摘要：我国是钾资源匮乏的国家，一半以上的钾肥依赖进口。随着我国察尔汗和罗布泊地区储量有限的可溶性卤水钾资源的大量开发，钾资源供应紧张形势将日趋严重。重点介绍了我国在难溶性钾资源、海水钾资源高效、低耗、低成本开发利用技术方面取得的重要进展，并就未来发展趋势提出展望。

关键词：钾资源  难溶性钾  技术进展

 

察尔汗钾盐湖

 

0前言

氮、磷、钾是作物生长必需的大量元素，相应 的氮、磷、钾肥工业成为我国化肥工业的基石。我国化肥工业已进人成熟的稳步发展阶段，不仅氮、磷单质肥产量位居************，作为二次加工产品的复混肥料等的产量也高居世界首位，且生产工艺不断完善，产品质量不断提高。但我国的磷矿资源以及为数不多的钾肥资源在高强度的开发利用下，矿的品位逐渐趋于贫矿的同时，^可开采量也不断减少，钾肥资源相对更为紧迫。目前，钾长石和海水综合研发利用方面已引起包括矿产、科技等管理部门及科研机构和企业的重视和支持，均处于起步发展阶段。本文对我国除现有盐湖资源以外的难溶性家狂钾矿资源、海水等钾资源的选矿加工制造的综合技术发展进行梳理和展望，为我国钾肥行业可持续发展提供技术参考。

 

1产业状况

1.1化肥产业总体状况

2011年，全国化肥总产量达60 270 kt，同比增长12. l4%，其中：氮肥产量为41 790 kt，占总产量的69. 34%；磷肥产量为I4 624 kt，占总产量的24.26%;钾肥产量为3856 kt ,占总产量额6.40%；肥料累积经口粮为7950kt，同比增长10.7%，增速比上年同期大幅下降了63.9%。

据国际肥料工业协会（IFA）估计，2011年全球养分表现观消费总量叫2010年增长了5%，达到2.27亿t（纯养分），其中近2/3的增长量老是于肥料产业。在需求旺盛的情况下，全球化肥料产量能够满足需求，甚至超过了消费总量，合成氨、磷矿石和钾盐的产量总计达到2 . 27亿t（纯养分)。2011年，全球养分产能增长幅度低于产量，产能新增近11000 kt(纯养分)，较2010年增长4%。

 

1.2钾肥效用及资源和生产情况

钾是肥料三要素之一，植物体内含钾一般占干物质质量的0.2%一4. 1%，仅次于氮。在植物生长发育过程中，钾参与60种以上酶系统的活化、光合作用以及同化产物的运输、碳水化合物的代谢和蛋白质的合成等过程；钾还能增强作物的抗病虫害、抗倒伏、抗旱和抗寒等抗逆能力，从而能提高作物的产量和品质。随着复种指数的提高，氮、磷等化肥施用量的增加，高产良种的引用，对农副产品优质的需求等，对钾肥的需求量日益增多。总之，钾在农业生产中占有重要地位。

世界钾资源已探明储量95亿t（以K₂O计)，基础储量为185.8亿t，主要集中在加拿大、俄罗斯、白俄罗斯和德国，探明储量为世界的92 %，其中加拿大占2/3^[1].

我国钾肥资源量却相对短缺，据无机盐工业协会钾盐分会的数据，截止至2010年，我国工业可开采级氯化钾储量为150856.9kt，基础储量438 856.3 kt，资源储量930 122. 5kt，分布于全国40多处，且主要是液体矿，其中95%分布在西部的青海柴达木盆地和新疆的罗布泊北洼地。目前，我国大规模开发的仅是品位较高、易开采的晶间卤水钾资源，氧化钾折纯储量仅0. 95亿t。我国用于钾肥生产的资源储量较少，开发速度较快，且经营粗放，可持续供应能力不足。以目前的产量，^多只能开采20多年，与世界上近300年的资源保障度相差甚远；即使在对高品位盐湖钾资源开发进行限制性保护的情况下，我国传统可溶性钾资源也^多维持在50S年左右的可持续供给能力。

数据显示，经过新一轮产能扩张之后，我国目前每年钾肥产量近4000 kt，已基本达到^高的产能限度，但是相对于国内至少超过10000kt的年需求量来说，仍存在较大缺口，需进口钾肥来保障国内供应。目前，我国钾肥对外依存度平均保持在50%以上，这对我国粮食安全带来威胁。据海关统计，我国近几年钾肥进口量分别为2003年，6230kt；2004你说呢，7180kt；2005年，8830kt；2006年，7050kt；2007年，9410kt；2008年，5140kt；2009年，1980kt；2010年，5240kt；2011年，达6000kt对歪依存度达到60%。

