一、概述
含钾岩石是我国经济地质上特有的矿产资源概念，系指钾为有价组分，含K2O较高的各种难溶性硅铝酸盐岩类，如含钾砂岩、页岩、粘土岩、海绿石砂岩、明矾石、绿豆岩、霞石、钾长岩等。地壳上含钾资源基本可分为三类：①可溶性钾盐矿。主要是氯化物、硫酸盐和它们的复盐，还有少量硝酸盐。它们都能溶于水，如钾石盐、光卤石、钾盐镁矾以及它们的混合矿。②海水和盐湖卤水。③不（难）溶性含钾矿物和岩石。前两类，在农业上可直接用于生产被作物吸收的钾肥，而不溶性含钾矿物和岩石中的钾则不能直接被作物吸收，必须进行物理或化学处理，使钾元素活化转换，制成钾肥利于作物吸收，即把岩石（或矿物）中的不溶无效钾转化为可溶有效钾。我国是一个农业大国，钾肥资源十分短缺，每年都要进口相当数量的钾肥。而我国钾盐矿资源仅在青海、云南等地有分布，远远满足不了农业需要。因此，研究与开发我国资源丰富的含钾岩石和矿物，就成为了缓解钾肥资源不足的有效途径。
二、一般工业要求
含钾岩石制取钾肥目前尚无正式的工业指标，选取几个生产厂家实例供参考：
1.北京琉璃河水泥厂，生产硫酸钾、碳酸钾、硅铝酸钾等钾肥，原料为元古宇含钾页岩。对矿石要求如下。
K2O＞9%,Na2O＜1%,MgO＜2%,Al2O3为15%左右，SiO2＜70%。
2.江苏丰县水泥厂，生产钾肥，原料为石炭二叠系含钾砂岩、页岩。对矿石要求如下。
K2O：平均品位为13.39%，边界品位7%，贫矿7%～11%；富矿＞11%；Al2O3:17.67%；SiO2:56%～57%
3.钾长石制取钾肥参考工业要求
K2O＞9%,MgO+CaO＜2%,Na2O＜3%
三、技术方法与工艺流程
利用不溶性含钾岩石制造钾肥，一直是世界上非常重视的研究课题。国外（尤其是原苏联）于五六十年代已有成功经验并引入我国。我国开展此项研究工作也已有几十年的历史，取得了一定的成果与效益。目前世界各国所研究应用的生产方法有多种，但均存在着工艺流程长、尾矿残渣多、产品质量低和经济成本高等缺点。而我国90年代以来，在研究和应用方面取得了重大突破，如河南、湖南、福建、上海、山西、云南等省的有关科研院所（中心）都有关于利用含钾岩石生产农用钾肥新技术、新方法成果应用报道，农田试验效果良好，已有不少厂家批量生产应用。
在含钾岩石中，钾通常以离子形式存在于铝硅酸盐矿物的晶格中，在自然环境下很难游离出来。利用不溶性钾矿制取钾肥的基本原理就是利用各种方法，破坏铝硅酸盐矿物结构，使钾离子释放出来，变成可被植物吸收的可溶性钾盐。其提取工艺很多，从原理上大致可分为直接破碎法、高温煅烧法和湿化学法三类。
1.直接破碎法
即把富钾岩石直接进行粉碎加工，施撒于农田之中，或简单拌和有机肥、添加剂、钾菌肥堆沤后施撒于农田之中。此种方法成本低，生产工艺简单，能有效提高土壤供钾潜力。不足之处：资源仅限于富钾云母类矿物或岩石，如黑云母、白云母、伊利石、海绿石等，并且易造成土壤局部沙化，肥效也较缓慢。国外挪威、原苏联和我国江西铅山、中国科学院贵阳地球化学研究所等有农田试验成果报道。
2.高温煅烧法
该法是最常用的提钾方法。其原理是把钾矿石与其他配料在高温（1100～1500℃）条件下焙烧，配料分解产物与铝硅酸盐矿物发生反应，使其结构破坏，钾元素与其他元素形成可溶性钾盐，达到提钾的目的。由于矿物种类、配料、焙烧设备不同，其工艺流程也大不相同，通常有立窑法、高炉法、电炉法和水泥窑法几种常用工艺。
（1）立窑法提钾 立窑法提取钾肥多采用“二磨一烧”的工艺流程，即原料混合球磨→煅烧→熟料球磨→钾肥产品。把石灰石、白云石、石膏、矿石、煤按一定的比例混合，破碎至80～100目，加水成球，在1100～1500℃入窑煅烧。其煅烧温度和时间随配料不同而异。熟料球磨后即为钾钙肥。若生料中加入磷矿石，可得钾钙磷肥。此法提钾成本低，但肥效也低，并且多为缓效钾肥。
