铜仁钾矿开发现状及前景预测

沈家国，谢子楠，杜文成，宋　娜

（1.铜仁学院 材料与化学工程学院，贵州 铜仁 554300；2.铜仁市科技局，贵州 铜仁 554300 ）

铜仁钾矿开发现状及前景预测

沈家国1，谢子楠1，杜文成2，宋娜2

（1.铜仁学院 材料与化学工程学院，贵州 铜仁 554300；2.铜仁市科技局，贵州 铜仁 554300 ）

文章介绍了国内含钾岩石开发的主要研究成果、铜仁钾矿开发现状及世界钾肥市场的新变化，并对铜仁发展钾肥产业的前景进行展望，指出资源和市场始终是决定钾肥产业兴衰的重要因素，现阶段钾肥价格低迷会对不溶性钾开发产生一些负面影响，企业必定要规避这样的商业风险，调整发展方向。虽然不溶性钾矿的开发可能会暂时陷入低潮，但我国农业对钾肥的需求是刚性的，因此既需要国家保障粮食安全的战略性决策，也需要地方继续完善配套政策，从长远看不溶性钾矿开发对我国钾肥市场是有益的补充。

提钾技术；含钾岩石资源；钾肥市场

1.引言

我国是一个人口大国，粮食安全事关我国经济安全及国家安全，而肥料又是农业生产的基础，我国土壤普遍缺钾，而可溶性钾矿资源严重不足，现仅有新疆罗布泊和青海察尔汗的盐湖资源及四川盆地的卤水资源可供开发，无法完全满足我国农业生产的需要，每年需进口三分之二的钾肥，数量达七八百万吨。尽管近年来我国钾肥产能持续增长，国外钾肥仍然占据了我国钾肥市场的 40～50%的市场份额，故我国钾肥需求的缺口仍然很大。我国钾肥的主要来源依赖于加拿大、俄罗斯等国，由于国际上已形成两大钾肥垄断销售联盟Canpotex和BPC，受农业生产需求的强劲推动，钾肥进口价格近年来不断攀升，对可溶性钾矿匮乏国家的农业生产构成了极大威胁［1-6］。寻找新的钾矿及可替代资源，利用含钾岩石制取钾肥以及海水提钾技术、农业秸杆还田技术的研究，在日本、印度等国得到强化。我国也加强了钾矿勘探特别是国外资源的勘探及收购，同时深化了不溶性钾矿综合利用的研究及其产业化进程，为我国战略性资源储备寻求可靠的保障。

早在上世纪 50年代我国就开始了对钾矿的勘探、开发和利用，并组建了化工部钾盐大队，专业寻找钾矿。现有的结论是我国可溶性钾矿资源较为缺乏，已探明的可溶性钾矿储量仅可供开采22年，且劳动环境恶劣，地理位置偏僻，运输瓶颈的解决就需国家较大的资金投入。但我国有丰富的不溶性钾矿，仅铜仁万山就已探明不溶性含钾页岩储量为10亿吨，其远景储量在50亿吨以上，若能及早组织开发，将有效缓解钾肥供应的紧张局面。国内较早对含钾岩石制取钾肥进行工业生产的是山西闻喜钾肥厂，利用高炉窑灰制取钾肥并联产白水泥，由于技术与成本均不过关［7-12］，于上世纪 90年代中期倒闭。此后利用不溶性钾矿生产钾肥一直没有实现产业化，但国内含钾岩石综合利用的研究并没有停止，目前国内有几家单位在含钾岩石的开发利用方面做了较为出色的研究工作，他们是中国地质大学、青岛科技大学、中国科学院地质与地球物理研究所、贵州大学、华南理工大学等，这些研究成果为含钾岩石的产业化开发提供了坚实的技术基础［7-36］。