我国农业部门推荐的氮磷 、钾施肥配比为1：0.4：0.3。按此比例计算，我国钾肥年世界需求量超过20000kt。由此国际钾肥市场的价格不断上升，国内市场需求受到抑制，目前嫁给年需求量在10000kt左右。

截止至2011年，国内钾肥总产能达到4793kt/s(折纯)，同比增长12. 33 %，其中：氯化钾生产企业38家，合计产能5 944 kt/a，青海盐湖集团产能达2 200 kt/a；硫酸钾生产企业6家合计产能为1 740 kt/a，国投罗布泊钾盐有限责任公司产能达1 320 kt/a。

 

3我国企业在国外开矿情况

为了防止钾肥价格受到垄断胁迫，我国企业积极争取购买、开发国外钾矿资源。加拿大是全球矿资源^丰富的地区许多国外企业进入加拿大钾盐领域，仅我国就有长联石油、中川矿业、盐湖太极集团、充州煤业等企业已经在加拿大萨斯喀彻温省取得了钾盐探矿权，其中中川矿业在加拿大的KP- 488项目^终可达3 000 kt/a的规模。由于我国进军加拿大萨斯喀彻温省的企业所收购的钾矿储量、开采面积及拟建生产装置规模较大，一旦这些生产装置如期投产，不仅将对当地造成较大冲击，产品销售也将进一步承压，这已经引起了加拿大钾肥企业的高度关注。我国在老挝和乌兹别克斯坦也在进行钾资源的开发。从远期来看，我国境外^终可以形成7000 kt/ a钾肥产能，但受国际治和经济形势影响，具有较大的不确性。

2、我国难溶性钾资源的开发利用

我国几代科技工作者为难溶性钾资源的开发利用化肥了大量心血，先后探索了煅烧，细菌分解、强酸分解、水热反应等工艺技术，但至今尚未实现真正的大规模产业化生产。目前取得一定进展的有如下几种工艺。

2．1半湿静态水热法生产工艺

半湿静态谁热法生产工艺技术由中科院地质与地球物理研究所、中科院矿产资源研究重点实验室、中科建矿物技术（北京）有限公司共同研发。该工艺是将富钾岩石研磨至75μm(200目) 以下，加人生石灰和专用活化剂，加水搅拌混匀(水固比约1:1)，然后植人高压反应釜，在190℃、饱和蒸汽压下静态恒温反应10~15 h，取出，烘干，破碎过筛，包装即可得产品^[2]。目前已经完成100生产线设计，投资成本约3000万元。正在进行试产的有河北宣化20t/a装置、北京怀柔100kt/a装置，河南桐柏装置正在建设。

该技术加工的产品可溶性K₂O质量分数一般不超过7%，含有质量分数26%以上的钙，初步定位为含钾土壤调理剂，目前已通过农业部组织的肥料农业登记^评审。该产品综合成本500~700元/t，市场定价l 500一2 000元/t。

 

2.2高温煅烧法工艺

以钾长石为主要原料，配以其他矿石为辅助原料，经过1300℃的高温煅烧而成，生产规模为50/a。产品技术指标(质量分数):硅30%，钙30%，镁3%，氧化钾4%；其中水溶性钾占30 % ,枸溶性钾约70%。该产品初步定位为含钾土壤调理剂生产成本700元/t，技术代表单位为山西富邦肥业有限公司。

 

2.3共融技术制备熔融磷钾肥

安徽华岳公司与合肥工业大学共同成立矿物钾肥工程技术中心，系统研发了熔融磷钾肥工艺及工业化技术:该公司拥有4. 97 km²钾长石探矿权。矿物资源量3. 8亿t，生产的产品有效K₂O质量分数>11%。

该项目获得安徽省政府的大力支持，目前扩产工程正处基建阶段。建成后，不仅可以生产钾肥，还可以直接用来生产复混肥料。

 

2.4利用钾长石和脱硫灰渣生产钾钙硅肥工艺

用脱硫灰渣等废弃物作为分解钾长石的原料，钾长石粉碎至75μm ( 200目)以下，采用特制的活化剂可将分解温度由传统的1200℃降至800~900℃，反应时间由2~5h缩短至30 min，吨产:品能耗(折标煤)从200kg降至80 kg，生产成本500元/t..产品技术指标(质量分数):硫酸钾10%，枸溶性钙30%，枸溶性硅15%，枸溶性氧化镁5%。

