郭明強(qiáng),牛之建,田兆雪

(中國地質(zhì)大學(xué) (北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院,北京100083)

1 鉀鹽簡介

1.1 鉀鹽分類

鉀鹽有可溶性和非溶性之分。一般可工業(yè)利用的鉀資源主要是可溶性鉀鹽。我國鉀鹽以鹵水鉀鹽為主固體鉀鹽少。非溶性鉀鹽主要有鉀長石、明礬石、霞石和雜鹵石,其氯化鉀含量一般大于10%,儲量可達(dá)幾百億噸。由于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)原因,我國至今尚無非溶性鉀礦綜合利用的工業(yè)化生產(chǎn)裝置。鉀鹽找礦一般是尋找可溶性鉀礦。我國能否再找到鉀鹽礦床,一直是鉀鹽專家們關(guān)心和思考的問題。我國找鉀前景光明,因為海水中鉀和鈉存在一定的比例關(guān)系。在我國廣大海相成鹽礦石中,大量食鹽礦中含有鉀鹽夾層。以此理論測算,我國主要盆地未發(fā)現(xiàn)的鉀鹽資源量將可達(dá)上百億噸。

1.2 鉀鹽的用途

全球鉀鹽產(chǎn)品的95%應(yīng)用于農(nóng)肥。鉀肥對農(nóng)作物的主要作用是平衡氮、磷和其他營養(yǎng)元素,可促進(jìn)植物蛋白質(zhì)和碳水化合物的形成,調(diào)節(jié)植物的官能作用以達(dá)到發(fā)展根系,強(qiáng)壯枝干,提高抗旱和抗寒能力,改善作物的質(zhì)量,使作物增產(chǎn)。結(jié)合上壤、氣候條件和作物種類,按比例施用氮磷鉀肥,對提高農(nóng)作物單位而積的產(chǎn)量非常重要。

2 鉀鹽資源現(xiàn)狀

2.1 世界鉀鹽資源現(xiàn)狀

表1 世界鉀鹽儲量和儲量基礎(chǔ)/億t

2.2 我國鉀鹽資源現(xiàn)狀[2]

我國從20世紀(jì)50年代中期開始部署鉀鹽礦找礦工作。經(jīng)過近40年的努力,截至2002年底,我國已探明的可溶性鉀鹽礦產(chǎn)地40處,其中大型6處。鉀鹽品位低,共伴生組分多。鹵水鉀礦一般含氯化鉀10～20g/L,第四紀(jì)以前的固體鉀鹽含氯化鉀5%～10%,鉀鹽一般與鈉鹽共生,鹽湖鉀鹽共伴生的鎂、硼、鉀、碘、石鹽、芒硝等元素或礦產(chǎn)可供綜合利用。我國鉀礦以鹵水鉀礦為主,固體鉀鹽少,與世界鉀鹽相反,我國鹵水鉀礦占總量的98%以上,固體鉀鹽僅占2%左右,礦床類型以現(xiàn)代鹽湖型為主。世界鉀資源98%產(chǎn)于第四紀(jì)以前固體鉀礦床,而我國鉀鹽礦床主要是第四紀(jì)內(nèi)陸鹽湖型礦床。

1)目前我國鉀鹽主產(chǎn)區(qū)在青海柴達(dá)木盆地、新疆羅布泊鹽湖地區(qū),氯化鉀儲量7.91億t。四川、貴州、新疆、陜西、西藏、云南、甘肅、湖北等新發(fā)現(xiàn)的鉀鹽板塊為2.3億t。總計可供開采的鉀鹽資源10.21億t。

2)我國耕地大部分含有硅鋁酸鉀鹽等難溶性鉀素,但不能為作物直接吸收,每畝耕地約有3t鉀素。積極研究開發(fā)推廣多種化學(xué)解鉀添加劑和生物活化劑 (微生物制劑),使土壤中的難溶性鉀素轉(zhuǎn)化為可溶性鉀素為作物吸收利用,這是節(jié)約開采鉀鹽礦資源的有效途徑。

