美國天然堿FMC公司及加拿大SOLEX公司的考察報告

王 遠(yuǎn)

（江蘇井神鹽化股份有限公司淮安堿廠，江蘇 淮安 223200）

應(yīng)美國天然堿FMC公司和加拿大SOLEX公司的邀請，中國純堿協(xié)會組織，一行11人于2012年10月16日至10月20日出訪考察了美國FMC公司和加拿大SOLEX公司，對美國FMC天然堿的生產(chǎn)廠和天然堿地下礦區(qū)及加拿大粉體流冷卻器設(shè)備供貨商SOLEX公司進(jìn)行了現(xiàn)場考察和技術(shù)交流。

1 美國FMC公司

美國FMC公司位于美國懷俄明州綠河（Green River Wyoming）地區(qū)，在美國的西北部。FMC公司純堿總產(chǎn)能為440萬t／a，滿負(fù)荷生產(chǎn)可達(dá)到美國純堿總產(chǎn)量1 200萬t／a的36.7%；產(chǎn)值約36億美元／年；公司設(shè)置銷售、財務(wù)、技術(shù)、人事、生產(chǎn)及采供等部門，總職員不到1000人。中國上海設(shè)立FMC中國辦事處。

1907年美國西方堿業(yè)公司在綠河盆地的地下井水中和湖底發(fā)現(xiàn)白色的鹽類；1938年在該地區(qū)的石油鉆探過程中發(fā)現(xiàn)了蘊(yùn)藏豐富的天然堿礦。該天然堿礦形成于5 000萬年前，黃石公園頻繁的火山噴發(fā)活動，將大量的綠色植被帶入綠河盆地的湖水中。綠河盆地的湖水經(jīng)過400萬年的蒸發(fā)逐漸干涸，而湖水中的綠色植被在腐爛過程中產(chǎn)生的CO2與湖水中的鹽類（NaCl）反應(yīng)，形成42條25層天然堿礦藏，蘊(yùn)藏量約1 300億t。其中可供機(jī)械法開采的天然堿礦約250億t。目前在這一地區(qū)進(jìn)行天然堿開采和生產(chǎn)的有美國的FMC公司、歐洲的SOLVAY公司和印度的TATA集團(tuán)公司。美國政府以土地出租形式，使這些企業(yè)獲得地下天然堿礦開采權(quán)。

FMC公司成立于1954年，其天然堿采礦和生產(chǎn)出租區(qū)約2 849km2。目前開采的是25層天然堿礦層中的第17層，在地下約500m深，礦層厚度約3m。天然堿品位相當(dāng)高，以倍半碳酸鈉形式存在，其中Na2CO3·NaHCO3·2H2O占80%以上，最高可達(dá)90%，另外10%為水不溶物。

1962年FMC建倍半堿廠；1972年FMC建兩個一水堿廠；1983年開始用挖掘船在湖中開采由廢棄物尾礦等溶解、蒸發(fā)形成的結(jié)晶堿；1984年進(jìn)行大規(guī)模液采礦試驗(yàn)；1989年開始地下尾礦的回填；1990年建小蘇打廠和苛化法燒堿廠、氰化鈉廠；1996年建第一個液采礦制純堿廠，產(chǎn)能80萬t／a。

1.1 堿礦開采、尾礦處理及廢渣資源利用

地下堿礦的開采分為兩種，一種是固采法，一種是液采法。

1.1.1 固采技術(shù)

固采堿礦在地下500m作業(yè)，采用了大型的機(jī)械采礦設(shè)備，配置大功率破碎機(jī)和皮帶運(yùn)輸機(jī)。作業(yè)人員通過豎井升降設(shè)備下到地下500m，再乘坐吉普車行駛約18km，到達(dá)作業(yè)面。地下坑道均為機(jī)械開通，全部為機(jī)械化作業(yè)。

