銅仁鉀礦開發現狀及前景預測

沈家國，謝子楠，杜文成，宋　娜

（1.銅仁學院 材料與化學工程學院，貴州 銅仁 554300；2.銅仁市科技局，貴州 銅仁 554300 ）

銅仁鉀礦開發現狀及前景預測

沈家國1，謝子楠1，杜文成2，宋娜2

（1.銅仁學院 材料與化學工程學院，貴州 銅仁 554300；2.銅仁市科技局，貴州 銅仁 554300 ）

文章介紹了國內含鉀巖石開發的主要研究成果、銅仁鉀礦開發現狀及世界鉀肥市場的新變化，并對銅仁發展鉀肥產業的前景進行展望，指出資源和市場始終是決定鉀肥產業興衰的重要因素，現階段鉀肥價格低迷會對不溶性鉀開發產生一些負面影響，企業必定要規避這樣的商業風險，調整發展方向。雖然不溶性鉀礦的開發可能會暫時陷入低潮，但我國農業對鉀肥的需求是剛性的，因此既需要國家保障糧食安全的戰略性決策，也需要地方繼續完善配套政策，從長遠看不溶性鉀礦開發對我國鉀肥市場是有益的補充。

提鉀技術；含鉀巖石資源；鉀肥市場

1.引言

我國是一個人口大國，糧食安全事關我國經濟安全及國家安全，而肥料又是農業生產的基礎，我國土壤普遍缺鉀，而可溶性鉀礦資源嚴重不足，現僅有新疆羅布泊和青海察爾汗的鹽湖資源及四川盆地的鹵水資源可供開發，無法完全滿足我國農業生產的需要，每年需進口三分之二的鉀肥，數量達七八百萬噸。盡管近年來我國鉀肥產能持續增長，國外鉀肥仍然占據了我國鉀肥市場的 40～50%的市場份額，故我國鉀肥需求的缺口仍然很大。我國鉀肥的主要來源依賴于加拿大、俄羅斯等國，由于國際上已形成兩大鉀肥壟斷銷售聯盟Canpotex和BPC，受農業生產需求的強勁推動，鉀肥進口價格近年來不斷攀升，對可溶性鉀礦匱乏國家的農業生產構成了極大威脅［1-6］。尋找新的鉀礦及可替代資源，利用含鉀巖石制取鉀肥以及海水提鉀技術、農業秸桿還田技術的研究，在日本、印度等國得到強化。我國也加強了鉀礦勘探特別是國外資源的勘探及收購，同時深化了不溶性鉀礦綜合利用的研究及其產業化進程，為我國戰略性資源儲備尋求可靠的保障。

早在上世紀 50年代我國就開始了對鉀礦的勘探、開發和利用，并組建了化工部鉀鹽大隊，專業尋找鉀礦。現有的結論是我國可溶性鉀礦資源較為缺乏，已探明的可溶性鉀礦儲量僅可供開采22年，且勞動環境惡劣，地理位置偏僻，運輸瓶頸的解決就需國家較大的資金投入。但我國有豐富的不溶性鉀礦，僅銅仁萬山就已探明不溶性含鉀頁巖儲量為10億噸，其遠景儲量在50億噸以上，若能及早組織開發，將有效緩解鉀肥供應的緊張局面。國內較早對含鉀巖石制取鉀肥進行工業生產的是山西聞喜鉀肥廠，利用高爐窯灰制取鉀肥并聯產白水泥，由于技術與成本均不過關［7-12］，于上世紀 90年代中期倒閉。此后利用不溶性鉀礦生產鉀肥一直沒有實現產業化，但國內含鉀巖石綜合利用的研究并沒有停止，目前國內有幾家單位在含鉀巖石的開發利用方面做了較為出色的研究工作，他們是中國地質大學、青島科技大學、中國科學院地質與地球物理研究所、貴州大學、華南理工大學等，這些研究成果為含鉀巖石的產業化開發提供了堅實的技術基礎［7-36］。