3)我國正在實施海水提鉀的研究開發(fā),海水含鉀雖然較低 (350～380mg/kg),但我國有1.8萬km漫長的海岸線,溶存量500億～550億t,并含有80多種元素。世界各國都很重視海水提鉀。河北工業(yè)大學(xué)“天然沸石離子篩法鉀離子高效節(jié)能富集技術(shù)”已達(dá)到世界先進(jìn)水平。另外,海鹽生產(chǎn),曬鹽苦鹵是除去鈉鹽 (海水鈉鉀比30∶1)的濃縮海水,有提取鉀肥可行性。海水提取鉀鹽也為中國鉀鹽資源提供了廣闊的前景。

4)秸稈中含7%～10%的鉀。秸稈資源豐富,實行秸稈還田增加有機(jī)肥的同時補(bǔ)充了鉀素。這樣結(jié)合起來,節(jié)約了礦物鉀鹽資源。在已經(jīng)啟動的鉀鹽發(fā)展規(guī)劃中正在逐漸的實現(xiàn)這一目標(biāo)。實現(xiàn)中國鉀肥資源完全自給自足的穩(wěn)定供應(yīng)體系可以打破國外壟斷鉀鹽的格局。

3 我國鉀鹽資源存在的主要問題

3.1 鉀鹽成礦地質(zhì)條件不理想,找礦難度大

我國含鉀鹽盆地具體的成鹽成鉀保存條件比較差,主要表現(xiàn)在:

1)含鉀鹽盆地比較小,只有個別盆地達(dá)到國外中型鉀鹽盆地的規(guī)模。

正常工作情況下，F(xiàn)PGA仲裁器與2個CPU子系統(tǒng)正常交互，獲取CPU子系統(tǒng)的狀態(tài)信息，取某一個CPU子系統(tǒng)的控制輸出作為仲裁后的系統(tǒng)控制輸出。

2)巖鹽分布面積小,占盆地面積的比例低。國外鉀鹽盆地中巖鹽分布面積一般都比較大,有上萬至幾十萬平方公里,通常占整個盆地的一半以上。我國巖鹽分布范圍比較小,達(dá)到上萬平方公里的很少,僅分布在少數(shù)幾個次級坳陷中,側(cè)向延伸不穩(wěn)定。

3)成鹽成鉀持續(xù)性差。國外巖鹽沉積厚度大,鉀鹽層下部鹽層厚度通常大于50m,在大型和特大型鉀鹽盆地中多數(shù)在100～300m。鹽韻律一般比較少,單層厚度大。國內(nèi)含鉀鹽盆地不是巖鹽層厚度小,就是韻律層多,淡化頻繁。

4)鹽類沉積埋深大,多數(shù)鹽類沉積埋深在幾百米至幾千米。由于埋深大,受地?zé)崮艿挠绊懘?容易產(chǎn)生鹽類礦物 (如石膏)的脫水反應(yīng),形成大量的結(jié)晶水,將鉀石鹽等含鉀礦物溶濾破壞。因此,在我國尋找鉀鹽礦床特別是大型鉀鹽礦床的難度大[3]。

3.2 可供開發(fā)的鉀鹽資源基地明顯不足,產(chǎn)能很難有大的增長

我國探明的鉀鹽儲量和資源量少,可供開發(fā)的鉀鹽資源基地更少。我國初步探明有一定規(guī)模且具潛在開采價值的鉀鹽礦床只有云南江城勵野井固體鉀鹽礦床、青海柴達(dá)木盆地察爾汗現(xiàn)代鹽湖液體鉀鹽礦床、青海柴達(dá)木盆地大柴旦馬海鉀鹽礦床、新疆塔里木盆地羅布泊羅北凹地新生代液體鉀鹽礦床和新疆吐魯番盆地大洼地區(qū)硝酸鹽型固體鉀鹽礦床,其他只是一些礦化點或不屬于主要礦床工業(yè)類型。在上述礦床中只有察爾汗鹽湖液體鉀鹽礦床達(dá)到國際上中大型鉀鹽礦床的規(guī)模,其他礦床規(guī)模偏小,有的探明程度還比較低。從鉀鹽礦床分布的區(qū)域經(jīng)濟(jì)來看,所有礦床都處于邊遠(yuǎn)地區(qū),經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá),交通不便利,遠(yuǎn)離鉀鹽需求區(qū)。占鉀鹽資源總量95%以上的青海和新攝地區(qū)區(qū)位條件不利更為突出。

