钾肥的制取工艺及行业市场前景预测的立项申请

第一节 钾肥的定义

钾肥，全称钾素肥料。以钾为主要养分的肥料，植物体内含钾一般占干物质重的0.2%~4.1%，仅次于氮。（立项申请）

第二节 钾肥行业发展趋势及市场规模

钾肥行业是典型的资源垄断型行业，我国钾盐资源分布极不均匀，96%分布在青海和新疆，其中青海察尔汗盐湖以氯化钾为主，新疆罗布泊盐湖以硫酸钾为主，主要钾肥生产企业青海盐湖股份、藏格钾肥都集中在这两个资源地。我国钾肥生产地区与消费地区距离较远，生产商主要集中在青海和新疆等偏远地区，下游需求主要分布在华东、华中、西南地区，钾盐资源分布区域性的特征使得供需无法有效匹配。

中国钾盐资源匮乏，已探明的钾盐资源储量约占全球总量的2%，缺乏定价能力和竞争实力。我国是世界上最大的钾肥消费国，资源储量与消费量形成巨大反差。2015年全国资源型钾肥总产能为1075万吨(实物量)，全年产量953万吨。2015年进口钾肥955.1万吨，进口呈价跌量升的特点。同时当年全国钾肥消费量为1670万吨，同比增长了5.57%，钾肥自给率超过50%，对外依存度较高。此外，由于我国钾肥生产企业集中分布在西北高原地区，冬季气候恶劣，生产和运输均受到很大程度的限制。

中国和印度是世界上两大钾肥消费国，每年都要从国际市场进口大量钾肥，因此每年的钾肥大合同价备受关注。今年是我国第一次在印度之后签订合同，但中国钾肥进口价格仍然低于印度，继续保持全球最低价。印度此次签订的大合同价格是227美元，较去年下降105美元，根据历史经验，印度钾肥合同价格与中国变动趋势较为一致，具备一定参考价值，中国去年的大合同价315美元，如果也同样下降105美元，价格是210美元。本次大合同的降价幅度没有印度大，主要是因为印度钾肥工业不发达，自身产量增幅空间小，进口需求相比中国更有潜力，更有刚性，因而国际大供应商愿给其更优惠的价格。

钾肥大合同价并非越低越好，因为价格过低，将使国内钾肥价格跟着下滑，对国内钾肥生产不利。这次钾肥大合同到岸价为219美元，按最新汇率6.6计算，加上1%关税、13%增值税及港杂、包装等，对应的港口60%红粉氯化钾完全成本价约为1770元。而目前港口主流报价1800元左右，相差不大。随着大合同价上升，钾肥下跌空间基本被封住，市场预计企稳为主。

第三节 钾肥的制取工艺

原料钾是在地壳中含量占第七位的元素。但是,它在矿石、土壤、海洋、湖泊和江河中的含量都很低。具有经济价值的钾盐矿,是内陆海在干燥条件下,蒸发水分后干涸的沉积矿床。最主要的沉积钾盐矿有钾石盐(KCl、NaCl混合物)、无水钾镁矾(K₂SO₄·2MgSO₄)、钾盐镁矾(K₂SO₄·MgSO₄·3H₂O)和光卤石(KCl·MgCl₂·6H₂O)等。一些含钾的井水、湖水和卤水，也是钾肥原料的来源。

氯化钾  工业生产以钾石盐矿精制加工为主，在某些国家和地区采用光卤石为原料，少数国家从卤水提取。

钾石盐矿富集和精制 　由钾石盐矿富集氯化钾有三种方法：①浮选法，是应用最广泛和最经济的方法。

钾肥是以脂肪胺作为浮选剂，进行多次粗选，再进入精选系统进一步精制，底流返回粗选系统。②溶解结晶法，是利用氯化钠和氯化钾在热水和冷水中的溶解度不同，将氯化钾母液加热后与钾石盐混合。此时，氯化钾全部进入溶液，而氯化钠进入溶液较少,冷却后析出氯化钾结晶,经分离、洗涤和干燥即得产品。母液返回系统。如需制得工业用氯化钾精品，可用再结晶的方法精制，氯化钾纯度可达到99.9%。③重液分离法，是利用氯化钠和氯化钾的密度不同，选择密度介于两者之间的重介质，把磨细过的钾石盐矿置于其中，氯化钾上浮,氯化钠下沉,达到分离的目的。

光卤石富集和精制 　光卤石资源较丰富，但因它含钾量不高（纯光卤石仅含氧化钾17%），加工能耗较高，且大量副产氯化镁不易处理，故在氯化钾生产中所占比例不大,其富集主要有两种工艺：①冷溶法,含有氯化钠等杂质的光卤石矿在20～25℃下用水或淡盐水浸取，氯化镁首先溶出，当溶液中氯化镁含量增加时，溶入的一部分氯化钾会再结晶出来。所得氯化钾是含有氯化钠的混合物，用富集钾石盐的方法进一步加工制氯化钾。②热溶法，在约100℃水中溶解光卤石,在分离不溶物之后进行冷却结晶得氯化钾。

