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鉀鹽
來源:互聯網

鉀鹽(Sylvite),是指天然含鉀礦物。包括鉀石巖、鉀鹽鎂礬光鹵石、硫酸鎂石、無水鉀鎂礬鉀芒硝、鉀石膏雜鹵石氯化鉀等。鉀鹽主要成分為KCl,其中鉀含量為52.5%,氯含量為47.5%。常含微量Br、Rb、Cs等元素。鉀鹽純凈時為無色透明晶體,通常狀態下為透明或半透明晶體,如果混入氧化鐵則呈現橘紅色,條痕為白色。鉀鹽具有玻璃光澤,其密度為2.0g/cm3,折射率1.49,莫氏硬度為1.5-2,性脆。鉀鹽易溶于水,味道苦咸且澀,火焰為紫色,差熱分析在700-800℃之間有一個特征吸熱谷。鉀鹽為立方晶系,集合體通常為粒狀或致密粒狀,以皮殼狀、塊狀或粒狀。

鉀鹽是蒸發巖礦床的一種,世界上許多重要的鉀鹽礦床被認為是在極度干燥的條件下由海水蒸發濃縮沉積而成的。世界鉀礦資源較為豐富,分布不平衡。而中國的鉀鹽礦資源嚴重缺乏,資源形勢嚴峻。世界上鉀鹽儲量最多的國家是加拿大,其次是俄羅斯白俄羅斯和巴西,上述四國儲量占全世界總量的92.04%。

鉀鹽礦主要用于制造工業用鉀化合物和鉀肥,全世界95%的鉀鹽用于鉀肥,其余部分用于其他工業部門。鉀肥是農業三大肥料之一,鉀肥的種類主要有氯化鉀硫酸鉀和含鉀復合肥。在化學工業中鉀鹽可以用來制備氯化鉀、氫氧化鉀、硫酸鉀等多種含鉀無機化合物,這些無機物是化工、醫藥、玻璃制造、攝影等行業的重要原材料。

主要特征

化學組成

鉀鹽主要成分為KCl,其中鉀含量為52.5%,氯含量為47.5%。常含微量Br、Rb、Cs的類質同像混入物和氮氣二氧化碳氫氣甲烷氦氣以及石鹽包裹體等。

理化特性

鉀鹽純凈時為無色透明晶體,通常狀態下為透明或半透明晶體,如果混入氧化鐵則呈現橘紅色,條痕為白色。鉀鹽具有玻璃光澤,其密度為2.0g/cm3,折射率1.49,莫氏硬度為1.5-2,性脆。鉀鹽易溶于水,味道苦咸且澀,火焰為紫色。差熱分析在700-800℃之間有一個特征吸熱谷。

結構特征

鉀鹽為立方晶系,氯離子作立方最緊密堆積,鉀離子位于八面體空隙中,配位數為6。鉀鹽的晶體常呈立方體,偶爾呈八面體,集合體通常為粒狀或致密粒狀,以皮殼狀、塊狀或粒狀。

發現歷史及名稱來源

1823年人們在維蘇威火山熔巖上首次發現了鉀鹽。鉀鹽的英文名稱Sylvite,是以一位荷蘭化學家、內科醫生(Fran?ois Sylvius de le Boe)的名字命名的。

形成原因

鉀鹽是蒸發巖礦床的一種,它通常作為伴生礦物與石膏硬石膏和厚層的石鹽一起出現。世界上許多重要的鉀鹽礦床被認為是在極度干燥的條件下由海水蒸發濃縮沉積而成的。陸相鹽類沉積區雖然也可以形成鉀鹽礦床,但其規模和經濟價值都比較小。形成鉀鹽的歷史地理條件有:大地構造,特定的持續干燥氣候和古地理環境。鉀鹽在自然界的形成條件比石鹽沉積要復雜得多。

海水是鉀鹽和其他鹽類礦產的重要來源。鉀鹽是在特定的、持續的、極度炎熱干旱的巖相古地理、古構造地質環境(成鹽盆地、裂谷、裂陷或山間坳陷)中,由海水或含鹽湖水及部分地殼深處含鹽溶液蒸發濃縮沉積-沉淀而形成的。當海水受蒸發濃縮時最先析出的是石膏,其次是石鹽七水硫酸鎂,當海水濃度在33-34%時析出鉀石鹽,濃度35%開始析出光鹵石,最后析出的是水氯鎂石。鉀鹽形成需要能夠使水體充份蒸發的持續干旱的氣候條件和封閉或半封閉的盆地,鉀鹽盆地遠小于石鹽盆地,常位于石鹽盆地的一側或中間。地球斷裂構造有利于鹽盆地的形成,例如上萊茵地塹和普里皮亞季盆地的鉀鹽分布就與斷裂構造有關。