地下坑道分布面積很大，分為固采礦作業(yè)區(qū)、水采作業(yè)區(qū)、皮帶運(yùn)輸區(qū)、配電區(qū)、備件區(qū)、休息區(qū)以及商店等。井下通風(fēng)設(shè)備、照明設(shè)備及安全交通標(biāo)識、安全救護(hù)裝置等齊全。下井人員須佩戴好勞保工作服、工作鞋、安全帽、防護(hù)眼鏡、耳塞、照明燈、應(yīng)急呼吸器、工具等。

作業(yè)現(xiàn)場的大型設(shè)備現(xiàn)代化程度極高，開采操作人員只需要對開采設(shè)備進(jìn)行編程操作，所有的堿礦開采全部由大型設(shè)備完成。開采掘進(jìn)器可在其200m的軌道上運(yùn)行挖掘。

堿礦開采作業(yè)面高度為3m，開采設(shè)備基本上將這一層堿礦一次性固采完。開采作業(yè)面的頂部大約僅剩余5～15cm厚度的礦層。作業(yè)面不采取其他防塌陷護(hù)頂，十幾公里的坑道也鮮見防塌陷護(hù)頂措施，坑道及作業(yè)面裸露部分均為堿礦巖。從坑道到作業(yè)區(qū)，除先進(jìn)的大型挖掘設(shè)備、坑道掘進(jìn)設(shè)備、大功率破碎機(jī)、高速皮帶運(yùn)輸機(jī)及大功率配電裝置外，其他裝置及設(shè)備投入很少，因而其采礦成本有效降低。

在現(xiàn)場參觀時，幾分鐘內(nèi)，幾十噸的天然堿礦被開采、破碎、皮帶運(yùn)送走，采運(yùn)過程均實(shí)施抑塵措施，開采現(xiàn)場粉塵極少，整套開采設(shè)備能力大、自動化程度高，安全性高。

開采的堿礦被大功率破碎機(jī)破碎成10cm以下粒度，通過高速運(yùn)輸皮帶運(yùn)至地面。運(yùn)輸皮帶與挖掘機(jī)配套，皮帶寬約1.5m，皮帶速度約2～3m／s（目測），采礦挖掘機(jī)瞬間開采的礦石均能在短時間內(nèi)運(yùn)走，以保持采礦挖掘機(jī)的連續(xù)運(yùn)行。

1.1.2 液采技術(shù)

機(jī)械開采后的礦層仍殘留剩余的堿礦。FMC公司對尾礦采用了液采方式進(jìn)行開采。從1984年進(jìn)行液采技術(shù)測試，取得成功，獲得技術(shù)專利。

液采堿礦設(shè)備也安置在地下500m礦區(qū)。在開采礦石后的地下空間配置了液采設(shè)備。主要是注水泵和提升泵。提升泵采用6級離心泵串聯(lián)加壓，將高濃度的倍半堿溶液送至地面的液采制堿廠。由于液采為FMC的專有技術(shù)，對液采作業(yè)的技術(shù)指標(biāo)予以技術(shù)保密，液采的相關(guān)技術(shù)交流介紹不多。

1.1.3 廢渣資源利用

FMC公司建廠以來，利用固采堿礦石直接生產(chǎn)純堿，產(chǎn)生的廢礦石自然堆積。經(jīng)雨水沖刷溶解，廢礦石中的倍半堿溶于水中并被帶到低洼的淺水湖中。日積月累，湖水蒸發(fā)，在湖底形成倍半堿的結(jié)晶礦。1983年FMC公司開始回收低洼淺水湖中的結(jié)晶礦作為生產(chǎn)純堿的原料。1989年，F(xiàn)MC公司開始利用廢礦石回填尾礦，以防止礦區(qū)塌陷。另外利用液采技術(shù)進(jìn)一步回收其中的有效成分，使其得到資源化利用。

1.2 FMC純堿廠

FMC純堿廠的總產(chǎn)能為440萬t／a。除純堿外，還產(chǎn)1萬t／a苛化法50%液體燒堿、7萬t／a小蘇打。純堿生產(chǎn)工藝為兩種，其中主要的是固體堿礦生產(chǎn)工藝和液采礦生產(chǎn)工藝。

