芒硝资源加工的现状与发展

我国芒硝矿产资源及其加工业的现状与发展

申 军

(化工部长沙设计研究院，湖南长沙 410117)

摘 要：介绍了我国芒硝矿产资源的分布概况和特点，同时还介绍了国内芒硝和元明粉的生产技术现状，并阐明了今后的发展方向。

关键词：芒硝；硫酸钠；展望

芒硝是自然界中含钠硫酸盐类化合物的总称，可以以含水芒硝和无水芒硝两种形式出现，也可与其他化合物形成复盐，如钙芒硝、钾芒硝、碳酸芒硝等。自然界存在的芒硝矿物有十多种，其中只有两类具有工业利用价值，一类是钠芒硝(即十水芒硝和无水芒硝)；另一类是钙芒硝。

钠芒硝多分布于现代盐湖矿床中，而钙芒硝多赋存于古代盐湖矿床中。

芒硝矿产目前最大的用途是制取化工产品元明粉(纯度99%以上的无水硫酸钠)、硫化碱及硅酸钠等，广泛用于化工、轻工、纺织、建材、医药、有色冶金、皮革等20多个行业。

1 我国芒硝类矿产资源的概况及特点

我国芒硝类矿产资源分布广泛，储量丰富，预测我国芒硝类矿产硫酸钠资源总量可达300亿t，居世界首位。

1.1 芒硝类矿产资源分布概况

我国芒硝矿按储量大小主要分布于青海、内蒙、山西、西藏、新疆等省区，资源约占全国硫酸钠总量的47.9%，矿种分为掩埋沙下湖型和地表盐湖型。沙下湖型芒硝矿一般埋藏在泥沙层下，如内蒙包头—达拉特旗芒硝矿(远景矿石储量68.8亿t，折合Na2SO4 23.7亿t)，埋藏在200m 左右松散泥沙层下，曾被列为难采矿，但现已被提上利用日程，由内蒙古地质矿产勘察开发局投资开发，化工部长沙设计研究院水溶试采设计已完成，现正在试采当中。一旦试采成功，采矿技术得到解决，将会变资源优势为经济优势。盐湖型芒硝矿藏适宜露天开采，且加工简单。如青海察尔汗斯拉图采挖风化芒硝；山西运城盐湖采用春季养卤、夏季日晒蒸发、冬季冷冻生硝法生产芒硝；内蒙、新疆、甘肃大都直接采挖芒硝矿。

钙芒硝矿主要分布于四川、青海、湖南、云南、湖北、江苏及广东七省，工业储量合计约占全国硫酸钠总量的50.5%。其中四川的储量最大，它的钙芒硝矿多为单一矿，大多采用硐室水

溶法或斜井旱采，前者优点是连续生产能力大，能够贫富兼采，多层合采，减少排渣量，具备工艺可靠、技术先进、项目投资省、开采安全、成本低、能耗低以及适应性强等特点。湖北、湖南、云南多是与岩盐共生或伴生，生产精盐同时副产芒硝。钙芒硝矿藏品位较高、规模也较大、埋藏较深，多为地下开采，因此生产成本较高，直到上世纪80年代才大量开采。

1.2 芒硝类矿产资源特点

1.2.1 矿物品位较高、质量好、开采容易

我国芒硝矿由于含有一定量的无水芒硝，平均品位达40.7%，有的甚至更高；钙芒硝矿平均品位为24.24%，四川矿的平均品位达34.74%，质量则更好。因此我国芒硝类矿的矿石质量大都较好。由于芒硝矿一般容易被水溶解也易风化，因此开采较容易，并且大多可露天开采，伴生或共生无水芒硝和钙芒硝矿大部分也适合开采。

1.2.2 储量丰富，资源分布广而相对集中

我国有14个省区均有芒硝类矿产资源分布，储量十分丰富(探明总储量居世界第一位)，分布广而又相对集中，其中硫酸钠储量在10亿t以上的有青海、四川、湖南、内蒙四个省区，四省区资源总量占全国90%。青海大浪滩钾矿共生芒硝矿(硫酸钠探明储量比国外探明的总量还多20亿t，是全世界最大的硫酸钠矿)、内蒙包头—达拉特旗芒硝矿、四川新津县金华钙芒硝矿、青海西宁互助县硝沟钙芒硝矿是4个硫酸钠储量都在10亿t以上的超大型矿。一般南方资源以第三系及古代钙芒硝矿为主，北方则以第四系现代盐湖芒硝为主。

