，除先進的大型挖掘設備、坑道掘進設備、大功率破碎機、高速皮帶運輸機及大功率配電裝置外，其他裝置及設備投入很少，因而其采礦成本有效降低。

在現場參觀時，幾分鐘內，幾十噸的天然堿礦被開采、破碎、皮帶運送走，采運過程均實施抑塵措施，開采現場粉塵極少，整套開采設備能力大、自動化程度高，安全性高。

開采的堿礦被大功率破碎機破碎成10cm以下粒度，通過高速運輸皮帶運至地面。運輸皮帶與挖掘機配套，皮帶寬約1.5m，皮帶速度約2～3m／s（目測），采礦挖掘機瞬間開采的礦石均能在短時間內運走，以保持采礦挖掘機的連續運行。

1.1.2 液采技術

機械開采后的礦層仍殘留剩余的堿礦。FMC公司對尾礦采用了液采方式進行開采。從1984年進行液采技術測試，取得成功，獲得技術專利。

液采堿礦設備也安置在地下500m礦區。在開采礦石后的地下空間配置了液采設備。主要是注水泵和提升泵。提升泵采用6級離心泵串聯加壓，將高濃度的倍半堿溶液送至地面的液采制堿廠。由于液采為FMC的專有技術，對液采作業的技術指標予以技術保密，液采的相關技術交流介紹不多。

1.1.3 廢渣資源利用

FMC公司建廠以來，利用固采堿礦石直接生產純堿，產生的廢礦石自然堆積。經雨水沖刷溶解，廢礦石中的倍半堿溶于水中并被帶到低洼的淺水湖中。日積月累，湖水蒸發，在湖底形成倍半堿的結晶礦。1983年FMC公司開始回收低洼淺水湖中的結晶礦作為生產純堿的原料。1989年，FMC公司開始利用廢礦石回填尾礦，以防止礦區塌陷。另外利用液采技術進一步回收其中的有效成分，使其得到資源化利用。

1.2 FMC純堿廠

FMC純堿廠的總產能為440萬t／a。除純堿外，還產1萬t／a苛化法50%液體燒堿、7萬t／a小蘇打。純堿生產工藝為兩種，其中主要的是固體堿礦生產工藝和液采礦生產工藝。

1.2.1 固采礦生產工藝

固采礦生產工藝是最早的天然堿生產工藝。其工藝流程為：將固采倍半堿礦石進一步破碎，破碎后經煅燒爐進行加熱煅燒，分解其中的NaHCO3為Na2CO3；然后將其溶解為堿液，進行凈化處理，去除溶液中的水不溶物和其他雜質；通過蒸發器進行蒸發濃縮，結晶生成一水堿；經離心機分離脫水，進行蒸汽加熱干燥得到成品重質純堿。

固采礦生產工藝還有另外一種方法，即用燒堿去除小蘇打工藝。其生產流程為：將粉碎后的固采堿礦先溶解，進行初級過濾，去除水不溶物等機械雜質；加液體燒堿分解NaHCO3，以去除小蘇打；然后進行二級凈化過濾，得到高純度的堿液；進行蒸發結晶；經離心分離，進行蒸汽干燥得到成品重質純堿。

FMC公司還生產輕質純堿，其工藝方法為：固采堿礦經粉碎后直接溶解，獲得高濃度倍半堿堿液，經凈化過濾后，進行二次結晶；經分離脫水后進行蒸汽煅燒，分解其中的NaHCO3，得到輕質純堿。

小蘇打生產工藝為：固采堿礦粉碎后溶解，凈化過濾得到純凈的倍半堿堿液，然后利用為苛化燒堿配套的石灰窯的窯氣進行碳化結晶，經過濾分離脫水，進行干燥得到優質小蘇打產品。

這種倍半堿法純堿廠1953年建廠，從初期的30萬t／a規模，到目前幾經擴產已經達到125萬t／a能力。小蘇打產能為7萬t／a。

1.2.2 液采礦生產工藝。

液采礦純堿生產廠1996年建廠，最初產能為80萬t／a。液采礦生產工藝是FMC公司的專有技術，其生產工藝、設備先進，低生產成本的優勢非常顯著。

FMC公司只允許考察一個液采廠的局部生產裝置，技術交流受技術保密限制。其工藝流程為：液采堿礦溶液先進行蒸發濃縮；達到一定濃度后，進行加燒堿分解其中的NaHCO3，去除凈堿液中的小蘇打成分；經機械壓縮循環蒸發濃縮并完成結晶，得到一水堿結晶；通過離心機過濾脫水，經燃煤煅燒爐干燥，獲得重質純堿產品。

液采廠80萬t／a生產裝置每班操作人員5人，自動化程度很高，生產裝置區設一個控制室，全部計算機操作控制。生產設備采用最先進的蒸汽機械壓縮循環蒸發工藝。80萬t／a生產配置兩套美國產蒸汽壓縮機，其設備運行平穩，故障率極低，每年進行一次例行檢修，平日基本為無故障運行。每年的檢修主要是更換蒸汽壓縮機的易損件、清理蒸發器的結疤，以保證檢修后的一年運行周期。早期的蒸汽機械壓縮循環蒸發器也出現結疤而影響作業周期技術問題，經FMC相關技術人員的技術改進，目前已經有效地解決了系統結疤問題。

