钾盐

钾盐（Sylvite），是指天然含钾矿物。包括钾石岩、钾盐镁矾、光卤石、硫酸镁石、无水钾镁矾、钾芒硝、钾石膏、杂卤石和氯化钾等。钾盐主要成分为KCl，其中钾含量为52.5%，氯含量为47.5%。常含微量Br、Rb、Cs等元素。钾盐纯净时为无色透明晶体，通常状态下为透明或半透明晶体，如果混入氧化铁则呈现橘红色，条痕为白色。钾盐具有玻璃光泽，其密度为2.0g/cm，折射率1.49，莫氏硬度为1.5-2，性脆。钾盐易溶于水，味道苦咸且涩，火焰为紫色。差热分析在700-800℃之间有一个特征吸热谷。钾盐为等轴晶系，集合体通常为粒状或致密粒状，以皮壳状、块状或粒状。

钾盐主要成分为KCl，其中钾含量为52.5%，氯含量为47.5%。常含微量Br、Rb、Cs的类质同像混入物和氮气、二氧化碳、氢气、甲烷、氦气以及石盐包裹体等。

钾盐纯净时为无色透明晶体，通常状态下为透明或半透明晶体，如果混入氧化铁则呈现橘红色，条痕为白色。钾盐具有玻璃光泽，其密度为2.0g/cm，折射率1.49，莫氏硬度为1.5-2，性脆。钾盐易溶于水，味道苦咸且涩，火焰为紫色。差热分析在700-800℃之间有一个特征吸热谷。

含有氧化铁的钾盐

钾盐为等轴晶系，氯离子作立方最紧密堆积，钾离子位于八面体空隙中，配位数为6。钾盐的晶体常呈立方体，偶尔呈八面体，集合体通常为粒状或致密粒状，以皮壳状、块状或粒状。

钾盐晶体结构图

1823年人们在维苏威火山的熔岩上首次发现了钾盐。钾盐的英文名称Sylvite，是以一位荷兰化学家、内科医生（François Sylvius de le Boe）的名字命名的。

钾盐是蒸发岩矿床的一种，它通常作为伴生矿物与石膏-硬石膏和厚层的岩盐一起出现。世界上许多重要的钾盐矿床被认为是在极度干燥的条件下由海水蒸发浓缩沉积而成的。陆相盐类沉积区虽然也可以形成钾盐矿床，但其规模和经济价值都比较小。形成钾盐的历史地理条件有：大地构造，特定的持续干燥气候和古地理环境。钾盐在自然界的形成条件比石盐沉积要复杂得多。海水是钾盐和其他盐类矿产的重要来源。当海水受蒸发浓缩时最先析出的是石膏，其次是石盐和七水硫酸镁，当海水浓度在33-34%时析出钾石盐，浓度35%开始析出光卤石，最后析出的是水氯镁石。钾盐形成需要能够使水体充份蒸发的持续干旱的气候条件和封闭或半封闭的盆地，钾盐盆地远小于石盐盆地，常位于石盐盆地的一侧或中间。地球断裂构造有利于盐盆地的形成，例如上莱茵地堑和普里皮亚特盆地的钾盐分布就与断裂构造有关。

世界钾盐矿资源较为丰富，分布不平衡。而中国的钾盐矿资源严重缺乏，资源形势严峻。全世界钾盐资源已探明储量为2144.7亿吨，已探明的地质储量超过220.6亿吨K₂O，其中绝大部分是地下固体钾盐矿床，少部分为含钾卤水矿床。世界钾盐矿资源分布不平衡，主要分布在北半球，目前已发现的 33 个世界级钾盐盆地和大型矿床多数在北纬 30°~60°之间，只有一少部分在南半球。按探明储量排序，加拿大位列第一，占世界总储量的46.28%，俄罗斯排第二，占 34.71%，白俄罗斯排名第三，占 7.89%，巴西排名第四，占3.16%。上述四国合计占世界总储量的 92.04%。其余已知储量主要分布在中国、德国、美国、巴西、以色列、约旦、西班牙、泰国、老挝等国。

全球钾盐储量分布图（按国别）

中国的钾盐矿床有39处，其中大型矿床有6处，分布在青海、新疆、西藏、甘肃、山东、四川、云南等省份。其中青海钾盐矿数量最多。中国钾盐矿分布有三大特点：第一是钾盐资源短缺且分布不均匀，已探明储量仅占世界总量的1.6%，主要分布在青海柴达木盆地和新疆罗布泊盐湖；第二是钾盐矿资源以卤水钾矿为主，固体钾矿少；矿床以第四纪现代盐湖型为主，第四纪以前的很少且规模小。

