我國鉀資源及其利用途徑概述

我國鉀資源及其利用途徑概述鉀是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的三種營養(yǎng)元素之一，對保障糧食安全具有重大的意義。通過鉀肥對農(nóng)作物的增產(chǎn)增收作用，2005年鉀元素對GDP的貢獻(xiàn)占到了我國GDP總量的20%以上。盡管如此，目前我國仍有70%左右的耕地處于缺鉀狀態(tài)，45%的耕地更是嚴(yán)重缺鉀[1]。1997年我國施用化肥的氮磷鉀比例（N：P2O5：K2O）僅為1：0.31：0.013，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家1：0.42：0.42的水平，其后隨著我國鉀資源的開發(fā)利用，鉀肥施用量逐漸提升，但是截至到2011年，我國仍然有50%左右的鉀肥需要進(jìn)口。根據(jù)無機(jī)鹽工業(yè)協(xié)會的預(yù)測，未來十年我國每年仍將進(jìn)口鉀肥300萬-400萬噸。除了用作鉀肥以外，作為工業(yè)原料，鉀在陶瓷、玻璃、印染、紡織、醫(yī)藥、電子、航空、冶金等方面也有著巨大的應(yīng)用。因此，對鉀鹽資源的安全供應(yīng)問題必須高度重視。鉀鹽是含鉀礦物的總稱，按照其溶解性可以分為可溶性鉀鹽礦物和不可溶性鉀鹽礦物兩大類?？扇苄遭淃}礦物主要是含鉀鹵水以及含鉀鹵水經(jīng)過蒸發(fā)、沉淀而形成了可溶性固體鉀鹽礦床和海水中的鉀元素。例如加拿大、俄羅斯等國大力開發(fā)的鉀石鹽礦就屬于可溶性固體鉀鹽礦物。不溶性鉀鹽礦物主要是含有鉀元素的硅酸鹽類巖石，比如鉀長石及富鉀頁巖、明礬石、霞石、砂巖、富鉀泥灰?guī)r等[2]。此外作物秸稈中的鉀元素也越來越受到了人們的重視。一、我國鉀資源情況概述我國的鉀資源按照其存在方式，可分為鹽湖鉀資源、海水鉀資源、不溶性鉀資源和秸稈鉀資源等四類。1.鹽湖鉀資源鹽湖鉀資源包括鹽湖鹵水中的鉀資源以及鹽湖干涸后形成的可溶性固體鉀鹽礦床。世界上對可溶性鉀鹽的開發(fā)主要就是鹽湖鉀資源。我國目前已發(fā)現(xiàn)的鹽湖鉀資源相對匱乏，資源總量約為10億噸（以KCl計，下同）。截止2009年底，我國在青海、新疆、云南、山東、甘肅、四川等省區(qū)共查明鉀鹽產(chǎn)地37處，絕大多數(shù)分布在青海的柴達(dá)木盆地和新疆的塔里木盆地等處的鹽湖中。其中位于青海柴達(dá)木盆地的察爾汗鹽湖等11個鹽湖中有鉀資源7.06億噸；位于新疆塔里木盆地東北部的羅布泊鹽湖有鉀鹽資源2.5億噸；位于西藏的扎布耶鹽湖等鹽湖中有鉀鹽儲量0.47億噸[3]。下面以用鉀石鹽生產(chǎn)氯化鉀為例，簡要介紹下鹽湖鉀資源的開發(fā)利用方法。鉀石鹽中的主要成分是氯化鉀以及一些氯化鈉等雜質(zhì)。因此利用鉀石鹽生產(chǎn)氯化鉀最核心的工藝就是如何實現(xiàn)氯化鉀與氯化鈉的分離。按照分離氯化鉀和氯化鈉的方法不同，目前用鉀石鹽生產(chǎn)氯化鉀的方法主要有浮選法、靜電分離法、溶解結(jié)晶法、水力分離法等。其中浮選法利用的是氯化鉀晶體和氯化鈉晶體對水的潤濕能力不同來實現(xiàn)對氯化鉀的分離和純化；靜電分離法是利用氯化鉀晶體和氯化鈉晶體在熱處理后會帶上不同的電荷來實現(xiàn)對氯化鉀的分離和純化；溶解結(jié)晶法是利用氯化鉀和氯化鈉的溶解度對溫度的敏感性不同，通過控制鉀石鹽礦的溶解結(jié)晶溫度來實現(xiàn)對氯化鉀的分離和純化；水力分離法是利用氯化鉀晶體和氯化鈉晶體密度不同來實現(xiàn)對氯化鉀的分離和純化。2.海水鉀資源海水中含有80多種元素，雖然鉀鹽的含量僅為萬分之三點八，但總含量仍然達(dá)到了500萬億噸[4]。我國擁有1.8萬公里的漫長海岸線，海水鉀資源極其豐富。