1.2.3 運輸及配套能源供應

FMC純堿成品90%是散裝純堿，另外有噸袋的大袋包裝和紙袋的小袋包裝。袋裝全部為自動化包裝，操作人員只有3人，另外有5人負責散裝裝貨。FMC散裝運輸是該公司的優勢，火車專用線配置發達并先進。專用火車散裝罐車存放處可見幾百節，多則上千。其作為FMC的純堿儲備庫，每節罐車可裝載100t重質純堿，每次運出超過1萬噸。專用鐵路軌道鋪設在純堿筒倉底部，散裝罐車頂部設有4～6個裝堿口，罐車的底部設有3～4個卸料口，裝載和卸料方便快捷。

1.3 考察結論

美國FMC公司天然堿生產具有得天獨厚的天然資源，地下堿礦豐富，采礦工藝技術和設備先進。機械化程度高，產能大。天然堿漿加工制造工藝先進，設備自動化程度高、節能。因而使得美國天然堿的制造成本低，效率高。盡管FMC公司地處美國的西北部偏遠地區，但是鐵路運輸配套發達，高速公路四通八達，運輸條件優越。在生產過程中，注重環境保護（尾礦回填）和資源充分利用（廢礦石的再利用），因此純堿生產過程基本上不造成環境的污染。而且其生產銷售基本上按照訂單生產，不人為地擴大產能，破壞供求平衡。因此美國的純堿市場價格相對穩定，純堿制造商的效益也相對穩定。即使有富饒的地下礦藏，作為租賃土地沒有無限制地大規模地開采，以保持地下資源的長期利用。這是我們應該借鑒和效仿的。

FMC公司的液采天然堿廠的蒸汽機械壓縮循環蒸發系統是先進的節能技術，因而使得其制堿制造成本低，能耗低。盡管一次性投資大，但設備的性能和自動化程度高，穩定性強，保證了生產過程生產波動小，運行費用低，操作和檢修人工費用顯著降低。這是我國純堿企業未來發展的趨勢，采用先進的設備裝置，增強自動化作業程度，節能降耗，提高人均生產效率。

2 加拿大SOLEX公司

加拿大SOLEX公司位于加拿大阿爾伯塔省南部洛磯山脈下的卡爾加里市，是加拿大第三大城市?？柤永镏苓叺貐^副產石油天然氣。世界上很多大的石油公司總部就設在該市。SOLEX公司總部及實驗室設在該市郊。公司總共有職員40人，其中25人在加拿大總部，其他人員分布在歐洲好多國家。SOLEX公司起源于加拿大COMINCO公司，該公司主產品為化學肥料。而SOLEX公司的前身是該公司的干燥、冷卻研發機構，專門針對化肥生產過程的干燥和冷卻進行設備的研發和設計。主要用于大顆粒尿素、小顆粒尿素、復合肥等產品的冷卻。1999年從COMINCO公司分離出來，專門從事冷卻設備的研發設計。2008年成立SOLEX公司，總部設立工程部及實驗室。制造廠在歐洲的德國、荷蘭、羅馬尼亞等地。目前有500臺冷卻設備應用于40個國家的不同產品。其中以化肥為多，其他涉及產品為化工產品、制糖、制鹽、礦物、洗衣粉、糧食等。

用于純堿工藝的重質純堿的粉體流冷卻器起步較晚。2001年首次針對土耳其純堿廠研發了用于重質純堿的粉體流冷卻器，并投入使用，目前仍使用狀態良好。2010年在中國青海昆侖堿業第一次應用，取得良好的使用效果。2012年在中鹽集團昆山堿業進行輕質純堿的中試，取得較好的試驗效果。目前已經與昆山堿業簽訂輕灰粉體流冷卻器供貨合同。

在SOLEX期間參觀了該公司的實驗室。該實驗室有各種不同型號的試驗樣機，以供不同物料的冷卻試驗。通過這些試驗機測試物料顆粒的流動特性，包括物料的安息角、粒徑分布、比熱、松密度等；測試物料的熱傳導系數、針對該物料設計板型換熱效率；確定冷卻板間距及換熱板型、測試確定物料的最佳下料方式及出料器的結構；測試物料腐蝕性對設備的影響，以選擇合適的冷卻器材質；測試物料的結疤狀況，以確定冷卻介質的相關參數。在實驗室可以看到各種結構的出料器，各種試驗物料的樣品，整個實驗室是該公司支撐個性化粉體流冷卻器工程設計的技術基礎。

考察結論：SOLEX公司是一個專業研究粉體干燥和冷卻設備的供應商，該公司注重不同客戶的物料性質的試驗與設計研發，所開發的粉體流冷卻器具有實際應用效果，尤其是在純堿制造行業內逐漸取得較好的業績。

SOLEX公司粉體流冷卻器都是個性化設計，針對各物料的物化特性，進行嚴謹的試驗。針對用戶的能力和安裝、檢修條件的要求，設計符合用戶工況和安裝條件的粉體流冷卻器。SOLEX公司的制造廠都在歐洲發達國家，制造技術和材質質量都能滿足長周期運行要求。

SOLEX公司針對重質純堿研究開發的粉體流冷卻器，相對于沸騰流化床應用于重質純堿的冷卻，具有節能、環保、高效、故障率低、運行成本低、占地面積小，自動化程度高的特性，具有替代沸騰流化床冷卻器的趨勢，在純堿行業節能減排技改中有較大的推廣價值。