《科技创新造就盐湖开发奇迹 罗布泊钾肥撒遍乡间沃土》

  • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2021-12-29
  • 刚刚召开的中央农村工作会议提出,毫不放松抓好粮食和重要农产品生产供应。一直以来,党和国家高度重视粮食安全,引导强化农业科技支撑,稳定农资供应和价格,使广大农民切实从土地中获得收益。 “情系三农、为国分忧,让广大农民得到更多、更大的实惠。”也是长期深居无人区的新疆罗布泊钾盐有限责任公司的企业信条。20多年来,因为罗钾公司在罗布泊的坚守,中国农民用上了最便宜的肥料。

    无人区建起世界最大单体硫酸钾生产企业

    不久前,一条符合现代农业滴灌需求的全水溶钾肥生产线在素有“死亡之海”之称的罗布泊投料试车。这条由国投罗钾自主研发的生产线产出的钾肥不仅能够全部溶于水,其氧化钾含量还提升至53%以上,使我国钾肥品质再提一档。

    科技日报记者追随这一线索深入新疆塔克拉玛干沙漠边缘的无人区罗布泊,被拔地而起的现代化钾肥工厂、机器轰鸣的生产线、碧波荡漾的盐田景象深深震撼。在几近干涸、杳无人烟的无人区内,滚滚而出的肥料正滋养着中国近一半的土地。

    钾是作物生长必需的要素之一,缺了它,庄稼直不起腰,果实长不大,因此被形容为农作物的“钙”。“传统钾肥产品颗粒较粗不适用滴灌,而新推出的速溶型钾肥品质细腻,不堵管,易于土壤吸收,非常受客户欢迎。”国投罗钾硫酸钾厂副厂长李东星介绍,罗钾产品研发团队多年来持续走访了解农田农户需求,开发新产品,自主设计符合本土资源的生产线和生产工艺,在无人区建成年产150万吨硫酸钾和年产10万吨硫酸钾镁肥生产装置,成为世界最大的单体硫酸钾生产企业。

    眼下,在农贸市场,标有“罗布泊牌”的钾肥最受农民好评和信赖。吉林敦化的种粮大户郭太江说:“以前不用硫酸钾的时候,一辆八吨卡车,玉米麦子堆得冒尖,都不够称,用了钾肥,一平车就8吨重了,说明现在的粮食更饱满。”

    截至2021年9月,从罗布泊运出的钾肥累积达到1800多万吨,占国内市场份额约45%,罗布泊牌钾肥已成为国内高品质钾肥的典型代表。

    两获国家科技进步一等奖

    曾几何时,国内70%以上的钾肥要依靠进口,肥料供应长期受制于人,直接威胁到我国粮食安全。

    “90年代末,地质工作者在罗布泊发现了世界上最大的硫酸盐型含钾卤水矿床。得到这个消息,对于我们这些长期从事资源开发的人来说感到非常兴奋,它的发现与开发将从根本上改变中国钾肥严重依赖进口的现状。”罗钾创始人之一、国投罗钾公司党委书记、总经理李守江回忆,2000年,一群年龄和经历各不相同的创业者迫不及待汇聚在罗布泊,渴望贡献自己的智慧开发蕴藏在“死亡之海”地下的钾盐资源,生产出全世界最好的钾肥。

    罗布泊位于塔克拉玛干沙漠边缘,每年7级以上大风多达200多天;年降水量仅有39毫米,蒸发量却超过4800毫米;广袤的地表泛着盐壳,毫无生机。

    创业团队进入罗布泊才发现,这里的卤水成分硫钾比严重失调,化学组成与世界上其他盐湖有很大的不同,多位从外国请来的专家都断言,“这里不可能生产出硫酸钾”。

    “我们自己造!”李守江说,想要在罗布泊生产出硫酸钾肥,一没有现成的技术路径可以借鉴,二没有相关配套的装备,这迫使他们自主研发,展开了罗布泊开发史上最系统、最全面、最切合实际,并且也是最艰苦卓绝的加工工艺试验研究。

