钾是地壳中第七位常见元素,分布极广。但是,因其活性以及与其他元素的亲和性很强,从而找不到元素态的钾。在火成岩中,如当钾的硅酸盐和长石,以及在海水蒸发后形成的沉积物中都可以找见钾。但有经济价值的钾盐开采几乎完全局限于沉积矿床的开采。
钾对动植物的生长来说是必不可少的元素,并被视为与氮、磷并列的三大主要养分之一。生产出来的钾盐中95%被用作肥料,通常称之为钾碱(potash)。钾碱这一名称原意是指由木头在曲颈瓶或锅中燃烧所余下来的炭灰。现在这名称用来表示含钾的物质,钾的含量是以K2O摩尔来表示的。因此,全世界钾盐储量的估箅通常以可开采的K2O吨位 来表达,这就可以和世界上钾肥需求量相对照,因为它用相同养分名称来表达的。
在Liebig的矿质营养学说证实了钾盐作为肥料的价值之后,1861年德国首先开始商业性开采钾盐。如果我们必须养活世界上日益增长的人口,钾的需求量将来还会继续增加。
钾存在于火成岩、沉积岩和变质岩中,每公斤地壳物质约有25g钾。常见的钾矿物和矿石如表1所示。
表1 常见的钾矿物和矿石
矿物 | 成分 | K2O/% | K/(g·kg-1) |
氧化物 | |||
钾盐 | KCl | 63.1 | 524 |
光卤石 | KCl·MgCl2·6H2O | 17.0 | 141 |
钾盐镁矾 | 4KCl·4MgSO4·11H2O | 19.3 | 160 |
碳钾钠矾 | KCl·9NaSO4·2NaCO3 | 3.0 | 25 |
硫酸盐 | |||
杂卤石 | K2SO4·2MgSO4·2CaSO4·H2O | 15.6 | 130 |
无水钾镁矾 | K2SO4·2MgSO4 | 22.7 | 188 |
钾镁矾 | K2SO4·MgSO4·4H2O | 25.7 | 213 |
软钾镁矾 | K2SO4·MgSO4·6H2O | 23.4 | 194 |
镁钾钙矾 | K2SO4·MgSO4·4CaSO4·2H2O | 10.7 | 89 |
钾芒硝 | 3K2SO4·Na2SO4 | 42.5 | 253 |
钾石膏 | K2SO4·CaSO4·H2O | 28.7 | 238 |
纤钾明矾 | K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O | 9.9 | 82 |
明矾石 | K2·Al2(OH)12·(SO4)4 | 11.4 | 95 |
硝酸盐 | |||
钾硝石 | KNO3 | 46.5 | 386 |
古代与大洋分离的海水,由于蒸发,海水中盐分逐步结晶沉积,从而形成了沉积盐矿床,有经济价值的钾资源大都出现在这种矿床之中。海水蒸发形成的钾矿物,在世界许多地方都很常见。一片闭塞海域的蒸发,能使碳酸钙(或碳酸钙镁)和硫酸钙几乎完全先沉淀出来,剩余的卤水含有髙量的钠、镁及钾盐。在极端的条件下,进一步蒸发,导致氯化钠先沉淀,然后再是镁盐和钾盐。
因此,根据主要矿层成矿情形,世界上钾矿床可概略地划分为三种基本类型。
(1)光卤石成矿,包括光卤石-水镁矾-石盐带,光卤石-硬石膏-石盐带,光卤石-石盐带。
(2)钾石盐成矿,包括钾盐-水镁矾-石盐带,钾盐-硬石膏-石盐带,钾盐-石盐带。
(3)钾盐镁矾成矿,含有硫化物和氯化物以及钾盐镁矾-无水钾镁矾-软钾镁矾-钾芒硝-杂卤石带。
最重要的钾矿是:①钾石盐,一种石盐和钾盐的混合物; ②硬盐,成份是钾盐,石盐和水镁矾或硬石膏;③无水钾镁矾矿(无水钾矾镁和石盐);④钾盐镁矾矿(钾盐镁矾和石盐);⑤光卤石矿(光卤石和石盐)。