熱沙來提·司馬義

(國投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司，新疆 哈密 839000)

0 引言

硫酸鉀產(chǎn)品按總量計，約95%用作肥料、5%用于其他化工行業(yè)。從肥料類化工產(chǎn)品的發(fā)展趨勢來看，我國傳統(tǒng)化肥行業(yè)的高速增長期已基本結(jié)束，單質(zhì)化工產(chǎn)品進(jìn)入減量增效階段，市場競爭激烈。近5年來，全球鉀肥產(chǎn)能增速明顯高于需求增速，預(yù)計到2025年，全球鉀肥新增產(chǎn)能超過800萬t，將給市場帶來一定壓力。

在此背景下，大部分鉀肥企業(yè)積極開發(fā)下游產(chǎn)品并形成產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈，從而提高產(chǎn)品附加值，實現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。目前市場對高附加值鉀肥產(chǎn)品的需求量日益增加，在滿足含硫酸鉀復(fù)合肥市場高端化、差異化、精準(zhǔn)化等方面，腐植酸鉀系列產(chǎn)品、含中微量元素硫酸鉀產(chǎn)品、速溶硫酸鉀產(chǎn)品具有顯著優(yōu)勢。相比傳統(tǒng)的農(nóng)用硫酸鉀產(chǎn)品，其下游產(chǎn)品因具有功能化、專用化、水肥一體化等特點，在市場上更受歡迎[1]。本文對硫酸鉀下游產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了闡述，并對其產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景進(jìn)行了分析和展望，以期為我國肥料工業(yè)的高端化和精細(xì)化發(fā)展提供參考。

1 硫酸鉀下游產(chǎn)品及其生產(chǎn)工藝

硫酸鉀下游產(chǎn)品是以硫酸鉀為主要原料、以肥料市場為目標(biāo)、以改善植物營養(yǎng)為導(dǎo)向而研究開發(fā)的產(chǎn)品，主要有腐植酸鉀、黃腐酸鉀、含中微量元素硫酸鉀、速溶硫酸鉀等。

1.1 腐植酸鉀

腐植酸鉀是一種高效有機鉀肥，其中的腐植酸成分有助于土壤快速吸收鉀離子，并將鉀離子固定到土壤中緩慢釋放。與硫酸鉀相比，同樣的施肥量及施肥周期，施用腐植酸鉀可以提高農(nóng)作物對鉀的吸收和利用率；此外腐植酸鉀還可以改善土壤的物理特性，減少土壤板結(jié)，增加土壤的緩沖能力，增強作物的抗旱、抗寒及抗病能力，從而使作物增產(chǎn)。

腐植酸鉀的生產(chǎn)原料有農(nóng)業(yè)用硫酸鉀優(yōu)等品(K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于51.0%)和煤炭加工過程中的副產(chǎn)物——腐植酸，現(xiàn)有腐植酸鉀生產(chǎn)工藝主要有復(fù)混/摻混法和定向合成法。

復(fù)混/摻混法比較簡單，就是將從風(fēng)化煤、褐煤、泥炭等中提取的腐植酸直接與硫酸鉀混合。該方法的優(yōu)點是工藝及設(shè)備比較簡單，同一條生產(chǎn)線可生產(chǎn)多種摻混比例的腐植酸鉀肥；缺點是對混合料粒度、含水量、攪拌條件的要求較高，操作不當(dāng)容易出現(xiàn)摻混不均勻現(xiàn)象而影響產(chǎn)品質(zhì)量。該方法的摻混方式有干料摻混和濕料復(fù)混兩種。干料摻混是兩種干料通過機械混合得到產(chǎn)品，產(chǎn)品的水不溶物含量高，水溶性較差，可以用作基肥。濕料復(fù)混是兩種原料按比例噴水混合、造粒、干燥、篩分得到產(chǎn)品，產(chǎn)品的水溶性好，在農(nóng)業(yè)滴灌施肥中已得到廣泛應(yīng)用。