2 我国硫酸钠生产技术及产业现状

据调查，我国目前无水芒硝(元明粉)生产厂家有200家左右。1994年我国无水芒硝产量约200万t，目前年产量达300万t左右，并成为世界最大的无水芒硝生产国。

从目前无水芒硝产地看，主要有山西运城、四川、内蒙、新疆、甘肃等地。山西是我国著名的能源重化工基地，煤、电便宜且供应充足，运城的盐湖芒硝资源丰富，同时由于山西地处华北地区，交通方便，因此为发展元明粉工业提供了优越的条件。运城盐化局从1982年首创四效真空蒸发末效二次蒸汽余热化硝生产方法，该新工艺经不断完善，更加成熟。它的最大优势是能耗大大降低，元明粉吨产品的煤耗降至200～270kg，加之配套蒸汽锅炉也相应节省；出料温度低，热损小，操作环境大为改善；蒸发物料采用顺流出料，各效的压差得到有效利用，省掉倒料泵，不但节省投资，而且节约动力；末效二次蒸汽余热化硝，大大降低了蒸汽耗量，同时采用廉价工艺产生真空，节约了投资，缩短了基建工期，使企业的经济效益明显提高。现在山西南风化工集团通过收购兼并、合资合作控制了江苏、四川等地的部分芒硝资源，元明粉的生产能力达到150万t/a，成为世界上最大的元明粉生产企业，约占国内元明粉总产量的60%，占全球总产量的30%。

四川钙芒硝资源十分丰富，近几年相继建设了10多套五效蒸发5～10万t/a规模的生产装置，

湖南的澧县、衡阳也建了此工艺5万t/a规模装置。钙芒硝矿多采用硐室水溶法开采，硝水质量分数低，蒸发器的换热面积大，采用逆流进料，倒料泵倒料，充分利用了热量；真空冷却系统采用水喷射—蒸汽喷射新工艺，可使系统的运行真空度提高到0.0068MPa(绝压)，增加蒸发系统运行总有效温差，进一步提高产品产量；采用加纯碱和烧碱除钙、镁，经澄清桶除去不溶物，制得精硝水，尾气粉尘湿回收；4、5效进料，1、2效出料，前效冷凝水闪蒸后，二次蒸汽为后一效所用，节省了能源。此工艺煤耗较低，元明粉吨产品的煤耗降至260kg左右。目前该技术正在全国推广，并将成为钙芒硝加工最主要的技术。2000年10月1日，亚太地区规模最大的元明粉生产企业、中外合资江苏南风元明粉有限责任公司正式投入运行。该公司准备近期新上年产高纯度元明粉20万t项目，两年内元明粉生产能力将达到60万t/a，产量居世界第二、亚太地区第一，创利税1亿元，经济效益亦居世界同行前茅。江苏南风元明粉有限公司是由山西南风集团、西班牙克瑞米达萨国际有限公司和江苏洪泽化工集团总公司共同合资1.23亿元组建的新公司。洪泽县化工集团拥有丰富的华东地区独特的芒硝资源，品位高，有着优越的区位优势及先进的开采芒硝的技术和迅速发展的势头，备受国内外同行的关注。1998年下半年，当时国内最大的元明粉生产企业山西南风集团与洪泽化工集团达成合资协议，共同开发洪泽芒硝资源，上马了第四期年产10万t元明粉工程，产品大量出口。1999年初，西班牙克瑞米达萨国际有限公司总裁慕名前来洪泽考察，要求合作。克瑞米达萨国际有限公司是当今世界著名的元明粉生产企业，经营管理、生产技术居全球领先地位，资金实力十分雄厚。三方很快达成合作协议，山西南风出资5400万元，西班牙克瑞米达萨国际有限公司出资5300万元，江苏洪泽化工集团出资1600万元，在洪泽组建新企业，共谋新发展，大力开发芒硝资源，加快建设速度。江苏南风元明粉有限责任公司的成立，西班牙克瑞米达萨国际有限公司先进的管理经验、生产技术以及资金与江苏洪泽化工集团、山西南风集团的优势相结合，将使洪泽化工集团的芒硝开发如虎添翼，标志着我国芒硝矿的开采、经营管理、生产技术都跃入世界先进行列，同时标志着江苏南风将成为亚太地区最大的元明粉生产出口基地，对促进该地区地方工业经济的快速发展将产生积极而深远的影响。

内蒙的芒硝资源也十分丰富，同时当地还拥有煤、电优势，近几年多引进四效真空蒸发新工艺，目前该区已形成30万t/a的生产能力。为开发内蒙包头—达拉特旗芒硝矿，内蒙古地质矿产勘察开发局投资开发该矿，化工部长沙设计研究院提供技术支持，已完成20万t/a元明粉的可行性研究，目前正在试采当中，一旦成功，将建设一座20万t/a元明粉厂，使内蒙的元明粉产量上一个新台阶。

新疆、甘肃多为天然盐湖资源，大多是湖水干涸形成的，前者每年采矿约75万t；后者因运输不便，费用较高，能源供应不足，限制了一些地方发展元明粉工业，目前的生产能力约20万～30万t/a。

