我国钾资源及其利用途径概述

我国钾资源及其利用途径概述钾是农业生产的三种营养元素之一，对保障粮食安全具有重大的意义。通过钾肥对农作物的增产增收作用，2005年钾元素对GDP的贡献占到了我国GDP总量的20%以上。尽管如此，目前我国仍有70%左右的耕地处于缺钾状态，45%的耕地更是严重缺钾[1]。1997年我国施用化肥的氮磷钾比例（N：P2O5：K2O）仅为1：0.31：0.013，远低于发达国家1：0.42：0.42的水平，其后随着我国钾资源的开发利用，钾肥施用量逐渐提升，但是截至到2011年，我国仍然有50%左右的钾肥需要进口。根据无机盐工业协会的预测，未来十年我国每年仍将进口钾肥300万-400万吨。除了用作钾肥以外，作为工业原料，钾在陶瓷、玻璃、印染、纺织、医药、电子、航空、冶金等方面也有着巨大的应用。因此，对钾盐资源的安全供应问题必须高度重视。钾盐是含钾矿物的总称，按照其溶解性可以分为可溶性钾盐矿物和不可溶性钾盐矿物两大类。可溶性钾盐矿物主要是含钾卤水以及含钾卤水经过蒸发、沉淀而形成了可溶性固体钾盐矿床和海水中的钾元素。例如加拿大、俄罗斯等国大力开发的钾石盐矿就属于可溶性固体钾盐矿物。不溶性钾盐矿物主要是含有钾元素的硅酸盐类岩石，比如钾长石及富钾页岩、明矾石、霞石、砂岩、富钾泥灰岩等[2]。此外作物秸秆中的钾元素也越来越受到了人们的重视。一、我国钾资源情况概述我国的钾资源按照其存在方式，可分为盐湖钾资源、海水钾资源、不溶性钾资源和秸秆钾资源等四类。1.盐湖钾资源盐湖钾资源包括盐湖卤水中的钾资源以及盐湖干涸后形成的可溶性固体钾盐矿床。世界上对可溶性钾盐的开发主要就是盐湖钾资源。我国目前已发现的盐湖钾资源相对匮乏，资源总量约为10亿吨（以KCl计，下同）。截止2009年底，我国在青海、新疆、云南、山东、甘肃、四川等省区共查明钾盐产地37处，绝大多数分布在青海的柴达木盆地和新疆的塔里木盆地等处的盐湖中。其中位于青海柴达木盆地的察尔汗盐湖等11个盐湖中有钾资源7.06亿吨；位于新疆塔里木盆地东北部的罗布泊盐湖有钾盐资源2.5亿吨；位于西藏的扎布耶盐湖等盐湖中有钾盐储量0.47亿吨[3]。下面以用钾石盐生产氯化钾为例，简要介绍下盐湖钾资源的开发利用方法。钾石盐中的主要成分是氯化钾以及一些氯化钠等杂质。因此利用钾石盐生产氯化钾最核心的工艺就是如何实现氯化钾与氯化钠的分离。按照分离氯化钾和氯化钠的方法不同，目前用钾石盐生产氯化钾的方法主要有浮选法、静电分离法、溶解结晶法、水力分离法等。其中浮选法利用的是氯化钾晶体和氯化钠晶体对水的润湿能力不同来实现对氯化钾的分离和纯化；静电分离法是利用氯化钾晶体和氯化钠晶体在热处理后会带上不同的电荷来实现对氯化钾的分离和纯化；溶解结晶法是利用氯化钾和氯化钠的溶解度对温度的敏感性不同，通过控制钾石盐矿的溶解结晶温度来实现对氯化钾的分离和纯化；水力分离法是利用氯化钾晶体和氯化钠晶体密度不同来实现对氯化钾的分离和纯化。2.海水钾资源海水中含有80多种元素，虽然钾盐的含量仅为万分之三点八，但总含量仍然达到了500万亿吨[4]。我国拥有1.8万公里的漫长海岸线，海水钾资源极其丰富。