钾资源开发利用技术及产业发展

王露莎

（国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司，新疆 哈密 839000）

1 世界钾资源存储现状

现阶段钾盐资源可分成溶解性固体钾盐及海水、盐湖水及地下的卤水钾盐。通过研究钾盐资源产能结果可知固体钾矿数量更多，约占85%，而卤水钾资源所占比重为15%。从分布地区分析，国外钾资源多数分布在加拿大、俄罗斯、泰国、老挝等地区，钾矿石可分为钾石岩与光卤石；卤水钾资源可分为硫酸盐型钾资源、氯化物型钾资源、硝酸盐型钾资源三种类型，不同种类钾资源分布的地区以及实际产量不同。基于当前钾资源消耗量测算结果可发现，近几年全世界各国均对钾资源的开发及利用提出了重要战略，新探明资源储量不断增多。国外钾资源的分布范围极不平衡。其中，加拿大、俄罗斯、白俄罗斯等地区钾矿石探明储量共占全球范围内的71%。德国、泰国、美国等地区虽然钾矿石蕴藏量也较多，但是开发利用率不高，实际资源竞争水平不足。

2 各类钾资源开发技术

2.1 钾资源开发实况

世界钾资源开发中的95%用作生产钾肥，5%用于工业生产。借助钾矿生产出的钾盐产品包括氯化钾、硫酸钾、硝酸钾等，其中氯化钾所占比例达到95%。受地区地形条件与自然因素的影响，我国及其他国家诸多钾矿石生产效率可达90%。分析钾肥实际产量与产能分布情况，发现世界范围内钾肥总产量为4100万吨。加拿大产量最高、俄罗斯及白俄罗斯次之，中国第四。钾肥消费集中在亚洲、拉美等地区。人口数量可决定钾肥的消耗总量与实际增强量。中国、巴西、美国地区属于钾肥消费大国，占全世界总量的70%。钾盐贸易发展速度不断加强，需要确保全球钾肥生产格局与钾资源实际分布情况基本一致。同时，人口数量增多，资源与人口实际分布情况不一致，作物种类存在较大差异。

2.2 钾资源生产技术

第一，氯化钾生产技术。在氯化钾生产过程中，氯化钾是钾矿生产的第一大钾肥产品，主要生产方式为浮选法、冷结晶法、人工结晶法等。其中，浮选法是在原生产期间的传统技术，实际投资更少，工艺流程更简单，可应用在钾石盐与卤石矿的钾盐生产过程，但应用该技术存在产品质量低、回收率低等问题。应用冷结晶方式生产，产品生产质量较高、粒度较大、实际回收率大，可主要被应用在钾石盐矿中，但在实际生产期间，能耗量较高，设备腐蚀情况严重。利用卤盐法进行钾盐的生产，实际生产期间的质量更为显著，但回收效果不好，并不适用于大规模生产。

第二，光卤石生产技术。配合使用光卤石生产氯化钾，可使用高品位、高回收率的一体化冷结晶技术，从根本上提升实际生产水平，保障矿石生产效果。该技术生产钾盐需要经过采集矿石、浓密调浆、除钠、冷结晶、洗涤、干燥、氯化钾生产等环节。将光卤石矿设置为浮选环节，添加钠浮选剂，将低钠光卤石送入到结晶器内，控制结晶器的母液浓度，确保氯化钾固相不断增长，从而获得结晶状氯化钾产品。为切实保障氯化钾生产质量水平，各大生产机构还研发出了先进的生产设施，细化了反浮选冷结晶工艺流程，建立起了高架立体集中布选系统，使氯化钾的生产能稳定达到98%，由粉状物体变成粒状物体或结晶物体，进一步控制实际能耗量，将选矿的回收率上升至65%，从根本上提升钾肥在国际生产中的地位，在硫酸肥生产过程中，硫酸肥是国内重要的钾肥产品，着重用于无氯钾肥及农产品生产，对促进经济作物生长意义重大。现阶段世界生产的硫酸肥总量可分为两种，第一种主要就是以氯化钾为原材料，对氯化钾进行二次加工。第二种就是直接从含钾的硫酸盐卤水中提取硫酸钾。在我国，使用软钾镁矾转化生产硫酸钾的技术已经实现了重大突破，切实提升了钾资源生产竞争水平，相较于其他生产环节而言，此种生产方式的成本更低、避免设备受到较大程度地腐蚀，对保障产品生产意义重大。

第三，低品位固体钾生产技术。通过分析我国钾资源实际存储现状，发现我国钾资源含量较为稀缺，但存在于盐岩层中的可溶性较低固体钾盐总含量可达3.43亿吨，随着社会经济发展速度不断加快，国家及有关部门研发出了更为先进的钾矿开发技术，突破了原有低品位固体钾盐浸泡式溶解转化期间的难点问题，设置了适宜的浸泡式溶解转化成套工艺参数。通过制定出专项可行的盐湖以及盐类矿石地质勘察规范，使钾盐溶解转化效果得到更加专业管控，促进浸泡式溶解转化技术产业化发展，实现低品位零星固体钾盐浸泡式溶解转化产业化发展目标，改变现有国内钾资源供应与钾肥实际生产状态、生产技术及生产效果符合国际发展要求。

第四，尾矿钾资源综合利用技术。为从根本上提高矿资源利用水平，还需配合使用尾矿钾资源综合利用技术手段。借助开展的高技术示范项目、青海省重点科技攻关计划内容，做好多种化学体系的溶解实验工作，规定溶钾规律，不断优化室内机械溶解流程，制定出专项可行的钾石盐溶解管控机制，创新高钠贫钾尾盐制取工艺。实现尾矿资源化目标。