3.3 鉀鹽產(chǎn)消差距增大,需要長期大量依賴國外

我國鉀鹽消費增長迅猛,是所有重要礦產(chǎn)中增長最快的一種。1997年鉀鹽消費量497萬tK20,成為世界最大的鉀鹽消費國,10年來鉀鹽年均消費增長19%。但是在生產(chǎn)方面,我國鉀鹽產(chǎn)量在90年代初青海鉀肥廠鉀鹽一期工程投產(chǎn)后,由于沒有新的鉀鹽產(chǎn)能擴(kuò)大,鉀鹽產(chǎn)量增長緩慢,產(chǎn)消差距越來越大,1997年達(dá)到468.4萬t。鉀鹽是目前我國自給率最低、對外進(jìn)口依賴性最大的重要礦產(chǎn)。

3.4 鹵水資源綜合利用程度低

鹵水鉀礦共伴生鎂、鈉鹽、鉀硼等資源,目前僅利用鉀資源和部分鈉鹽,鎂、鉀資源利用開始啟動,其他資源尚未利用。

3.5 老鹵就地排放,鹽湖鉀資源受到破壞

鹽湖鹵水鉀礦每生產(chǎn)1t氯化鉀需排放老鹵10～60t,目前青海鹽湖集團(tuán)已按設(shè)計要求將老鹵排放到霍布遜洼地。但地方小廠每年3000萬m3,礦老鹵就近排放團(tuán)結(jié)湖,有的就地排放到鹽湖內(nèi),破壞了鹽湖含鉀鹵水組成,有的已不能曬制光鹵石,鹽湖鉀資源不能充分利用。

4 改進(jìn)措施

我國缺鉀己成為現(xiàn)實,但我國作為一個人口多耕地少鉀資源相對貧乏的發(fā)展中國家,鉀肥不能完全依賴進(jìn)口。我國必須擁有白己的鉀肥工業(yè)。只有符合持續(xù)發(fā)展的原則和中國國情,才會有發(fā)展前途和市場競爭力,才能使農(nóng)業(yè)保持穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展,才能保持社會穩(wěn)定。2000年,國家計委制定的我國鉀肥產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)為:三分之一立足國內(nèi)生產(chǎn),三分之一依靠進(jìn)口解決,三分之一走出國門依靠我國的技術(shù)力量實現(xiàn)境外生產(chǎn),境內(nèi)銷售。

4.1 進(jìn)一步改進(jìn)工藝技術(shù),加大鹽湖鉀資源的開發(fā)力度

加大技術(shù)創(chuàng)新,加強(qiáng)企業(yè)管理,提高產(chǎn)品質(zhì)量,降低產(chǎn)品成本,擴(kuò)大國內(nèi)鉀肥生產(chǎn)規(guī)模,加大青海柴達(dá)木盆地鹽湖鉀資源的開發(fā)力度。柴達(dá)木盆地察爾汗鹽湖己經(jīng)具備100萬t鉀鹽生產(chǎn)能力。待青海鹽湖集團(tuán)100萬t鉀肥項目建成后,國內(nèi)供給將達(dá)到200萬t以上。通過政策支持在柴達(dá)木其他鉀資源地 (如馬海鹽湖)再建成20萬t鉀肥規(guī)模,加上新疆羅布泊鹽湖的開發(fā),國內(nèi)供給可達(dá)到300萬 t以上,滿足國內(nèi)需要量的30%左右。

4.2 鼓勵農(nóng)民施用鉀肥替代品,增加施用農(nóng)家有機(jī)肥、提倡作物秸桿還田

加強(qiáng)宏觀調(diào)控,推廣普及科學(xué)施肥,采用先進(jìn)的施肥技術(shù),提高鉀肥利用率和施鉀經(jīng)濟(jì)效益,緩解我國鉀肥生產(chǎn)能力的不足,減輕鉀肥的直接生產(chǎn)壓力。