定向合成法是以農(nóng)用硫酸鉀優(yōu)等品、腐植酸、氫氧化鋇為原料通過反應(yīng)生成腐植酸鉀，工藝流程如圖1所示。該方法的優(yōu)點是產(chǎn)品質(zhì)量比復(fù)混/摻混法高，產(chǎn)品性質(zhì)穩(wěn)定；缺點是造粒設(shè)備成本較高，技術(shù)要求也比較高。

圖1 定向合成法生產(chǎn)腐植酸鉀工藝流程

1.2 黃腐酸鉀

黃腐酸是腐植酸中的一種成分，黃腐酸鉀肥效好，能有效提高農(nóng)作物抗倒伏能力，使作物株型旺盛、葉色濃綠。黃腐酸鉀在自然界中量少、分布不均勻，基本不具備開采條件。因此，人工合成黃腐酸鉀是硫酸鉀企業(yè)生產(chǎn)下游產(chǎn)品的新方向。

黃腐酸鉀生產(chǎn)工藝根據(jù)原料來源分為兩種：一種是先從腐植酸中提取黃腐酸，然后將其與硫酸鉀反應(yīng)獲得黃腐酸鉀；另一種是利用生化技術(shù)先從植物中提取黃腐酸，然后將其與硫酸鉀反應(yīng)獲得黃腐酸鉀。黃腐酸鉀生產(chǎn)工藝流程見圖2。

圖2 黃腐酸鉀生產(chǎn)工藝流程

1.3 含中微量元素硫酸鉀

該產(chǎn)品指的是鈣、硅、硼、鐵、鋅、錳、鉬、銅等農(nóng)作物生長所需要的中微量元素中的一種或幾種元素與硫酸鉀的復(fù)合產(chǎn)品。目前我國有超過50%的耕地缺乏中微量元素，因此在傳統(tǒng)肥料中添加中微量元素來實現(xiàn)農(nóng)作物營養(yǎng)調(diào)控已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)施肥的主要技術(shù)措施之一。含中微量元素的新型肥料由于其獨特的功能性，已成為新型肥料市場的熱點。

在國外，20世紀(jì)30年代就已經(jīng)開始中微量元素肥料生產(chǎn)，我國20世紀(jì)60年代才開始相關(guān)的制備研究及田間試驗。近年來，國內(nèi)化肥市場上逐漸出現(xiàn)了各種以氮、磷、鉀為載體的無機鹽中微量元素肥料和以氨基酸、腐植酸為載體的有機中微量元素肥料。

中量元素在硫酸鉀中的添加量通常在1%～15%，微量元素在硫酸鉀中的添加量通常在0.2～200 mg/kg，過多或過少均對作物的生長不利。

含中微量元素的硫酸鉀產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝較為簡單，主要有復(fù)混和機械摻混兩種生產(chǎn)工藝。

復(fù)混生產(chǎn)工藝是將硫酸鉀溶解在水中，按比例加入中微量元素原料后噴灑適當(dāng)?shù)酿そY(jié)劑造粒，再經(jīng)拋光后得到各種中微量元素硫酸鉀產(chǎn)品。機械摻混生產(chǎn)工藝比較簡單，就是將各原料按比例進(jìn)行干法機械摻混。

含中微量元素硫酸鉀產(chǎn)品生產(chǎn)的關(guān)鍵是原料配比。不同類型土壤中各種營養(yǎng)元素缺乏情況不同，不同作物對各種營養(yǎng)元素需求的比例也不同，因此生產(chǎn)某種中微量元素肥料時，首先要分析土壤的營養(yǎng)元素組成及作物對營養(yǎng)元素的需求特點，確定各種中微量元素的目標(biāo)需求量，再確認(rèn)中微量元素是否會與土壤中其他的營養(yǎng)元素發(fā)生拮抗、沉淀等反應(yīng)；結(jié)合硫酸鉀的化學(xué)性質(zhì)與目標(biāo)區(qū)域土壤的理化性質(zhì)，對各種中微量元素原料進(jìn)行篩選；通過物理、化學(xué)、生物酶解、螯合等技術(shù)手段對中微量元素進(jìn)行配伍組合，達(dá)到阻止元素間拮抗、沉淀的目的。