3 国内钾资源存储特点

（1）可变性显著。卤水钾盐主要存在于固体盐岩的孔隙内，固体盐主要成分为固体钾盐，是一种氯化物含钾卤水高度浓缩后的产物，具有流动性、再生性、驱动开采性等，可以切实保障钾资源开采环节的经济效益，实现机械设备多次利用目标。

（2）浓缩性强。在盐湖地区的气候条件较为特殊，干燥少雨、实际日照时间较长，可为卤水蒸发提供更加经济的蒸发资源。以青海地区为例，该地区柴达木盆地的年均日照时长可达3000h，年降水量在50mm以下、蒸发量为3000mm，钾盐矿石蒸发效果更好，实际经济效益能得到根本上保障。

（3）封闭性优越。青海柴达木盆地盐湖位于最低洼地，是地表水的最终归属，周边河流的年径流量可达10亿立方米，富含着丰富的淡水资源，对于固体钾矿的溶解转化，并为固体钾矿的溶解钾化反应提供更为丰富的水资源保障。

（4）隔水性良好。在我国钾矿区内部，均存在地形开阔，湖泊周边没有较多植被等特征，属于荒漠干盐滩形式。可用于建设大面积蒸发盐田，湖边为广阔的湖积平原带，蕴藏着较厚的盐渍粘土层与粉细砂层，防渗效果良好，是天然的隔水层，可为大规模修建中盐田提供更加充足的条件支持。

4 国内钾资源产业发展案例分析

以新疆罗布泊为例，罗布泊盐湖是自青海察尔汗盐湖发现后最大的含钾卤水矿床之一，现阶段罗布泊盐湖资源、气候特征已被掌握，并研发出具备自主知识产权的工艺技术，成为世界上最大的单体硫酸钾生产企业。

（1）钾资源产业发展趋势。现阶段国内钾肥生产已经形成了具备国际竞争水平的钾肥生产基地，承接了许多重点建设工程，如：国家西部大开发重点工程、钾肥装置挖潜扩能改造工程。同时，在钾肥生产期间，还研发出了光卤石水采船采输设备，实现了低品位固体钾、传统工艺回收粗矿、母液循环利用的目标。当前钾矿产业生产还促进了盐湖钾盐共伴生资源综合利用的深入研究，罗布泊已建立了国家级企业技术中心，与国内顶尖科技团队开展全面的合作。在卤水锂应用范围日常广阔的背景下，罗布泊积极探索提锂工艺，从根本上提升钾资源实际生产建设水平。钾资源的发展还提升了钾肥自给力，促进钾肥生产，开发出了从资源开采到盐田工艺、钾肥工艺等综合利用的共伴生元素先进生产技术，确保钾肥工艺及先进水平得到根本上提升，改变国家长期向国外进口钾肥的现状，稳定钾肥市场价格。为实现企业可持续发展目标，在钾肥资源开发与生产过程中还需构建起生态绿色钾肥生产模式。我国钾资源开发技术的研发及应用也促进了盐湖产业低碳与生态发展，国外矿石法开采钾矿资源的实际能耗量大、污染排放量高，需要在原有基础上使用更加适宜的生产技术，实现生产过程中各类资源循环利用目标。青海盐湖通过配合使用太阳能、风能、水电能等技术，使钾肥生产期间的生态效益与经济效益能尽早实现最大化目标。

（2）钾资源产业未来发展要点。经过实际预测，在未来的5～10年间，随着世界人口增长速度不断加快，发展中国家需要通过开拓新兴市场、优化化学施用结构等方式，促进钾肥发展，全面建成小康社会。通过细致分析当前钾肥生产现状，发现钾肥表观需求量日渐增加，有80%的钾盐资源均分布在柴达木盆地。为稳定资源生产经营建设效果，还需要稳定钾肥生产地区的产量值，促进我国钾肥工业生产稳步发展。中国钾肥生产量及消费量发展速度快速加快，但国内钾肥供需矛盾仍然存在，化肥中的氮磷钾比例失衡，钾肥生产效率及质量与发达国家相比依然存在较大差异。在农作物产量不断增加的当前背景下，土壤中的钾元素极度匮乏。为有效解决存在于钾肥生产期间的氮肥超量以及氮磷钾比例不均衡问题，还需要对化肥施用情况的突出问题进行细致分析，避免肥效下降引发环境污染问题。加快化肥使用量的总量调节速率，严格控制化肥使用期间的氮磷钾比例值，合理增加钾肥占比，确保钾肥能在持续增长粮食产量中发挥出重要作用。因国内耕地资源红线下降，因此为确实保障粮食产量，还应当选用合理计数增加单位面积产量值，借助测土配方的手段施加产量，配合使用改善盐碱地的方法扩大耕地面积。积极引进国外先进肥料生产理念，提高化学肥料的使用效果。由于国家粮食生产及可持续发展对钾肥具有刚性要求，还需要在减肥实际生产期间保持更为长久的发展劲头，不断优化减肥各项生产流程。

5 总结

总而言之，为切实提升钾肥生产水平，增强钾肥生产效果，相关工作人员及部门应当始终坚持钾肥勘查及资源保护工作协同开展原则。由于我国对钾肥产量的要求更高，还需要进一步提升钾肥生产期间的资源利用率，选择适宜的钾肥生产技术设备，做好可开采性试验与技术经济评价工作，及时发现存在于钾肥生产期间的各类问题，针对此些问题制定出专项可行的解决方案。