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1、难溶性钾矿资源开发利用综述XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX摘要钾矿资源是我国的紧缺资源。钾矿主要用来牛产钾肥，用于农业，所以钾矿 资源的开发利用直接影响到农业的发展。我国可溶性钾矿资源少，相对而言，难 溶性钾矿资源多，但其加工利用技术落后。必须加强我国难溶性钾矿资源开发利 用研究。本文介绍了我国钾矿资源的概况，儿种常用难溶性钾矿石的加工方法。关键词：难溶性钾矿钾肥开发利用引言钾矿资源作为农业经济重要支柱之一，对农业牛产影响重大。我国90%以上 的钾矿资源用于牛产钾肥。然后我国钾矿资源紧缺，加工利用技术落后，导致钾 矿资源难以满足农业上
2、的需求。难溶性钾矿是我国钾矿资源的重要组成，其利用 技术也是我国的薄弱之处。当前我国必须加强研究，提高对难溶性钾矿资源的加 工利用技术。1资源概况1.1钾矿资源的基本类型按钾矿的物质组成及赋存状态，可将钾矿资源分为三大基本类型。（DW溶性钾矿，常以氯化物和硫酸盐类存在，主要矿物有钾石盐、光卤石、 钾盐镁矶和杂卤石。可溶性钾矿是世界上钾矿资源的最主要来源，这是人们最熟 悉的钾矿资源，其加工技术较简单，牛产成本较低。（2）非可溶性（难溶性）含钾岩矿，常以硅酸盐和铝硅酸盐形式存在，如钾长 石类和似长石类矿物等。这一大类含钾岩矿资源分布广泛，但加工技术较复杂, 生产成本一般也较高。（3）液态钾矿，系指
3、一种高矿化度的富钾含钾卤水，并含有多种有用的微量 元素。除现代钾镁盐湖卤水外，还包括深层地下卤水、含钾热卤水、油气田水以 及沿海浅层卤水和海水苦卤水等。它与固态可溶性钾矿和比，开采工艺简单、投 资省、周期短、效益高，是具有较好的综合开发利用价值的钾矿资源。1.2储量与分布我国钾资源短缺，约占世界钾基础储量总量的1.8%,其中以卤水状态赋存 的现代盐湖钾盐资源占我国钾资源总储量92%;以固体状态赋存的钾资源量少且 地质詁位不高，可供直接开采利用的固体钾矿资源仅占2. 6%,主要分布在我国 云南思茅地区。H前，我国已探明的钾盐储量主要分布在青海柴达木盆地和新疆罗布泊的 11个现代盐湖中。青海柴达木
4、盆地KC1的资源总量为7. 13亿吨，其次是新据罗 布泊，初步圈定KC1资源量2.9亿吨，第三是西藏35个特种（钾锂硼）盐湖，KC1 资源量0.66亿吨。此外，内蒙已发现的钾盐湖11个，拥有资源量257万吨。我 国已发现的古代固体钾盐矿床，主要为云南砌野井古新世钾盐矿，KC1储量 1.9715万吨。四川盆地，液态钾矿预测4374亿立方，kcl含量50104g/l,折 合kcl至少220亿吨。总的来说，我国钾矿资源紧缺，固体钾矿资源少（其中又以难利用的难溶性 钾矿资源为主），液态钾矿资源占绝大部分，主要分布于西部。我国已探明 钾矿资源储量分布如图1。西部钾盐的分布特征详见表1（根据涂怀奎2002
5、 资料改编）o我国己探明的钾矿储量分布图图1我国已探明钾矿资源储量分布盆地名称主要地层与特征成分规模与成果柴达木盆地第二、四系与现代地层，钾镂盐矿、光卤石、卤水卞 富特大型罗布泊盆地第三系、石炭系，卤水富K、B、Na、石盐，芒硝为主大型一特:大型西藏盐湖第四纪陆相地层，石盐、光卤石、钾镁盐矿等小型众多四川盆地三叠纪，富钾卤水、杂卤石、钾镁盐矿等液态钾矿预测4374亿m3鄂尔多斯盆地奥陶系，含石盐、石膏已找出钾盐盆地中心云南思茅盆地1 口盐嗣，红色不能食用的钾盐中型固体钾盐矿表1中国西部钾盐分布特征2钾肥钾是肥料三要素之一，是农业牛产和粮食安全的保障性物资，90%以上的钾 盐用于农肥。随着人口增
