据美国地质调查局统计，截止2016年底，世界钾盐可回收矿石储量约为42.73亿t(以K₂O计)^[1]。但世界钾资源的分布极不均衡，主要分布在北美、欧洲、南美、中东和亚洲，其中加拿大、白俄罗斯、俄罗斯三国储量占世界总量的61.08%，且主要以地下固体钾盐为主^[2-3]。此外，这三国的钾盐资源是以固体钾石盐的矿床类型为主，KCl品位通常在10%~40%之间，品位高、易富集和加工，可用浮选法或溶解结晶法进行提取，也是全球钾盐的主要来源^[4-6]。

我国是钾资源紧缺的国家，截止2016年底，钾盐储量3.6亿t，占世界比例的8.42%，主要分布在青海柴达木盆地和新疆罗布泊盐湖，且以卤水钾矿资源为主^[7-8]。其中，青海柴达木盆地察尔汗盐湖主要以光卤石型的液体卤水矿床为主，KCl品位通常在15%左右，通常采用浮选法(包括正浮选和反浮选)和溶解结晶法提取；而新疆罗布泊盐湖为硫酸镁亚型盐湖卤水为主的液体卤水矿床，成分较为复杂，通常采取盐田工艺、浮选工艺和化工工艺进行提纯^[4-6]。

世界主要国家钾矿资源情况见表 1。

目前，含氯钾肥(氯化钾)一直是国内外应用最广泛的钾肥产品，占钾肥市场产品的85%~90%。但是，近年来，随着忌氯农作物(如烟草、西瓜、茶叶、柑桔、葡萄等)的迅速发展，无氯钾肥的需求量也越来越大。国内外的无氯钾肥主要为硫酸钾、硝酸钾、磷酸二氢钾、硫酸钾镁、窑灰钾肥、硅钾肥等，其中利用盐湖资源提取的主要为硫酸钾化肥^[9-11]。本文从国内外硫酸盐型卤水资源概况出发，主要介绍了国内外四大典型的硫酸盐型卤水(美国大盐湖、智利阿塔卡玛盐湖、新疆罗布泊盐湖以及青海的东(西)台吉乃尔盐湖)盐湖提钾的工艺及开发利用进展。

1 硫酸盐型盐湖卤水资源概况 1.1 国外典型硫酸盐型卤水资源

从地理分布来看，国外硫酸盐型盐湖开发最具典型的代表为美国的大盐湖和智利的阿塔卡玛盐湖。

美国大盐湖^[2-3]最早是在1776年被人们发现，位于美国犹他州的西部，是西半球最大的内陆湖，也是世界上的第四大终点湖，深10.7 m，面积4 400 km²。湖水的含盐量是普通海水的3~5倍，约含50亿t的钠、镁、钾元素的氯化物和硫酸盐矿物，还含有少量的钙、锂、溴、硼。该盐湖资源的开发利用工作开始于1967年。1967年，美国大盐湖矿物和化学制品公司开始在该湖的背部大规模修建盐田、建设工厂，并于1970年底开始运转。70年代后期，从盐田中生产高品位钾盐镁矾工艺研究成功，此后公司才获得了较好的经济效益。

南美洲的阿塔卡玛盐湖^[2-3]位于智利的北部地区，是一个结有干盐壳的干盐湖。湖区成盐面积1 400 km²。晶间卤水到地面0.6 m，是一个富含硼、锂等元素的硫酸盐型盐湖。湖面海拔高度为2 300 m，年降雨量为20~50 mm，淡水的相对蒸发量3 800 mm，全年温度波动在-1~35 ℃之间。有资料显示，在阿塔卡玛盐湖中心区各种元素的预估储量：钾5 800万t、镁3 050万t、锂450万t、硼290万t。

1.2 我国硫酸盐型卤水资源概况

我国盐湖数量多, 分布广, 类型全, 资源相对丰富。根据有关数据，全国有各种规模的盐湖1 000多个，盐湖面积约50 000 km²。从地理分布来看，西藏主要以碳酸盐-硫酸盐型为主，青海主要以硫酸镁-氯化物型为主，新疆主要以硫酸盐型和硝酸盐型为主，而内蒙主要以碳酸盐型为主。