利用天然斜发沸石对钾离子的特殊选择性，可以实现钾离子的提取。目前海水提钾比较成功的工艺是河北工业大学等单位研制成功的“海水提取硫酸钾高效技能工艺”。该工艺通过沸石离子交换法制备富钾卤水，再由富钾卤水制备富钾苦卤，最后对富钾苦卤进行蒸发、分离、转化就可以得到硫酸钾产品。3.不溶性钾资源不溶性钾资源主要是含有钾元素的硅酸盐类岩石。我国不溶性钾资源储量丰富、分布广泛，仅贵州铜仁一地就有超过50亿吨的含钾页岩储量。根据已有资料估计，我国的难溶性钾矿资源量大于1000亿吨，其中蕴含的氧化钾资源量大于100亿吨。不溶性钾资源的利用方法主要有高温煅烧法、湿化学法和生物法等。高温煅烧法主要包括火法制钾钙肥、烧结法等，主要是将不溶性含钾岩石与白云石、石灰石、氯化钙等助剂一起在高温下烧结，制备缓释性钾钙肥、硅钙钾肥等肥料的方法。湿化学法主要包括压热法、酸分解法、低温分解法、热分解水浸法等，主要是将不溶性含钾岩石与各种酸、碱、盐等溶液共热来制备可溶性钾盐的方法。生物法是利用某些能分解钾的微生物，使含钾岩石中不溶性的钾转化为可溶性钾的方法。4.秸秆钾资源钾盐的主要用途就是作为肥料施用到土地中，农作物吸收的钾元素有很大一部分最终留在了秸秆里，人们在很早就意识到将秸秆等在田中焚烧可以帮助作物更好的成长。国内外的很多研究都表明，农作物的秸秆中有丰富的钾元素，以我国年产秸秆8亿吨、平均钾含量为2%计算，我国每年新产生的秸秆钾资源就在1600万吨以上[5]。传统的秸秆钾资源利用方法主要是田间焚烧，由于焚烧所带来的安全隐患及环境污染问题，国家在1998年就明令禁止了这种活动。目前利用秸秆钾资源的途径主要有秸秆还田、和燃烧提钾两种。秸秆还田是把秸秆直接或堆积腐熟后施入土壤中的一种方法。秸秆还田具有促进土壤有机质及氮、磷、钾等含量的增加；提高土壤水分的保蓄能力；改善植株性状，提高作物产量；改善土壤性状，增加团粒结构等优点，但是由于秸秆不易腐烂且腐熟过程中会产生各种有机酸对作物根系有毒害作用、新鲜的秸秆在施入田地时会出现微生物与作物争肥现象以及增加了农作物发生病虫害的可能等问题，秸秆还田的应用受到了一定的局限。秸秆燃烧后的草木灰中含有丰富的钾元素，主要以氯化钾、硫酸钾、碳酸钾等形式存在。燃烧提钾就是利用浸取的方法直接从秸秆燃烧发电厂发电后的草木灰中分离钾元素具有成本低廉、清洁无污染、生产工艺简单等众多优点。随着我国《可再生能源法》的正式实施，我国已建设了200万千瓦农林剩余物直燃发电厂，未来燃烧提钾前景广阔。二、结语我国是一个钾资源大国，虽然目前已经探得的可溶性钾资源相对匮乏，但其他钾资源储量丰富。未来通过对可溶性钾资源勘探的逐步深入以及利用其他钾资源的各种途径的发展，我国最终完全可以实现对钾资源的自给自足。参考文献[1].马洪文、苏双青、刘浩等，中国钾资源与钾盐工业可持续发展.地学前缘，2010.17（1）：294-310.[2].刘佳，我国钾盐资源供需态势与国内外供矿前景分析.中国矿业，2011.20（增刊）：24-27，57.[3].乜贞、卜令忠、刘建华等，我国盐湖钾盐资源现状及提钾工艺技术进展.地球学