1.2.1 固采礦生產(chǎn)工藝

固采礦生產(chǎn)工藝是最早的天然堿生產(chǎn)工藝。其工藝流程為：將固采倍半堿礦石進(jìn)一步破碎，破碎后經(jīng)煅燒爐進(jìn)行加熱煅燒，分解其中的NaHCO3為Na2CO3；然后將其溶解為堿液，進(jìn)行凈化處理，去除溶液中的水不溶物和其他雜質(zhì)；通過蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，結(jié)晶生成一水堿；經(jīng)離心機(jī)分離脫水，進(jìn)行蒸汽加熱干燥得到成品重質(zhì)純堿。

固采礦生產(chǎn)工藝還有另外一種方法，即用燒堿去除小蘇打工藝。其生產(chǎn)流程為：將粉碎后的固采堿礦先溶解，進(jìn)行初級過濾，去除水不溶物等機(jī)械雜質(zhì)；加液體燒堿分解NaHCO3，以去除小蘇打；然后進(jìn)行二級凈化過濾，得到高純度的堿液；進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶；經(jīng)離心分離，進(jìn)行蒸汽干燥得到成品重質(zhì)純堿。

FMC公司還生產(chǎn)輕質(zhì)純堿，其工藝方法為：固采堿礦經(jīng)粉碎后直接溶解，獲得高濃度倍半堿堿液，經(jīng)凈化過濾后，進(jìn)行二次結(jié)晶；經(jīng)分離脫水后進(jìn)行蒸汽煅燒，分解其中的NaHCO3，得到輕質(zhì)純堿。

小蘇打生產(chǎn)工藝為：固采堿礦粉碎后溶解，凈化過濾得到純凈的倍半堿堿液，然后利用為苛化燒堿配套的石灰窯的窯氣進(jìn)行碳化結(jié)晶，經(jīng)過濾分離脫水，進(jìn)行干燥得到優(yōu)質(zhì)小蘇打產(chǎn)品。

這種倍半堿法純堿廠1953年建廠，從初期的30萬t／a規(guī)模，到目前幾經(jīng)擴(kuò)產(chǎn)已經(jīng)達(dá)到125萬t／a能力。小蘇打產(chǎn)能為7萬t／a。

1.2.2 液采礦生產(chǎn)工藝。

液采礦純堿生產(chǎn)廠1996年建廠，最初產(chǎn)能為80萬t／a。液采礦生產(chǎn)工藝是FMC公司的專有技術(shù)，其生產(chǎn)工藝、設(shè)備先進(jìn)，低生產(chǎn)成本的優(yōu)勢非常顯著。

FMC公司只允許考察一個液采廠的局部生產(chǎn)裝置，技術(shù)交流受技術(shù)保密限制。其工藝流程為：液采堿礦溶液先進(jìn)行蒸發(fā)濃縮；達(dá)到一定濃度后，進(jìn)行加燒堿分解其中的NaHCO3，去除凈堿液中的小蘇打成分；經(jīng)機(jī)械壓縮循環(huán)蒸發(fā)濃縮并完成結(jié)晶，得到一水堿結(jié)晶；通過離心機(jī)過濾脫水，經(jīng)燃煤煅燒爐干燥，獲得重質(zhì)純堿產(chǎn)品。

液采廠80萬t／a生產(chǎn)裝置每班操作人員5人，自動化程度很高，生產(chǎn)裝置區(qū)設(shè)一個控制室，全部計算機(jī)操作控制。生產(chǎn)設(shè)備采用最先進(jìn)的蒸汽機(jī)械壓縮循環(huán)蒸發(fā)工藝。80萬t／a生產(chǎn)配置兩套美國產(chǎn)蒸汽壓縮機(jī)，其設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，故障率極低，每年進(jìn)行一次例行檢修，平日基本為無故障運(yùn)行。每年的檢修主要是更換蒸汽壓縮機(jī)的易損件、清理蒸發(fā)器的結(jié)疤，以保證檢修后的一年運(yùn)行周期。早期的蒸汽機(jī)械壓縮循環(huán)蒸發(fā)器也出現(xiàn)結(jié)疤而影響作業(yè)周期技術(shù)問題，經(jīng)FMC相關(guān)技術(shù)人員的技術(shù)改進(jìn)，目前已經(jīng)有效地解決了系統(tǒng)結(jié)疤問題。

