我國硝酸鉀產業發展現狀與展望*

熊增華，王興富，王石軍，薛紅魁

(1.青海師范大學，青海 西寧 810016；2.青海鹽湖工業股份有限公司，國家鹽湖資源綜合利用工程技術研究中心，青海省鹽湖資源綜合利用重點實驗室，青海 格爾木 816099)

0 引言

硝酸鉀(KNO3)是一種重要的無機化工產品，其在工業和醫藥方面的應用廣泛[1]。近些年，隨著農業上鉀肥施用量的持續增加，農業級硝酸鉀產品作為優質鉀肥，其市場需求也在不斷增長[2]。在農業上，硝酸鉀作為一種雙元(氮、鉀)、高品位的無氯鉀肥，特別適用于煙草、茶葉[3]和花卉[4-5]。在工業上，硝酸鉀廣泛應用于陶瓷、精密儀器玻璃、觸摸屏玻璃、光伏玻璃、火藥、煙花行業以及食品、醫藥等行業。此外，其在太陽能儲能上的應用是新亮點，利用高溫硝酸熔鹽發電，可使太陽能電站操作溫度提高到450～500 ℃[6]。

最初，通過硝酸鈉和氯化鉀反應制取硝酸鉀，由于生產成本較高，只能應用于工業領域。后來，硝酸鉀制取工藝得到發展，以色列海法化學工業公司開發了硝酸-氯化鉀萃取法合成工藝、法國Auby公司研發了硝酸銨-氯化鉀復分解法[7]，大幅降低了硝酸鉀的生產成本，從而被廣泛應用于農業化學肥料中。

近年來，國內硝酸鉀行業取得了較快發展，青海柴達木的硝酸鉀產能達60萬t/a，是我國最大的硝酸鉀生產基地；其生產工藝以氯化鉀、硝酸鹽轉化為主，生產技術達到世界先進水平，但由于遠離客戶，市場需求清淡，可持續發展壓力很大。本文對比分析了硝酸鉀生產工藝的優缺點，總結了國內外硝酸鉀產業發展現狀，并對我國硝酸鉀市場發展現狀進行了分析，為我國硝酸鉀產業的發展提出了若干建議。

1 硝酸鉀生產工藝

天然硝酸鉀礦提純法是以天然硝酸鉀礦為原料經過提純來生產硝酸鉀，由上海鉀鹽工程技術研究中心開發[8]。但自然界缺乏天然硝酸鉀礦石，目前硝酸鉀主要是利用其他鉀資源通過化學反應的方法制取。

1.1 硝酸鈉-氯化鉀轉化法[9]

原料為硝酸鈉和氯化鉀，以適當濃度配制成反應溶液，化學反應的溫度為80～90 ℃。首先經蒸發反應析出副產品氯化鈉，然后冷卻母液析出硝酸鉀，再經過離心過濾、洗滌、干燥三個工序后得到硝酸鉀成品。其化學反應式為

KCl+NaNO3=KNO3+NaCl。

(1)

此方法在工業上使用最早，優點是操作方便、原料利用率高、產品質量較好；缺點是硝酸鈉價格較高且資源匱乏，此外副產物氯化鈉市場價值不大，集中堆放會對環境造成污染。目前，智利SQM公司、新疆硝石鉀肥有限公司采用此法生產硝酸鉀[10]。

1.2 硝酸銨-氯化鉀離子交換法[11-12]

以NH4NO3和KCl為原料，交換媒介選擇陽離子交換樹脂，生產得到KNO3和NH4Cl。交換液中硝酸鉀純度高，只需蒸發濃縮一次即可產出硝酸鉀產品。其化學反應式為

RNH4+KCl=RK+NH4Cl，

(2)

RK+NH4NO3=RNH4+KNO3。

(3)

