鉀資源開發(fā)利用技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展

王露莎

（國投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司，新疆 哈密 839000）

1 世界鉀資源存儲(chǔ)現(xiàn)狀

現(xiàn)階段鉀鹽資源可分成溶解性固體鉀鹽及海水、鹽湖水及地下的鹵水鉀鹽。通過研究鉀鹽資源產(chǎn)能結(jié)果可知固體鉀礦數(shù)量更多，約占85%，而鹵水鉀資源所占比重為15%。從分布地區(qū)分析，國外鉀資源多數(shù)分布在加拿大、俄羅斯、泰國、老撾等地區(qū)，鉀礦石可分為鉀石巖與光鹵石；鹵水鉀資源可分為硫酸鹽型鉀資源、氯化物型鉀資源、硝酸鹽型鉀資源三種類型，不同種類鉀資源分布的地區(qū)以及實(shí)際產(chǎn)量不同?；诋?dāng)前鉀資源消耗量測算結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，近幾年全世界各國均對鉀資源的開發(fā)及利用提出了重要戰(zhàn)略，新探明資源儲(chǔ)量不斷增多。國外鉀資源的分布范圍極不平衡。其中，加拿大、俄羅斯、白俄羅斯等地區(qū)鉀礦石探明儲(chǔ)量共占全球范圍內(nèi)的71%。德國、泰國、美國等地區(qū)雖然鉀礦石蘊(yùn)藏量也較多，但是開發(fā)利用率不高，實(shí)際資源競爭水平不足。

2 各類鉀資源開發(fā)技術(shù)

2.1 鉀資源開發(fā)實(shí)況

世界鉀資源開發(fā)中的95%用作生產(chǎn)鉀肥，5%用于工業(yè)生產(chǎn)。借助鉀礦生產(chǎn)出的鉀鹽產(chǎn)品包括氯化鉀、硫酸鉀、硝酸鉀等，其中氯化鉀所占比例達(dá)到95%。受地區(qū)地形條件與自然因素的影響，我國及其他國家諸多鉀礦石生產(chǎn)效率可達(dá)90%。分析鉀肥實(shí)際產(chǎn)量與產(chǎn)能分布情況，發(fā)現(xiàn)世界范圍內(nèi)鉀肥總產(chǎn)量為4100萬噸。加拿大產(chǎn)量最高、俄羅斯及白俄羅斯次之，中國第四。鉀肥消費(fèi)集中在亞洲、拉美等地區(qū)。人口數(shù)量可決定鉀肥的消耗總量與實(shí)際增強(qiáng)量。中國、巴西、美國地區(qū)屬于鉀肥消費(fèi)大國，占全世界總量的70%。鉀鹽貿(mào)易發(fā)展速度不斷加強(qiáng)，需要確保全球鉀肥生產(chǎn)格局與鉀資源實(shí)際分布情況基本一致。同時(shí)，人口數(shù)量增多，資源與人口實(shí)際分布情況不一致，作物種類存在較大差異。

2.2 鉀資源生產(chǎn)技術(shù)

第一，氯化鉀生產(chǎn)技術(shù)。在氯化鉀生產(chǎn)過程中，氯化鉀是鉀礦生產(chǎn)的第一大鉀肥產(chǎn)品，主要生產(chǎn)方式為浮選法、冷結(jié)晶法、人工結(jié)晶法等。其中，浮選法是在原生產(chǎn)期間的傳統(tǒng)技術(shù)，實(shí)際投資更少，工藝流程更簡單，可應(yīng)用在鉀石鹽與鹵石礦的鉀鹽生產(chǎn)過程，但應(yīng)用該技術(shù)存在產(chǎn)品質(zhì)量低、回收率低等問題。應(yīng)用冷結(jié)晶方式生產(chǎn)，產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量較高、粒度較大、實(shí)際回收率大，可主要被應(yīng)用在鉀石鹽礦中，但在實(shí)際生產(chǎn)期間，能耗量較高，設(shè)備腐蝕情況嚴(yán)重。利用鹵鹽法進(jìn)行鉀鹽的生產(chǎn)，實(shí)際生產(chǎn)期間的質(zhì)量更為顯著，但回收效果不好，并不適用于大規(guī)模生產(chǎn)。