表1　世界钾资源储量、基础储量与开采量

2.钾矿制钾肥的技术成果

难溶性钾资源一般指富含钾的长石、霞石、白云母或水云母类黏土矿物的各类富钾岩石或含钾岩石，其早期用途主要在玻璃、陶瓷制造方面，随着全球经济及人口的增长，农业生产的快速扩张对钾肥形成了强劲的需求，从含钾岩石中提取钾素作为钾肥生产的重要选择。现有的理论研究表明：如果不考虑经济成本，技术上是没有问题的，由于含钾岩石中钾离子紧紧包裹在硅铝酸根中，必须使用有效的助剂（如钠盐、钙盐、镁盐或含氟化合物及碱性物质）破坏硅铝酸根晶格。提钾的整个过程均属于固相反应，要将其变成可水溶性的钾盐，必然会消耗大量的能量和物质，故高能耗高物耗一直是长期困扰含钾岩石提钾的主要障碍。如果含钾岩石仅以水溶性钾盐为目标，将会产生大量的副产物，造成环境污染和生产成本增加，因而制约了含钾岩石资源的综合利用和工业化发展。国外由于有大量的可溶性钾盐资源，不溶性钾岩开发最近几年取得的研究成果主要集中在中国，这些研究成果主要有以下几个方面：

（1）中国地质大学马鸿文教授课题组研制的钾长石清洁高效利用技术［10-11］。该课题组采用碳酸钠作为提钾剂，高温焙烧，水浸后提取碳酸钾，并副产多种型号的分子筛，拥有多项发明专利，但副产品分子筛数量庞大，存在着销售问题。该课题组近期又开发出水热碱法，相关报道称陕西大秦钾业正用该法进行10万吨级的中试，生产的硫酸钾工艺与现有的以盐湖氯化钾为原料、曼海姆法生产硫酸的工艺相比，可降低成本约1/3。

（2）山东科技大学薜彥辉研究低温氟化物分解提钾技术［18-21］。该课题组采用氟硅酸法在中低温条件下分解含钾岩石，产生的四氟化硅用水吸收后又产生了氟硅酸，可以循环利用，含钾岩石中的硅制成沉淀法白炭黑；溶液中的钾制成硫酸铵钾复合肥，铝制成聚合硫酸铝或氢氧化铝。其方法正在铜仁市万山区远盛钾业科技有限公司进行万吨级中试。

（3）中国科学院地质与地球物理研究所研制的微孔硅钙钾肥［21--27］。该课题组采用碱基激发剂在高温水热条件下制取微孔硅钙钾肥，其产品可缓慢释放钾素，符合农作物生长对钾素营养的需要，并富含多种植物生长的中微量元素，但缺点是制作钾肥的装备要求较高。

（4）贵州大学朱云勤、马武权课题组利用火法制取硅钙钾肥［29-34］。该课题组改变了传统的立窑生产工艺，而使用隧道窑粉磨制块工艺，所制得的硅钙钾肥缓释性良好，并经过农技部门推广实验，增产效果明显，据报道该法也有山西富邦得到推广。存在的主要问题是温室气体排放量大，释钾能力缓慢，需进一步改进。华南理工大学石林教授课题组开发的脱硫灰分制取硅钾肥与该法有异曲同工之妙，其新颖之外在于利用火力发电厂的粉煤灰废渣，符合绿色环保的现代工业生产的要求，目前仅处于中试阶段，很多关键性的工业生产指标尚未获得。其它的如河北工业大学的磷矿解钾法、吉首大学的氯化盐法，中科院地化所连宾教授研究的生物提钾技术，这些研究工作都各具特色，但由于能耗物耗高或提钾效果不够理想，目前研究工作进展缓慢［18-21］。以上这些实验性成果都有实现工业化大生产的可能性，加强装备研制及配套进行中试是目前的当务之急，一方面对土壤要进行测土配方，另一方面要对钾肥的产品结构和种类有所要求，但受多种因素制约，如可溶性钾矿的地勘发现、进口钾肥冲击、海水提钾技术进步、能耗物耗及环评问题等。用含钾岩石制取钾肥要实现众多研究者期待的产业化，进而形成支柱产业，需要做的研究工作还很多，利用含钾岩石制取钾肥已不单单是提钾的技术性问题，更核心的是在现实经济条件下，优选可靠的工艺技术开展中试推动国家产业政策导向及加强商业营销模式研究等方面的综合性问题。

3.铜仁钾矿开发现状

铜仁含钾岩石主要沿铜凤汞矿带呈北东向带状展布，即分布于凤凰—铜仁—万山—新晃一线，北起松桃黄合营，南止万山向家地，在南北长80km，东西宽 15-20km范围内均有展布，分布面积达100km2。根据贵州省有色地质勘探第一总队勘探分析，全市难溶性含钾岩石资源远景储量达50亿吨以上，其中含氧化钾8%—11%，二氧化硅54%—58%，三氧化铝14%—18%，其储量和品位在全国少有。