笔者根据相关文献统计了我国硫酸盐型盐湖资源分布状况^[12-13]，结果见表 2。从表中可以看出：青海和新疆是我国硫酸盐型盐湖资源主要聚集地，其盐湖面积占我国盐湖总面积的55%，主要以硫酸镁亚型盐湖卤水形式存在，数量不多，但硫酸镁亚型盐湖面积却占了盐湖总面积的45%，资源量丰富。因此，从硫酸镁亚型卤水资源提取其中有用元素(钾、锂、镁、硼、溴等元素的主导产品)仍是今后的一个重要发展方向。我国硫酸盐型盐湖开发最具典型代表的为新疆罗布泊盐湖以及青海东(西)台吉乃尔盐湖。

2 硫酸盐型盐湖提钾工艺及研究进展

国外硫酸盐型盐湖开发最具典型的代表为美国的大盐湖和智利的阿塔卡玛盐湖，国内硫酸型盐湖开发成功的最具典型的代表为新疆的罗布泊盐湖和青海的东(西)台吉乃尔盐湖。下面就国内外这几种典型的硫酸盐型盐湖提钾工艺及研究进展作一个系统阐述。

2.1 美国大盐湖

美国大盐湖是典型的硫酸盐型盐湖，西半球最大的内陆湖，也是世界上第四大终点湖，美国大盐湖的卤水化学组分分析见表 3。美国大盐湖是分成南部和北部两个独立的部分。南部有两个公司生产日晒盐，其中一家生产镁盐；北部的卤水浓度高，适合于回收硫酸盐，特别是硫酸钾。

美国大盐湖提取硫酸钾生产工艺主要分为盐田部分、盐田混合盐化学加工部分和钾盐镁矾加工制取硫酸钾部分，其主要生产工艺流程见图 1。

2.1.1 盐田部分和盐田混合盐化学加工部分

首先，在一定的蒸发时间和卤水浓度下，以K⁺、Na⁺、Mg²⁺//Cl^-、SO₄^2- -H₂O五元水盐体系介稳相图为基础，来自大盐湖北部的盐田卤水与来自加工厂的硫酸钾溢流母液混合，当调整混合后的卤水组分，进入五元体系的钾盐镁矾结晶区时，其中的K⁺主要以钾盐镁矾的形式析出。此外，伴随析出的光卤石和氯化钠的析出量也控制到最低程度。由此混合后的卤水在蒸发过程中可以得到两种不同品位的钾盐镁矾矿，首先析出氯化钠含量更高(NaCl含量≈30%)的钾盐镁矾矿，对其进行浮选脱钠后才能成为制取硫酸钾的原料；后面析出的是更高品位的钾盐镁矾矿(NaCl含量 < 20%)。析出固相后的母液进入冬季冷却后在盐田中进一步析出光卤石，析出的光卤石固相再与钾盐镁矾母液进一步反应得到了钾盐镁矾矿，而且母液可以重复利用。

2.1.2 钾盐镁矾加工制取硫酸钾部分

前期的低品位钾盐镁矾矿进入浮选厂浮选得到软钾镁矾精矿，而后阶段高品位的钾盐镁矾矿进入细磨控制粒度在-0.154 mm，再通过浸取转化后得到软钾镁矾精矿，二者精矿产品混合后控制温度冷却至25 ℃，通过多段浓缩增稠，加入硫酸钾循环母液除去氯化钠、泻利盐等杂质得到纯度较高的软钾镁矾，再进入结晶器中同时加入氯化钾和水，保持在温度55 ℃左右，通过复分解反应转化为硫酸钾料浆，再经过浓缩、过滤、干燥、造粒、破碎以及筛分得到纯度96%的硫酸钾肥料产品。

该方法母液循环量大，但K⁺回收率低，仅在33%左右，此外，结晶器复分解生产硫酸钾的原料氯化钾需要外购，生产成本较大，生产能力变化也较大。

2.2 智利阿塔卡玛盐湖

南美洲智利的阿塔卡玛盐湖的卤水化学组分分析见表 4。

1969年，智利的地勘部门首次对该湖进行了大范围的勘查工作。1975~1979年智利开发公司对该湖进行了详细的试验研究，并于1982年在盐滩上建立了一个肥料综合企业，同时设计了一个年产氯化钾52万t、硫酸钾15万t、硼酸3 kt的综合加工厂。该工厂从建设到试生产历时4 a，并于1985年正式投产。

