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元明粉的生产现状及应用前景

作者:admin  浏览:1625 次   发布时间:2012-10-31

 元明粉的生产现状及应用前景
         摘要:用一系列客观事实及详实的数据,回顾了元明粉的生产历史,以科学的态度分析了元明粉的分布、储量及开采状况;通过比较各厂家的生产工艺,找出了适合不同原料的元明粉的生产方法;统计了元明粉的市场布局及

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  各行业的需求形势,对进一步拓宽元明粉的应用领域、合理开发市场、调整产品结构提供了依据,为元明粉的进一
            步发展奠定了基础。
            关键词:元明粉;芒硝;资源
            1 原料状况
            1. 1 芒硝资源与生产企业分布
            中国芒硝资源十分丰富,总储量在100
            亿t以上,居世界首位。元明粉生产厂依原料不同分布在山西、四川、江苏、新疆、内蒙、湖南等十多个省份,有50 多个生产厂,
            元明粉总装置能力500~550万t/a ,实际产量约450万t/a ,商品量420 万t/ a ,其中出口90 万t/ a
            ,其余用于国内消费。
            元明粉是一种大吨位的化工产品,市场售价仅300~400 元/ t
            。作为生产企业,仅有资源优势是不够的,其地理优势、技术优势、能源优势、政策优势在产品市场竞争中的作用很大,这其中以地理位置居首位。如青海的芒硝矿产资源占全国总量的40
            % ,但因地理位置、开采方式、生产技术等原因,使其发展受到限制。而四川、江苏等地,成为较具优势的元明粉生产基地。生产厂家分布情况见表1

            1. 2  原料结构及处理
            生产元明粉的天然原料有芒硝型矿和盐业副产两大类,副产元明粉有来自合成脂肪酸、人造丝、含铬化合物生产的副产物,这里着重介绍芒硝矿型天然原料。
            表1  中国元明粉生产厂家分布情况
            地域(省)        生产厂家                                          
            装置能力/(万t•a-1)
            四川        四川同庆南风有限公司等23家                  228
            江苏        江苏南风元明粉有限责任公司等4家        115
            山西        山西南风化工集团                                    50
            内蒙古        伊克昭盟化学工业总公司等6家            49
            新疆        新疆盐湖化工厂等4家                             29
            湖南        湘澧盐矿等2家                                       23
            甘肃        甘肃亚盛集团等11家                              26
            青海        冷湖化工厂                                             3
            合计        52家                                                    
523
                自然界硫酸钠的天然芒硝资源矿有3 类,而这3 类矿藏在中国均已被探明并开采使用。
                第一类是集中于山西、内蒙、新疆、甘肃、青海的盐湖芒硝矿,属现代内陆湖沉积矿床,是芒硝和白钠镁矾的湖底沉积层, 主要以Na2
            SO4 、Na2SO4•10H2O[1 - 2
            ]或白钠镁矾的形式存在,并伴有氯、钙、镁、天然碱、泥沙等杂质,该类矿需要用水浸取矿层中的Na + 、SO42 -
            ,调制到一定浓度,然后利用季节变化把芒硝结晶采集出来,在一定温度下溶解芒硝来制取硝液。目前,大多厂家采用“多效蒸发末效二次蒸汽溶解芒硝———余热化硝”的生产工艺来制取粗硝水,可节约一部分蒸汽。但由于存在芒硝的结晶、生产、运输等环节,原料的生产周期长(每年1
            次) ,制造费用较高,原料成本占元明粉生产成本的40 %左右。该类矿是最早发现并开采使用的,生产厂家最多(超过25 家)
            ,但规模普遍偏小,甘肃的好多厂家规模在1 万t/ a ,较具规模的有山西南风化工集团、甘肃亚盛集团等。
                第二类矿是分布于四川、广西等省的钙芒硝固体矿床,矿石中含有25 %~50 %(质量分数,下同) 的Na2SO4
            、27%~30%的CaSO4、少量MgSO4、NaCl、Al2O3
            、Fe2O3及水不溶物,多年的生产实践中,采用较为经济、污染较小的“井下硐室水溶法”制取粗硝水,生产不受季节限制,但开矿费用较高,矿井投资约占总投资的50
            % ,粗硝水中钙含量达到2. 5 g/ L左右,必须用两碱除钙镁后才能使用,硝水密度较低,仅为0.90~0. 93 kg/ m3
            ,矿井投资回收期长,原料成本占生产成本的30 %。目前,四川近20 家生产企业每年生产约200 万t 的元明粉供给西南各省。
            第三类是分布于江苏一带的富含硫酸盐的地下芒硝矿,主要成分为Na2SO4 ,杂质为NaCl
            及少量的钙镁,水不溶物极少。它与表层盐水、晶间盐水和地下盐水不同,其矿层较厚(平均在15 m) ,矿层含Na2SO4在80
            %以上,由于埋藏较深(2 000 m 左右) ,芒硝易于溶解,采用连通井注水水溶法生产粗硝水,虽开采矿井一次性投资大(一口满足10
            万t/ a元明粉装置的卤井需投资1 000 万元,卤井寿命在1 ~2 a) ,矿产利用率低,国际水平的回采率在25 %~30 %
            ,国内水平仅达15 % ,但硝水流量稳定在60~70 m3/ h ,粗硝水质量较好,Na2 SO4 含量在320 g/
            L左右,原料的生产成本相对较低,仅占元明粉生产成本的25 % ,属较具潜力的矿藏。该矿发现于80 年代,90
            年代开采使用,生产规模普遍较大,设备投资及自控程度较高,经济效益普遍看好。
            2  生产技术状况