    为了解决卤水资源中钾、硫比例严重失衡的问题,团队就地“制造”氯化钾,攻克用沙漠边缘输送来的微咸水代替淡水生产的关键技术,每吨硫酸钾的用水量仅是传统工艺的三分之一;在盐碱地修建上百平方公里的晒盐池,由国投罗钾公司自主研发的两栖式水采机,节省进口成本上亿元……

    这样的创新有很多。2005年“罗布泊卤水资源开发利用研究”、2013年“罗布泊盐湖120万吨/年硫酸钾成套技术开发”,国投罗钾因此成为国内为数不多的两次获得国家科技进步一等奖企业。

    “死亡之海”变身“财富之海”

    随着2012年年产120万吨钾肥项目投产,罗布泊钾肥的大量上市迅速缓解我国钾肥供应紧缺局面,打破了长期以来的国际钾肥巨头垄断。自此,国际钾肥生产商出口到中国市场的钾肥产品价格成为全球最低。

    “公司仅用了不到5年的时间,走完了相当国内外同行多年走过的开发历程,创造了世界盐湖开发史上的奇迹。”对罗布泊的奇迹史,李守江总结道,“唯有创新才能生存。”

    截至目前,国投罗钾完成了罗布泊盐湖钾资源及其他元素的开发研究,累计获得专利71项,先后两次获得国家科技进步一等奖。如今,不光是生产线,与生产销售相关的加工厂、铁路运输工程、电厂工程、供水工程在罗布泊拔地而起,“死亡之海”变身“财富之海”。

    “2021年,国投罗钾科技经费投入占主营业务比率达3%以上,我们会持续加大科研投入强度,推动科技创新及成果转化,推出更好、更优的新产品,让广大农民得到更多、更大的实惠。”李守江说。