阿塔卡玛盐湖盐田工艺由石盐池、钾石盐池和硫酸盐混盐池三部分组成，根据盐田工艺性质，阿塔卡玛盐湖的钾盐产品为硫酸钾和氯化钾，其中硫酸盐混盐池是制取硫酸钾产品的主要来源，钾石盐池是制取氯化钾产品的主要来源。

阿塔卡玛盐湖制取硫酸钾产品的主要生产工艺流程见图 2。技术路线表述如下：其中氯化钾产品是通过盐田晒出的钾石盐原料(其中KCl含量25%，NaCl含量75%)，采用正浮选工艺脱除氯化钠得到。硫酸钾产品则是利用硫酸盐混盐为原料，通过湿式磨矿控制合格粒度再加入硫酸钾循环母液，在常温下将钾盐镁矾转化为软钾镁矾，再加入磺酸盐作为软钾镁矾的捕收剂，浮选得到含量95%的软钾镁矾精矿，其中K⁺的回收率可达94%；软钾镁矾精矿再加入氯化钾、水，保持在恒温55 ℃发生复分解反应生产硫酸钾，经过浓缩、过滤、干燥最后得到农用硫酸钾化肥产品。

2.3 中国新疆罗布泊盐湖

罗布泊盐湖^[14-16]位于新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州境内，塔里木盆地的东部，其行政区划属若羌县。罗布泊矿区根据地理地貌可分为罗北、罗中、罗东、新湖、新湖东、老湖区、腾龙(东)台地和新庆(西)台地等八个区段。国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司是我国最大的硫酸钾钾肥生产企业，建有120万t/a硫酸钾加工厂、10万t/a硫酸钾以及10万t/a硫酸钾镁肥的工业试验厂。目前，公司针对资源储量、外部环境、钾肥市场以及现有生产装置的能力等具体情况，决定在原有一期产能基础上进行挖潜扩能，增加了一套30万t/a的钾混盐装置，现这套装置已于2017年5月初顺利完成了生产投料试车。

罗布泊盐湖卤水是一种硫酸镁亚型卤水，从中提取硫酸钾肥料产品的主要生产工艺流程见图 3。硫酸钾产品的生产采用化工部长沙设计研究院和国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司共同开发的“硫酸镁亚型含钾卤水制取硫酸钾”的专利技术。首先将开采出来的卤水经盐田日晒先后析出氯化钠、泻利盐、钾混盐和光卤石。盐田钾混盐和光卤石矿由水采船采出，通过泵分别输送至脱卤车间脱卤，脱卤后的产物由带式输送机分别输送至选矿车间，钾混盐矿经磨矿、转化、浮选后得软钾镁矾精矿；光卤石矿经分解、浮选得粗氯化钾精矿，粗氯化钾精矿与软钾镁矾精矿一起进入洗涤作业，洗涤产品过滤后得混合钾，即选矿车间产品。混合钾送至硫酸钾车间的结晶器，加入水进行转化结晶，结晶产品经离心机脱水、干燥后获得粉末结晶状成品硫酸钾。

该生产方法的最大优势在于低廉的生产成本和较高的钾回收率，并且克服了罗布泊地区干旱、高温、少雨、风沙大等恶劣的自然条件，打破了国内采用芒硝法、曼海姆法、硫胺法等“以钾换钾”生产硫酸钾的传统模式，有效地提高了中国钾肥自给总量，也打破了长期以来氯化钾为主的单一盐湖钾肥产品，为我国盐湖钾资源开发应用增添了新品种。

2.4 中国青海东(西)台吉乃尔盐湖

硫酸盐型盐湖除了分布在我国新疆罗布泊地区，其次就是青海的东(西)台吉乃尔盐湖^[12]，东台吉乃尔盐湖和西台吉乃尔盐湖的卤水化学性质类似，所以其提钾工艺也大致相同，但是东(西)台吉乃尔盐湖目前生产提取的钾肥主要为硫酸钾镁肥，本文着重介绍东台吉乃尔盐湖硫酸钾镁肥的提取工艺。

东台吉乃尔盐湖硫酸钾镁肥的生产是通过盐田晒制的副产物得到。首先，盐田卤水日晒得到含钾矿物和泻利盐，而后在一定条件下二者混合转化为钾盐镁矾。由于转化后的钾盐镁矾粒度不均，对其进行筛分、浓缩后再在常温下转化为钾镁矾，最后进行干燥得到硫酸钾镁肥产品。该工艺的优势在于利用盐田滩晒的副产物生产钾肥，成本较低，但是生产过程中采用了重选—分级(筛分)工艺，分离效率低且回收率也较低。此外，由于转化后的钾盐镁矾颗粒粒度细，脱水困难，因而导致整个工艺过程钾的回收率不高。