（2）高炉法提钾 高炉法提钾所采用的设备是矮型炼铁高炉。钾矿石、石灰石、白云石、焦炭按一定比例混合，碱度控制在1:1左右，加一定量的萤石作为挥发剂，破碎至30～50mm，入炉冶炼。在高温条件下，部分钾以K2O的形式随烟气挥发出来，采用收尘设备捕集，经水浸过滤提纯后可得高纯K2CO3和K2SO4。原料中铁硅还原，形成硅铁合金流于炉底，定期排放，铸成钢锭。中部炉渣排放时水淬，其中钾以铝酸钾和硅酸钾的形式存在，经过细磨、水浸、高炉气（CO2）碳酸化，可得K2CO3和Al2O3，滤渣为硅酸钙矿渣，可作为水泥原料。此法综合利用了钾矿石中K、Si、Al三元素，经济效益明显提高。
国内在这方面研究的较多，经验也很丰富。山西闻喜县钾肥试验厂经过多年的摸索取得了成功的经验。他们采用当地的钾长石（K2O含量为12%）为原料进行高炉提钾，结果表明，K2O的挥发率为71.65%，回收率为93.53%，布袋收尘含K2O45%左右，每产1t的K2O，可得白水泥28.9t。技术成熟，效益显著。
（3）电炉法提钾 电炉法提钾主要用于霞石的综合利用。云南个旧化学工业公司用20kVA单相石墨电极电炉冶炼霞石，在还原冶炼硅铁合金的同时，从烟气中回收钾盐。铝与石灰石形成铝氧熟料。每生产1t钾盐产品，可得1t硅铁合金和6.5t的Al2O3，霞石利用率为90%以上。原苏联采用此法冶炼霞石已达到工业化生产，在生产铝原料的同时还生产钾肥。
（4）水泥窑法提钾 原理同高炉法提钾相似，其方法是在水泥生料中加入4%～15%的钾矿石，部分或全部代替粘土，使生料中K2O的含量在2%左右，并加入0.8%～1%的萤石作为促进剂，按正常程序进行回转窑煅烧，在窑口安装收尘装置，捕集窑灰钾。熟料中K2O含量控制在1.1%以下，即可得到高硅水泥。此法优点在于对水泥生产线无须做大的调整，只要增加二级收尘系统就可达到95%以上的收尘率，窑灰钾中K2O大于25%，生产的钾肥（KCl、K2SO4）纯度高，水泥质量也明显提高。
在水泥生产过程中提钾的工艺早已为各国所重视。澳大利亚、芬兰、印度、日本等国都利用钾长石或其他钾矿石做水泥配料，其用量相当大。北京琉璃河水泥厂用河北蓟县长城系含钾页岩代替粘土作水泥配料，每生产10t水泥可回收1t窑灰钾。其主要成分为K2SO4、K2CO3和硅酸钾，折合成KCl为25%。陕西长安县水泥厂使用户县太平口的钾长石化混合花岗岩作配料，不仅生产出高质量的白水泥，而且生产出很好的窑灰钾肥。
（5）食盐氯化焙烧法提钾 采用的设备是冶炼高炉，以食盐为配料，冶炼温度高达1900℃，工艺流程为“二磨一烧”。熟料球磨、水浸、过滤、提纯后可得高纯度的KCl产品。其缺点是成本高，设备腐蚀严重，尾渣多。江苏丰县钾肥厂采用此法冶炼含钾砂岩，原料配比为：钾矿石57t，食盐1.2t，煤0.7t，生产KCl产品纯度高达97%～98%。
3.湿化学法
湿化学法提钾的原理是采用酸碱等化学试剂在溶液中分解钾矿石，达到钾离子溶离出来的目的。其特点是反应温度低，能耗少。主要有酸法、碱法和生物化学法三类。湿化学法提钾目前还主要处于探索阶段，大多为实验室产品，主要原因是工艺流程复杂，所加化学试剂较多，产品成本价格高，并且对环境有一定污染。
4.新方法、新产品介绍与开发前景
20世纪90年代，河南省地质科学研究所在总结前人研究开发不溶性钾矿生产农用钾肥工艺基础之上，经过多年试验研究，采用新的方法和流程，成功研究开发出“热化学转化法”生产钾镁肥技术。经过省内外多年农田肥效试验，效果显著，已成功在我省方城、光山、正阳、漯河、宜阳等县市建成生产厂家多个，产品远销东北、山东及我省各地，并出口日本。
在自然条件下，岩石或土壤中的含钾矿物经风化分解，可以缓慢地释放出能被植物吸收的钾元素。但这个过程进行的非常缓慢，需千百万年。而农业生产的时间相对于矿物风化来说则很短，一个季节或植物发育的一个周期仅几个月或十几个月，难以充分利用到含钾岩石中的钾元素。采用人工模拟方法，模拟自然条件下含钾矿物释放钾元素的最佳环境条件，加入适当的催化剂，对其进行预处理和加工，通过激发活化的方式，在可利用的时间内，使含钾岩石中的钾元素释放出来，被当季作物吸收，此方法称之为热化学转化法，即通过加入特制的钾镁肥转化助剂和辅助材料，使含钾岩石中的铝硅酸盐矿物结构发生转化，把含钾岩石中的结构钾（无效钾）转化成能被植物吸收的有效钾。含钾岩石、含镁的辅料，以及转化助剂一起反应形成一种含有效钾、镁、硅、铁、锰等多种营养元素的无机无氯络合态肥料――矿质钾镁肥。