铜仁市难溶性含钾岩石资源丰富，但长期以来由于溶钾技术未突破，一直没有得到开发利用。为了有效地开发利用难溶性含钾岩石资源，自2009年6月以来，铜仁市科技局对全市难溶性含钾岩石研发利用及工业前景展开了一系列调研工作，广泛收集各方面溶钾技术，宣传难溶性含钾岩石资源优势，积极引进相关企业入驻万山实行产业化发展，已取得实质性进展。

3.1.相关的前期工作

（1）成功将不溶性含钾岩石资源开发利用工作列入了贵州省人民政府与中科院签订的战略合作规划和省科技支撑工业十大产业振兴计划实施方案，并通过组织专家调研组调研、实地参观企业、召开相关部门负责人座谈会等多种形式，掌握了国内外利用钾矿生产钾肥产业的基本情况。

（2）委托中国地质大学（北京）化学分析室对万山钾矿石样品进行了成分检测，确定了其化学组成（SiO253%～57%，Al2O315%～19%，K2O 8%～10%，Fe2O35%～7%，MgO 2%～5%）。

（3）整理了相关文献及专利，共收集到可以提取矿石中钾元素的技术69种，从中筛选出了十余种比较适合我市资源情况的开发工艺，并与相关科研院所进行对接，将一些先进技术成功引进了我市，并成功申请了一些科研课题进行研究。

（4）积极开展招商引资工作，先后与湖北宜化集团、赤天化集团、瓮福集团、黑龙江农垦北大荒商贸集团等国有骨干企业进行沟通接洽。为进一步开发钾矿资源吸引资金，并成功引进原陕西省紫阳湘贵锰业有限责任公司法人代表投资2000万元在我市注册了“贵州远盛钾业科技有限责任公司”。

3.2.积极争取省厅研发平台和省重大专项支持

（1）组织申报《年处理1万吨含钾页岩综合开发利用研究》省科技重大专项，已通过专家评审。

（2）积极争取建立贵州省不溶性钾工程技术研究中心。依托贵州远盛钾业科技有限公司，主要研究方向有：含钾岩石综合开发利用技术研究；非金属矿综合开发利用研究；固体废物综合利用研究。目前，已与省厅达成一致意见，条件成熟后再申报国家不溶性钾工程技术研究中心。为进一步加强铜仁市钾矿开发，铜仁市科技局组织编写了《贵州省铜仁市难溶性岩石资源开发利用与产业发展》规划，统筹指导全市钾矿的开发工作。

4.钾肥产业现状

4.1.我国近期钾盐资源境内外地勘及生产项目

近年来，我国多家公司在国外寻找钾盐，取得了一些探矿权及采矿权。老挝和刚果（布）的钾盐资源多属于光卤石，开发利用要排出大量的氯化镁，资源国不允许大规模开发；加拿大的钾盐品质优良，但目前世界总产能过剩氧化钾1500万t/a，2015年产能还将增加1500万t/a，加拿大为了限产保价，一定会采取措施控制外资开发，再则在国外开采钾盐投资较大，周期长，建一期工程一般要3～5年，建1 万t/a的产能要投资1亿元人民币，由于世界钾盐产能大量过剩及开采钾盐投资较大等原因，近期难以在国外形成较大规模的产能。即使境外钾资源形成产能，产品运回国内也不会比进口便宜多少。原因在于：第一，我国只有几家企业有钾盐进出口权，在国外开采的企业基本上没有钾肥进口权；第二，在国外生产钾盐项目多数离我国较远，钾肥量大，运回国内成本较高，但是从长远看，在国外形成一定的钾盐产能，对提高我国在国际钾肥市场的话语权对国际大合同谈判是有利的。