表1　世界鉀資源儲量、基礎儲量與開采量

2.鉀礦制鉀肥的技術成果

難溶性鉀資源一般指富含鉀的長石、霞石、白云母或水云母類黏土礦物的各類富鉀巖石或含鉀巖石，其早期用途主要在玻璃、陶瓷制造方面，隨著全球經濟及人口的增長，農業生產的快速擴張對鉀肥形成了強勁的需求，從含鉀巖石中提取鉀素作為鉀肥生產的重要選擇。現有的理論研究表明：如果不考慮經濟成本，技術上是沒有問題的，由于含鉀巖石中鉀離子緊緊包裹在硅鋁酸根中，必須使用有效的助劑（如鈉鹽、鈣鹽、鎂鹽或含氟化合物及堿性物質）破壞硅鋁酸根晶格。提鉀的整個過程均屬于固相反應，要將其變成可水溶性的鉀鹽，必然會消耗大量的能量和物質，故高能耗高物耗一直是長期困擾含鉀巖石提鉀的主要障礙。如果含鉀巖石僅以水溶性鉀鹽為目標，將會產生大量的副產物，造成環境污染和生產成本增加，因而制約了含鉀巖石資源的綜合利用和工業化發展。國外由于有大量的可溶性鉀鹽資源，不溶性鉀巖開發最近幾年取得的研究成果主要集中在中國，這些研究成果主要有以下幾個方面：

（1）中國地質大學馬鴻文教授課題組研制的鉀長石清潔高效利用技術［10-11］。該課題組采用碳酸鈉作為提鉀劑，高溫焙燒，水浸后提取碳酸鉀，并副產多種型號的分子篩，擁有多項發明專利，但副產品分子篩數量龐大，存在著銷售問題。該課題組近期又開發出水熱堿法，相關報道稱陜西大秦鉀業正用該法進行10萬噸級的中試，生產的硫酸鉀工藝與現有的以鹽湖氯化鉀為原料、曼海姆法生產硫酸的工藝相比，可降低成本約1/3。

（2）山東科技大學薜彥輝研究低溫氟化物分解提鉀技術［18-21］。該課題組采用氟硅酸法在中低溫條件下分解含鉀巖石，產生的四氟化硅用水吸收后又產生了氟硅酸，可以循環利用，含鉀巖石中的硅制成沉淀法白炭黑；溶液中的鉀制成硫酸銨鉀復合肥，鋁制成聚合硫酸鋁或氫氧化鋁。其方法正在銅仁市萬山區遠盛鉀業科技有限公司進行萬噸級中試。

（3）中國科學院地質與地球物理研究所研制的微孔硅鈣鉀肥［21--27］。該課題組采用堿基激發劑在高溫水熱條件下制取微孔硅鈣鉀肥，其產品可緩慢釋放鉀素，符合農作物生長對鉀素營養的需要，并富含多種植物生長的中微量元素，但缺點是制作鉀肥的裝備要求較高。

（4）貴州大學朱云勤、馬武權課題組利用火法制取硅鈣鉀肥［29-34］。該課題組改變了傳統的立窯生產工藝，而使用隧道窯粉磨制塊工藝，所制得的硅鈣鉀肥緩釋性良好，并經過農技部門推廣實驗，增產效果明顯，據報道該法也有山西富邦得到推廣。存在的主要問題是溫室氣體排放量大，釋鉀能力緩慢，需進一步改進。華南理工大學石林教授課題組開發的脫硫灰分制取硅鉀肥與該法有異曲同工之妙，其新穎之外在于利用火力發電廠的粉煤灰廢渣，符合綠色環保的現代工業生產的要求，目前僅處于中試階段，很多關鍵性的工業生產指標尚未獲得。其它的如河北工業大學的磷礦解鉀法、吉首大學的氯化鹽法，中科院地化所連賓教授研究的生物提鉀技術，這些研究工作都各具特色，但由于能耗物耗高或提鉀效果不夠理想，目前研究工作進展緩慢［18-21］。以上這些實驗性成果都有實現工業化大生產的可能性，加強裝備研制及配套進行中試是目前的當務之急，一方面對土壤要進行測土配方，另一方面要對鉀肥的產品結構和種類有所要求，但受多種因素制約，如可溶性鉀礦的地勘發現、進口鉀肥沖擊、海水提鉀技術進步、能耗物耗及環評問題等。用含鉀巖石制取鉀肥要實現眾多研究者期待的產業化，進而形成支柱產業，需要做的研究工作還很多，利用含鉀巖石制取鉀肥已不單單是提鉀的技術性問題，更核心的是在現實經濟條件下，優選可靠的工藝技術開展中試推動國家產業政策導向及加強商業營銷模式研究等方面的綜合性問題。