1.4 速溶硫酸鉀

該產(chǎn)品因具有在水中迅速溶解、作物吸收率高等特點，在農(nóng)業(yè)噴灌、滴灌中可實現(xiàn)水肥一體化作業(yè)，達(dá)到省工增產(chǎn)、省水省肥的目的。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，目前全國有一半的耕地灌溉、施肥過程已具備水肥一體化條件，但其實際應(yīng)用不到4%。

速溶硫酸鉀作為硫酸鉀肥料新品種，屬于水溶性肥料，完全滿足農(nóng)業(yè)水肥一體化要求。

生產(chǎn)速溶硫酸鉀的原料為農(nóng)用硫酸鉀優(yōu)等品[2]，該原料因溶解速度慢且含有水不溶物，不能直接作為滴灌、噴灌等水肥一體化的硫酸鉀肥料使用[3]。目前，比較成熟的速溶硫酸鉀生產(chǎn)工藝流程見圖3。

圖3 速溶硫酸鉀生產(chǎn)工藝流程

按圖3流程生產(chǎn)獲得的速溶硫酸鉀產(chǎn)品的質(zhì)量與國外優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品相當(dāng)，產(chǎn)品K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于53.0%。

2 硫酸鉀下游產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景

近年來，國家對肥料行業(yè)提出了“調(diào)結(jié)構(gòu)、促升級”高質(zhì)量發(fā)展總體要求，硫酸鉀下游產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)發(fā)展有利于提升我國肥料行業(yè)的國際競爭力，推動我國向肥料產(chǎn)業(yè)強國邁進(jìn)。

2.1 腐植酸鉀產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景

在“減氮、控磷、穩(wěn)鉀”的施肥原則下，傳統(tǒng)單質(zhì)肥同質(zhì)化嚴(yán)重，競爭激烈，總用量逐年減少；但近年復(fù)合肥料用量持續(xù)增長，大田作物大多使用性價比高、肥效好、價格適中的復(fù)合肥。通過大量田間試驗發(fā)現(xiàn)，硫酸鉀和腐植酸的復(fù)合施肥效果可以達(dá)到“1+1≥2”的效果[4]。

目前，腐植酸鉀市場價格高于傳統(tǒng)農(nóng)用硫酸鉀的價格[5]，不同腐植酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)腐植酸鉀產(chǎn)品的價格不同，產(chǎn)品中腐植酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10%～90%時，價格范圍為2 700～6 700元/t。

近年來，腐植酸鉀肥在全國各地已得到推廣應(yīng)用。山東、廣東、新疆、河南、江蘇、陜西等多地新建了一批腐植酸鉀肥生產(chǎn)企業(yè)，產(chǎn)能增長迅猛，2021年國內(nèi)腐植酸鉀產(chǎn)能已達(dá) 200 萬t。

2.2 黃腐酸鉀產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景

黃腐酸是煤炭工業(yè)副產(chǎn)物，也是良好的有機肥料[6]，可改良土壤結(jié)構(gòu)，起到疏松土壤、調(diào)節(jié)土壤酸堿度、降低土壤中重金屬含量、提高土壤保水保肥能力的作用。黃腐酸鉀產(chǎn)品中的黃腐酸有助于進(jìn)一步提高鉀元素的肥效，改善作物品質(zhì)。黃腐酸鉀產(chǎn)品特別適用于小麥、玉米等大田作物和蔬菜、花果等經(jīng)濟作物[7]。

隨著肥效研究的深入和持續(xù)的推廣使用，黃腐酸鉀單質(zhì)肥、復(fù)合肥、水溶肥等已成為備受市場歡迎的高端優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。2020年我國黃腐酸鉀年銷售量達(dá)90萬t。

黃腐酸鉀產(chǎn)品價格因產(chǎn)品中黃腐酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不同而相差較大。當(dāng)黃腐酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%～15%時，黃腐酸鉀的價格為4 500～5 000 元/t；當(dāng)黃腐酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～25%時，黃腐酸鉀的價格為5 000～5 500 元/t；當(dāng)黃腐酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%～40%時，黃腐酸鉀的價格為6 500～7 000 元/t；當(dāng)黃腐酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥50%時，黃腐酸鉀的價格為8 000～15 000 元/t[8]。

