富钾岩石制取钾盐研究20年:回顾与展望

针对有效缓解中国水溶性钾盐资源短缺矛盾,对中国20余处代表性富钾岩石资源利用关键技术进行了长期探索研究。结果表明,其主要富钾矿物为钾长石,采用Ca(OH)2-、NaOH-、KOH-H2O介质水热碱法处理,均可使其结构发生解离,分别生成固相产物雪硅钙石、水羟方钠石、六方钾霞石三种物相,适合作为矿物基硝酸钾载体、提取氧化铝及同时回收苛性碱,以及采用酸浸法制备农用硫酸钾、硝酸钾产品。相应地,液相产物分别为KOH溶液、硅酸钠钾和硅酸钾碱液,适合于加工碳酸钾、硫酸钾、硝酸钾、磷酸钾等多种钾盐产品。在系统流程中,NaOH、KOH可实现循环利用,故水热碱法技术具有一次性资源、能源消耗量少、钾矿资源利用率高、生产过程清洁高效等优势。基于上述成果,已系统建立了非水溶性钾资源高效利用技术体系。水热碱法技术的规模化工程应用,将有助于显著减少钾盐(肥)的进口依存度,改善其消费结构,提高钾资源的保证程度。     

中国钾资源与钾盐工业可持续发展

对全国14个代表性产地的非水溶性钾矿石的研究表明,其主要富钾矿物相均为微斜长石。对此类矿石进行选矿预处理,可制得纯度达75%～95%的钾长石粉体。实验研究结果表明,采用以碳酸钠为配料的中温烧结法,或以碱石灰为配料的水热分解法,均可使钾长石的结构发生分解,生成偏硅酸钠、偏铝酸钾(钠)等化合物,并水解为富含[SiO2(OH)2]2-、Na+、K+的碱性溶液,通入CO2进行酸化反应,滤液为NaHCO3-KH-CO3-H2O三元水盐体系,经浓缩、分离、纯化、结晶,可制取碳酸钾或硫酸钾、硝酸钾等其他钾盐(肥)产品。原矿中的Al2O3和40%以上的SiO2组分亦可制成不同规格的氧化铝和无机硅化合物等高值产品。整个工艺过程符合钾长石资源利用率100%、"三废"接近零排放的高效节能和清洁生产的要求。本项技术实现规模化工业生产,将有助于缓解我国水溶性钾盐资源极缺的矛盾,显著减少钾盐(肥)消费的进口依存度,提高中国钾盐资源的保证程度,维护粮食供给的战略安全。     

富钾正长岩水热碱法沸石化及成矿意义

本文以富钾正长岩粉体为原料,首次通过直接水热碱法处理,成功合成了方沸石和羟钙霞石,合成温度260℃,时间4 h。通过控制正长岩粉体、氢氧化钠和水的配比,可分别将正长岩粉体中的微斜长石、斜长石和石英转化为方沸石或羟钙霞石,同时正长岩中的K2O和过剩的Si O2被溶出进入液相,可用于制取钾盐。不同类型富钾正长岩直接水热碱法沸石化的成功,为解释自然界中的沸石成因、长石与沸石的共生及转化关系、与沸石化有关的金属矿化机制以及油气成因等,提供了实验证据,也为直接利用廉价的长石类硅铝质矿物原料合成沸石提供了新的技术途径,对于利用非水溶性钾资源制取钾盐具有指导意义。     

中国钾盐地质资源现状与找钾方向初步分析

分析了中国钾资源供需形势、有利成盐找钾时代、主要的有利成钾盆地等,回顾了中国找钾工作的历史,指出中国西部仍有找钾前景,尤其是中、上侏罗统-白垩系和新生界,其次是上震旦统-寒武系、石炭系、奥陶系和三叠系,同时,还应继续开展现代盐湖和地下卤水找钾和综合评价,主要找钾地区为塔里木盆地、滇西-羌塘盆地、柴达木盆地和上扬子盆地。鉴于中国特定的成盐构造地质条件和钾盐成矿、保存特点,以及国外预测找钾的经验,在中国找钾要有做长期深入勘查研究的思想准备和采取切实有效的措施,建议对找钾工作加大投入,加强找钾预测的地质基础研究,建立专业队伍和落实油钾兼探的方针。     