3.銅仁鉀礦開發現狀

銅仁含鉀巖石主要沿銅鳳汞礦帶呈北東向帶狀展布，即分布于鳳凰—銅仁—萬山—新晃一線，北起松桃黃合營，南止萬山向家地，在南北長80km，東西寬 15-20km范圍內均有展布，分布面積達100km2。根據貴州省有色地質勘探第一總隊勘探分析，全市難溶性含鉀巖石資源遠景儲量達50億噸以上，其中含氧化鉀8%—11%，二氧化硅54%—58%，三氧化鋁14%—18%，其儲量和品位在全國少有。

銅仁市難溶性含鉀巖石資源豐富，但長期以來由于溶鉀技術未突破，一直沒有得到開發利用。為了有效地開發利用難溶性含鉀巖石資源，自2009年6月以來，銅仁市科技局對全市難溶性含鉀巖石研發利用及工業前景展開了一系列調研工作，廣泛收集各方面溶鉀技術，宣傳難溶性含鉀巖石資源優勢，積極引進相關企業入駐萬山實行產業化發展，已取得實質性進展。

3.1.相關的前期工作

（1）成功將不溶性含鉀巖石資源開發利用工作列入了貴州省人民政府與中科院簽訂的戰略合作規劃和省科技支撐工業十大產業振興計劃實施方案，并通過組織專家調研組調研、實地參觀企業、召開相關部門負責人座談會等多種形式，掌握了國內外利用鉀礦生產鉀肥產業的基本情況。

（2）委托中國地質大學（北京）化學分析室對萬山鉀礦石樣品進行了成分檢測，確定了其化學組成（SiO253%～57%，Al2O315%～19%，K2O 8%～10%，Fe2O35%～7%，MgO 2%～5%）。

（3）整理了相關文獻及專利，共收集到可以提取礦石中鉀元素的技術69種，從中篩選出了十余種比較適合我市資源情況的開發工藝，并與相關科研院所進行對接，將一些先進技術成功引進了我市，并成功申請了一些科研課題進行研究。

（4）積極開展招商引資工作，先后與湖北宜化集團、赤天化集團、甕福集團、黑龍江農墾北大荒商貿集團等國有骨干企業進行溝通接洽。為進一步開發鉀礦資源吸引資金，并成功引進原陜西省紫陽湘貴錳業有限責任公司法人代表投資2000萬元在我市注冊了“貴州遠盛鉀業科技有限責任公司”。

3.2.積極爭取省廳研發平臺和省重大專項支持

（1）組織申報《年處理1萬噸含鉀頁巖綜合開發利用研究》省科技重大專項，已通過專家評審。

（2）積極爭取建立貴州省不溶性鉀工程技術研究中心。依托貴州遠盛鉀業科技有限公司，主要研究方向有：含鉀巖石綜合開發利用技術研究；非金屬礦綜合開發利用研究；固體廢物綜合利用研究。目前，已與省廳達成一致意見，條件成熟后再申報國家不溶性鉀工程技術研究中心。為進一步加強銅仁市鉀礦開發，銅仁市科技局組織編寫了《貴州省銅仁市難溶性巖石資源開發利用與產業發展》規劃，統籌指導全市鉀礦的開發工作。

4.鉀肥產業現狀

4.1.我國近期鉀鹽資源境內外地勘及生產項目

近年來，我國多家公司在國外尋找鉀鹽，取得了一些探礦權及采礦權。老撾和剛果（布）的鉀鹽資源多屬于光鹵石，開發利用要排出大量的氯化鎂，資源國不允許大規模開發；加拿大的鉀鹽品質優良，但目前世界總產能過剩氧化鉀1500萬t/a，2015年產能還將增加1500萬t/a，加拿大為了限產保價，一定會采取措施控制外資開發，再則在國外開采鉀鹽投資較大，周期長，建一期工程一般要3～5年，建1 萬t/a的產能要投資1億元人民幣，由于世界鉀鹽產能大量過剩及開采鉀鹽投資較大等原因，近期難以在國外形成較大規模的產能。即使境外鉀資源形成產能，產品運回國內也不會比進口便宜多少。原因在于：第一，我國只有幾家企業有鉀鹽進出口權，在國外開采的企業基本上沒有鉀肥進口權；第二，在國外生產鉀鹽項目多數離我國較遠，鉀肥量大，運回國內成本較高，但是從長遠看，在國外形成一定的鉀鹽產能，對提高我國在國際鉀肥市場的話語權對國際大合同談判是有利的。