2.5 我国盐湖工业存在的问题及研究展望

对比上述四大盐湖，除了东台吉乃尔盐湖出产硫酸钾镁肥外，其他几个都出产硫酸钾产品。从硫酸盐型盐湖卤水制取硫酸钾的工艺来看，其关键步骤都是氯化钾与软钾镁钒通过复分解反应转化结晶生成硫酸钾。不同之处在于前面钾盐镁钒与软钾镁钒制取工艺繁简程度有所不同，以及氯化钾原料的取得方式不同，美国大盐湖需要外购氯化钾，而阿塔卡玛盐湖则可以通过钾石盐池来制取氯化钾。我国罗布泊盐湖依靠对盐田进行合理分级，同时利用特定卤水分解光卤石，通过建设光卤石制备氯化钾中间产品生产线，解决了生产所需氯化钾原料的问题，不仅降低了生产成本，而且可大幅提高钾的回收率，是适合于我国硫酸盐型盐湖特点的高效提钾工艺。

长期以来，我国盐湖资源开发利用以提钾为主，由于传统生产工艺流程较长、中间环节较多以及部分生产企业管理不当，造成盐田采收率、选矿回收率偏低以及尾盐含钾量高。因此，开展对钾盐开采和利用的新技术、新工艺和新设备研究已迫在眉睫，如针对不同矿石特性引进固体钾盐矿浸泡式溶解转化开采技术、钾镁盐反浮选—冷结晶法工艺、低品位高含泥地表矿的脱泥处理技术、含钾废盐溶钾洗涤尾矿综合利用等新技术，以实现提高我国钾肥的生产产能和生产效率。

此外，我国盐湖卤水资源的开发目前仍比较局限于初级化学产品的粗放型生产，而深层次的盐湖资源开发尚未规模化、高值化和精细化，盐湖中伴生的高附加值的镁、硼、锂、铷、铯、溴等有益组分未得到有效开发和利用。为提高我国盐湖工业矿产资源的综合利用程度，联合各科研设计机构、高校院所和各盐湖企业，开展盐湖资源综合开发利用基础理论研究、小型实验、中间试验以及工程化研究，不断探索和开发盐湖资源综合利用新工艺、新技术，同时加强对外交流，吸取国外先进的盐湖资源综合利用新技术和新设备，切实提高我国盐湖资源的综合利用水平和资源保障能力。

3 结论

(1) 尽管国内外硫酸盐型盐湖数量较多，但是目前正在开发和生产的主要为美国的大盐湖、智利的阿塔卡玛盐湖以及我国的新疆罗布泊盐湖和青海的东(西)台吉乃尔盐湖，其中大盐湖、阿塔卡玛盐湖和罗布泊盐湖的主要产品为硫酸钾，东(西)台吉乃尔盐湖的主要产品为硫酸钾镁肥。

(2) 国内外硫酸盐型盐湖卤水的提钾工艺是以K⁺、Na⁺、Mg²⁺//Cl^-、SO₄^2- -H₂O五元水盐体系介稳相图为物理化学基础，通过控制盐田滩晒条件得到不同的产品，作为生产硫酸钾或硫酸钾镁肥的原料，硫酸钾的生成最后都是通过氯化钾和软钾镁矾的复分解反应得到，这种工艺突破了长期以来采用的“曼海姆法、芒硝法、硫胺法”等需要消耗大量氯化钾原料的传统化工生产方法。

(3) “硫酸镁亚型含钾卤水制取硫酸钾技术”为我国具有自主知识产权的技术，也是我国硫酸盐型盐湖资源中生产硫酸钾的主导工艺，不仅符合我国基本国情，也从根本上解决了我国硫酸盐型盐湖提钾的关键难题。

(4) 我国盐湖卤水资源的开发目前仍是以钾元素为主的肥料产品，用来生产高附加值产品的镁、硼、锂等有益组分尚未得到有效利用。因此，需积极探索和开发盐湖资源综合利用新工艺、新技术和新设备，切实提高我国盐湖矿产资源的综合利用程度，促进我国盐湖工业的健康、可持续发展。