[发明专利]具有适中离子释放速率的碱金属离子源和形成方法

说明书

本申请是申请日为2014年5月6日、申请号为201480001320.7、名称为“具有适中离子释放速率的碱金属离子源和形成方法”的专利申请的分案申请。

相关申请

本申请要求2013年5月6日提交美国临时申请No.61/819,699的权益。上述申请的全部教导通过引用并入本文。

背景技术

对碱金属、例如但不限于钾的其它来源有日益增长的需要。氯化钾(传统的钾施肥剂)在远离南半球的为数有限的地理位置中生产，其中运输成本明显促进了市场价格，使得钾肥的本地制造日益有吸引力。随着人类人口增长，农业也必须随之增长和发展，特别是在南半球的可利用地区。例如，这些地区的现代农业发展需要在土壤上生长农作物，而所述土壤经常完全耗尽了主要营养物、结构元素例如植物可利用形式的硅(单硅酸)或钙、和结构发展矿物质例如粘土矿物(层状硅酸盐)。换句话说，这些土壤由于缺乏适当的结构和必要元素资源，不是农作物生长最适宜的。从土壤施肥的观点来看，传统的施肥剂，例如硝酸钾和氯化钾，由于它们的过度浸出、缺乏相应离子的保持力、和不能向土壤提供适当的结构，因而不是最佳的。以这些高可溶性盐的形式被引入土壤的钾和其他营养元素因此被浪费，对环境具有潜在的负面影响，例如氯化物污染。因此，需要新的钾源和更好的营养素输送手段，以允许在南半球的可利用地区中的高农业生产率和扩张。理想的是，这些来源可同时提供必要元素，例如钙和植物可利用的硅，以及促进形成结构矿物质。

造岩矿物，例如钾长石(KAlSi₃O₈)，基于它们比较高的K₂O含量(在纯KAlSi₃O₈中K₂O大于15wt％)，因此可以被认为是地球上丰富的传统来源替代品。近几十年来，已经进行了致力于从造岩矿物提取钾离子(K⁺)的许多研究工作。这样的提议当中包括完全分解带钾硅酸盐和铝硅酸盐的方法，旨在以高可溶性盐(例如但不限于KCl)的形式提取K⁺。这些提取法通常基于从原料分解之后获得的水溶液中沉淀可溶于水的钾盐。所述分解方法又通常使用比较高的温度(>1000℃)、或/和侵蚀性酸-碱处理，不可避免地产生大量液体和/或固体废物，需要复杂而昂贵的分离技术。(“Processing for decomposing potassium feldspar by adopting low-temperature semidry method for comprehensive utilization,”CN 103172074 A；Hao Zhang等(2012)。The Extraction of Potassium from Feldspar by Molten Salt Leaching Method with Composite Additives，Advanced Materials Research，524-527，1136；和Pedro Lucas Gervasio Ladiera Potash产品和方法专利申请WO 2013061092 A1。它们全部的教导以其整体通过引用并入本文。)

还已经进行了尝试利用未改变的石粉(碎石)作为肥料中钾的替代来源和植物可利用的硅源。(Anne Kjersti Bakken，Harvard Gautneb，Kristen Myhr(1997)Plant available potassium in rocks and mine tailings with biotite，nepheline and K-feldspar as K-bearing mineralsActa Agriculturae Scandinavica，Section B–Soil&Plant Science.Vol.47；和Y.Tokunaga，Potassium silicate(1991)A slow-release potassium fertilizerFertilizer Research.30，55-59。它们全部的教导以其整体通过引用并入本文。)然而，那些碎石的天然化学风化是极度缓慢的过程，并且来自碎原生矿物的益处例如营养物释放和层状硅酸盐形成只能在远远超过现代农业的农作物生长和收获的时间量程——数年、可能数十年的时间量程上才能显现。