此方法的優點是實現了鉀鹽的分離，可連續操作，且工藝設備較簡單；缺點是交換液中硝酸鉀濃度低，蒸發成本高，回收的中間產物氯化銨濃度低，蒸發能耗高，且反應設備腐蝕嚴重，需要使用耐腐蝕的鈦材、鈦鉬鎳合金或其他材料，制造成本較高。目前國內最大的硝酸鉀生產企業青海鹽湖硝酸鹽業有限公司便是采用此法生產硝酸鉀，副產品氯化銨利用太陽能進行自然蒸發。

1.3 硝酸和氯化鉀溶劑萃取法[13]

硝酸-氯化鉀萃取法是以色列海法化學工業公司的獨家技術[14]，該工藝副產物鹽酸可用于分解磷礦，生產磷酸[15]。該技術是目前應用在工業上生產硝酸鉀的溶劑萃取法，現已達到60萬t/a的規模[16]。其化學反應式為

KCl+HNO3=KNO3+HCl。

(4)

該方法的優點是在低溫和有機溶劑存在的條件下不易發生副反應，工藝成熟可靠，不僅規模化生產經驗豐富，而且投資成本低、市場競爭力強；缺點是需增加能耗、配置低溫設備，作為萃取劑的易燃物異戊醇如在工業化生產過程中大量使用存在爆炸風險[17]。

1.4 硝酸銨-氯化鉀復分解法[18]

以NH4NO3和KCl為原料，反應生成KNO3，副產NH4Cl，反應后溶液由NH4Cl、KCl、NH4NO3和KNO3組成。溶液降低溫度后，KNO3大部分結晶析出，在適當的條件下，NH4Cl結晶析出，經分離得到KNO3和NH4Cl。其化學反應式為

NH4NO3+KCl=KNO3+NH4Cl。

(5)

此方法的優點是操作簡便，原料利用率高，氯化銨得到了回收，基本無污染，蒸發能耗低，工藝設備簡單；缺點是產品純度和外觀稍差，需重結晶以提高產品質量。目前，國內生產企業大多采用該技術[19-20]。

1.5 氫氧化鉀-硝酸中和法

該法采用KOH和HNO3中和后多效蒸發濃縮制取KNO3，其化學反應式為

KOH+HNO3=KNO3+H2O。

(6)

此方法的優點是產品純度高，工藝簡單，無副產物；缺點是所用原料KOH價格昂貴，生產成本高，多效蒸發能耗大，限制了大規模生產。

綜上可知：以NaNO3和KCl為原料的轉化法易受到資源限制；以NH4NO3和KCl為原料的陽離子交換法設備成本較高；以HNO3和KCl為原料的溶劑萃取法能耗高，危險系數大；KOH-HNO3中和法生產成本高，多效蒸發能耗大，限制了大規模生產和工業應用；以NH4NO3和KCl為原料的復分解法成本低，原料易得，工藝設備簡單，副產品NH4Cl易回收，可用作混合肥料，基本無污染，已逐漸成為國內硝酸鉀產業主流工藝[21]。

2 國內外硝酸鉀產業發展現狀

據統計，全球硝酸鉀年生產能力為400多萬噸，主要生產國有智利、以色列、中國、美國、約旦等(見表1)。

表1 國外硝酸鉀主要生產企業狀況[24]

智利化學礦業公司是全球最大的硝酸鉀生產商，其產能約占全球的33%。國際市場上約70%的硝酸鉀用于農業施肥，已有60多個國家將其應用于高價值作物或對氯化物敏感的作物上，硝酸鉀消耗量增長最快的是歐洲、亞洲及拉丁美洲[22]。據英國Fertecon公司首席顧問Allan Pickett分析，當前全球硝酸鉀市場顯示出良好的增長潛力，核心傳統市場將以每年2%～3%的速度增長。自2010年以來，硝酸鉀市場以每年3.5%的幅度增長。東亞和東南亞的需求增長率最高，同比增長9%～11%，其中日本、韓國、泰國和中國等國家的硝酸鉀需求數量都很可觀。其他重要市場還有西班牙、荷蘭、墨西哥、以色列、美國、巴西和意大利等有園藝出口業務的國家[23]。