表2　我國公司境外鉀肥勘探項目（2012年數據）

表3　我國公司境外鉀肥生產建設項目（2012年數據）

境外鉀資源開發具有一定的困難和較大的風險，因此必須堅持國內找鉀。考慮到我國現有的可溶性鉀資源主要分布在西部，地理位置偏僻，氣候惡劣、開發條件艱苦，運輸距離遠、使得鉀肥產能受到嚴重限制，因此在我國東部可溶性鉀的尋找一直受政府和科學家特別關注。東部找鉀，泛指寧夏賀蘭山脈沿黃河向南到四川龍門山，再到云南橫斷山脈一線以東的廣大地區的找鉀工作。截止2011年年底，我國可溶性鉀資源儲量僅為9.4億噸（以KCl計），且多為近代鹽湖鉀礦。我國古代固體鉀鹽探明儲量較少，整個東部找鉀工作并不理想，亟須實現找鉀的重大突破。雖然近幾年地勘費和鉆探工作量大幅度增加，但是我國仍存在找礦投入不足，應借助石油勘探進行深入研究開發。近年來在四川和鄂爾多斯盆地的油氣勘查中均發現鉀鹽資源苗頭。根據相關研究報告，我國踏勘鉀鹽預測資源量是139.94億噸，即四川和陜西可能有大的固體鉀鹽礦，但是只有少量的踏勘材料，可靠性很低，尚不能構成資源。因此加大鉀鹽資源詳勘有其緊迫性，與石油部門合作進行油鉀兼探，定能發現不少成鉀線索，可為我國自有的鉀鹽資源開發奠定良好的基礎。

4.2.我國鉀肥市場現狀

在全球鉀肥市場上，對鉀肥需求旺盛的國家，本國的鉀資源均相對貧乏，在過去的10年，國際鉀肥兩大壟斷貿易聯盟聯手將鉀肥價格維持在遠超生產成本的水平上。金磚四國中除俄羅斯自身擁有豐富的鉀鹽礦外，其它三國均要為進口鉀肥支付高額的采購價格。在高利潤的驅使下，各大鉀肥供應商不斷擴張產能，從2010年到2015年，世界鉀鹽產能計劃從4270萬噸增至5960萬噸，增長率達到了近40%，產能過剩問題日益顯現。據估計，到2015年全球鉀肥產能將過剩1500萬噸，在供需失衡的情況下，盡管兩大銷售聯盟持價態度明確，但國際鉀肥價格仍在逐年下行，供應商要保證收益只能增加其銷售量以抵消價格下跌帶來的利潤降低，這直接導致了2013年7月BPC聯盟的破裂。

另一方面，在我國政策的扶持下，我國青海鹽湖集團和國投新疆羅布泊鉀鹽產能持續增加，已成為我國主要的鉀肥生產基地。2013年9月，中國青海鹽湖工業股份公司新百萬噸鉀肥項目成功投產其氯化鉀年產能從250萬噸增至350萬噸，成為全球第10、亞洲第2的鉀肥生產大戶。中國鉀肥自給率大幅度提高，國內鉀肥市場延續了2012年以來的低迷態勢，交投清淡，市場供大于求的局面依舊突出，世界鉀肥迎來了成本競爭時代，這也說明產業競爭受幾大因素如資源、技術、資金、市場的制約，資源制約只是階段性的。鉀肥市場的低迷為我國鉀肥行業的發展帶來了新的變數，相關企業必須及時調整發展計劃以應對新的經濟形勢，國家層面也可以引導資金，建立我國鉀鹽戰略儲備。

5.銅仁鉀業前景預測

鉀肥價格持續低迷，為我國農業生產帶來了利好的消息，卻為國內不溶性鉀礦開發帶來了一定的困境。但也有分析認為，國內有限的水溶性鉀資源對鉀肥產業的支持只是暫時的，國際鉀肥價格也不會長期低迷，畢竟我國的農業對鉀的需求是剛性的，BPC聯盟的瓦解并不能根本性地撼動鉀肥壟斷定價的局面。經過新一波的產能擴張后，國際鉀產業集中度進一步提高，將會有新的壟斷聯盟形成，因此從維護我國農業生產安全的角度來看，加強不溶性鉀的開發不僅不能停止，更應從國家安全層面上進行長期的布署。目前我國不溶性鉀礦開發主要涉及了以下多個產業并深受其制約。