1.2.3 運(yùn)輸及配套能源供應(yīng)

FMC純堿成品90%是散裝純堿，另外有噸袋的大袋包裝和紙袋的小袋包裝。袋裝全部為自動化包裝，操作人員只有3人，另外有5人負(fù)責(zé)散裝裝貨。FMC散裝運(yùn)輸是該公司的優(yōu)勢，火車專用線配置發(fā)達(dá)并先進(jìn)。專用火車散裝罐車存放處可見幾百節(jié)，多則上千。其作為FMC的純堿儲備庫，每節(jié)罐車可裝載100t重質(zhì)純堿，每次運(yùn)出超過1萬噸。專用鐵路軌道鋪設(shè)在純堿筒倉底部，散裝罐車頂部設(shè)有4～6個裝堿口，罐車的底部設(shè)有3～4個卸料口，裝載和卸料方便快捷。

1.3 考察結(jié)論

美國FMC公司天然堿生產(chǎn)具有得天獨(dú)厚的天然資源，地下堿礦豐富，采礦工藝技術(shù)和設(shè)備先進(jìn)。機(jī)械化程度高，產(chǎn)能大。天然堿漿加工制造工藝先進(jìn)，設(shè)備自動化程度高、節(jié)能。因而使得美國天然堿的制造成本低，效率高。盡管FMC公司地處美國的西北部偏遠(yuǎn)地區(qū)，但是鐵路運(yùn)輸配套發(fā)達(dá)，高速公路四通八達(dá)，運(yùn)輸條件優(yōu)越。在生產(chǎn)過程中，注重環(huán)境保護(hù)（尾礦回填）和資源充分利用（廢礦石的再利用），因此純堿生產(chǎn)過程基本上不造成環(huán)境的污染。而且其生產(chǎn)銷售基本上按照訂單生產(chǎn)，不人為地擴(kuò)大產(chǎn)能，破壞供求平衡。因此美國的純堿市場價格相對穩(wěn)定，純堿制造商的效益也相對穩(wěn)定。即使有富饒的地下礦藏，作為租賃土地沒有無限制地大規(guī)模地開采，以保持地下資源的長期利用。這是我們應(yīng)該借鑒和效仿的。

FMC公司的液采天然堿廠的蒸汽機(jī)械壓縮循環(huán)蒸發(fā)系統(tǒng)是先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)，因而使得其制堿制造成本低，能耗低。盡管一次性投資大，但設(shè)備的性能和自動化程度高，穩(wěn)定性強(qiáng)，保證了生產(chǎn)過程生產(chǎn)波動小，運(yùn)行費(fèi)用低，操作和檢修人工費(fèi)用顯著降低。這是我國純堿企業(yè)未來發(fā)展的趨勢，采用先進(jìn)的設(shè)備裝置，增強(qiáng)自動化作業(yè)程度，節(jié)能降耗，提高人均生產(chǎn)效率。

