“羅布泊鹽湖120萬噸/年硫酸鉀成套技術(shù)開發(fā)”項(xiàng)目讓“死亡之海”羅布泊變成希望之海這個(gè)美好的愿望成為現(xiàn)實(shí)。這一由國投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司完成的項(xiàng)目，不僅使我國硫酸鹽型鹵水鉀資源開發(fā)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，還打破了國際寡頭對(duì)鉀肥市場(chǎng)的壟斷、改變了世界鉀肥格局，也因此一舉摘得2013年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)。
被稱為“死亡之海”的羅布泊，其地下鹵水礦床是我國繼青海察爾汗后發(fā)現(xiàn)的最大的含鉀鹵水礦床，也是世界最大的干鹽湖之一。羅布泊鹽湖屬硫酸鹽型，有別于青海察爾汗氯化物型，國外僅有美國大鹽湖與其類似。硫酸鉀優(yōu)于氯化鉀，可明顯提高作物品質(zhì)，改善土壤質(zhì)量，特別適于蔬菜、瓜果等忌氯作物。我國硫酸鉀消費(fèi)已達(dá)200萬噸/年，并以年均12%的速度增長，開發(fā)羅布泊鹽湖鉀資源對(duì)保障我國糧食安全和改善農(nóng)作物產(chǎn)品品質(zhì)具有重大意義。
然而，與青海察爾汗、美國大鹽湖相比，羅布泊鹽湖開發(fā)利用存在諸多難點(diǎn)。比如，鹵水具有“硫高鉀低”特點(diǎn)，自然蒸發(fā)無法得到生產(chǎn)硫酸鉀的高品質(zhì)原料，且回收率低。再比如，羅布泊湖區(qū)酷熱缺水，無大量淡水分解光鹵石生產(chǎn)氯化鉀；且位置偏遠(yuǎn)，用外購氯化鉀方式補(bǔ)鉀，勢(shì)必造成產(chǎn)品成本過高、項(xiàng)目無工業(yè)化應(yīng)用價(jià)值。此外，鉀混鹽硬度大、易結(jié)塊，國內(nèi)外尚無用采鹽船來收的先例。而氯化鉀、軟鉀鎂礬兩種物料反應(yīng)易分層，硫酸鉀結(jié)晶粒度細(xì)，產(chǎn)品質(zhì)量難控制。更困難的是，羅布泊鹽湖地下鹵水層數(shù)多，埋藏深，不可能“渠采”，且易兌鹵析鹽堵塞地下通道。
2000年9月，國投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司成立。此后，羅鉀人經(jīng)過找礦、探礦、試驗(yàn)、建設(shè)、生產(chǎn)，研究出了具有國際先進(jìn)、國內(nèi)領(lǐng)先、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工藝技術(shù)，用短短幾年時(shí)間走過了同類企業(yè)十幾年甚至幾十年才走完的路，為“死亡之海”播種了希望。
目前，硫酸鉀主要有三種生產(chǎn)方法：一是利用氯化鉀和硫酸（鹽）反應(yīng)生產(chǎn)，二是利用可溶性硫酸鹽分解制取，三是利用含鉀硫酸鹽型鹵水直接提取。該項(xiàng)目實(shí)施前，國內(nèi)硫酸鉀生產(chǎn)均采用第一種方法，這種“以鉀換鉀”的方法，既不能增加中國鉀肥總量，還造成大量能耗和環(huán)境污染。
面對(duì)重重困難，項(xiàng)目組經(jīng)過近8年科技攻關(guān)，在工藝、設(shè)備等方面實(shí)現(xiàn)了重大技術(shù)創(chuàng)新。研究人員采用獨(dú)特的高效分散兌鹵、鹽田攤曬和選礦工藝，有效縮短鹵水蒸發(fā)結(jié)晶路線，顯著提高了含鉀礦物品質(zhì)和收率；同時(shí)采用加水將多種含鉀礦物轉(zhuǎn)化為軟鉀鎂礬，為浮選創(chuàng)造便利條件。淡水缺乏一直是硫酸鉀規(guī)模生產(chǎn)的嚴(yán)重制約，他們通過對(duì)鹽田鉀鹽析出路線進(jìn)行創(chuàng)新性分級(jí)，得到生產(chǎn)氯化鉀的光鹵石原料，并開創(chuàng)性地選用低鎂飽和循環(huán)鹵水代替淡水分解光鹵石，再浮選除去氯化鈉，解決了這一痼疾。針對(duì)兩種物料易分層等難題，項(xiàng)目組采用超單元及網(wǎng)格劃分技術(shù)，對(duì)結(jié)晶器進(jìn)行多層次建模和有限元分析，考察流場(chǎng)分布規(guī)律與特性，研制出具有產(chǎn)品粒度均勻、生產(chǎn)能力大等優(yōu)點(diǎn)的結(jié)晶器，生產(chǎn)的硫酸鉀產(chǎn)品顆粒大、品質(zhì)高。
他們還研制出兩棲式采鹽船，首次實(shí)現(xiàn)鉀鹽鎂礬硬礦的高效采收，并利用其能夠自行上岸檢修、轉(zhuǎn)彎靈活等優(yōu)點(diǎn)，大大提高了鹽田的使用效率，保障了生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。填補(bǔ)了國內(nèi)外同類設(shè)備的空白，其礦石采收能力高出國內(nèi)外類似設(shè)備一倍多，但價(jià)格比進(jìn)口設(shè)備每臺(tái)節(jié)約投資約3000萬元，提高作業(yè)率18%—20%，采礦石回收率提高3%。
另外，針對(duì)羅布泊鹽湖鹵水分層多，各層鹵水濃度、組分不同的特點(diǎn)，他們創(chuàng)造性地采用“差異化布井，分區(qū)、分層采出”模式，首次實(shí)現(xiàn)天然飽和鹵水地下大規(guī)模鉆井開采，建成世界最大鹵水開采井群。
經(jīng)中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織鑒定，該項(xiàng)目整體水平國際領(lǐng)先，并為硫酸鉀生產(chǎn)開辟了一條嶄新途徑。應(yīng)用該技術(shù)建成的世界最大硫酸鉀生產(chǎn)裝置運(yùn)行穩(wěn)定，單廠生產(chǎn)規(guī)模全球最大，產(chǎn)品質(zhì)量世界第一，產(chǎn)品氧化鉀含量約為51.90%，加工回收率57.54%（理論上限為67%）。與美國大鹽湖相比，回收率提高45%、節(jié)水59%。2012年其產(chǎn)品占世界硫酸鉀總量26%左右，國內(nèi)市場(chǎng)占有率78%以上。所生產(chǎn)的“羅布泊”牌硫酸鉀，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到和優(yōu)于國家優(yōu)等品標(biāo)準(zhǔn)，且產(chǎn)品不含游離酸，是不可多得的無氯優(yōu)質(zhì)鉀肥，也是經(jīng)濟(jì)作物的首選鉀肥。
該成套技術(shù)還可用于國內(nèi)外諸多鹽湖的開發(fā)，如青海大浪灘及東（西）臺(tái)地、新疆瑪納斯鹽湖及澳大利亞的同類型鹽湖，具有廣闊的應(yīng)用前景，為我國實(shí)施鉀資源“走出去”戰(zhàn)略，提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。