我國硝酸鉀生產企業有50多家，硝酸鉀年生產能力超過200萬t，占全球的50%，是產能占比最大的國家。其中，青海鹽湖硝酸鹽業有限公司、浙江聯大化工股份有限公司是我國主要的大型硝酸鉀生產企業。

國內硝酸鉀主要生產企業狀況見表2。

表2 國內硝酸鉀主要生產企業狀況[24]

3 國內硝酸鉀市場發展現狀分析[25-27]

3.1 市場需求分析

根據青海鹽湖工業股份有限公司銷售部門的市場調研情況，近年國內及外貿出口需求總量為65萬～70萬t/a。各細分市場需求情況及后期發展趨勢闡述如下。

1)煙草市場

受種植面積壓縮影響，需求下降明顯，目前硝酸鉀需求量在14萬t/a左右；后期隨著控煙政策的影響，需求量可能會進一步下降。

2)農業市場

隨著經濟作物種植面積的增加，肥料產品的升級，每年需求量都有小幅增加，市場需求主要集中在西南、山東、內蒙古等地區，年需求量在18萬t左右。

3)傳統工業市場(玻璃、陶瓷、金屬熱處理等行業)

受國內安全環保政策影響，部分下游廠家關停，市場需求略有下降，目前年需求量在15萬t左右。

4)黑火藥市場

受國家煙花禁放、安全環保政策及疫情影響，內需和出口量都大幅下降，從年需求10萬t降至5萬t左右，后期黑火藥市場發展空間可能將進一步萎縮。

5)光熱熔鹽市場

光熱熔鹽是近年出現的新興行業，尚處于發展初期，短期內受技術、政策、資金等因素影響，發展不及預期。但隨著行業發展的逐漸成熟，后期整體需求量將會大幅上升，將成為影響市場變化的主要因素，也是國內硝酸鉀生產企業市場開拓的重點。

3.2 價格走勢

從建成產能規模和市場需求來看，國內硝酸鉀產能過剩，需求市場動能不足，2019年硝酸鉀價格呈持續下行趨勢，價格從年初的約4 700元/t下降至年末的4 350元/t(見圖1)。但高純級的硝酸鉀國內產能不足，只能依靠進口來滿足需求。

圖1 2016-2020年國內硝酸鉀價格走勢

3.3 國內硝酸鉀產品競爭力分析

目前，國內硝酸鉀總產能在200萬t/a以上，實際生產量為70萬t/a左右，整體開工率不足35%，同時國內硝酸鉀產品年出口量僅為10萬t左右，硝酸鉀供過于求矛盾較為突出。青海柴達木已經建成60萬t/a硝酸鉀產能，其作為國家循環經濟試驗區，具有氯化鉀資源優勢與園區基礎設施優勢。

4 我國硝酸鉀產業發展展望

近年來，我國硝酸鉀行業有了較快發展，裝置水平逐漸提高。同時，鉀肥出口關稅迎來重大利好，從2019年1月1日起，所有含鉀肥料的出口關稅均降為零，為國內過剩的加工型鉀肥產品提供了新的商機[28]。但是，同質競爭嚴重、高端產品缺乏、生產成本較高等問題仍然存在，我國硝酸鉀產業要實現健康持續發展，必須解決這些問題，發揮自身優勢。

4.1 以原料性能發揮農業級產品競爭力

隨著我國農業的快速發展，蔬菜、水果、花卉等經濟作物對硝酸鉀的需求增長迅速。長期以來，我國施用的鉀肥大多為氯化鉀，但75%的作物忌氯或耐氯性能差，因此，忌氯作物使用硝酸鉀等無氯鉀肥是未來的發展方向[29]。許多地區在種植中已經施用農業級硝酸鉀，應用于經濟作物效果顯著。青海作為我國最大的鉀肥基地，要加快將氯化鉀低成本轉換成硝酸鉀產品的技術研究，以拓寬農業級硝酸鉀的市場空間。