4.3 轉(zhuǎn)變觀念,加大投入

調(diào)動一切積極因素,開展多思路、多方案、多途徑的鉀鹽地質(zhì)研究和普查工作,繼續(xù)尋找可利用的現(xiàn)代鹽湖鉀資源和古代固體鉀資源,為2010年以后提供可持續(xù)開發(fā)建設(shè)的鉀資源物質(zhì)基礎(chǔ)。

4.4 加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合

擴(kuò)大鉀肥資源利用范圍,以市場為紐帶,使我國制鉀基地應(yīng)用研究、技術(shù)開發(fā)、工藝設(shè)計與生產(chǎn)緊密結(jié)合,擴(kuò)大鉀肥資源利用范圍。我國可溶性鉀資源嚴(yán)重缺乏,但各種非常規(guī)鉀資源相當(dāng)豐富。如果這些資源的開發(fā)技術(shù)和綜合利用形成十萬噸至百萬噸級工業(yè)裝置并過好經(jīng)濟(jì)關(guān),可迅速擴(kuò)大我國鉀資源的利用空間。

4.5 充分利用國內(nèi)外兩種資源、兩個市場

我國鉀資源不足,鉀肥供需矛盾大,但世界上鉀鹽資源相當(dāng)豐富,生產(chǎn)能力也長期過剩。長期大量進(jìn)口不僅易于受制于人,而且容易引起國際市場上鉀鹽價格的大幅上漲,也不利于實現(xiàn)我國的外匯基本平衡。因此我國在進(jìn)口鉀肥的同時,要積極創(chuàng)造有利條件,擇優(yōu)投資開發(fā)周邊國家如俄羅斯、泰國、老撾等的鉀鹽資源,建立穩(wěn)定的鉀肥供應(yīng)基地,利用國內(nèi)先進(jìn)的鉀肥工業(yè)技術(shù)在國外建設(shè)鉀肥生產(chǎn)基地,將長期有利于鉀肥工業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

4.6 綜合利用,延伸產(chǎn)業(yè)鏈,提高鉀肥企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,維持企業(yè)可持續(xù)發(fā)展

鉀鹽資源一般都伴生有其他許多有益元素,特別是鹽湖鹵水。例如,察爾汗鹽湖就是一個以鉀為主,伴生鎂、鈉、鋰、硼、溴等組分的綜合性礦床。其中,氯化鎂儲量16.5億t,氯化鋰儲量842.6萬t,均居全國首位,氯化鈉426.2億t,可供全世界人口食用兩千年,初步開發(fā)價值超過12萬億元。為滿足農(nóng)業(yè)發(fā)展需要,40多來,主要開發(fā)單一的鉀資源,其價值尚不到總價值的十分之一。因此,開展綜合利用,前景非常廣闊,有利于企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益成倍增長,促進(jìn)鉀肥生產(chǎn)的良性發(fā)展,維護(hù)資源的可持續(xù)開發(fā)。國外與察爾汗鹽湖鹵水資源類似的死海形成了鉀系列、溴系列、鎂系列、鈉系列等深加工高技術(shù)含量、高附加值產(chǎn)品數(shù)十種,經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。

4.7 加強(qiáng)青海鉀鹽生產(chǎn)基地建設(shè)

合理利用國內(nèi)現(xiàn)有的鉀鹽資源,提高資源的利用率。據(jù)調(diào)查,察爾汗的表外礦達(dá)3億多t,若綜合國內(nèi)外現(xiàn)有的開采技術(shù),在開采鹵水鉀鹽礦時,利用自然水地層條件達(dá)到鉀礦固液轉(zhuǎn)換變化,可使該礦提高年生產(chǎn)鉀肥能力,延長礦山壽命,緩解抽鹵過程的地層結(jié)鹽問題。加快發(fā)展鈉、鎂、鉀等系列鉀產(chǎn)品,充分發(fā)揮鹽湖豐富的資源優(yōu)勢[4]。