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    • “我很幸运赶上了一个需要资源的时代,是国家的大发展成就了我们这代人的矿产资源研究事业。” ——中国工程院院士、著名盐湖学家郑绵平 2020年1月云南思茅盆地野外考察 一位老人以树枝为杖,艰难行走在思茅盆地杂草丛生的小径,郑绵平的学生张雪飞应采访邀请发来这一照片,“这是郑院士正带我们做云南钾盐科考项目”,她解释说,“时间是2020年1月,春节前夕”。只有一行人背影的模糊小照,让记者联想起27年前在西藏采访时第一次见到郑院士的场景——被高原风蚀成的经典藏民面孔和难以听懂的福建口音。86岁了,还在出野外! 人在岁月中行进,会遇到多次选择,很多选择会因多个兴趣点的中途插入而走出复杂的生活轨迹,但郑绵平很专一,他所有的人生轨迹,都集中在盐湖资源的研究发现及拓展应用上。 一、让中国告别无钾盐矿床的时代 中国是农业大国,钾肥需求量大。然而由于自然禀赋复杂,在相当一段时间,“缺钾”成为国家发展的软肋之一。 上世纪50年代,百废待兴的新中国开始了找钾征程。1956年,刚刚从南京大学毕业的郑绵平坐着简陋的汽车随化工部地质普查组来到柴达木盆地。一望无边的盐碱地考验着所有来人。但是,此行采集到的样本却出现了含钾高的情况,这难道意味着什么? 中国工程院院士、著名盐湖学家 郑绵平 怀着疑问,第二年郑绵平随中国科学院的科考队再赴柴达木。有天散步,他在路边坑壁上发现了光卤石结晶矿体,这不是钾盐矿物吗?他和同事们一阵惊喜。随即,他们进行了涵盖全湖的坑探和钻探,最终圈定了120平方千米范围内断续分布的老光卤石,以及遍及察尔汗盐湖的富钾卤水。1958年,已经调到地质部矿物原料研究所的郑绵平主笔对此次考察做了详实的调查报告。在报告中,他首次估算该盐湖卤水氯化钾资源量为1.508亿吨。这一估算结果,被之后地质队的勘查报告所证实。第二年,察尔汗盐湖固体钾盐矿床依靠土法上马成功生产出了氯化钾,当年就产出几十吨的钾盐。中国从此告别了无钾盐矿床的时代。 1956年在大柴湖取样 收获了找矿的第一次喜悦,郑绵平信心大增。此后,他像着了魔一样不停地往西部盆地跑,从青海察尔汗盐湖,到西藏扎布耶盐湖,到新疆罗布泊,到四川和云南……在半个多世纪的盐湖研究生涯中,他考察过上百个盐湖,走遍青海、西藏、新疆等地的条件恶劣的高原无人区,研究领域涉及钾盐、硼、锂、铯等盐类矿产资源。 二、创新海陆并举成钾思路 钾盐的溶解度大,需要稳定环境才能得到沉积,而中国地质构造的特征是活动性大、陆块小。相对不稳定的地质背景,使得我国盐盆地具有破碎、埋深和变形的特点。 2002年无人区科考途中观察野外露头 在不断的找钾实践中,郑绵平对中国钾盐有了越来越清晰的认识:“中国地质条件复杂,不能完全套用传统教科书,要从地质实际出发解决我们自己的找矿问题。” 本着这样的思考,他主张要“海陆并举、固液并举、深浅并举”。一方面探索创新发展陆相成钾理论,提出了柴西第四系新层系承袭“砂砾型”成钾新思路;另一方面,在海相找钾上也取得了一系列突破。 在新一轮地质调查工作中,郑绵平团队在川东北发现“新型杂卤石钾盐矿”。他认为,这种杂卤石散布于岩盐层中,在深部较易溶于水,这个观点已经被企业采用水溶法溶采钾盐的生产实践所证实。 基于特提斯侏罗纪大规模成钾理论认识,他提出滇西南“二层楼”成钾模式,以此指导钻探验证,取得了侏罗系海相固体钾石盐矿重要发现。 他主持的地调项目通过研究组“油钾兼探”大量岩屑调查,终于在库车盆地发现厚层钾石盐矿层,指明了该区古近纪海相固体石盐的良好资源前景。 三、探索硼、锂产业化发展之路 盐是什么?在普通人眼中可能只是调味品的盐,在科学家眼里,则是分布广且种类多的天赐资源,藏着地球财富和地球秘密。