马鸿文，杨静，刘梅堂等
（中国地质大学矿物材料国家专业实验室，北京 100083）
水溶性钾盐是中国最为紧缺的非金属矿产，现有探明钾盐储量折合K2O为2.1亿吨（2010），仅占世界储量约2.20%。而非水溶性钾矿石资源量估计高达2000亿吨以上，折合K2O超过240亿吨。因此，研究非水溶性钾资源制取钾盐清洁生产关键技术，对于保障中国经济战略安全和建设现代化高效农业具有巨大的经济效益和社会效益。 中国钾盐工业经过50多年的发展，青海柴达木盆地的察尔汗盐湖和新疆罗布泊盐湖已发展为主要的钾盐生产地。尽管如此，中国的钾肥产量仍远不能满足农业发展的需求，严重受制于国际市场。钾肥进口依存度高已成为制约中国农业可持续发展的重要问题。 据统计，2010年我国的钾肥表观消费量为707.72万吨（折纯K2O），国产钾肥产量334.13万吨，进口量300.19万吨，钾盐（肥）对外依存度为52.8％；2012年中国资源型钾肥——氯化钾、硫酸钾、硫酸钾镁肥总产量377万吨（折纯K2O），钾盐（肥）自给率为47.8%。预测2015年国内钾肥产量可达400万吨；与2012年795.4万吨（折纯K2O）的表观消费量相比，中国水溶性钾盐资源在短期供应能力和长期保障程度上都存在问题。
1993年以来，中国地质大学（北京）矿物材料国家专业实验室“矿物资源绿加工”研究团队，对全国16处代表性产地的非水溶性钾矿资源高效清洁利用关键技术做了系统研究，涉及不同成因类型的钾矿石资源量超过100亿吨；现已取得国家发明专利14项，省部级鉴定成果10项；主要研究成果集中反映在研究专著《中国富钾岩石：资源与清洁利用技术》一书中（马鸿文等著，化学工业出版社，2010）；完成了利用非水溶性钾矿资源制取碳酸钾、硫酸钾、硝酸钾、磷酸钾等钾盐（肥）产品和水热合成钾型分子筛、制备缓释钾肥等关键技术 攻关，研发出6个系统工艺流程；系统建立了非水溶性钾资源高效清洁利用技术体系，具有完全自主知识产权。
“十一五”期间，取得科技支撑计划课题鉴定成果4项，经教育部科技发展中心组织评审，利用非水溶性钾资源制取碳酸钾、硫酸钾、矿物基硝酸钾和磷酸二氢钾4项关键技术分别达到国际先进（2项）和国际领先（2项）水平。上述关键技术均可实现非水溶性钾矿资源利用率大于85％、“三废”近于零排放的高效节能和清洁生产的要求。
针对水溶性钾盐资源短缺严重制约我国经济可持续发展的现状，在“十一五”科技支撑计划课题“非水溶性钾矿资源高效利用技术”（2006BAD10B04），已取得的利用非水溶性钾矿制取碳酸钾、硝酸钾、硫酸钾、磷酸二氢钾和钾型分子筛、缓释钾肥关键技术的基础上，通过“十二五”期间实施“非水溶性钾资
源制取钾盐/钾肥关键技术”示范工程，推进其关键技术的集成优化和产业化进程，并形成一定规模的钾盐、钾肥生产能力，对于提高国产钾肥的市场控制力，促进现代化农业的可持续发展，保障中国粮食安全，无疑具有重大的战略意义、巨大的经济效益和显著的环境效益。
据中国石化协会预测，2020年中国钾盐的总需求量为1300万吨，其中钾肥1180万吨，当年缺口将达920万吨，折合K2O 524.9万吨。预测2020年，中国除氯化钾以外的其他钾盐消费量约为：氢氧化钾60万吨，碳酸钾40万吨，硝酸钾100万吨，硫酸钾300万吨，磷酸二氢钾30万吨；折合K2O消费量约为300万吨。
目前，上列钾盐、钾肥产品几乎均以氯化钾为原料进行生产。假如规模化高效利用非水溶性钾矿资源形成新的产能，按钾矿石的K2O 平均含量为12.0%、K2O回收率为85%估算，则全国每年开发利用约3000万吨非水溶性钾矿石，即可满足全部K2O消费需求，届时可减少作为化工原料的氯化钾消费量525.8万吨，相当于可以弥补2020年中国钾肥缺口的57.2%，使钾肥（盐）对外依存度降低至20%以下！
因此，规模化高效利用非水溶性钾矿资源，不仅在当前具有其现实的技术经济可行性，而且从长远看，亦极有可能对中国经济、特别是现代化农业的可持续发展和保障粮食安全产生深远影响。
在非水溶性钾资源高效、清洁利用技术工程化实施方面，中国地质大学（北京）先后与陕西大秦钾业
有限公司、山西紫光钾业有限公司、安徽铜陵化工集团等企业合作，已完成了利用钾长石粉体年产1000吨新型农用矿物基硝酸钾、利用霞石正长岩年产2000吨工业级碳酸钾工业化试验生产线工艺包的设计。利用陕西洛南县长岭霓辉正长岩年产1.0万吨农用硫酸钾工业化试生产项目，在今年内可望出产工业产品。此外，还对利用工业磷石膏和钾长石制备农用优等品硫酸钾技术、利用硅酸钙晶种法回收污水中的磷技术、利用工业磷石膏生产硫酸技术、硫酸分解回收磷产物制备磷酸二氢钾产品等关键技术进行了针对性研究。这些成果也为我国磷肥行业实现清洁生产奠定了良好的技术基础。