分布情況

世界鉀礦資源較為豐富,分布不平衡。而中國的鉀鹽礦資源嚴重缺乏,資源形勢嚴峻。全世界鉀鹽資源已探明儲量為2144.7億噸,已探明的地質儲量超過220.6億噸K2O,其中絕大部分是地下固體鉀鹽礦床,少部分為含鉀鹵水礦床

世界鉀鹽礦資源分布不平衡,主要分布在北半球,目前已發現的 33 個世界級鉀鹽盆地和大型礦床多數在北緯 30°~60°之間,只有一少部分在南半球。按探明儲量排序,加拿大位列第一,占世界總儲量的46.28%,俄羅斯排第二,占 34.71%,白俄羅斯排名第三,占 7.89%,巴西排名第四,占3.16%。上述四國合計占世界總儲量的 92.04%。其余已知儲量主要分布在中國、德國、美國、巴西、以色列約旦西班牙泰國老撾等國。

中國的鉀鹽礦床有39處,其中大型礦床有6處,分布在青海省、新疆、西藏自治區甘肅省山東省四川省云南省等省份。截至2018年底,中國查明鉀礦區50處,查明資源儲量(氯化鉀)為10.16×108噸,發現鉀鹽礦產地120處,其中羅布泊鉀鹽礦床1處、大型鉀鹽礦床8處、中型14處、小型21處,礦點49處、礦化點27處,其中青海鉀鹽礦數量最多。中國鉀鹽礦分布有三大特點:第一是鉀鹽資源短缺且分布不均勻,已探明儲量僅占世界總量的1.6%,主要分布在青海柴達木盆地和新疆羅布泊鹽湖;第二是鉀鹽礦資源以膽巴鉀礦為主,固體鉀礦少;礦床以第四紀現代鹽湖型為主,第四紀以前的很少且規模小。云南省思茅地區勐野井鉀石鹽礦,是中國于1963年發現的第一個陸相古代固體鉀鹽礦床。

應用領域

農業生產

鉀礦主要用于制造工業用鉀化合物和鉀肥,全世界95%的鉀鹽用于鉀肥,其余部分用于其他工業部門。鉀是農業生產的三大營養元素之一,鉀肥是農業三大肥料之一,它的主要作用是平衡氮、磷和其他營養元素,調節植物的官能作用,從而實現發展根系,強壯枝干,提高抗旱和抗寒能力,充實果實,改善作物的質量,提高作物產量的目的。鉀肥的種類主要有氯化鉀硫酸鉀和含鉀復合肥。

工業領域

化學工業

在化學工業中由鉀鹽制備的化學產品主要有氯化鉀、氫氧化鉀、硫酸鉀、碳酸鉀硝酸鉀高錳酸鉀重鉻酸鉀溴化鉀碘化鉀等。他們的用途主要是用來制造火柴、焰火、黑火藥、醫藥、農藥、紡織、燃料、制革、印刷、玻璃、陶瓷、電池等產品。氯化鉀、碳酸鉀、溴化鉀等含鉀無機化合物是有機化工重要的原料和催化劑。

玻璃工業

碳酸鉀是制造鉀玻璃的主要原料之一。鉀玻璃又稱“鉀鈣玻璃”,俗稱硬玻璃。鉀玻璃與一般玻璃的區別是其組成成分中氧化鉀取代了部分氧化鈉,并增加了二氧化硅的含量。鉀玻璃通常是以石英砂長石碳酸鉀碳酸鈣為主要原料制得的。

醫藥及其他

氯化鉀作為常規的鉀補充劑,用來治療低鉀血癥。如果患者的鉀缺乏與高氯血癥或代謝性酸中毒有關,那么應該用碳酸氫鉀檸檬酸鉀、乙酸鉀或葡萄糖酸鉀來替代氯化鉀。

其他

鉀鹽還可用于航空汽油及銅、鐵、鋁合金的熱處理。溴化鉀是攝影行業里顯影劑的主要材料。鉀鹽鎂礬無水鉀鎂礬可以作為提取鎂化合物的原料。

毒性及急救措施

毒性

鉀分布在所有組織中,它是細胞內的主要陽離子,參與許多酶反應,包括神經傳導、肌肉收縮糖代謝。人體血鉀濃度超過7mmol/L會中毒,中毒癥狀首先是惡心、嘔吐和腹瀉,進而發展成腹痛,最終導致癱瘓性腸梗阻。過量口服鉀鹽后可能會出現胃腸穿孔。氯化鉀中毒可能會危及生命,可能口服致死量為0.5-5g/kg。人體大量攝入鉀鹽會引起嘔吐,因此一般不會出現急性中毒。