第二，光鹵石生產(chǎn)技術(shù)。配合使用光鹵石生產(chǎn)氯化鉀，可使用高品位、高回收率的一體化冷結(jié)晶技術(shù)，從根本上提升實(shí)際生產(chǎn)水平，保障礦石生產(chǎn)效果。該技術(shù)生產(chǎn)鉀鹽需要經(jīng)過采集礦石、濃密調(diào)漿、除鈉、冷結(jié)晶、洗滌、干燥、氯化鉀生產(chǎn)等環(huán)節(jié)。將光鹵石礦設(shè)置為浮選環(huán)節(jié)，添加鈉浮選劑，將低鈉光鹵石送入到結(jié)晶器內(nèi)，控制結(jié)晶器的母液濃度，確保氯化鉀固相不斷增長，從而獲得結(jié)晶狀氯化鉀產(chǎn)品。為切實(shí)保障氯化鉀生產(chǎn)質(zhì)量水平，各大生產(chǎn)機(jī)構(gòu)還研發(fā)出了先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)施，細(xì)化了反浮選冷結(jié)晶工藝流程，建立起了高架立體集中布選系統(tǒng)，使氯化鉀的生產(chǎn)能穩(wěn)定達(dá)到98%，由粉狀物體變成粒狀物體或結(jié)晶物體，進(jìn)一步控制實(shí)際能耗量，將選礦的回收率上升至65%，從根本上提升鉀肥在國際生產(chǎn)中的地位，在硫酸肥生產(chǎn)過程中，硫酸肥是國內(nèi)重要的鉀肥產(chǎn)品，著重用于無氯鉀肥及農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)，對促進(jìn)經(jīng)濟(jì)作物生長意義重大。現(xiàn)階段世界生產(chǎn)的硫酸肥總量可分為兩種，第一種主要就是以氯化鉀為原材料，對氯化鉀進(jìn)行二次加工。第二種就是直接從含鉀的硫酸鹽鹵水中提取硫酸鉀。在我國，使用軟鉀鎂礬轉(zhuǎn)化生產(chǎn)硫酸鉀的技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了重大突破，切實(shí)提升了鉀資源生產(chǎn)競爭水平，相較于其他生產(chǎn)環(huán)節(jié)而言，此種生產(chǎn)方式的成本更低、避免設(shè)備受到較大程度地腐蝕，對保障產(chǎn)品生產(chǎn)意義重大。

第三，低品位固體鉀生產(chǎn)技術(shù)。通過分析我國鉀資源實(shí)際存儲(chǔ)現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)我國鉀資源含量較為稀缺，但存在于鹽巖層中的可溶性較低固體鉀鹽總含量可達(dá)3.43億噸，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度不斷加快，國家及有關(guān)部門研發(fā)出了更為先進(jìn)的鉀礦開發(fā)技術(shù)，突破了原有低品位固體鉀鹽浸泡式溶解轉(zhuǎn)化期間的難點(diǎn)問題，設(shè)置了適宜的浸泡式溶解轉(zhuǎn)化成套工藝參數(shù)。通過制定出專項(xiàng)可行的鹽湖以及鹽類礦石地質(zhì)勘察規(guī)范，使鉀鹽溶解轉(zhuǎn)化效果得到更加專業(yè)管控，促進(jìn)浸泡式溶解轉(zhuǎn)化技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)低品位零星固體鉀鹽浸泡式溶解轉(zhuǎn)化產(chǎn)業(yè)化發(fā)展目標(biāo)，改變現(xiàn)有國內(nèi)鉀資源供應(yīng)與鉀肥實(shí)際生產(chǎn)狀態(tài)、生產(chǎn)技術(shù)及生產(chǎn)效果符合國際發(fā)展要求。

第四，尾礦鉀資源綜合利用技術(shù)。為從根本上提高礦資源利用水平，還需配合使用尾礦鉀資源綜合利用技術(shù)手段。借助開展的高技術(shù)示范項(xiàng)目、青海省重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃內(nèi)容，做好多種化學(xué)體系的溶解實(shí)驗(yàn)工作，規(guī)定溶鉀規(guī)律，不斷優(yōu)化室內(nèi)機(jī)械溶解流程，制定出專項(xiàng)可行的鉀石鹽溶解管控機(jī)制，創(chuàng)新高鈉貧鉀尾鹽制取工藝。實(shí)現(xiàn)尾礦資源化目標(biāo)。