湖南、江西、湖北的硫酸钠型盐矿资源十分丰富，在制取精盐同时，综合利用资源，各生产厂建立提硝车间，副产元明粉。目前提硝工艺有两种：一是冷法；二是热法。因冷法工艺可靠、产品质量稳定，现大多数采用冷法技术，但它也有缺点：投资较大、能耗高、冷冻系统腐蚀严重等；热法则刚好与冷法相反，但产品质量不稳定。

我国环渤海湾海盐产区，以苦卤提取氯化钾后的混合盐为原料，经兑卤，配制成钠镁比为2：1的卤水，冬季冻硝，然后运用四效真空蒸发末效二次蒸汽余热化硝工艺生产无水芒硝。

此外，四川、江苏等地的乡镇企业仍在采用原始平锅溶硝蒸发，人工拾硝方法生产芒硝，产品质量差；西部的内蒙、青海、甘肃常年气候干燥、降雨量少，可利用风化的办法生产无水芒硝，此类无水芒硝成本低，质量得不到保证。

从上个世纪80年代起到现在为止，我国已形成八大元明粉生产工业区：即山西地区、新疆地区、甘肃地区、西南地区、华东地区、内蒙地区、中南地区和环渤海湾地区。随着国家西部大开发政策的实施，青藏高原地区的西藏、青海将成为新的元明粉生产工业区。

3 我国硫酸钠工业的发展趋势

3.1 制定法律法规保护和合理开采利用芒硝矿

改革开放以来，各地为迅速脱贫致富，许多地方特别是西部地区，如青海、甘肃等地的集体、个体大力开采盐湖型芒硝矿，开始由于管理不善，滥采现象严重，后来随矿山管理工作的加强，全国矿产法的颁布，芒硝类矿产大多得到了一定程度的管理和保护。芒硝矿山开采的持证率达90%以上。虽然我国的芒硝矿产资源绝对量很大，但还需进一步制定制度规范管理矿山的开采，避免浪费，以最大程度地利用好资源，同时在西部偏远地方的小矿允许合理采挖，发展当地经济，缩小东西部的差距。

3.2 综合利用开发芒硝资源

在过去相当长的时期里，企业只注重从盐湖中单一提取硫酸钠，其余废弃，只注重眼前的短期利益，缺乏远见和综合利用的意识，结果造成对盐湖资源的破坏。现在这种局面得到了一定的改观，如山西运城盐化集团在盐湖的硫酸钠资源减少，硫酸镁相对富集的情况下，投入研究，建成一座5万t/a硫酸镁装置，经济效益良好。

在钙芒硝矿区，过去长期采用房柱法开采资源，制硝的尾矿严重污染了环境，同时难以处理采空区，这些原因严重阻碍了发展元明粉业。上世纪90年代，在四川首次采用硐室水溶法开采资源，实现了多层合采，贫富兼采；连续生产能力大；溶渣充填已采区，不用处理采空区，为四川元明粉工业的发展作出了贡献。

因此，综合利用开发芒硝矿资源应得到相关部门和企业的重视，以促进我国芒硝加工业的发展。

3.3 不断创新芒硝加工技术和推广新技术

1957年我国硫酸钠产量只有9万t，到21世纪初产量已达到300万t左右，生产能力达400多万t，芒硝加工业有了很大的发展，这些无不与芒硝加工技术的创新，引进和推广新技术息息相关。例如四川五效逆流蒸发制硝和山西四效真空蒸发末效二次蒸汽余热化硝新工艺、四川钙芒硝硐室水溶法开采及湖北热法从硫酸钠型盐矿提硝盐联产新工艺、新疆七角井盐化总厂引进日本一套5万t/a规模机械压缩生产装置、甘肃玉门市化工厂从瑞士苏尔逊公司引进一套5万t/a规模机械压缩单效蒸发生产装置，这些创新和引进的先进技术的推广提高了我国元明粉生产企业的生产技术，对我国元明粉工业的发展起到了不可估量的作用。

此外，双外加热室蒸发工艺缩短了酸洗加热列管的时间、加热均匀、避免了蒸发室内料位忽高忽低，使得整个系统操作稳定，提高了生产效率。如果这种双外加热蒸发工艺得到应用和推广，将会提高元明粉企业生产效率。

3.4 不断拓宽芒硝的应用领域

近年来，由于元明粉市场已达饱和，总体上说是供大于求，限制了芒硝加工业的发展，因此开发硫酸钠新用途迫在眉睫。一些科研院所和企业在这方面进行了大量的工作，其中芒硝转化法生产硫酸钾肥已实现工业化；另外芒硝加煤和石灰制取烧碱已有工业化产品；其他如元明粉替代纯碱制玻璃和硅酸钠等产品；以芒硝为原料离子膜电解生产烧碱和硫酸的工艺国外已完成中试，在不久的将来，将实现工业化；利用硫酸钠作太阳能的储能材料也备受关注，所有这些都为寻找芒硝新用途开辟了新途径，也让我们看到了芒硝加工业的未来。