20 Years Advances in Preparation of Potassium Salts from Potassic Rocks: A Review

Long-term research on key techniques of clean utilization of potassic rocks from over twenty localities has been performed to settle the shortage of soluble potassium resources in China. The results show that K-feldspar as the principal mineral enriched in potassium could be decomposed in the media of Ca(OH)2, NaOH, KOH-H2O solution via hydrothermal treatment, into tobermorite, hydroxyl- cancrinite, and kalsilite respectively. By further processing, these compounds are feasible for being as slow-release carrier of potassium nitrate, extracting alumina, and preparing farm-oriented fertilizers of potassium sulphate and nitrate. Correspondingly, the filtrate is KOH, (Na, K)2SiO3, and K2SiO3 solution, from which potassium carbonate, sulphate, nitrate, and phosphate could be easily fabricated. As NaOH and KOH are recycled in the processing chains by causticizing sodium and/or potassium metasilicate solutions, the hydrothermal alkaline techniques as developed in this research have several advantages as lower consumption of disposable mineral resources and energy, maximized utilization of potassic mineral resources, as well as clean productions etc. Based on the approaches presented in this paper, the technical system of efficiently utilizing insoluble potassium resources has been established. The hydrothermal alkaline methods are feasible to be industrialized on a large scale, thus resulting in decreasing imports of potash fertilizers, improving the pattern of potassium fertilizer consumption, and enhancing the supplying guarantee of potassium resource in China.     

罗布泊盐湖区固体钾盐沉积特征、分布及成因探讨

文章对罗布泊盐湖区杂卤石、光卤石、钾盐镁矾等不同类型固体钾盐矿物特征、分布及成因进行了分析总结。杂卤石主要产于罗北凹地内部沉降区,以交代成因类型为主,代表了以硫酸盐型卤水为主体的罗布泊盐湖残余卤水钾镁富集到一定程度与石膏、钙芒硝发生水-盐反应的产物。光卤石沉积主要产于断陷带（近）地表,为深部氯化物型卤水经断裂向上运移至地表、与浅部卤水掺杂经蒸发浓缩而成。钾盐镁矾主要产于南小团地区,其形成可能与凹陷基底反转、罗北凹地高浓度卤水回灌有关。罗布泊盐湖区不同类型的固体钾盐沉积是构造-物源-气候3种成钾要素在特定时间窗下耦合的产物：在干旱气候条件下,构造活动一方面导致盆地地貌分异形成更加封闭的成钾次级凹地,为钾盐沉积提供可容纳空间;另一方面活化断裂为深部流体补给盐湖提供通道,为钾盐沉积提供不同类型的物质来源,改变盐湖卤水化学组成最终形成不同类型钾盐矿物。     

罗布泊盐湖巨量钙芒硝沉积及其成钾效应分析

罗布泊盐湖位于新疆塔里木盆地东部,盐湖沉积的主要盐类矿物是钙芒硝,其资源量巨大,卤水钾矿赋存于钙芒硝岩晶间孔隙中,显然,钾盐的聚集与钙芒硝沉积有着密切的联系。文章通过对罗布泊盐湖的钙芒硝沉积特征研究,探讨了钾盐矿床的形成与钙芒硝的沉积关系。研究显示钙芒硝沉积时期,古气候具有“热”的特点,有利于钙芒硝沉积;盐湖物质来源有“富硫酸根”的地表水,也可能存在富钙水的补给。结晶试验显示,罗布泊现代卤水与含氯化钙水掺合后,蒸发析出石膏和水钙芒硝;同时,早期沉积的石膏被交代成为钙芒硝,这两种方式是钙芒硝形成的主要机制。罗布泊钙芒硝的成钾效应主要表现于3个方面:钙芒硝具有菱板状结构,在沉积和成岩过程中钙芒硝岩发育大量孔隙;钙芒硝孔隙储集了富钾卤水;大量钙芒硝的析出导致卤水中钾离子相对富集。研究认为,罗布泊盐湖巨量钙芒硝的沉积控制了钾盐的形成和分布,钙芒硝岩成储钾盐的认识在实践上推进了罗布泊盐湖的找钾工作。     