6、长、饮食结构变化、经济水平变化，已成为世界主 要的钾肥消费国。但是由于资源条件约束，我国钾肥产业发展受到一定的限制, 自供能力小，对进口依存度大。我国近几年钾肥进口与消费情况如图2：习图22001-2008年我国钾肥进口与消费量情况由图上分析可知：我国近几年来钾肥消费量与进口量都呈增长趋势，但是进 口依存率（为进口量与消费量的比值）大约以每年5. 6%的速度在下降，这说明 了我国钾肥的自供能力在逐渐增强，进口依赖在逐渐下降。但是进口依存率仍然 在55%以上，很高，我国钾肥依赖进口的局面在一定时期内很难改变。为缓解我国钾肥短缺问题，应该采取如下对策：（1）加大找钾工作投入（2） 加强海水和苦卤提
7、钾技术的研究（3）加强不溶性钾盐资源的开发利用（4）改善 施肥对策，科学施肥（5）重视农家肥的作用。3难溶性钾矿利用现状难溶性含钾岩石，主要分布在陕西、甘肃与四川盆地等。相对于水溶性的 钾矿来说，我国非水溶性或水难溶性的钾矿资源丰富。我国难溶性含钾盐矿包括 硫酸盐矿物和硅酸盐矿物两类。常见难溶性含钾矿物多为钾铝硅酸盐矿物，主要 有长石、钾微斜长石、海绿石、白榴石、霞石、金云母、白云母、黑云母等；常 见的含钾岩石主要有富钾火山凝灰岩、富钾浅粒岩、钾微斜长石伟晶岩、碱性岩 或中性岩、酸性岩、霞石正长石等岩浆岩或变质岩，此外，由于某些原因常会形 成一些富钾沉积岩，如钾长石砂岩、富钾页岩、富钾泥灰岩、
8、富钾粘土岩、富钾 泥岩等。其中钾长石的储量最大。水溶性钾矿的开发利用技术已经相当成熟，且 我国水溶性钾矿储量少，所以研究利用此类钾矿制取钾盐（肥），是保障我国农业 和国民经济可持续发展的战略需要，具有巨大的潜在经济价值。凶我国在难溶性钾矿资源利用方面做了长久而有效的研究，取得了一定的研究 成果。下而就几种主耍的钾矿石制取钾肥的方法工艺来说明。3.1钾长石9】3. 1. 1钾长石概况钾长石是长石矿物的一种，是一种富含钾的硅酸盐矿物，其分子式为 KAISi3O8,组成三维网状结构，由SiO和AIO四而体连成骨架，为了中和(AI, Si) O2的电荷，所以电价较低，半径较大的阳离子N、K Ca”等会
9、填于骨架的 空隙中，由于具有Si-0骨架，所以具有一定的稳定性，但在链单位内部Si-0-Si 链要比链间的分布密，因而具有解理性。钾长石化学结构极其稳定，所含钾是难 溶性的，因而给从钾长石中制取钾肥带來了困难，钾长石熔融温度为 1100-1200C，熔融间隔较长，具有较强的助溶性，在高温下融化形成玻璃态物 质具有透明的特点。3.1.2制取钾肥的方法工艺利用钾长石制钾肥的方法很多，有烧结法、高温熔融法、水热法和高炉冶炼 法等，但是这些方法都存在技术和经济丄的一些问题，如能耗过大，产品含钾量 低，渣多或流程复杂等，因此未能实现工业化。近年来研究者-起致力于开发低 温分解法，在添加剂和硫酸存在的条件
10、下，低温分解钾长石，牛产so。和工业 原料等产品。钾长石原料经过频式破碎机粉碎到6mm以下，由胶带运输机将矿物运到池 中与CaO水浸泡20min,然后经泵打入加温加压炉中，炉中温度控制在 100-200C,经过一定吋间后，从炉中流出进入池中与M2SO4混合浸泡，通过结 晶、固液分离等工艺，得到K2SO4. NaOH等工业原料。其化学反应方程式为：CaO+H2O=Ca(OH)2 Ca(OH)2+2KAlSi3O8=2KOH+CaAlSi3Oj2 2KOH+Na2SO4=K2SO4+2NaOHH前，已开展了多种添加剂(CaCO3 NaF、CaCJ和M2CO3等)和酸性溶液 及碱性溶液的研究，经过实