長期以來，化肥的使用對作物產(chǎn)量和土壤健康產(chǎn)生了不良影響，但腐植酸鉀、黃腐酸鉀肥料的使用提高了作物產(chǎn)量、改善了土壤健康狀況，因此腐植酸鉀、黃腐酸鉀肥料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展得到了各界的大力支持。目前，腐植酸鉀、黃腐酸鉀肥與普通鉀肥相比性價比優(yōu)勢明顯，在國家化肥工業(yè)轉(zhuǎn)型、化肥減量增效等政策的支持下，大化肥產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)向腐植酸鉀、黃腐酸鉀肥料產(chǎn)業(yè)已成為肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主基調(diào)[9]。

2.3 含中微量元素硫酸鉀產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景

中微量元素在農(nóng)作物生長過程中可以起到提高產(chǎn)量和改善品質(zhì)的作用，如甘蔗等經(jīng)濟作物使用含微量元素的硫酸鉀肥相比使用單質(zhì)硫酸鉀肥產(chǎn)量可提高15%。隨著肥料行業(yè)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)用氮、磷、鉀等大眾化、傳統(tǒng)肥料施肥的觀念逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ芑?、專用化肥料施肥。農(nóng)業(yè)選擇性施肥思想的轉(zhuǎn)變?yōu)橹形⒘吭胤柿袭a(chǎn)業(yè)打開了新的發(fā)展空間[10]。

含中微量元素硫酸鉀產(chǎn)品的使用解決了大宗通用硫酸鉀肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中利用率不高，農(nóng)作物產(chǎn)量、品質(zhì)難以提高等問題[11]。構(gòu)建以農(nóng)用硫酸鉀推廣銷售為主體，以作物對微量元素的需求為導(dǎo)向的產(chǎn)品供應(yīng)體系，有助于新型高效硫酸鉀肥料產(chǎn)業(yè)鏈的形成，是傳統(tǒng)農(nóng)用硫酸鉀生產(chǎn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。目前，國內(nèi)各種中微量元素肥料生產(chǎn)企業(yè)有3 000余家[12]，國家登記的中微量元素肥料產(chǎn)品有2 000余種，其中95%以上的產(chǎn)品屬于水溶性肥料。

2.4 速溶硫酸鉀產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景

普通農(nóng)用硫酸鉀雖然能夠滿足傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的需要，但是目前國家大力倡導(dǎo)農(nóng)業(yè)走集約化發(fā)展道路，這就對農(nóng)資產(chǎn)品的品質(zhì)提出了更高的要求。在滴灌中普通農(nóng)用硫酸鉀極易堵塞管路，而速溶硫酸鉀的出現(xiàn)就能很好地解決這一問題[13]。

因此，速溶硫酸鉀產(chǎn)品作為傳統(tǒng)農(nóng)用硫酸鉀的下游產(chǎn)品，既為硫酸鉀下游產(chǎn)品添加了新品種，又提升了傳統(tǒng)農(nóng)用硫酸鉀產(chǎn)品的附加值，增加了企業(yè)的經(jīng)濟效益[14]。該產(chǎn)品符合我國水肥一體化現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展方向，未來成長空間廣闊[15]。

國內(nèi)市場在售的速溶硫酸鉀產(chǎn)品主要是來自俄羅斯以及部分國內(nèi)貼牌的德國紅牛硫酸鉀產(chǎn)品。2021年11月，國內(nèi)某硫酸鉀企業(yè)5萬t/a速溶硫酸鉀生產(chǎn)裝置已投入生產(chǎn)。

3 結(jié)語

農(nóng)用硫酸鉀下游新產(chǎn)品上市，可有效促進(jìn)當(dāng)?shù)丶爸苓叺貐^(qū)上下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，可將企業(yè)的資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟優(yōu)勢，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級，提高傳統(tǒng)農(nóng)用硫酸鉀產(chǎn)品的附加值，因此具有廣闊的發(fā)展前景。