4.2 以技術突破推動熔鹽儲能產業發展

太陽能熱發電作為太陽能利用的一種主要形式，擁有十分廣闊的前景，而儲熱系統是太陽能熱發電的關鍵。儲熱系統的核心是儲熱材料，硝酸熔鹽就是一種低成本、長壽命、傳熱儲熱性能好的高溫、高熱通量和低運行壓力介質。因此，硝酸鉀在太陽能行業的應用將成為其需求量快速增長的重要途徑。

青海是世界上太陽能最為豐富的地區，又是我國最大的硝酸鉀生產基地，將硝酸鉀與儲能結合具有得天獨厚的優勢；因此青海要加強二元、三元及多元熔鹽技術的研究，以提高產品品質、降低生產成本，推動熔鹽技術產業化，進一步擴大熔鹽儲能材料的應用。

4.3 以產品質量體現差異化競爭優勢

隨著高端觸摸屏、光學玻璃、食品、醫藥等行業的不斷進步，對硝酸鉀的品質要求也逐漸提高。我國在高純度硝酸鉀領域依然供應不足，市場需求多依靠進口。青海硝酸鉀企業要積極推進離子交換法裝置的工藝、裝備、技術攻關，進而降低成本，發揮產業鏈優勢，提升行業影響力和話語權。

4.4 以提升管理促進產業健康發展

我國硝酸鉀廠家較多，市場競爭激烈，同質競爭嚴重，因此有必要對硝酸鉀行業進行宏觀管理，包括供需平衡、產品結構平衡、區域平衡及對外平衡。另一方面，在爭取政府扶持的同時，努力實現硝酸鉀生產規模化、國際化，建設以硝酸鉀為主導的產業鏈，穩定國內市場，開拓國際市場，提高經濟效益。

4.5 以安全儲運助力生產及推廣應用

硝酸鉀為強氧化劑，屬于危險化學品，要求用塑料袋包裝，貯存在陰涼通風的地方，避免與光接觸，不可與酸一同存儲和運送，遠離火種、熱源等。當前硝酸鉀生產地與使用地距離較遠，而硝酸鉀的鐵路運輸被限制，汽運成本很高，直接影響了農用硝酸鉀的推廣使用。因此應加強硝酸鉀產品安全運輸技術攻關，以促進硝酸鉀的生產及工農業應用的更大發展。

5 青海硝酸鉀產業發展建議

針對青海省的硝酸鉀產業發展，提出如下建議：

a.要加快技術進步，提高硝酸鉀生產整體技術水平和產品質量。推動硝酸鉀產業發展循環經濟和節能減排，進一步提升產品核心競爭力和企業經濟效益。

b.要緊盯國際市場，發揮產品出口優勢。據百川資訊預測，到 2023 年，全球硝酸鉀的需求量將超過 223 萬t。如果全球有大的新 CSP(Chip Scale Package)項目開建，特別是在中東，將會刺激硝酸鉀產能的進一步增大。隨之，也給中國硝酸鉀出口帶來相對利好的國際環境。青海硝酸鹽企業要充分利用好具有出口優勢的噴漿顆粒產品，搶占出口市場。

c.要理性面對行業投資，企業要盡可能規避投資風險，計劃投資新建或擴建硝酸鉀裝置時要充分調研分析，謹慎決策，努力實現硝酸鉀行業及企業的可持續發展。

6 結語

近年來，隨著我國硝酸鉀生產技術水平的不斷提高和硝酸鉀市場的逐步擴大，目前農業硝酸鉀的應用十分廣泛，硝酸鉀產量得到了很大提升。隨著市場對硝酸鉀產品認知度的提高，硝酸鉀在各行各業的用量逐年提高，尤其是隨著現代新興工業和高科技產業的迅猛發展，硝酸鉀產品的地位將愈發重要。