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            世界各地天然原料有其共同特点,因而元明粉的生产工艺也有某些共同之处,无论芒硝型矿藏、硫酸钠井矿盐卤水或化工副产元明粉,都使用两部法工艺流程,即首先析出芒硝或芒硝水溶液,再将精选的原料加工为成品。
            我国硫酸钠的规模化生产始于50
            年代,是以芒硝为原料进行的,其生产方法有熔融法、熔融—蒸发法、盐析法及全溶蒸发法;在形式上经历了从“平锅法”、“火塔法”、“单效蒸发”、“自然循环”、“真空蒸发”到“多效真空蒸发强制循环”的过程。经过多年的生产经验积累及不断的技术改造,元明粉生产工艺趋于成熟,生产设备基本定位。随着各行业对元明粉产品质量要求的提高,目前,各生产厂家均采用“全溶蒸发”脱水法进行生产。蒸发流程因原料结构不同也有所区别,有以山西运城为代表的“四效顺流余热化硝”、四川为代表的“五效逆流”及江苏南风等地的“五效错流”真空蒸发生产工艺;蒸发装置以“外热式强制循环蒸发器”为主,少数厂家采用“内热式强制循环蒸发器”,但因产量、消耗等原因,后者有被淘汰的趋势;离心干燥装置都较一致,采用旋液分离器、连续推料卧式离心机,配以气流干燥器,生产的产品能达到有关标准;包装工序多年来一直是磅秤计量、人工包装,2001
            年山西南风运城元明粉四厂首先采用了自动包装计量技术,从根本上解决了产品计量误差、工人的劳动强度、环境污染等问题,应用效果较好,已经在推广之中。
            3  元明粉的发展