矿质钾镁肥生产技术工艺简便，所需设备均为常规标准设备，现有的钙镁磷肥厂或钢铁厂可直接转产钾镁肥，投资成本低。生产工艺流程简化为：
河南省非金属矿产开发利用指南
由不溶性钾矿采用热化学转化法生产出的矿质钾镁肥是一种以钾元素为主的多元素复合肥，成品为灰色或灰黑色粉末，具有不吸潮、不腐蚀、不挥发、无毒和不易流失的特性，产品中有益元素含量：有效钾8%～11%，有效镁8%～10%，有效铁1.5%～3%，有效锰0.3%～0.6%，有效锌0.2%～0.5%；另外还含有20%左右的有效硅，与目前市场上的硅肥的有效硅含量基本相等。经过1994年以来连续大面积的农田肥效试验、示范和推广，施用钾镁肥不仅可显著地提高农作物的产量和改善作物的品质，而且作为矿物肥料，它也是一种优质的土壤改良剂，可改善长期施用化肥所造成的土壤板结等。经有关部门施用钾镁肥结果统计，亩施40～50kg钾镁肥，可使小麦增产6.14%～16.9%，玉米增产9.21%～15.84%，水稻增产12.39%～25.22%，花生增产9.1%～24%，烟叶增产5.2%～6.84%，上等烟比例提高8.8%。施用钾镁肥后这些作物抗逆抗病虫害能力增强，作物品质提高，如小麦、水稻等干物质积累多，烟叶中氧化钾含量最高的可达2.31%，已与云烟持平。因此，钾镁肥的生产，为农业系统开展的“补钾工程”提供了物质保证，使我省农业生产中肥料供应结构失调得以纠正，缓解了钾肥紧缺，为农业生产提供钾肥，促进农业生产向一优双高方向发展。该项成果，使我国首次实现了由不溶性钾矿直接生产农用肥的工业化生产，钾镁肥生产技术1997年被列为国家科委的星火推广项目，1998年又被列入国家重大科技成果产业化示范项目。
四、资源概况
我国不溶性钾矿资源丰富，种类繁多。目前已知含钾矿物主要有钾长石、白榴石、黑云母、明矾石、海绿石、伊利石等；主要含钾岩石有含钾页岩、水云母粘土岩、各类钾质火山岩与侵入岩等。这些不溶性钾矿资源几乎遍布全国各个省、市、自治区。据1980年统计资源表明，全国已上表储量共计27亿t，主要产地有河北、山西、北京、辽宁、江苏、河南、湖北、贵州、四川、云南等地。近年来又在陕西、宁夏、福建等地有新的发现。在黔东万山铜仁一带就达十几亿t，云南近30亿t。据不完全统计，全国不溶性钾矿资源约有近百亿t。
河南省不溶性钾矿（含钾岩石）资源丰富，主要集中于豫西、豫南地区。有些矿区曾进行过地质勘探工作，并探求了一定的矿石量，截至1999年底，全省探明上表钾矿（主要指含钾砂页岩）资源量共1.797亿t，但由于未被利用，至今多数仍属呆矿。随着科技水平的提高和材料工业的发展，近年又相继发现了一批可供利用的矿床，但仍主要用于玻璃、陶瓷、磨料、建材等行业。
我省含钾岩石种类较多，但主要可归属为两大类型：①沉积岩型：主要为长石碎屑岩（含钾砂岩、紫红色砂岩、海绿石砂岩）和含钾粘土岩。此类矿在中、新元古界、寒武系、白垩系中均可找到，已发现的新矿床有些已经开发利用，如泌阳、确山等地。②火成岩型：包括正长岩、钾长花岗岩、钾长伟晶岩、钾长石脉和巨斑状钾长花岗岩。其中沉积岩型规模较大，矿体长度可达数百米，并呈群体产出，但矿石品位（K2O含量）较低；而火成岩型规模较小，但矿石品位较高，可作为制造钾镁肥的主要矿物原料。各类型含钾矿石的主要成分和质量见表3-30-1。
表3-30-1 河南省含钾岩石成分简表
上述沉积岩型钾矿，在豫南泌阳、方城、确山一带和豫北林县地区都有很大储量，并经过正规的地质工作，是开发利用钾矿很有前景的地区；火成岩型的各类钾矿，在桐柏、方城、南召、鲁山、嵩县、卢氏、登封等地均有不同规模的产出，应在查清资源的基础上，加快开发利用。