4.8 適當(dāng)進(jìn)行物資儲備

目前國內(nèi)外兩種資源,兩個市場,且價格相對穩(wěn)定,在相當(dāng)長的一個時期,以進(jìn)口鉀肥為主。為了國內(nèi)正常的工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn),適量多進(jìn)口一些鉀鹽,作為戰(zhàn)略商品物資儲備,無論從政治上或是從經(jīng)濟(jì)上來說都是有利的,也可用以調(diào)節(jié)國內(nèi)鉀鹽市場價格[5]。

4.9 加強(qiáng)找礦隊伍建設(shè)和理論研究

加強(qiáng)鉀鹽地層勘探與科研隊伍建設(shè),加強(qiáng)鉀鹽礦的找礦地質(zhì)和預(yù)測工作,特別是鉀鹽礦的地層理論研究,從理論上指出不同成因類型的找礦地區(qū),開辟新地區(qū)和新層位的找礦地質(zhì)工作,使找鉀工作有所突破。

4.10 注意非可溶性鉀資源的利用

富鉀巖石和礦物 (明礬石、鉀長石、含鉀砂頁巖等)的研究利用。到目前為止,明礬石保有儲量1.55億t,鉀長石的保有儲量3.67億t,含鉀砂頁巖22.47億t。若綜合利用這些潛在的鉀資源,可在一定程度上彌補(bǔ)國內(nèi)鉀鹽資源的不足。

4.11 綜合勘探

對有希望找鉀的塔里木盆地、吐哈盆地開展油鹽兼探工作,組織專業(yè)隊伍重點分析該區(qū)的油氣地質(zhì)、發(fā)揮石油隊伍技術(shù)、物化探資料,加強(qiáng)地層編錄及采取必要的巖心,并提交一套相應(yīng)的測井和化學(xué)分析資料,為進(jìn)一步找鉀鹽提供基礎(chǔ)地質(zhì)資料的保證。

5 結(jié)語

世界主要固體鉀鹽資源多數(shù)是在上世紀(jì)五六十年代的大規(guī)模石油、鹽巖勘探過程中發(fā)現(xiàn)的。由于我國特定地質(zhì)構(gòu)造背景,至今還未找到大型海相鉀鹽沉積盆地。國內(nèi)找鉀實踐和研究方向歷經(jīng)了早期的“找鉀應(yīng)該海陸并舉,不宜全部排斥陸相成鉀的可能性等”到“高山深盆的陸相成鹽成鉀”,從“鉀鹽工作的重點應(yīng)轉(zhuǎn)移到海相成因的大型沉積盆地”到“進(jìn)一步劃分可能成鉀的次級盆地”,并進(jìn)行重點勘探研究,對形成缺失M gSO4鹽的“異?！扁淃}蒸發(fā)巖成因爭論問題的解決,以及“高山深盆遷移論”、“兩段式成鉀論”、“含水墻成鉀模式”等陸相成鉀理論模式的提出,表明我國的成鉀理論和找鉀方法一直處在不斷發(fā)展和完善之中。

進(jìn)入21世紀(jì),作為農(nóng)業(yè)大國的中國鉀鹽資源嚴(yán)重不足的問題依然存在,我們應(yīng)繼續(xù)重視各地探鹽找鉀研究和普查勘探工作。

[1] 曹新元,等.全球鉀鹽資源供需形勢及我國對策建議 [J].國外地質(zhì)科技,1998,(1):60-65.

[2] 王孝峰.我國與世界鉀資源及開發(fā)利用現(xiàn)狀 [J].磷肥與復(fù)肥,2005,20(1):10-13.

[3] 中國化學(xué)礦業(yè)協(xié)會.鉀鹽供需形勢分析及對策建議 [J].化工礦物與加工,2004,(7):1-2.

[4] 李文光.我國鉀鹽資源的開發(fā)利用 [J].鹽湖研究,1994,2(3):65-68.

[5] 吳智慧,李樹枝,等.我國短缺礦產(chǎn)的問題和對策—鉀鹽[J].中國地質(zhì),1999,(6)45-48.