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            3. 1 以市场为主导走产品精细化道路
                元明粉一直按照GB6009 - 92
            无水硫酸钠国家标准进行生产。近年来,随着市场由计划经济向市场经济转变,人们的生活水平不断提高,对一些日常用品如洗衣粉、洗浴品、印染物、玻璃等的要求越来越高,作为这些产品的原料,国内外客户对精制元明粉的要求与日俱增,达到每年几万t
            的用量,像钙镁含量在0. 015 %的“低钙镁”元明粉,氯离子含量在0. 08 %的“高纯”元明粉,pH 在6~8
            的“中性”、“低pH”及粒径大于150μm 达75
            %的“大颗粒”元明粉已被先后生产出来,并应用到各行各业,且生产工艺相对成熟,生产成本趋于合理,向大批量生产过渡。
            3. 2  引入现代化设备提高生产效益
                随着科学的发展,技术的进步,高效和节能的工艺技术不断引入元明粉生产,如在循环泵、离心机、鼓(引)
            风机上安装变频器,根据负荷大小自动调节转速,设备启动平衡,运行电流下降,工艺控制可靠,节电量可达30
            %左右;蒸发设备及管线的材质逐步由碳钢材质转换为不锈钢或钛材,增加了产品的白度,降低了铁含量;
            蒸发罐内液位调整采用自动监测、自动控制装置,提高了液位控制的准确性,减轻了工人的劳动负荷,避免了偶然的、人为的因素造成的设备故障。另外像中性元明粉生产中“pH
            自动控制仪”、“双级推料离心机”、“包装工序的自动化计量”等等,这些新设备、新技术的应用,为企业创造了很大的效益,也体现了元明粉生产的不断进步。
            3. 3 从国标看元明粉的发展变化
                有关元明粉的第一个国家标准是1959 年颁布的,当时指“硫酸钠”的标准,标准号为HGB3045 -59
            ,随后进行了多次修订,出台了相应的标准[3 ] 。首先是在等级上细化了, 增加了Ⅰ类优等品 (Na2SO4 ≥99. 3 %)
            ,满足较高要求的用户。去掉了pH 一项,减少了生产厂家调整pH 工序。因全国各地生产原料不同,产品的pH
            自然不同,而且并不是所有的用户都需要pH 在6~8 的中性元明粉,去掉pH
            一项,可降低生产成本。去掉了对产品筛余物的要求。影响产品粒度的因素很多,如原料中杂质、溶液的pH、蒸发器结构、干燥设备、工艺流程及工艺操作参数,其中任意一项发生变化,均可导致产品粒度发生变化,而在元明粉的使用过程中,根据用户有无该项需求进行生产,可给生产厂和用户更大的协调空间,有利于企业发展。
            国标大约10 a 修订1
            次,时间漫长,因此各企业根据特殊用户的需求及生产状况,制定了一系列产品的企业标准,如“高纯度无水硫酸钠”、“低钙镁无水硫酸钠”等企业标准。
            4  产品应用概况
            4. 1 产品市场分布
                元明粉是一种基础化工原料,广泛应用于化工生产的各行各业,如造纸工业中用硫酸钠来补充制浆中碱和硫的损失;合成洗涤剂生产中添加约40
            %的硫酸钠作为洗衣粉的载体;在染料工业中硫酸钠是制造硫化钠的主要原料。同时,硫酸钠在玻璃、印染、纺织、制革、采矿、医药等行业都有广泛的应用。
            在近2 a 中,国内新增元明粉生产能力约100万t
            ,其增长速度体现了需求量的增加。目前,元明粉生产厂布局合理,销售市场基本饱和,入世后出口量有所提高,总需求量回升,硫酸钠在各行业的应用情况见表2
            。
            4. 2 开发应用情况
                同所有的化工产品一样,元明粉的应用也是逐步发展起来的,1987
            年有关人员发现,在鸡、猪、奶牛等畜禽饲料中加入一定量的硫酸钠,对提高鸡的产蛋率、增加猪的重量、提高牛的抗病力、增加奶牛的产奶量等方面有显著效果,这一发现很快被广泛推广应用。元明粉还可作为某些禽、畜药的载体,目前,每年用于饲料添加剂方面的硫酸钠达到近万吨;
            1988 年,研究发现,以硫酸钠和硅砂、煤粉为原料,经高温熔融反应后,可制成水玻璃,这一成果改变了传统的用纯碱生产水玻璃的历史,大大降低了水玻璃的生产成本;90年代后,元明粉的应用朝精细化发展,像高纯度元明粉在印染行业的使用,大颗粒元明粉在玻璃行业的应用,特细元明粉在药业上的应用等等。当然,有些研究还需要实际应用后才能体现出价值,并得以推广。
            表2  硫酸钠在各行业的应用
            行业                 使用量/(万t•a-1)        占有比率/%
            合成洗涤剂        155                             36.9
            印染                    55                             13.1
            硫化碱                45                             10.7
            玻璃                   40                               9.5
            泡花碱               20                               4.8
            硫酸钡               10                               2.4
            医药饲料等其它   5                               1.2
            出口量               90                              21.4

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