3 國內(nèi)鉀資源存儲(chǔ)特點(diǎn)

（1）可變性顯著。鹵水鉀鹽主要存在于固體鹽巖的孔隙內(nèi)，固體鹽主要成分為固體鉀鹽，是一種氯化物含鉀鹵水高度濃縮后的產(chǎn)物，具有流動(dòng)性、再生性、驅(qū)動(dòng)開采性等，可以切實(shí)保障鉀資源開采環(huán)節(jié)的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備多次利用目標(biāo)。

（2）濃縮性強(qiáng)。在鹽湖地區(qū)的氣候條件較為特殊，干燥少雨、實(shí)際日照時(shí)間較長，可為鹵水蒸發(fā)提供更加經(jīng)濟(jì)的蒸發(fā)資源。以青海地區(qū)為例，該地區(qū)柴達(dá)木盆地的年均日照時(shí)長可達(dá)3000h，年降水量在50mm以下、蒸發(fā)量為3000mm，鉀鹽礦石蒸發(fā)效果更好，實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益能得到根本上保障。

（3）封閉性優(yōu)越。青海柴達(dá)木盆地鹽湖位于最低洼地，是地表水的最終歸屬，周邊河流的年徑流量可達(dá)10億立方米，富含著豐富的淡水資源，對于固體鉀礦的溶解轉(zhuǎn)化，并為固體鉀礦的溶解鉀化反應(yīng)提供更為豐富的水資源保障。

（4）隔水性良好。在我國鉀礦區(qū)內(nèi)部，均存在地形開闊，湖泊周邊沒有較多植被等特征，屬于荒漠干鹽灘形式?？捎糜诮ㄔO(shè)大面積蒸發(fā)鹽田，湖邊為廣闊的湖積平原帶，蘊(yùn)藏著較厚的鹽漬粘土層與粉細(xì)砂層，防滲效果良好，是天然的隔水層，可為大規(guī)模修建中鹽田提供更加充足的條件支持。

4 國內(nèi)鉀資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展案例分析

以新疆羅布泊為例，羅布泊鹽湖是自青海察爾汗鹽湖發(fā)現(xiàn)后最大的含鉀鹵水礦床之一，現(xiàn)階段羅布泊鹽湖資源、氣候特征已被掌握，并研發(fā)出具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工藝技術(shù)，成為世界上最大的單體硫酸鉀生產(chǎn)企業(yè)。

（1）鉀資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢。現(xiàn)階段國內(nèi)鉀肥生產(chǎn)已經(jīng)形成了具備國際競爭水平的鉀肥生產(chǎn)基地，承接了許多重點(diǎn)建設(shè)工程，如：國家西部大開發(fā)重點(diǎn)工程、鉀肥裝置挖潛擴(kuò)能改造工程。同時(shí)，在鉀肥生產(chǎn)期間，還研發(fā)出了光鹵石水采船采輸設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了低品位固體鉀、傳統(tǒng)工藝回收粗礦、母液循環(huán)利用的目標(biāo)。當(dāng)前鉀礦產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)還促進(jìn)了鹽湖鉀鹽共伴生資源綜合利用的深入研究，羅布泊已建立了國家級企業(yè)技術(shù)中心，與國內(nèi)頂尖科技團(tuán)隊(duì)開展全面的合作。在鹵水鋰應(yīng)用范圍日常廣闊的背景下，羅布泊積極探索提鋰工藝，從根本上提升鉀資源實(shí)際生產(chǎn)建設(shè)水平。鉀資源的發(fā)展還提升了鉀肥自給力，促進(jìn)鉀肥生產(chǎn)，開發(fā)出了從資源開采到鹽田工藝、鉀肥工藝等綜合利用的共伴生元素先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，確保鉀肥工藝及先進(jìn)水平得到根本上提升，改變國家長期向國外進(jìn)口鉀肥的現(xiàn)狀，穩(wěn)定鉀肥市場價(jià)格。為實(shí)現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，在鉀肥資源開發(fā)與生產(chǎn)過程中還需構(gòu)建起生態(tài)綠色鉀肥生產(chǎn)模式。我國鉀資源開發(fā)技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用也促進(jìn)了鹽湖產(chǎn)業(yè)低碳與生態(tài)發(fā)展，國外礦石法開采鉀礦資源的實(shí)際能耗量大、污染排放量高，需要在原有基礎(chǔ)上使用更加適宜的生產(chǎn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中各類資源循環(huán)利用目標(biāo)。青海鹽湖通過配合使用太陽能、風(fēng)能、水電能等技術(shù)，使鉀肥生產(chǎn)期間的生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益能盡早實(shí)現(xiàn)最大化目標(biāo)。