含钾卤水加工 　含钾卤水包括含钾湖水、含钾井水和盐田卤水等。以色列和约旦利用死海卤水,中国利用青海省察尔汗盐湖的卤水生产氯化钾。工艺是卤水在盐田里自然蒸发，直至约90%的氯化钠结晶出来；再将卤液移入另一组盐田，经蒸发、结晶得光卤石，再以富集光卤石的方法制取氯化钾。

硫酸钾　主要用可溶性硫酸盐钾矿为原料，少数国家和地区用氯化钾为原料制取。硫酸盐钾矿加工　无水钾镁矾和软钾镁矾等是可溶性硫酸盐钾矿，采用与钾石盐矿富集相类似的方法进行处理即可用作肥料。制纯硫酸钾时，可以用氯化钾与可溶性硫酸盐钾矿进行复分解反应：

K₂SO₄·2MgSO₄+4KCl==3K₂SO₄+2MgCl₂

然后将溶液蒸发即可结晶出硫酸钾。

明矾石综合利用制硫酸钾、氧化铝和硫酸，在苏联已有工业生产，在中国也有小规模生产。明矾石矿经磨细后，进行煅烧还原，分解出二氧化硫，用以生产硫酸。还原物料用碱液浸取，溶出硫酸钾和氧化铝，按铝矾土加工的拜耳法制氧化铝。溶液进一步蒸发、结晶和干燥，得到硫酸钾产品。此法在有明矾石资源而缺少铝矾土资源的地方有经济价值。

由氯化钾制备 　用硫酸分解氯化钾制取硫酸钾并副产盐酸，反应分两步进行，其反应式为：

KCl+H₂SO₄→KHSO₄+HCl　 (1)

KHSO₄+KCl→K₂SO₄+HCl　 (2)

第一步反应是放热反应，在约200℃下进行;第二步反应是吸热反应，需要在600～700℃下进行。此法能耗较高，材料腐蚀问题比较严重，只有在需要盐酸的地区或国家用此法进行生产，如美国和比利时。

综合利用　富集精制钾石盐矿时，大量副产主要含有氯化钠和少量氯化钾的废卤液，将其泵送至人工筑堤的围场内，靠自然蒸发，以结晶固化。

光卤石加工过程中还大量副产含氯化镁的废液，其处理更加困难，因为依靠自然蒸发、结晶、固化需要很长时间。在以色列用水解和煅烧的方法处理含氯化镁的废液，生产氧化镁和盐酸实现了工业化。氧化镁用于生产耐火材料，盐酸用于生产磷酸。

第四节 钾肥行业市场前景预测

全球钾盐资源分布集中度较高，钾盐盆地和大型矿床多分布在北纬40度-60度之间，被北美、欧洲、中亚地区生产厂商所垄断。钾肥资源严重分布不均，北美、俄罗斯、白俄罗斯三个地区占全球总产能的61.2%。北美由加拿大Potash Corp 、美国Mosaic、加拿大Agrium组成的加拿大Canpotex公司2015年销售1866万吨钾肥，占比28.4%；欧洲的俄罗斯钾肥巨头乌拉尔钾肥公司销量占比17%，白俄罗斯钾肥有限公司（BPC）占比15.8%。此外，德国、以色列、中国、约旦、智利也是主要的钾肥生产国。德国的K+S公司占比8.8%；亚洲的以色列化学集团（ICL）销售钾肥466万吨，中国销售906万吨钾肥。

钾盐资源的产地和消费地严重不匹配。钾肥的生产企业多分布在北美，欧洲和中东，而钾肥的主要消费地分布在东亚、拉丁美洲和北美，这与环境气候、耕地面积、主要作物种类等条件有关。拉丁美洲地区的巴西消费钾肥占比11%，东亚地区受中国和东南亚等国大规模耕种活动的拉动消费全球33%的钾肥，钾肥需求旺盛，拉美和东亚消费量占全球总量的44%。

全球钾盐资源仍具备可开采空间，2016-2020年间钾肥产能将迎来大规模增长，开工率将不断上升，2016年正逢全球各大钾肥生产商产能扩张期，预计有六个新矿将陆续投产。2020年全球钾肥产能预计较2015年增长22%，达到6450万吨钾肥（折纯），新增产能主要来源于加拿大、俄罗斯、白俄罗斯等钾资源大国。

尽管全球钾肥产能过剩，但是未来钾肥强劲的需求仍将助推钾肥厂商不断扩大生产。2016年钾肥产能利用率处于历史最低水平，但是随着钾肥需求增速未来有望大幅增长，整个行业的产能利用率将逐渐提高，预计在2018年钾肥需求增速超过产能增速，产能过剩局面有所缓和。