急救措施

眼睛進入鉀鹽,在確認沒有或者已經取出隱形眼睛的前提下,應當用大量清水或生理鹽水沖洗20-30分鐘,然后送醫。皮膚接觸高濃度鉀鹽可以先除去受污染的衣物,然后用清水浸泡相應區域,并及時送醫。吸入鉀鹽可快速離開受污染區域,深呼吸新鮮空氣;如果出現中毒癥狀(如喘息、咳嗽、呼吸困難以及口腔、喉嚨、胸部有灼熱感等),應立即送醫。攝入過量鉀鹽切勿引吐,如果患者清醒可給予1-2杯水,然后送醫;如果患者抽搐甚至昏迷,則應在保證呼吸暢通的情況下及時送醫。

礦物開采與精制

鉀鹽礦開采

鉀鹽按照賦存狀態可分為固體礦和鹵水礦,世界鉀鹽產能的94%來自于地下礦床的固體礦物,其余6%主要是靠蒸發含鉀鹵水獲得。鉀礦的開采可分為固體開采法、溶液開采法和鹵水回收法三種。

固體開采法是最早的鉀鹽開采法,適合于開采埋深不超過 1300m,礦體厚度大的礦床。其一次回采率為40-50%,二次回采率可達到 80-90%。固體開采法受地質條件影響較大,因為鉀鹽易溶于水,所以一旦有外部的水進入坑道,就有溶解鹽類,甚至破壞整個礦坑的危險。為了防止水患,鉀鹽的固體開采要在地下一定深度進行,鉆探空要盡可能少,且要封嚴,坑道中必須保持干燥。由于鹽類可塑性較大,坑道頂板和兩壁抗壓能力有限,理論上鉀鹽礦坑最大深度不能超過1080米,不過礦坑最大深度也要根據實際情況來定,例如加拿大有的礦坑最大深度為1200米。

溶液開采法適于開采埋藏較深的礦床,根該法利用鹽體系化學相平衡的原理和溶液的流動,選擇性地把氯化鉀從礦床中浸取出來。此法的優點是建設費用低和不用剝離礦體的復蓋物。

鹵水回收法是一種從天然鹵水中回收鉀鹽的方法,把鹵水抽到鹽田進行蒸發,得到粗鉀鹽。有些半干涸的鹽湖,可用開溝渠的方法,讓鹵水通過土壤滲流到溝內,然后抽到鹽田曬鹽。

鉀鹽的精制

以水溶性固體鉀礦為原料加工生產鉀鹽產品的方法,主要有溶解結晶法和機械富集法兩種。前者的原理是利用不同可溶性鹽類礦物在不同溫度下溶解度的差異,而進行礦物分離;后者則是利用鉀鹽及其伴生礦物的成分、表面性質、密度和電磁等物理性能差異進行礦物分離,包括浮選法、重介質選礦法、靜電選礦法等 ,但以浮選法(包括正浮選與反浮選)最常見。鉀鹽礦的選礦方式取決于鉀鹽礦石的類型,常見的鉀鹽礦類型有:鉀石鹽型、光鹵石型、硫酸鹽型和混合鹽型四類。

石鹽型礦石主要來源為地下固體鉀鹽礦床,富鉀礦物主要是鉀石鹽,有時有光鹵石,主要伴生礦物為石鹽。這種類型礦石的溶解度較高,選礦方法主要有浮選法、熱溶法、冷分解法以及冷(熱)溶-浮選聯合法等。工藝流程見下圖。

光鹵石型礦石在現代鹽湖中最常見,典型代表有地中海東部的死海、中國青海柴達木盆地等。這些地區大多采用鹽湖鹵水鹽田灘曬工藝,大致流程為:鹵水開采一鹽田蒸發灘曬一析出光鹵石一光鹵石采輸一加工廠生產出鉀鹽。