中国钾盐矿产地（矿床、矿点）分布图

钾盐矿主要用于制造工业用钾化合物和钾肥，全世界95%的钾盐用于钾肥，其余部分用于其他工业部门。钾是农业生产的三大营养元素之一，钾肥是农业三大肥料之一，它的主要作用是平衡氮、磷和其他营养元素，调节植物的官能作用，从而实现发展根系，强壮枝干，提高抗旱和抗寒能力，充实果实，改善作物的质量，提高作物产量的目的。钾肥的种类主要有氯化钾、硫酸钾和含钾复合肥。

在化学工业中由钾盐制备的化学产品主要有氯化钾、氢氧化钾、硫酸钾、碳酸钾、硝酸钾、高锰酸钾、重铬酸钾、溴化钾、碘化钾等。他们的用途主要是用来制造火柴、焰火、黑火药、医药、农药、纺织、燃料、制革、印刷、玻璃、陶瓷、电池等产品。氯化钾、碳酸钾、溴化钾等含钾无机物是有机化工重要的原料和催化剂。

碳酸钾是制造钾玻璃的主要原料之一。钾玻璃又称“钾钙玻璃”，俗称硬玻璃。钾玻璃与一般玻璃的区别是其组成成分中氧化钾取代了部分氧化钠，并增加了二氧化硅的含量。钾玻璃通常是以石英砂、长石、碳酸钾和石灰石为主要原料制得的。

氯化钾作为常规的钾补充剂，用来治疗低血钾症。如果患者的钾缺乏与高氯血症或代谢性酸中毒有关，那么应该用碳酸氢钾、柠檬酸钾、乙酸钾或葡萄糖酸钾来替代氯化钾。

钾盐还可用于航空汽油及铜、铁、铝合金的热处理。溴化钾是摄影行业里显影剂的主要材料。钾盐镁矾和无水钾镁矾可以作为提取镁化合物的原料。

钾分布在所有组织中，它是细胞内的主要阳离子，参与许多酶反应，包括神经传导、肌肉收缩和糖代谢。人体血钾浓度超过7mmol/L会中毒，中毒症状首先是恶心、呕吐和腹泻，进而发展成腹痛，最终导致瘫痪性肠梗阻。过量口服钾盐后可能会出现胃肠穿孔。氯化钾中毒可能会危及生命，可能口服致死量为0.5-5g/kg。人体大量摄入钾盐会引起呕吐，因此一般不会出现急性中毒。

眼睛进入钾盐，在确认没有或者已经取出隐形眼睛的前提下，应当用大量清水或生理盐水冲洗20-30分钟，然后送医。皮肤接触高浓度钾盐可以先除去受污染的衣物，然后用清水浸泡相应区域，并及时送医。吸入钾盐可快速离开受污染区域，深呼吸新鲜空气；如果出现中毒症状（如喘息、咳嗽、呼吸困难以及口腔、喉咙、胸部有灼热感等），应立即送医。摄入过量钾盐切勿引吐，如果患者清醒可给予1-2杯水，然后送医；如果患者抽搐甚至昏迷，则应在保证呼吸畅通的情况下及时送医。

钾盐按照赋存状态可分为固体矿和卤水矿，世界钾盐产能的94%来自于地下矿床的固体矿物，其余6%主要是靠蒸发含钾卤水获得。钾盐矿的开采可分为固体开采法、溶液开采法和卤水回收法三种。固体开采法是最早的钾盐开采法，适合于开采埋深不超过 1300m，矿体厚度大的矿床。其一次回采率为40-50%，二次回采率可达到 80-90%。固体开采法受地质条件影响较大，因为钾盐易溶于水，所以一旦有外部的水进入坑道，就有溶解盐类，甚至破坏整个矿坑的危险。为了防止水患，钾盐的固体开采要在地下一定深度进行，钻探空要尽可能少，且要封严，坑道中必须保持干燥。由于盐类可塑性较大，坑道顶板和两壁抗压能力有限，理论上钾盐矿坑最大深度不能超过1080米，不过矿坑最大深度也要根据实际情况来定，例如加拿大有的矿坑最大深度为1200米。溶液开采法适于开采埋藏较深的矿床，根该法利用盐体系化学相平衡的原理和溶液的流动，选择性地把氯化钾从矿床中浸取出来。此法的优点是建设费用低和不用剥离矿体的复盖物。卤水回收法是一种从天然卤水中回收钾盐的方法，把卤水抽到盐田进行蒸发，得到粗钾盐。有些半干涸的盐湖，可用开沟渠的方法，让卤水通过土壤渗流到沟内，然后抽到盐田晒盐。