利用天然斜發(fā)沸石對鉀離子的特殊選擇性，可以實現(xiàn)鉀離子的提取。目前海水提鉀比較成功的工藝是河北工業(yè)大學(xué)等單位研制成功的“海水提取硫酸鉀高效技能工藝”。該工藝通過沸石離子交換法制備富鉀鹵水，再由富鉀鹵水制備富鉀苦鹵，最后對富鉀苦鹵進(jìn)行蒸發(fā)、分離、轉(zhuǎn)化就可以得到硫酸鉀產(chǎn)品。3.不溶性鉀資源不溶性鉀資源主要是含有鉀元素的硅酸鹽類巖石。我國不溶性鉀資源儲量豐富、分布廣泛，僅貴州銅仁一地就有超過50億噸的含鉀頁巖儲量。根據(jù)已有資料估計，我國的難溶性鉀礦資源量大于1000億噸，其中蘊(yùn)含的氧化鉀資源量大于100億噸。不溶性鉀資源的利用方法主要有高溫煅燒法、濕化學(xué)法和生物法等。高溫煅燒法主要包括火法制鉀鈣肥、燒結(jié)法等，主要是將不溶性含鉀巖石與白云石、石灰石、氯化鈣等助劑一起在高溫下燒結(jié)，制備緩釋性鉀鈣肥、硅鈣鉀肥等肥料的方法。濕化學(xué)法主要包括壓熱法、酸分解法、低溫分解法、熱分解水浸法等，主要是將不溶性含鉀巖石與各種酸、堿、鹽等溶液共熱來制備可溶性鉀鹽的方法。生物法是利用某些能分解鉀的微生物，使含鉀巖石中不溶性的鉀轉(zhuǎn)化為可溶性鉀的方法。4.秸稈鉀資源鉀鹽的主要用途就是作為肥料施用到土地中，農(nóng)作物吸收的鉀元素有很大一部分最終留在了秸稈里，人們在很早就意識到將秸稈等在田中焚燒可以幫助作物更好的成長。國內(nèi)外的很多研究都表明，農(nóng)作物的秸稈中有豐富的鉀元素，以我國年產(chǎn)秸稈8億噸、平均鉀含量為2%計算，我國每年新產(chǎn)生的秸稈鉀資源就在1600萬噸以上[5]。傳統(tǒng)的秸稈鉀資源利用方法主要是田間焚燒，由于焚燒所帶來的安全隱患及環(huán)境污染問題，國家在1998年就明令禁止了這種活動。目前利用秸稈鉀資源的途徑主要有秸稈還田、和燃燒提鉀兩種。秸稈還田是把秸稈直接或堆積腐熟后施入土壤中的一種方法。秸稈還田具有促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)及氮、磷、鉀等含量的增加；提高土壤水分的保蓄能力；改善植株性狀，提高作物產(chǎn)量；改善土壤性狀，增加團(tuán)粒結(jié)構(gòu)等優(yōu)點，但是由于秸稈不易腐爛且腐熟過程中會產(chǎn)生各種有機(jī)酸對作物根系有毒害作用、新鮮的秸稈在施入田地時會出現(xiàn)微生物與作物爭肥現(xiàn)象以及增加了農(nóng)作物發(fā)生病蟲害的可能等問題，秸稈還田的應(yīng)用受到了一定的局限。秸稈燃燒后的草木灰中含有豐富的鉀元素，主要以氯化鉀、硫酸鉀、碳酸鉀等形式存在。燃燒提鉀就是利用浸取的方法直接從秸稈燃燒發(fā)電廠發(fā)電后的草木灰中分離鉀元素具有成本低廉、清潔無污染、生產(chǎn)工藝簡單等眾多優(yōu)點。隨著我國《可再生能源法》的正式實施，我國已建設(shè)了200萬千瓦農(nóng)林剩余物直燃發(fā)電廠，未來燃燒提鉀前景廣闊。二、結(jié)語我國是一個鉀資源大國，雖然目前已經(jīng)探得的可溶性鉀資源相對匱乏，但其他鉀資源儲量豐富。未來通過對可溶性鉀資源勘探的逐步深入以及利用其他鉀資源的各種途徑的發(fā)展，我國最終完全可以實現(xiàn)對鉀資源的自給自足。參考文獻(xiàn)[1].馬洪文、蘇雙青、劉浩等，中國鉀資源與鉀鹽工業(yè)可持續(xù)發(fā)展.地學(xué)前緣，2010.17（1）：294-310.[2].劉佳，我國鉀鹽資源供需態(tài)勢與國內(nèi)外供礦前景分析.中國礦業(yè)，2011.20（增刊）：24-27，57.[3].乜貞、卜令忠、劉建華等，我國鹽湖鉀鹽資源現(xiàn)狀及提鉀工藝技術(shù)進(jìn)展.地球?qū)W