表2　我国公司境外钾肥勘探项目（2012年数据）

表3　我国公司境外钾肥生产建设项目（2012年数据）

境外钾资源开发具有一定的困难和较大的风险，因此必须坚持国内找钾。考虑到我国现有的可溶性钾资源主要分布在西部，地理位置偏僻，气候恶劣、开发条件艰苦，运输距离远、使得钾肥产能受到严重限制，因此在我国东部可溶性钾的寻找一直受政府和科学家特别关注。东部找钾，泛指宁夏贺兰山脉沿黄河向南到四川龙门山，再到云南横断山脉一线以东的广大地区的找钾工作。截止2011年年底，我国可溶性钾资源储量仅为9.4亿吨（以KCl计），且多为近代盐湖钾矿。我国古代固体钾盐探明储量较少，整个东部找钾工作并不理想，亟须实现找钾的重大突破。虽然近几年地勘费和钻探工作量大幅度增加，但是我国仍存在找矿投入不足，应借助石油勘探进行深入研究开发。近年来在四川和鄂尔多斯盆地的油气勘查中均发现钾盐资源苗头。根据相关研究报告，我国踏勘钾盐预测资源量是139.94亿吨，即四川和陕西可能有大的固体钾盐矿，但是只有少量的踏勘材料，可靠性很低，尚不能构成资源。因此加大钾盐资源详勘有其紧迫性，与石油部门合作进行油钾兼探，定能发现不少成钾线索，可为我国自有的钾盐资源开发奠定良好的基础。

4.2.我国钾肥市场现状

在全球钾肥市场上，对钾肥需求旺盛的国家，本国的钾资源均相对贫乏，在过去的10年，国际钾肥两大垄断贸易联盟联手将钾肥价格维持在远超生产成本的水平上。金砖四国中除俄罗斯自身拥有丰富的钾盐矿外，其它三国均要为进口钾肥支付高额的采购价格。在高利润的驱使下，各大钾肥供应商不断扩张产能，从2010年到2015年，世界钾盐产能计划从4270万吨增至5960万吨，增长率达到了近40%，产能过剩问题日益显现。据估计，到2015年全球钾肥产能将过剩1500万吨，在供需失衡的情况下，尽管两大销售联盟持价态度明确，但国际钾肥价格仍在逐年下行，供应商要保证收益只能增加其销售量以抵消价格下跌带来的利润降低，这直接导致了2013年7月BPC联盟的破裂。

另一方面，在我国政策的扶持下，我国青海盐湖集团和国投新疆罗布泊钾盐产能持续增加，已成为我国主要的钾肥生产基地。2013年9月，中国青海盐湖工业股份公司新百万吨钾肥项目成功投产其氯化钾年产能从250万吨增至350万吨，成为全球第10、亚洲第2的钾肥生产大户。中国钾肥自给率大幅度提高，国内钾肥市场延续了2012年以来的低迷态势，交投清淡，市场供大于求的局面依旧突出，世界钾肥迎来了成本竞争时代，这也说明产业竞争受几大因素如资源、技术、资金、市场的制约，资源制约只是阶段性的。钾肥市场的低迷为我国钾肥行业的发展带来了新的变数，相关企业必须及时调整发展计划以应对新的经济形势，国家层面也可以引导资金，建立我国钾盐战略储备。

5.铜仁钾业前景预测

钾肥价格持续低迷，为我国农业生产带来了利好的消息，却为国内不溶性钾矿开发带来了一定的困境。但也有分析认为，国内有限的水溶性钾资源对钾肥产业的支持只是暂时的，国际钾肥价格也不会长期低迷，毕竟我国的农业对钾的需求是刚性的，BPC联盟的瓦解并不能根本性地撼动钾肥垄断定价的局面。经过新一波的产能扩张后，国际钾产业集中度进一步提高，将会有新的垄断联盟形成，因此从维护我国农业生产安全的角度来看，加强不溶性钾的开发不仅不能停止，更应从国家安全层面上进行长期的布署。目前我国不溶性钾矿开发主要涉及了以下多个产业并深受其制约。

（1）肥料市场：目前国内国际同行的竞争导致钾肥产能大量释放，其价格暂时略有下降，但可以预测经过新一轮竞争，钾肥产业集中度将进一步增加。而我国现有盐湖钾盐的储量及品位都在急剧降低，难以长期支持现有的产能扩张，而生产成本升高最终会导致的钾肥价格重新抬高，当水溶性钾及进口钾肥供应不足以应对我国的农业生产的钾肥需求，不溶性钾的开发将成为可能。多数研究也表明现有溶钾技术已具有较大的经济可行性，即使现阶段无法处理大量的硅铝质废弃物，也可以效仿我国锰业发展模式，建立渣库保存，待条件成熟时再进行开发；也可以制成复合肥如钾硅钙肥、磷钾肥，及早推动不溶性的工业化生产有助于稳定我国的粮食生产，更长远的布署是强化生物解钾和海水提钾的研究，促进钾资源的多样化选择。