郑绵平告诉记者,广义“盐湖”涵盖古今盐类资源,既包括深浅部、固液态的盐碱硝普通盐类,也包括钾、镁、硼和锂、铯、铷、溴、碘及盐生物等综合资源。对这种资源的价值认知和开发利用,是随着发展需求和科技进步逐步展开的。 上世纪50年代末到70年代,郑绵平盐湖研究的主战场从青海转至西藏。他先是在班戈湖研究硼酸盐,进而深入到阿里地区,发现了一批硼、钾、锂矿产及新类型的镁硼矿床。 与许多人不同的是,郑绵平不仅着力于勘查资源,而且还探索找矿成果转化和产业化道路。 上世纪70年代初,为解决西藏阿里地区经济发展问题,他曾向阿里地区行署提交阿里地区硼矿资源与开发咨询报告。这份报告当即被地方政府采纳,成为该区硼矿山建设的依据,并很快取得社会经济效益。 说起来,早在上世纪50年代察尔汗盐湖科考报告中,郑绵平就在估算卤水氯化钾资源量的同时,估算出该湖还有氯化锂资源量300万吨。 1980年,他主持盐湖队在扎布耶盐湖打钻取样,发现扎布耶盐湖的沉积物中锂的含量很高,显微镜下观察,能看到许多细小、针状的东西。这种天然的碳酸锂矿石,他起名叫“扎布耶石”。“扎布耶石”后经国际矿物学会新矿物命名委员会确认为新矿物。 1982年在扎布耶湖进行现场盐矿鉴定 (左一 郑绵平) 4年后,郑绵平带队开展扎布耶盐湖资源野外调查,从地质勘查、长期观察,到盐湖扩试,到太阳池积热析锂,再到碳化法加工提纯,研发出了扎布耶盐湖锂资源开发利用成套新技术,并实现了产业示范。2006年11月,国家西部大开发示范工程项目“西藏扎布耶锂资源产业化示范工程”通过竣工验收,该工程以郑绵平团队的核心技术为支撑,建成了我国首条盐湖提锂工业化生产线。 1984年 郑绵平(中)在扎布耶北湖观察盐藻 对于郑绵平,盐湖是实现产、学、研的结合的重要平台。从1990年起,他和团队相继在高原腹地高海拔的扎布耶、当雄错和班戈错建立了3个长期科学观测站。高海拔地区,缺氧、风寒、日烈、交通不便,他们克服种种困难,坚持30年观测,为高原盐湖开发和环境保护积累了珍贵的基础数据。 四、在全球需求盐类新资源时代呼吁拓展盐类学 盐湖研究让郑绵平获得了很多荣誉,这些荣誉包括国家科技进步一等奖、二等奖,李四光地质科学奖地质科技研究者奖和何梁何利科技进步奖等。2014年和2017年,他两次当选国际盐湖学会主席。所有荣誉的背后都是艰苦付出。因为干得太拼,郑绵平曾被人称“为盐湖而生的人”。 2005年西藏野外考察 一个地道的南方人,却迷恋西部,甘愿将一生抛洒在青藏高原,郑绵平的理解是——“我很幸运赶上了一个需要资源的时代,是国家的发展成就了我们这代人的矿产资源研究事业。” 1934年,郑绵平出生在福建漳州贫穷家庭,经历过战乱逃难。新中国成立后,在国家的救助下,他顺利完成学业并开启科研生涯。满怀赤子之心,他希望用自己的方式为祖国建设作贡献。 2005年郑绵平在西藏野外考察 耕耘盐湖事业一辈子,现任自然资源部盐湖资源与环境重点实验室主任的郑绵平有几点体会:一是要坚持不懈注重野外工作,“要多到野外调查,领悟大自然奥秘,才能取到科学真经”。二是要立足解决实际问题,“科学家不能只满足发论文,科学研究和产业化结合起来才能有更大的价值”。三是要不断开拓思路,延伸新的学科生长点。 2018年柴达木盆地野外地质考察 一直以来,郑绵平都在呼吁发展“盐湖农业”“盐类学”和“类地行星盐类学”等。自然资源部成立后,他的这种意识更加强烈。“盐湖不仅能为人类提供资源,而且是我们研究古今生态变化的天然实验室”。郑绵平认为,新时代的盐类学要适应盐资源的全球新需求,在自然资源科技领域发展中,要充分利用信息技术环境开展跨学科协同创新,构筑盐类大科学、大产业。“加强基础研究和技术创新的结合,掌握独立知识产权,才可能不被别人卡脖子,才可能走到世界学科前沿。”他说。
  • 《钾肥创新要实现两个多样化》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2018-06-25