（1）肥料市場：目前國內國際同行的競爭導致鉀肥產能大量釋放，其價格暫時略有下降，但可以預測經過新一輪競爭，鉀肥產業集中度將進一步增加。而我國現有鹽湖鉀鹽的儲量及品位都在急劇降低，難以長期支持現有的產能擴張，而生產成本升高最終會導致的鉀肥價格重新抬高，當水溶性鉀及進口鉀肥供應不足以應對我國的農業生產的鉀肥需求，不溶性鉀的開發將成為可能。多數研究也表明現有溶鉀技術已具有較大的經濟可行性，即使現階段無法處理大量的硅鋁質廢棄物，也可以效仿我國錳業發展模式，建立渣庫保存，待條件成熟時再進行開發；也可以制成復合肥如鉀硅鈣肥、磷鉀肥，及早推動不溶性的工業化生產有助于穩定我國的糧食生產，更長遠的布署是強化生物解鉀和海水提鉀的研究，促進鉀資源的多樣化選擇。

（2）精細化學品市場：不溶性鉀礦開發注重規模經濟效應的前提下，開發出合適的精細化工品種，有助于不溶性鉀礦的開發。鉀鹽生產規模受控于硅鋁系產品的生產規模，這完全是由鉀礦本身的特點所決定的。以白炭黑為例，2011年我國沉淀法生產的規模為 150萬噸左右，且產能過剩。設若鉀礦生產的白炭黑占其中50萬噸左右，對應的氧化鉀生產規模為10萬噸左右，占我國鉀肥市場的份額極小，（我國每年鉀肥需求為500～700萬噸），即使降低生產成本，鉀礦生產白炭黑足以取代其它方法的白炭黑，對應的氧化鉀最多也只能達到30萬噸/年［15-28］。有的研究開發出硅鋁質分子篩等產品，同樣也深受市場規模限制［10-11］。盡管提出的鉀本身也可開發多種產品，但大多數鉀精細化工產品需求量較小，在現有產業體系下，銅仁鉀礦要沖出重圍并不容易，必須在市場強勁需求下才會出現產業轉移浪潮及新產業［10］。

表4　難溶性鉀礦礦制備可溶性鉀鹽效益分析（生產一噸鉀肥計算）

（3）建材及鋁礦市場：由于我國目前水泥、玻璃行業產能過剩，國家宜制定使用工業廢渣制造水泥、玻璃等資源綜合利用的優惠政策，即限制以優質的天然硅石、石灰石等礦物資源生產水泥、玻璃等低附加值產品，實行傳統工業的轉型升級，這樣也有利于環境保護。只有當地對水泥有較大的市場需求時，不溶性鉀的開發才會能成為可能［10-16］。至于使用鉀礦提鋁有兩個弊端，一是提鋁成本過高，而鋁礦價格過低，綜合經濟效應并不顯著，二是鋁工業規模巨大，鉀礦提鋁的數量非常有限，無法形成對我國鋁工業的有效支撐和補充［25-38］。

總之，現有不溶性鉀礦提鉀的適宜工藝不是絕對的，必須配合各地的資源及我國社會本身的主要訴求才可能得到深入發展。不溶性鉀的開發初期會以較小的合適規模存活，但什么階段能發展成什么樣的生產規模尚難以預測，這不僅取決于國內經濟形勢，也取決于全球經濟格局的根本變化。不溶性鉀與水溶性鉀、我國鉀業與世界鉀業的競爭是一個長期而復雜的過程，加強企業本身的戰略聯合，來推動國家層面的政策支持和部署，努力將不溶性鉀礦豐富地區建成國家潛在的鉀肥基地，將有助于銅仁以至全國的鉀資源開發。

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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

（責任編輯 徐松金）（責任校對 毛志）（英文編輯 田興斌）

2014-09-16

本文系貴州省科技廳聯合基金（黔科合J字LKT［2012］13號），銅仁市科技計劃項目（銅市科研（2012）63號-14），銅仁學院院級科研啟動項目2011（TS1107）研究成果。

沈家國（1971-），男，貴州銅仁人，講師，碩士，主要從事無機化學及礦產資源研究。