11、验证明，不同的矿物采用不同的工艺条件和不同的添 加剂。国内虽出现了低温分解钾长石制钾肥的研究，但助剂成本过高，综合利用 尚不成熟，研究成果尚未达到实用H的，应该在助剂循环利用和低成本两方面作 更多的工作。11013. 2明矶石3. 2. 1明矶石概况2明矶石矿石一般是由富钾铝成分的酸性火山岩及火il I沉积岩经热液蚀变而 形成的。通常呈细粒状、叶片状、线状。集合体为致密块状和土状。颜色为灰色 至灰黑色，次为灰口色、紫灰色及朵色。明矶石按其成分可分为钾明矶和钠明矶 石两种。钾明矶石KAb(SO4)2(OH)6的理论成分是 K2O11.37%, Al2O336.92%,SO338.66, H2O1
12、3.05%o钠明矶石化学式为：NaAl3(SO4)2(OH)6o钾明矶石是明矶石矿石中的主 要矿石矿物，约占85%,它比钠明矶石具有更大的工业价值。明矶石矿石-般保 存有原岩的结构和构造。自然界中，明矶石常伴有铜、镣、铀等金属元素，可综 合利用，具有较高的经济价值。工业上用明矶石提取明矶，牛产硫酸钾、硫酸铝、 硫酸和氧化铝等工业产品。因此，明矶石是化学工业和冶金炼铝的重要矿物原料。 我国明矶石资源非常丰富，有18个省、市，108个县发现明矶石矿点，探明储 量居世界前列。3. 2. 2明矶石生产钾氮肥的方法明矶石的加工方法有水浸法，氨浸法、酸氨法和还原热解法等。其中占主导 地位的是氨碱法（工艺流
13、程如图中习）和还原热解法（工艺流程如图4l，3J）o近 年来国内外对酸法处理明矶石的研究进展很快，其工艺流程如图5n41明矶石原料粗碎*焙烧脱水鄂式破碎 浓氨水务:化石碾碾细 稀氮水氨浸 器A液体和肥 固体钾氮胆明矶石矿+ 一破碎球磨脱水焙烧! 一还原焙烧卜炉气（SO过 滤I1蒸焙 烧4氧化铝即COJ水洗流程制硫酸循环碱液硫酸钾图3简易氨碱法图4还原热解法5 50600 P 培雄3. 3绿豆岩问 3. 3.1绿豆岩概况绿豆岩是一种富钾火山凝灰岩，因含有硅质豆粒，颜色鲜艳成绿色，故俗称 绿豆岩。它赋存于三叠系中统雷口坡组底部，产出层位稳定，分布广泛，是区域 地层划分和对比的重要标志层，历来受到地
14、质工作者的高度重视。在四川盆地， 凡有下三叠统嘉陵江组顶部出露的地区均有绿豆岩分布。绿豆岩矿物成分绝大部 分为较细的火山灰堆积物，按后牛变化结果，可划分为二大岩石矿石类型。一类 为富钾凝灰岩（脱玻后的玻屑凝灰岩）。这类岩石主要分布在川东一带。这一类 型的特点是钾长石为主成分，水云母含量极少至30%以下。0 般为7% 10%o 另一类为绿豆岩粘土。这类粘土岩的主要矿物成分为铝绿鳞石一蒙脱石无序混层 矿物，矿物组成单一，矿层厚度及品位比较稳定，含0般为8%左右，可开 采利用。3. 3. 2绿豆岩全岩综合利用新工艺绿豆岩是一种铝硅酸钾镁矿物，研究发现在一定的化工工艺条件下，其晶结 构能被酸侵袭而崩塌
15、、分解，牛成可溶性盐类化合物，析出酸不溶的菲晶态二氧 化硅，这就打破了传统高温锻烧法的模式，这-关键性工艺为绿豆岩全岩综合利 用开辟了道路，整个工艺流程就变得简单可行，并可借用成熟工艺发展产品牛产。 工艺流程见图6o3.4伊利石时3. 4.1伊利石概况伊利石矿是重要的含钾岩石矿物，主要成分为氧化钾、氧化铝和氧化硅，化 学组成一般为 0012.0%, Al20320.0%40.0%, SiO240.0%60.0%,因其富含 钾，且由于其中的钾位于层间域中，化学键比较弱，在一定的条件下钾元索易被 活化利用。我国伊利石分布较广，矿产资源丰富，浙江伊利石矿储量H前居全国 首位，浙江、河南、河北的主要矿区远景储量均在亿吨以上，且矿石分布集中、 埋藏浅、纯度高（伴牛矿少），极具工业开采价值。我国福建、苏南、吉林、豫南、 鄂北的伊利石矿中，氧化钾含量平均在7%10%之间，适合用化学物理方法处 理，牛产出我国急需的钾肥。3. 4.2伊利石制取钾氮肥(1) 牛物活化法H前利用细菌处理伊利石主要集中于对硅酸盐细菌的研究方面，钾长石和伊 利石是土壤中常见的两种硅酸盐