中国铜矿预测模型与资源潜力

铜矿是一种非常重要的有色金属,由于其具有良好的延展性和韧性,被广泛用作热和电的导体,此外,铜还是重要的建筑材料和各种金属合金的组成部分。随着现代工业的发展,铜的应用越来越广泛,已被广泛应用于现代机械的制造中,是一种重要的工业原材料。中国铜矿资源丰富且产量巨大,截至2015年底,中国铜矿查明资源储量为9 910.20×104 t,同比增长392.20×104 t,较“十一五”增长23.30%。该研究以矿床成矿系列等先进的成矿地质理论为指导,以Ⅲ级成矿区（带）为单位,全面总结了中国铜矿的成矿类型,综合利用物化探、自然重砂、遥感等资料所显示的地质找矿信息,应用GIS技术,实现对铜矿资源潜力的预测评价。通过该研究,全国共划分了63个铜矿成矿区带,9个铜矿预测类型,379个铜矿预测工作区,获得2 000 m以浅预测资源量3.07×108 t。其中,以西藏的资源潜力最为巨大,其2 000 m以浅预测资源量约为0.60×108 t,约占全国预测总量的28.50%。研究得出以下结论：中国铜矿资源丰富,区域分布广泛,相对集中,具有显著的时空分布特征,空间上受大地构造演化的控制,时间上以中-新生代为主;中国铜矿可划分为9种预测类型,其中以斑岩型和夕卡岩型在我国储量最为丰富,也是未来找矿的主要类型;铜矿预测资源量主要分布在西北地区和长江中下游地区,且深部资源潜力巨大。     

中国菱镁矿成矿地质特征与资源潜力

国土资源部为了基本摸清全国重要矿产资源“家底”,为矿产资源保障能力和勘查部署决策提供依据,开展了全国重要矿产资源潜力评价项目。菱镁矿是开展的25个重要矿种之一。本项目的实施,是我国矿产资源方面的一次重要的国情调查。本次工作以成矿地质理论为指导,深入开展区域成矿规律研究;充分利用地质、物探、化探、遥感和矿产勘查等综合成矿信息,建立典型矿床预测模型和区域预测模型,圈定成矿远景区和找矿靶区;充分应用现代矿产资源预测评价的理论方法和GIS评价技术,逐个评价其成矿远景区资源潜力;用地质体积等多元信息方法估算了地下2 000 m以浅的菱镁矿资源量,为科学合理地规划和部署矿产勘查工作提供依据。中国菱镁矿主要成矿时代为古元古代,成矿类型以沉积变质型为主,全国共有累计查明资源储量（矿石量）36.42亿t,主要分布于辽宁、山东和新疆。全国共圈定菱镁矿最小预测区129个,获2 000 m以浅预测资源量（矿石量）131亿t。全面总结并建立了菱镁矿典型矿床预测模型及区域预测模型,共划分菱镁矿成矿区带11个。     

中国稀土矿资源成矿地质特征与资源潜力分析

稀土元素是元素周期表中15种镧系元素以及钪、钇等17种元素的总称。由于其在材料、冶金等行业具有难以替代的作用,因而有“工业维生素”之称。作为具有战略意义的优势矿产资源之一,中国稀土资源由于近几十年的过度依赖极少数超大型矿床以及资源过度开采等问题,其占世界稀土资源储量的比重急剧下降。因此,急需进一步分析和总结其地质特征、成矿规律以及资源潜力评价。中国是世界稀土资源大国,稀土矿矿床类型齐全,前人针对其成矿理论方面也做了大量工作。本文采用矿床模型综合地质信息预测方法,在全国各省份稀土矿成矿潜力预测结果的基础之上,以MapGIS软件为平台,进行数据库汇总与综合分析研究。根据中国稀土时空分布、岩浆岩、构造和地层等控矿因素以及大地构造单元,划分了17个稀土矿成矿区带。同时,筛选出不同成因的典型矿床,总结其成矿地质特征及成矿模式。在此基础上,建立了沉积变质型、岩浆型、风化壳离子吸附型等稀土矿预测模型。在全国范围内总计圈定了930个稀土矿最小预测区,累积预测资源量约32 700×104 t。根据稀土矿区域成矿特征,将最小预测区归并为2级预测区,并进一步归并为133个3级预测区。此外,根据不同成矿带,按照不同预测深度、不同地质可靠程度以及不同利用程度对稀土资源量进行了汇总。最后根据稀土矿成矿地质条件,选取了广西云开大山、大寺-小董, 内蒙古白云鄂博、巴尔哲, 湖北庙娅-蒋家堰以及四川冕宁等6个重点的3级预测区进行资源潜力分析,为下一步勘查部署工作提供指导。