    • 我国是一个钾盐资源匮乏的国家, 同时我国土壤也不同程度地缺乏钾元素及中微量元素。在上周由中国化工学会化肥专业委员会主办的2018中国钾盐 (肥) 科学技术交流大会上, 专家建议, 针对我国钾盐资源和土壤的现实情况, 钾肥的技术创新可以从产品多样化和组合多样化两方面做起。    矛盾: 资源匮乏但需求强劲中国化工学会化肥专委会副秘书长亓昭英认为、我国农业土壤因长期施肥不均衡而导致有机质、钾元素、中微量元素不足、土壤pH值下降、板结和面源污染严重、致使作物病虫害严重、农药施用量大、影响农产品质量。要完成对土壤的修复与保持, 对钾肥的需求是必然选择    然而据自然资源部的数据显示, 2016年我国可溶性钾资源的查明资源量是10.57亿吨, 其中基础储量是5.62亿吨, 钾资源总量只占世界总量的5%左右, 且品位平均只有0.8%左右, 远低于世界平均品位的30%。在保持目前产量的基础上, 我国钾资源只能满足7 ~ 8年的开采需要。"亓昭英说。    中国科学院过程工程研究所研究员马淑花也持相同观点。她认为, 我国是一钾盐资源匮乏的国家,50%钾肥依赖进口。同时,我国缺钾耕地面积约占总耕地面积的50%,大部分地区存在着不同程度的钾及中微量元素缺乏现象。   亓昭英指出,今后5年,粮食质量与数量的安全仍然是头等大事,无论是施用测土配方肥提高单产,还是改良盐碱地增加耕地面积,对钾肥的需求是刚性的。   方案一:产品多样化满足需求   为满足不断增长的钾肥强劲需求,亓昭英建议钾肥行业首先要实现钾肥品种多样化。她建议除传统钾肥外,可以发展黄腐酸钾、腐殖酸钾、硝酸铵钾、碳酸钾、碳酸氢钾、磷酸二氢钾、结晶硫酸钾镁肥、甲酸钾、生物钾等。   其中,随着忌氯经济作物种植业的扩大,作为一种无氯钾肥的生产原料,硫酸钾产业的发展迎来了极大机遇。上海化工研究院化肥所常务副所长张伟介绍,他们采用的硫酸铵法以硫酸铵与氯化钾为原料生产硫酸钾。硫酸铵价格便宜,燃煤大户如火电厂、冶金厂、炼焦厂以及高分子合成工业中的废气、废液均副产硫酸铵,这样不但可以降低生产成本,增加经济效益,还可以解决环境污染问题。目前,上海化工研究院已经先后建成3000吨级和1万吨级的硫酸钾中试生产装置。该工艺的副产品氯化铵钾可直接挤压造粒制成水稻专用追肥,或与普钙、重钙、磷铵等含磷肥料混合,制成中、高浓度三元复合肥。   另外,硝酸钾是无氯氮钾二元肥料,对提高烟草产量和品质有着重要作用。碳酸氢钾具有成本低、性能稳定、水溶性好等特点,特别适合大棚作物。这是因为碳酸氢钾可缓慢稳定释放二氧化碳,使大棚中二氧化碳浓度保持在万分之三,可以解决大棚中空气不流通,易产生二氧化碳缺乏症的问题。   方案二:组合多样化利用资源   亓昭英表示,在组合多样化方面,钾肥除了与氮肥、磷肥组合外,还可与有机肥、水溶性与枸溶性中微量元素肥、螯合剂组合使用,也可以采用不同钾源组合,这样可以增加溶解度和溶解速率,提高相容性,确保精准施肥,控制土壤酸碱度使其适应作物需求。   除了可溶性钾资源外,我国还有钾长石、霞石等含枸溶性的难溶性钾资源。这部分资源的初步查明资源量为3000亿吨以上,而且分布非常广泛,可以作为可溶性钾资源的补充。针对难溶性钾资源,利用我国资源丰富的钾长石类和黑云母发展含钾的中微量元素肥是重要方向。其中,利用钾长石生产的硅钙钾肥中含70余种中微量元素。   “一直以来遭受副产盐酸困扰的曼海姆硫酸钾技术可以采取这一思路,向多元素专用复混肥方向发展。比如加入白云石粉中和其中的游离酸,相当于添加了少量的钙、镁等中量元素,从而成为一个含多种中量元素的肥种。但要注意的是这种肥料只能做基肥,不适合做水溶性肥。另外,也可以加入钼酸钠、硫酸铜等将其加工成各种含中微量元素的小品种复合肥。”亓昭英介绍道。。