钾肥的生产成本构成包括劳动力成本、燃料和能源、日常修理维护费用和其他相关材料，其中燃料和能源成本起着至关重要的作用，占总生产成本的23%左右。2015年国际原油均价创十年来新低，各家钾肥公司2015年生产成本均有不同程度下滑。2016年11月30日OPEC达成2008年以来首个减产协议，OPEC日产量将降至3250万桶。三大产油国沙特、伊拉克、伊朗暂时放下分歧，沙特接受大幅减产，并放弃要求伊朗降低产量，非OPEC成员的俄罗斯也将加入减产行列。减产协议的执行情况有待观察，但长期看，油价中枢缓慢上行是大概率事件。因此我们认为后续生产成本有望提高，成本支撑下价格有望上涨。

钾肥大都能溶于水，肥效较快，可供植物直接吸收，主要有氯化钾、硫酸钾、硝酸钾、硫酸钾镁肥、磷酸二氢钾、碳酸钾和氢氧化钾等。其中，氯化钾占市场的90%，硫酸钾占市场的5-10%，除上述两个品种外，其他钾盐产品都属于高值化产品。

氯化钾由于其养份浓度高，资源丰富，价格低廉，在农业生产中起主导作用。氯化钾外观呈白色或浅黄色结晶，有时含有铁盐呈红色。易溶于水，是一种高溶度的速效钾肥。作基肥、追肥使用，氯化钾里的氯离子有促进光合作用和纤维形成等作用，对棉花、麻类等纤维作物尤为适宜。硫酸钾外观呈白色或带颜色的结晶或颗粒，特点是吸湿小，贮藏时不易结块，易溶于水。适于各种作物，可作基肥、追肥、和根外追肥。钾素一般可被土壤吸附，不会流失，但在保肥能力差的沙土上要采取“少量多餐”的原则。一般在薯类、瓜类等喜钾作物上使用效果最佳。

从钾肥的下游消费看，小麦、水稻、玉米和大豆等粮食作物是钾肥消费的重要组成部分，水果和蔬菜的比重近年来不断提升，油棕和甘蔗等经济类作物占比15%。

全球人口，特别是新兴市场国家的人口一直保持增长，2015年全球人口达到73.47亿人，按照每年1.1%-1.3%的平均增速，预计到2025年全球人口将突破80亿人。根据联合国粮农组织的数据，预计在2012-2030年间人均耕地面积将从0.218公顷/人下降至0.197公顷/人。除巴西人均耕地面积较稳定外，其他两个主要粮食出产国印度和中国的人均耕地面积都出现大幅下滑。新增人口势必增加粮食的需求量，但人均耕地面积逐年下降，这形成了农业生产中的主要矛盾。因此唯一可行的方式就是提高发展中国家已有耕地单位的粮食产量，主要在中国、印度、巴西、俄罗斯、非洲和美洲中部通过提高化肥使用效率来提高土地单位生产能力，粮食刚性需求将支撑钾肥施用量稳步增长。

全球钾肥的需求主要是靠粮食作物需求的驱动，主要来源于人口的增长的饮食结构的改变。发达国家中随着人们生活方式的改变，健康意识逐渐增强，更加重视膳食结构的改善。新兴市场国家经济的快速增长，使人民生活水平不断提高，对食物多样性的要求越来越高，对蔬菜瓜果、谷物、奶制品和糖料作物的需求快速增长，尤其是富含蛋白质的肉类产品。因此动物饲料的需求上涨，加速了对农作物的需求。根据国际货币基金组织的资料显示，2015-2020年间发展中国家的人均收入预计将以平均每年6.4%的速度增长。为满足新兴市场国对作物产量的需求，在有限的耕地面积上，通过施肥来满足粮食需求的增长是最有效的方式，为此钾肥中长期增长基础坚实。

均衡施肥对粮食增产至关重要。氮、磷、钾肥料在世界上的消费比例是1∶0.36∶0.28，其中钾肥的消费占比呈现逐步走高的态势，从2009年的14.4%提升至17.1%。

发达国家这一比例为1∶0.37∶0.36，中国的比例目前是1∶0.38∶0.12，远低于世界平均水平。中国土壤的土质普遍严重缺钾，需要补钾的耕地占比达70%。尤其在南方砖红土壤地区，含钾量仅为0.4％。根据我国农业部结合土壤普查结果提出，氮、磷、钾肥，在玉米、小麦、大米、大豆等大田粮食作物上的提倡施用比例为1∶0.42∶0.42，在棕榈油、油菜籽、水果蔬菜、棉花和糖类等经济作物上提倡比例为1∶0.50∶0.70，粤西地区香蕉配方肥料氮、磷、钾提倡比例为1∶0.3∶1.3。纵观中国大田作物和经济作物，对钾肥的使用量还远低于推荐比例。因此，未来全国钾肥需求量还有很大上升空间。

农作物化肥施用量仍然处于较低水平，自从2011年以来，化肥投入成本在农作物收入中的占比一直处于较低的水平，玉米的化肥投入成本平均仅占其收入的16.5%左右，2016年玉米施肥成本占收入比重仅为13.7%，低于近五年平均水平，未来化肥投入仍需进一步增加。

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