该技术可以脱硫灰渣、磷石膏、金属渣、电石渣、建材厂下脚料、碱厂碱渣、脱硫石青等为原料(主要以脱硫灰渣为主，这些灰渣重金属等含量极低，不会形成农田污染)，由华南理工大学石林教授课题组研，目前已形成年产10 kt中试基地，正在寻求规模化技术转让。该技术得到广东省科委和环保局的大力支持。

 

2.5共融锻烧后分离提纯制钾工艺

将含K₂O质量分数13%的紫金山霞石研磨后加石灰石煅烧，然后利用自有专利固相分离技术，将有效K₂O质量分数提高至25%以上。目前，专利持有单位山西紫光钾业公司已完成生产线中试，年产100kt生产线已进人设备安装调试阶段。该企业将试制产品送至国家化肥质量监督检验中心(上海)进行检测，结果有效K₂O质量分数为29.3%。

 产品技术指标：有效K₂O质量分数20%以上。生产成本低于1 000元/t。

 

2.6球磨烧结提取工艺

中国地质大学马鸿文教授等研究出从非水溶性钾矿石中高效清洁提取钾肥(盐)的新技术，并于2011年5月通过了教育部成果鉴定。该技术将不溶性含钾岩石与碳酸钠(纯碱)或氢氧化钠(烧碱)按一定比例混合后进行球磨，并在750~850℃烧结，然后用98℃的水进行提取，制取矿物基硝酸钾。此项技术生产成本相对较高，尚未形成投入市场的产品。

 

2. 7微生物对含钾岩石的转化利用技术

使用硅酸盐细菌(即胶质芽抱杆菌菌剂)使土壤中含钾岩石中的结构钾转化为植物可吸收利用的有效钾已有很多报道。通过研究硅酸盐细菌对钾长石和伊利石的风化作用，发现细菌对不同晶体结构的矿物具有“选择性”破坏作用，在有多种矿物同时存在的情况下，细菌对较易分解的矿物破坏速度较快^[3]。该硅酸盐细菌能释放钾磷矿物中的钾、磷等矿物元素，并在繁殖过程中分泌出农作物生长激素，提高植物的抗病能力;可使农作物对磷素、钾素吸收量增加，提高农作物产量。

中国科学院贵阳地化所连宾教授研发了微生物对低品位含钾岩石的转化利用技术，利用某些能分解钾的微生物使含钾岩石中的不溶性钾转化为能被植物直接吸收利用的可溶性钾，但相对钾含量较低，且肥效不稳定。

 

3.其他提钾工艺

3.1海水中提钾

 (l)河北工业大学袁俊生教授带领课题组成员与有关单位协作，承担国家“十五”攻关课题，应用沸石法从海水和苦卤中提取硝酸钾和硫酸钾，再有成本低、效益高的特点，技术经济指标达到国际^水平，12kt/a硫酸钾工程已在河北省黄骅市立项。该项目以海水和硫酸铵为基本原料，通过新型钾高效交换剂进行钾富集，再经钾分离和氨回收工序制得硫酸钾和氨水.钾富集阶段是将海水与钠型分子筛接触，由于分子筛对K⁺具有选择性，海水中的K⁺与交换剂上的Na⁺发生离子交换反应，使K⁺吸附在交换上;然后，以硫酸铵溶液为洗脱剂，将交换剂上的K⁺洗脱下来，制得富钾溶液，并得到铵型交换剂;再用氯化钠溶液对铵型交换剂进行改型，获得钠型交换剂，同时得到再生液。钾分离阶段是向富钾液通入氨气，使其中的硫酸钾结晶析出，经洗涤、干燥后制得产品硫酸钾。采用蒸馏法将析钾液中的氨蒸出，循环使用，并得到蒸氨母液返回钾富集工序用于溶解硫酸铵。氨回收阶段是将石灰乳与再生液按一定比例混合后送人蒸氨塔进行蒸氨，得到副产品氨水，同时得到盐水循环使用。该项目以丰富的海水为原料，用新型交换剂为离子交换材料，通过吸附、洗脱和再生3个离子交换工艺过程，成功地解决了海水中钾离子富集及钙、镁、硫、氯等各种离子有效分离的难题。

（2）河北工业大学研发的沸石法海水提取硫酸钾工艺与以往世界上其他国家所研究的海水提钾方法有很大不同。沸石法是依据离子交换特性，通过离子交换反应，实现从海水中富集提取钾盐。目前，天津博海纳公司利用该技术形成20/a的产能，但生产单耗成本较高。