基于上述已有的系统研究工作基础，同时考虑农用硫酸钾是市场需求量最大的无氯钾肥品种，为此，本研究团队正在推进“十三五”期间实施“非水溶性钾资源制取农用硫酸钾清洁生产技术示范工程”项目，目的是进一步集成优化相关关键技术，并通过工程化实施进行验证和放大，为大规模利用非水溶性钾资源生产农用硫酸钾、硝酸钾、磷酸二氢钾等无氯钾肥的关键技术奠定良好的工程化基础。
预期示范工程的主要成果是：（1）取得具有完全自主知识产权、并经工程化验证的利用非水溶性钾资源制取农用硫酸钾清洁生产技术；（2）建成世界上首条利用非水溶性钾资源制取农用硫酸钾的生产线，产能不小于20万吨/年；（3）通过本项目的实施，建立农用硫酸钾生产行业新的技术标准1-2项；（4）基于本项技术工程化实施成果，以及对中国地质调查项目“非水溶性钾资源制取钾盐及前景分析”（编号：12120113087700，2014-2016；项目负责人杨静副教授）的实施，适时向政府主管部门提出建立“国家非水溶性钾资源化工产业（钾盐/钾肥）基地”的具体建议。
附件一：“十一五”以来取得的中国发明专利
马鸿文，王英滨，苗世顶等，利用富钾岩石制取电子级碳酸钾的方法。专利号：ZL 03 1 00563.2，2006-11-08；已转让
马鸿文，杨静，王刚等，利用钾长石生产矿物聚合材料的方法。专利号：ZL 03 1 00562.4，2006-11-08；已转让
马鸿文，郑红，彭辉等，利用富钾岩石生产农用矿物基硝酸钾的方法。专利号：ZL 2007 1 0178440.6，2012-05-30；已转让马鸿文，刘梅堂，刘艳红，利用钠硝石和富钾母液制取农用硝酸钾的方法。专利号：ZL 2010 1 0258771.2，2013-11-13；已授权马鸿文，刘梅堂，刘晓婷，利用富钾岩石制取农用硫酸钾的方法。专利号：ZL 2009 1 0091234.0，2013-01-02；已授权
马鸿文，金国清，刘梅堂等，利用富钾母液和磷石膏制取硫酸钾的工艺。专利号：ZL 2010 1 0258774.6，2013-11-27；已授权马鸿文，杨静，苏双青等，钾长石粉体制备钾型分子筛基缓释肥料载体的工艺。专利号：ZL 2010 1 0103626.7，2013-04-10；已授权郑红，马鸿文，张蓓蓓等，水化硅酸钙晶种法回收污水中磷的工艺。专利号：ZL 2010 1 0233011.6，2012-11-21；已授权
苏双青，马鸿文，杨静等，利用钾长石粉体水热合成六方钾霞石的方法。专利号：ZL 2010 1 054324
9.9，2013-01-15；已转让马鸿文，孙华，郑红等，利用污水中磷回收产物制备磷酸二氢钾的方法。专利号：ZL 2010 1 0513653.1，2013-10-30；已授权苏双青，蔡比亚，马鸿文等，一种利用钾霞石制取农用硫酸钾的工艺。专利号：ZL 2011 1 0064828.X，2012-12-31；已转让杨静，马鸿文，曾诚等，一种钾长石粉体水热碱法合成方沸石的工艺。申请号：201410514376.4，2014-09-29
附件二：“十一五”科技支撑计划课题鉴定成果
霞石正长岩制取碳酸钾、氧化铝清洁生产技术，教育部成果鉴定证书，鉴字[教BP2010]第005号，2010-03-30
霓辉正长岩制取硫酸钾、氢氧化铝清洁生产技术，教育部成果鉴定证书，鉴字[教BP2010]第036号，2010-05-08
钾长石粉体制备农用矿物基硝酸钾清洁生产技术，教育部成果鉴定证书，鉴字[教BP2010]第014号，2010-07-29
污水磷回收再利用制取磷酸二氢钾清洁生产技术，教育部成果鉴定证书，鉴字[教BP2011]第003号，2011-04-28
附件三：本团队完成研究的非水溶性钾矿资源产地
本团队已完成系统实验研究的非水溶性钾矿产地（实心圆）：
1. 辽宁凤城市，赛马霞石正长岩；
2. 河北赤城县，后沟正长岩型金矿尾矿；
3. 内蒙古自治区包头市，白云鄂博富钾板岩；
4. 北京市密云—平谷区，大红峪组钾质响岩（黄松峪正长斑岩）；
5. 天津蓟县黄崖关—大红峪，大红峪组钾质粗面岩；
6. 天津蓟县下营镇，团山子南山富钾白云质泥岩；
7. 山西临县，紫金山假榴正长岩；
8. 河北涉县，串岭沟组富钾页岩；
9. 江苏丰县，华山富钾砂页岩；
10. 河南嵩县，磨沟霓辉正长岩；
11. 河南卢氏县，黄家湾白云母正长岩；
12. 陕西洛南县，长岭霓辉正长岩；
13. 河南方城县，油坊庄似斑状石英正长岩；
14. 安徽金寨县，响洪甸角闪正长岩；
15. 安徽岳西县，温泉石英二长片麻岩；
16. 安徽南陵县，桂山石英正长斑岩；
17. 福建沙县，田口似斑状花岗岩；
18. 贵州铜仁市，万山富钾页岩；
19. 云南个旧市，白云山霞石正长岩。
空心圆代表文献中报道的其他主要矿产地。
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