硫酸鹽型鉀鹽大多存在于硫酸鹽型鹽湖中,中國新疆羅布泊鉀鹽礦床是這一類型的典型代表,其鹽類礦物組成復雜,以硫酸鹽類為主,主要礦物有鈣芒硝石鹽石膏雜鹵石、白鈉鎂磯、七水硫酸鎂等。人們在生產過程中通過控制鹵水成分,使鉀分別以鉀鹽鎂礬混鹽和光鹵石礦物集中析出。然后再將鉀鹽鎂礬轉化為軟鉀鎂礬;光鹵石礦通過冷分解浮選工藝得到氯化鉀,經過復分解反應生產出硫酸鉀產品。

如果鹽湖中鹵水成分復雜,那么鹵水蒸發產生的鉀鹽多為混合型鉀鹽礦。這類礦的精制要根據成分的不同來確定最佳方法。例如有的制造商利用“石鹽+瀉利鹽+氯化鉀”和“石鹽 +瀉利鹽 +光鹵石”析鹽段的鉀混鹽生產硫酸鉀鎂肥。有的制造商則是采取鹵水開采—鹽田攤曬鉀混鹽—鹽田鉀混鹽采收—加工廠浮選生產硫酸鉀的工藝來提前鉀鹽。

鉀鹽伴生資源的綜合利用

鹽湖鉀鹽礦床除鉀之外,鋰、鎂、硼、鈉、、、溴等礦種,所以,綜合開發利用較為合理。一些礦山已經一次性綜合回收,不浪費資源。 例如,以色列約旦的鉀鹽企業利用死海膽巴資源和當地干燥的氣候條件,采用攤曬法制備光鹵石,進而制取氯化鉀;同時利用吹氣法將攤曬光鹵石母液中的吹出;制溴母液還可以進一步提取

中國察爾汗鹽湖鹵水也屬于氯化物型鹵水。有公司采用正浮選、反浮選、對鹵法和熱溶等多種工藝充分萃取回收鹵水中的鉀;采用吸附法從高鎂低鹽湖尾鹵中提取鋰,制備碳酸鋰;以鹽湖水提后排出液(富含MgCl)為原料,經過脫水電解生產金屬鎂,并利用電解鎂過程中副產的生產 聚氯乙稀。

天然含鉀礦物簡介

自然界已知的含鉀礦物有120種左右,可溶性的含鉀礦物僅有20來種。可溶的天然含鉀礦物包括鉀石巖、鉀鹽鎂礬光鹵石無水鉀鎂礬、鉀芒硝、鉀石膏等。不可溶的天然含鉀礦物,主要包括正長石微斜長石白云母明礬石霞石雜鹵石、含鉀砂巖、綠豆巖和黑云母等。

常見不可溶含鉀礦物

鉀長石是一種含鉀的鋁硅酸鹽礦物,其化學組成為KA1Si3O8。鉀長石通常與其他硅酸鹽礦物共生,其組成與理論值差距很大,一般使用的鉀長石的氧化鉀含量在10%左右,純度越高氧化鉀含量越大,純鉀長石中氧化鉀含量可達16.9%。

白云母是廣泛分布的造巖礦物,無色透明或因略帶雜質而呈淡灰、淺綠等色,具有玻璃光澤,解理面呈珍珠光澤,具有良好的電絕緣性。其化學組成中K2O含量為11.8%。白云母單斜晶系晶體呈通常呈假六方板狀或短柱狀,集合體呈片狀或鱗片狀。

霞石又稱脂光石,無色、白色、灰色或略帶淺黃、淺綠等色調,透明或半透明,具有玻璃光澤,斷口呈油脂光澤。霞石屬六方晶系,六方單錐晶類,集合體呈粒狀或致密塊狀。霞石是陶瓷和玻璃工業的原料,其化學組成中K2O含量占5%-6%。

環境影響

在鹽礦資源開發利用中所引起的生態環境問題主要有:鹽礦開采引起的地表沉陷對生態環境的直接破壞;在開采過程中排放的廢氣、廢水、廢料及生產過程中的噪聲對生態環境的影響;部分地區亂采濫挖,采富棄貧現象非常嚴重,這嚴重破壞了鹽礦資源的整體可采性,降低了資源利用率。

參考資料 >

sylvite.minerals.2023-08-28

鹽,也可以這樣好看?!.今日頭條.2024-12-11

sylvite.britannica.2023-09-06

中國鉀鹽礦資源家底基本摸清.今日頭條.2024-12-11

Potassium Chloride | KCl | CID 4873 - PubChem.pubchem.2023-09-14

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