 

3. 2秸秆还田

因枯秆烧成的草木灰中含钾质量分数可达7%~10%农业生产上通常提倡秸秆还田，以增加有机肥的补充。但如何更好地利用秸秆还田，在提供钾素营养的同时培肥地力，需要进一步研究秸秆还田方式(覆盖、浅埋、深翻埋)和秸秆加工方式 (破碎、堆腐烂、直接还田)等。

 

4.钾资源利用及技术开发建议

中国石油和化学工业联合会在发布的《石油和化学工业“十二五”发展指南》(以下简称《指南》)及根关行业规姗中，提出建立钾肥国家储备制度。并支持国内企业赴境外开发钾资源。“十二五”钾肥行业的重点是增加钾肥产量，提高资源综合利用水平;加大海水提钾和不溶性钾资源开发利用产业化力度；鼓励境外钾资源开发，满足长远发展的需要。同时，还建议增加对钾矿产资源中、低品位矿产开发利用技术研究的投人。国家在矿产资源节约与综合利用专项资金中，重点向中、低品位固体钾盐开发利用等倾斜，鼓励企业开展对钾等资源中、低品位矿的开发利用。

钾长石等中、低品味钾矿的综合加工利用技术符合我国重点矿产资源综合利用的国策，建议政府和肥料企业密切关注此类项目的进展，投人物力和财力，着重从以下几个方面开展系统研究，通过与大专院校以及生产企业合作开发，推广利用新工艺、新设备，实现新技术的产业化。

4.1机械化学

机械化学又称力化学、机械力化学，^早由德国科学家W.Osald于20世纪初提出，是研究固体颗粒在机械力的作用下，产生形变、缺陷和解离等而引起物质结构、物理一化学性质以及化学反应活性等方面变化的科学^[4、5]。

在矿物学领域，对机械化学效应的研究始于20世纪50年代。机械化学的起始阶段主要是研究矿物颗粒尺寸的减小和比表面积的增大，即物质表观形貌的变化;同时，机械作用还引起矿物结晶状态和理化性质的变化及机械力化学反应等^[6~8]。近年来，利用机械化学的基本原理，采用细磨中的机械力激活矿物的化学活性，以强化后续加工工艺过程的机械活化技术愈发受到矿冶工作者的关注。

超细粉碎过程强烈的机械化学作用可以引起粉体的晶体结构发生某种程度的变化，包括位移、变形、重结晶、缺陷，甚至形成非晶态物质等:所以，利用机械化学作用原理来超细粉碎含钾矿石。一方面可引起矿粉晶体的改变，使晶格可能遭到破坏，部分原本被晶格固定的钾可以释放出来，变为有效态，也可能有利于钾矿石的同晶置换，从而提高矿粉的有效性;另一方面可减小矿粉的晶粒，增大矿粉的比表面积，扩大矿粉与土壤的接触面积，增强土壤中有机酸和生物对矿粉的凤姐，进而增强矿粉的有效性。

有研究表明:物体在受机械.力的研磨作用后，颗粒粒径随研磨时间的增加而不断减小。但机械加工至一定时间后，颗粒会发生再团聚，比表面积会在上升一定时间后又下降。这种在细磨过程中产生的物料团聚、表观粒度变粗、表面积变小的事实，已为诸多试验所证实。因此，研磨物料时选择合适的处理时间具有重要意义。而转速作为机械活化加工另一重要因子对钾矿机械活化效果亦有重要影响，但目前国内外鲜有文献报道相关研究。

今后应重点研发或改进新型磨机，确定^佳转速、磨细时间和活化剂品种。

 

4.2水热化学

19世纪中叶，地质学家模拟自然界成矿作用而开始研究水热化学，即在密闭的压力容器中，以水为溶剂，研究在高温、高压条件下进行的化学反应。水热反应的特点是加速了离子反应和促进了水解反应，主要反应类型包括水热合成、水热分解、水热氧化、水热离子交换及水热单晶生长等。

另外，也可研究探讨以上2种技术的^佳优化组合方式与条件。总之，如何尽快研发出实用、节能、高效的难溶性、海水钾等目前非主流钾矿资源加工生产技术。对于我国解除进口依赖、消除未来资源紧缺危机、确保我国粮食战略安全具有重大的现实意义。

 

罗布泊钾盐基地 

 

 摘自《化肥与工业》