以水溶性固体钾盐矿为原料加工生产钾盐产品的方法，主要有溶解结晶法和机械富集法两种。前者的原理是利用不同可溶性盐类矿物在不同温度下溶解度的差异，而进行矿物分离；后者则是利用钾盐及其伴生矿物的成分、表面性质、密度和电磁等物理性能差异进行矿物分离，包括浮选法、重介质选矿法、静电选矿法等 ，但以浮选法(包括正浮选与反浮选)最常见。钾盐矿的选矿方式取决于钾盐矿石的类型，常见的钾盐矿类型有：钾石盐型、光卤石型、硫酸盐型和混合盐型四类。钾石盐型矿石主要来源为地下固体钾盐矿床，富钾矿物主要是钾石盐，有时有光卤石，主要伴生矿物为石盐。这种类型矿石的溶解度较高，选矿方法主要有浮选法、热溶法、冷分解法以及冷(热)溶-浮选联合法等。工艺流程见下图。

钾石盐型钾盐选矿工艺简图

光卤石型矿石在现代盐湖中最常见，典型代表有地中海东部的死海、中国青海柴达木盆地等。这些地区大多采用盐湖卤水盐田滩晒工艺，大致流程为：卤水开采一盐田蒸发滩晒一析出光卤石一光卤石采输一加工厂生产出钾盐。

由卤水制取氯化钾的工艺流程示意图

硫酸盐型钾盐大多存在于硫酸盐型盐湖中，中国新疆罗布泊钾盐矿床是这一类型的典型代表，其盐类矿物组成复杂，以硫酸盐类为主，主要矿物有钙芒硝、石盐、石膏、杂卤石、白钠镁矶、泻利盐等。人们在生产过程中通过控制卤水成分，使钾分别以钾盐镁矾混盐和光卤石矿物集中析出。然后再将钾盐镁矾转化为软钾镁矾；光卤石矿通过冷分解浮选工艺得到氯化钾，经过复分解反应生产出硫酸钾产品。如果盐湖中卤水成分复杂，那么卤水蒸发产生的钾盐多为混合型钾盐矿。这类矿的精制要根据成分的不同来确定最佳方法。例如有的制造商利用“石盐+泻利盐+氯化钾”和“石盐 +泻利盐 +光卤石”析盐段的钾混盐生产硫酸钾镁肥。有的制造商则是采取卤水开采—盐田摊晒钾混盐—盐田钾混盐采收—加工厂浮选生产硫酸钾的工艺来提前钾盐。

盐湖钾盐矿床除钾之外，锂、镁、硼、钠、铷[rú]、铯[sè]、溴等矿种，所以，综合开发利用较为合理。一些矿山已经一次性综合回收，不浪费资源。 例如，以色列和约旦的钾盐企业利用死海卤水资源和当地干燥的气候条件，采用摊晒法制备光卤石，进而制取氯化钾；同时利用吹气法将摊晒光卤石母液中的溴素吹出；制溴母液还可以进一步提取镁元素。

死海卤水综合利用工艺示意图

中国青海察尔汗盐湖卤水也属于氯化物型卤水。有公司采用正浮选、反浮选、对卤法和热溶等多种工艺充分萃取回收卤水中的钾；采用吸附法从高镁低盐湖尾卤中提取锂，制备碳酸锂；以盐湖水提后排出液（富含MgCl）为原料，经过脱水电解生产金属镁，并利用电解镁过程中副产的氯气生产 PVC。

自然界已知的含钾矿物有120种左右，可溶性的含钾矿物仅有20来种。可溶的天然含钾矿物包括钾石岩、钾盐镁矾、光卤石、无水钾镁矾、钾芒硝、钾石膏等。不可溶的天然含钾矿物,主要包括钾长石、微斜长石、白云母、明矾石、霞石、杂卤石、含钾砂岩、绿豆岩和黑云母等。

钾长石是一种含钾的铝硅酸盐矿物，其化学组成为KA1Si₃O₈。钾长石通常与其他硅酸盐矿物共生，其组成与理论值差距很大，一般使用的钾长石的氧化钾含量在10%左右，纯度越高氧化钾含量越大，纯钾长石中氧化钾含量可达16.9%。白云母是广泛分布的造岩矿物，无色透明或因略带杂质而呈淡灰、浅绿等色，具有玻璃光泽，解理面呈珍珠光泽，具有良好的电绝缘性。其化学组成中K₂O含量为11.8%。白云母属单斜晶系，晶体呈通常呈假六方板状或短柱状，集合体呈片状或鳞片状。霞石又称脂光石，无色、白色、灰色或略带浅黄、浅绿等色调，透明或半透明，具有玻璃光泽，断口呈油脂光泽。霞石属六方晶系，六方单锥晶类，集合体呈粒状或致密块状。霞石是陶瓷和玻璃工业的原料，其化学组成中K₂O含量占5%-6%。

在盐矿资源开发利用中所引起的生态环境问题主要有：盐矿开采引起的地表沉陷对生态环境的直接破坏；在开采过程中排放的废气、废水、废料及生产过程中的噪声对生态环境的影响；部分地区乱采滥挖，采富弃贫现象非常严重，这严重破坏了盐矿资源的整体可采性，降低了资源利用率。