2 加拿大SOLEX公司

加拿大SOLEX公司位于加拿大阿爾伯塔省南部洛磯山脈下的卡爾加里市，是加拿大第三大城市。卡爾加里周邊地區(qū)副產(chǎn)石油天然氣。世界上很多大的石油公司總部就設(shè)在該市。SOLEX公司總部及實(shí)驗(yàn)室設(shè)在該市郊。公司總共有職員40人，其中25人在加拿大總部，其他人員分布在歐洲好多國家。SOLEX公司起源于加拿大COMINCO公司，該公司主產(chǎn)品為化學(xué)肥料。而SOLEX公司的前身是該公司的干燥、冷卻研發(fā)機(jī)構(gòu)，專門針對化肥生產(chǎn)過程的干燥和冷卻進(jìn)行設(shè)備的研發(fā)和設(shè)計。主要用于大顆粒尿素、小顆粒尿素、復(fù)合肥等產(chǎn)品的冷卻。1999年從COMINCO公司分離出來，專門從事冷卻設(shè)備的研發(fā)設(shè)計。2008年成立SOLEX公司，總部設(shè)立工程部及實(shí)驗(yàn)室。制造廠在歐洲的德國、荷蘭、羅馬尼亞等地。目前有500臺冷卻設(shè)備應(yīng)用于40個國家的不同產(chǎn)品。其中以化肥為多，其他涉及產(chǎn)品為化工產(chǎn)品、制糖、制鹽、礦物、洗衣粉、糧食等。

用于純堿工藝的重質(zhì)純堿的粉體流冷卻器起步較晚。2001年首次針對土耳其純堿廠研發(fā)了用于重質(zhì)純堿的粉體流冷卻器，并投入使用，目前仍使用狀態(tài)良好。2010年在中國青海昆侖堿業(yè)第一次應(yīng)用，取得良好的使用效果。2012年在中鹽集團(tuán)昆山堿業(yè)進(jìn)行輕質(zhì)純堿的中試，取得較好的試驗(yàn)效果。目前已經(jīng)與昆山堿業(yè)簽訂輕灰粉體流冷卻器供貨合同。

在SOLEX期間參觀了該公司的實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室有各種不同型號的試驗(yàn)樣機(jī)，以供不同物料的冷卻試驗(yàn)。通過這些試驗(yàn)機(jī)測試物料顆粒的流動特性，包括物料的安息角、粒徑分布、比熱、松密度等；測試物料的熱傳導(dǎo)系數(shù)、針對該物料設(shè)計板型換熱效率；確定冷卻板間距及換熱板型、測試確定物料的最佳下料方式及出料器的結(jié)構(gòu)；測試物料腐蝕性對設(shè)備的影響，以選擇合適的冷卻器材質(zhì)；測試物料的結(jié)疤狀況，以確定冷卻介質(zhì)的相關(guān)參數(shù)。在實(shí)驗(yàn)室可以看到各種結(jié)構(gòu)的出料器，各種試驗(yàn)物料的樣品，整個實(shí)驗(yàn)室是該公司支撐個性化粉體流冷卻器工程設(shè)計的技術(shù)基礎(chǔ)。

考察結(jié)論：SOLEX公司是一個專業(yè)研究粉體干燥和冷卻設(shè)備的供應(yīng)商，該公司注重不同客戶的物料性質(zhì)的試驗(yàn)與設(shè)計研發(fā)，所開發(fā)的粉體流冷卻器具有實(shí)際應(yīng)用效果，尤其是在純堿制造行業(yè)內(nèi)逐漸取得較好的業(yè)績。

SOLEX公司粉體流冷卻器都是個性化設(shè)計，針對各物料的物化特性，進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑囼?yàn)。針對用戶的能力和安裝、檢修條件的要求，設(shè)計符合用戶工況和安裝條件的粉體流冷卻器。SOLEX公司的制造廠都在歐洲發(fā)達(dá)國家，制造技術(shù)和材質(zhì)質(zhì)量都能滿足長周期運(yùn)行要求。

SOLEX公司針對重質(zhì)純堿研究開發(fā)的粉體流冷卻器，相對于沸騰流化床應(yīng)用于重質(zhì)純堿的冷卻，具有節(jié)能、環(huán)保、高效、故障率低、運(yùn)行成本低、占地面積小，自動化程度高的特性，具有替代沸騰流化床冷卻器的趨勢，在純堿行業(yè)節(jié)能減排技改中有較大的推廣價值。