（2）鉀資源產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展要點(diǎn)。經(jīng)過實(shí)際預(yù)測，在未來的5～10年間，隨著世界人口增長速度不斷加快，發(fā)展中國家需要通過開拓新興市場、優(yōu)化化學(xué)施用結(jié)構(gòu)等方式，促進(jìn)鉀肥發(fā)展，全面建成小康社會(huì)。通過細(xì)致分析當(dāng)前鉀肥生產(chǎn)現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)鉀肥表觀需求量日漸增加，有80%的鉀鹽資源均分布在柴達(dá)木盆地。為穩(wěn)定資源生產(chǎn)經(jīng)營建設(shè)效果，還需要穩(wěn)定鉀肥生產(chǎn)地區(qū)的產(chǎn)量值，促進(jìn)我國鉀肥工業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)步發(fā)展。中國鉀肥生產(chǎn)量及消費(fèi)量發(fā)展速度快速加快，但國內(nèi)鉀肥供需矛盾仍然存在，化肥中的氮磷鉀比例失衡，鉀肥生產(chǎn)效率及質(zhì)量與發(fā)達(dá)國家相比依然存在較大差異。在農(nóng)作物產(chǎn)量不斷增加的當(dāng)前背景下，土壤中的鉀元素極度匱乏。為有效解決存在于鉀肥生產(chǎn)期間的氮肥超量以及氮磷鉀比例不均衡問題，還需要對化肥施用情況的突出問題進(jìn)行細(xì)致分析，避免肥效下降引發(fā)環(huán)境污染問題。加快化肥使用量的總量調(diào)節(jié)速率，嚴(yán)格控制化肥使用期間的氮磷鉀比例值，合理增加鉀肥占比，確保鉀肥能在持續(xù)增長糧食產(chǎn)量中發(fā)揮出重要作用。因國內(nèi)耕地資源紅線下降，因此為確實(shí)保障糧食產(chǎn)量，還應(yīng)當(dāng)選用合理計(jì)數(shù)增加單位面積產(chǎn)量值，借助測土配方的手段施加產(chǎn)量，配合使用改善鹽堿地的方法擴(kuò)大耕地面積。積極引進(jìn)國外先進(jìn)肥料生產(chǎn)理念，提高化學(xué)肥料的使用效果。由于國家糧食生產(chǎn)及可持續(xù)發(fā)展對鉀肥具有剛性要求，還需要在減肥實(shí)際生產(chǎn)期間保持更為長久的發(fā)展勁頭，不斷優(yōu)化減肥各項(xiàng)生產(chǎn)流程。

5 總結(jié)

總而言之，為切實(shí)提升鉀肥生產(chǎn)水平，增強(qiáng)鉀肥生產(chǎn)效果，相關(guān)工作人員及部門應(yīng)當(dāng)始終堅(jiān)持鉀肥勘查及資源保護(hù)工作協(xié)同開展原則。由于我國對鉀肥產(chǎn)量的要求更高，還需要進(jìn)一步提升鉀肥生產(chǎn)期間的資源利用率，選擇適宜的鉀肥生產(chǎn)技術(shù)設(shè)備，做好可開采性試驗(yàn)與技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在于鉀肥生產(chǎn)期間的各類問題，針對此些問題制定出專項(xiàng)可行的解決方案。