（2）精细化学品市场：不溶性钾矿开发注重规模经济效应的前提下，开发出合适的精细化工品种，有助于不溶性钾矿的开发。钾盐生产规模受控于硅铝系产品的生产规模，这完全是由钾矿本身的特点所决定的。以白炭黑为例，2011年我国沉淀法生产的规模为 150万吨左右，且产能过剩。设若钾矿生产的白炭黑占其中50万吨左右，对应的氧化钾生产规模为10万吨左右，占我国钾肥市场的份额极小，（我国每年钾肥需求为500～700万吨），即使降低生产成本，钾矿生产白炭黑足以取代其它方法的白炭黑，对应的氧化钾最多也只能达到30万吨/年［15-28］。有的研究开发出硅铝质分子筛等产品，同样也深受市场规模限制［10-11］。尽管提出的钾本身也可开发多种产品，但大多数钾精细化工产品需求量较小，在现有产业体系下，铜仁钾矿要冲出重围并不容易，必须在市场强劲需求下才会出现产业转移浪潮及新产业［10］。

表4　难溶性钾矿矿制备可溶性钾盐效益分析（生产一吨钾肥计算）

（3）建材及铝矿市场：由于我国目前水泥、玻璃行业产能过剩，国家宜制定使用工业废渣制造水泥、玻璃等资源综合利用的优惠政策，即限制以优质的天然硅石、石灰石等矿物资源生产水泥、玻璃等低附加值产品，实行传统工业的转型升级，这样也有利于环境保护。只有当地对水泥有较大的市场需求时，不溶性钾的开发才会能成为可能［10-16］。至于使用钾矿提铝有两个弊端，一是提铝成本过高，而铝矿价格过低，综合经济效应并不显著，二是铝工业规模巨大，钾矿提铝的数量非常有限，无法形成对我国铝工业的有效支撑和补充［25-38］。

总之，现有不溶性钾矿提钾的适宜工艺不是绝对的，必须配合各地的资源及我国社会本身的主要诉求才可能得到深入发展。不溶性钾的开发初期会以较小的合适规模存活，但什么阶段能发展成什么样的生产规模尚难以预测，这不仅取决于国内经济形势，也取决于全球经济格局的根本变化。不溶性钾与水溶性钾、我国钾业与世界钾业的竞争是一个长期而复杂的过程，加强企业本身的战略联合，来推动国家层面的政策支持和部署，努力将不溶性钾矿丰富地区建成国家潜在的钾肥基地，将有助于铜仁以至全国的钾资源开发。

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Potassium Ore Development Status and Prospect Forecast in Tongren

SHENG Jia-guo1，XIE Zi-nan1，DU Wen-cheng2，SONG Na2
（1. School of Material and Chemical Engineering，Tongren University，Tongren，Guizhou 554300，China；2. Tongren Municipal Science and Technology Commission，Tongren，Guizhou 554300，China ）

Main research achievements of potassium-bearing rock in China，Tongren potassium development status and new change of world potash fertilizer are introduced in this paper. And Tongren potash fertilizer development prospects are expected. Resources and market are always important factors determining the rise and fall of potash fertilizer industry. At this stage，the low price of potash fertilizer may cause certain negative impact on the development of insoluble potassium ore. Enterprises must prevent the commercial risk and adjust the development direction. The development of insoluble potassium ore may temporarily hit the bottom，but the agricultural demand of potash fertilizer in China is rigid. Strategic decision for safeguarding food safety as well as local complete policies are required； from long run，the development of insoluble potassium ore is a beneficial supplement to Chinese potash fertilizer market.

potash extracting technology；potassium-bearing rock resources；potash fertilizer market

TD871

A

1673-9639 （2015） 04-0054-07

（责任编辑 徐松金）（责任校对 毛志）（英文编辑 田兴斌）

2014-09-16

本文系贵州省科技厅联合基金（黔科合J字LKT［2012］13号），铜仁市科技计划项目（铜市科研（2012）63号-14），铜仁学院院级科研启动项目2011（TS1107）研究成果。

沈家国（1971-），男，贵州铜仁人，讲师，硕士，主要从事无机化学及矿产资源研究。