钾肥投资知识:钾碱(即钾肥、钾矿)的形成与开采

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前面我们介绍过为何要投资钾肥以及加拿大钾矿开发流程及钾肥行业融资情况,现在说下钾肥、钾碱与钾矿,钾矿相关投资标的:加拿大钾肥公司

一、肥料(Fertilizer)与钾碱

作物正常生长所需要的营养素是三种重要的元素:氮(N)、磷(P)和钾(K),另外还有各种「微量」矿物质,例如铜、镁、锌和硼等,而且这些营养素都是作物能够利用的形式,例如水溶性的钾元素、水溶性的磷元素以及固定的氮元素。

钾元素(Potassium)是地壳中最常见的第七大基本元素,占地壳质量的2.4%,化学符号为K(K来源于”钾“的拉丁文Kalium,而 kalium又衍生自”碱“的阿拉伯文alkali)。因为钾是自然界中的活性元素,所以它总是以化合物的形式存在,其中包括溶解于水的含钾的矿物和化学 物质,例如钾碱。

自然界中水溶性钾元素的主要来源是钾碱。一般来说,钾碱会另外加上 N (固定的氮) 和 P (磷酸盐),制成氮磷钾肥料或称矿物复合肥料。因此,钾碱是矿物肥料中的重要成分,钾碱产量的95%作为作物营养素施用在土壤里了。作为作物的营养素,钾 元素不仅能提升作物氮和磷的吸收量,而且其角色无法被任何其他营养素取代。钾碱也没有任何可作为钾肥来源的商业替代品。

钾碱的英文名称“Potash”起源于一种生产碳酸钾(Potassium Carbonate)的古老工艺,即过滤掉木灰(wood ashes),蒸发掉收集在大铁锅(iron pots)中的溶液,残留在锅底的灰状结晶体被称为“pot ash”。实际上,钾碱(Potash)是一类含水溶性钾元素的矿物和化学物质的通称。市场上最常见的一种钾碱是氯化钾(Potassium Chloride或简记为KCI),一种自然形成的,粉红色的盐类矿物质,占整个钾碱用量的95%。

作物在生长过程中会吸收、耗尽或「开采」土壤中的营养素。农民收获作物时,也就是收获了这些营养素。年复一年的耕作,土壤中的营养素会消耗殆尽,如 果土壤中缺少了这些矿物质营养素,或是含量不足,作物产量会停滞不前。如果要得到更高的产量,作物必须拥有更多的氮,以及对应更多的磷、钾和「微量」矿物 质。补充必要的矿物质营养素,复原和强化大地的土壤,能将作物产量提升到最大。

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二、钾碱与作物

钾碱(俗称钾肥)是粮食生产中的粮食,对绝大多数农作物都有明显的增产效果;同时,钾碱中的水溶性钾元素又被称为“高级营养素”,它能有效提高作物的品质。

  1. 促进酶的活化:对酶的活化作用是钾在作物生长过程中最重要的功能之一,现已发现钾是60多种酶的活化剂。因此,钾同作物体内的许多代谢过程密切相关,如:光合作用、呼吸作用和碳水化合物、脂肪、蛋白质的合成等。
  2. 促进光合作用和光合产物的运输:①提高光合效率;②调节气孔的开闭,控制CO2和水的进出;③促进碳水化合物的合成,加速光合产物的流动。
  3. 促进蛋白质合成:促进蛋白质合成的关键成份N2O3的摄取和运转,与蛋白质的合成过程密切相关。
  4. 增强作物的抗逆性:钾能使作物体内可溶性氨基酸和单糖减少,纤维素增多,细胞壁加厚;钾在作物根系累积产生渗透压梯度能增强水分吸收;钾在干旱缺水时能使作物叶片气孔关闭以防水分损失。因此钾能增强作物的抗病、抗寒、抗旱、抗倒伏及抗盐能力。
  5. 改善作物产品品质:提高粮食作物蛋白质的含量、油料作物的粗脂肪和棕榈酸含量、薯类和糖料作物淀粉和糖分含量;增加纤维作物及棉花的纤维长度、强度、细度;调整水果的糖酸比,增加其维生素C的含量;改善果菜的形状、大小、色泽和风味,增强其耐贮性。

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三、钾碱(Potash)矿藏是如何形成的——钾矿的形成

所有主要的固态钾碱矿藏都起源于海洋,形成于大约5亿5千万前寒武纪时期以来的几乎所有地质系统的海水蒸发过程。

根据Ochsenius的“坝理论”(1877),在地质史上,一片大的内海被海峡和礁石("坝")从与海洋中分隔出来, 并存续一段时期。这些坝妨碍或完全阻止了含盐海水的流入。因为地球历史上的不同时期,干燥的气候时常施虐地球表面的大部分地区,由于烈日炎炎,好似在一个 巨大蒸发皿的内海海水不停蒸发。因此,内海海水的盐度持续升高,溶解在海水中的盐开始结晶,不同盐类以各自溶度的次序开始沉淀-首先是岩盐,然后是钾和镁 盐。

这个过程重复了几百万年,产生了几百米厚的岩盐层和几米后的钾碱接缝层,这些底层相互叠积。在随后的地质时期,不渗水的粘土层沉积在盐类矿藏上(在干涸平整的盐床上,这些盐矿被风吹散),因此阻止了盐矿的再次溶解。

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四、钾碱(Potash)矿藏开采:干式竖井采矿法和湿式溶解采矿法

钾碱以自然状态存在于钾盐岩石(potassium salt rock)或地下/盐湖含钾的盐溶液中。钾盐岩石主要由含钾的矿物质-钾盐(sylvite:KCI)、光卤石 (carnallite:KMgCl3*6 H2O)、钾盐镁钒 (kainite:KMg[Cl|SO4]*2.75 H2O)和无水钾镁钒(langbeinite:K2Mg2(SO4)3)构成。

1856年,在德国发现了世界上第一个钾碱矿藏,当时在萨克森-安哈尔特州马格德堡附近的岩盐矿藏中进行下沉开发作业,含 钾地层无意中被发现。5年后,开始开采处于自然状态的钾盐,这标志着钾矿开发正式启动。直到20世纪初,钾矿开采的实践仅限于德国。1930年以后,在欧 洲其他国家及世界各地,众多钾盐矿藏开始投入开采。

今天,世界上天然钾盐矿藏仍主要用干式竖井采矿法,以固体方式进行提取。在地表下几百米深的矿床上,使用炸药或切割的方式开采粗盐,然后通过竖井输送到地面工厂进行处理。

湿式溶解采矿法几十年前就开始使用了。这种方法适用于那些用干式竖井采矿法无法开采的钾盐矿藏。它通过较深的钻孔,用淡水溶解矿藏中易溶解的钾盐,并将含钾的溶液抽回到地面的大容器中。将热溶液冷却,使得氯化钾结晶析出。

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