Поташ ( / ˈ p ɒ t æ ʃ / ) включает различные добываемые и производимые соли , содержащие калий в водорастворимой форме . [1] Название происходит от горшечной золы , растительной золы или древесной золы , смоченной в воде в горшке, основного средства производства поташа до индустриальной эпохи . Слово калий происходит от слова поташ . [2]
Поташ производится во всем мире в количествах, превышающих 71,9 миллиона тонн (~ 45,4 миллиона тонн эквивалента K 2 O [5] ) в год по состоянию на 2021 год, при этом Канада является крупнейшим производителем, в основном для использования в удобрениях . [6] Различные виды калийных удобрений представляют собой крупнейшее промышленное использование элемента калия в мире. Калий был впервые получен в 1807 году электролизом едкого поташа ( гидроксида калия ). [7]
Поташ относится к соединениям калия и калийсодержащим материалам, чаще всего к карбонату калия. Слово «поташ» происходит от среднеголландского « potaschen » , обозначающего «горшечную золу» в 1477 году. [8]
Старый метод получения карбоната калия ( К
2СО
3) заключался в сборе или производстве древесной золы (профессия горелок для золы ), выщелачивании золы и затем выпаривании полученного раствора в больших железных котлах, в результате чего оставался белый остаток, называемый «горшечной золой». [9] Примерно 10% по весу древесной золы можно переработать в виде поташа. [10] [11] Позже «поташ» стал широко применяться к природным минералам, содержащим соли калия, и к коммерческому продукту, полученному из них, [12] .
В следующей таблице перечислен ряд соединений калия, в традиционных названиях которых есть слово «калий»:
Большая часть мировых запасов калия (К) была отложена в виде морской воды в древних внутренних океанах . После испарения воды калийные соли кристаллизовались в пласты калийной руды. Именно здесь сегодня добывают калий. Отложения представляют собой природную смесь хлорида калия (KCl) и хлорида натрия (NaCl), более известную как поваренная соль . Со временем, когда поверхность земли изменилась, эти отложения покрылись тысячами футов земли. [16]
Поташ (особенно карбонат калия) использовался при отбеливании тканей, производстве стекла , керамики и мыла , начиная с бронзового века. [17] Поташ в основном получали путем выщелачивания золы наземных растений.
С 14 века в Эфиопии добывали поташ . Одно из крупнейших в мире месторождений объемом от 140 до 150 миллионов тонн расположено в районе Даллол региона Афар . [18]
Поташ был одним из важнейших промышленных химикатов. Его очищали из золы широколиственных деревьев и производили преимущественно в лесных районах Европы, России и Северной Америки . Хотя методы производства искусственных щелочей были изобретены в конце 18 века, они не стали экономичными до конца 19 века, поэтому зависимость от органических источников поташа сохранялась.
Поташ стал важным товаром международной торговли в Европе, по крайней мере, с начала 14 века. Подсчитано, что с начала 17 века для европейского импорта калийных удобрений ежегодно требовалось 6 или более миллионов кубических метров. [19] Между 1420 и 1620 годами основными городами-экспортерами древесного поташа были Гданьск , Кенигсберг и Рига . В конце 15 века Лондон был ведущим импортером благодаря своему положению центра производства мягкого мыла, в то время как в 16 веке голландцы доминировали в качестве поставщиков и потребителей. [20] С 1640-х годов геополитические потрясения (например, русско-польская война (1654–1667) ) привели к тому, что центры экспорта переместились из Прибалтики в Архангельск, Россия. В 1700 году преобладал русский ясень, хотя Гданьск по-прежнему отличался качеством своего поташа.
На Оркнейских островах еще в 1719 году зола бурых водорослей в течение столетия давала поташ и кальцинированную соду , «вещества, которые охотно искали стекольная и мыловаренная промышленность того времени». [21]
К 18 веку американский калий более высокого качества все чаще экспортировался в Великобританию. В конце 18-го и начале 19-го веков производство поташа давало поселенцам в Северной Америке остро необходимые деньги и кредиты, поскольку они расчищали лесные земли под посевы. Чтобы в полной мере использовать свою землю, поселенцам приходилось избавляться от лишней древесины. Самый простой способ добиться этого — сжечь всю древесину, которая не нужна для топлива или строительства. Золу лиственных пород затем можно было использовать для изготовления щелока , который можно было либо использовать для изготовления мыла, либо вываривать для получения ценного поташа. Лиственные породы могут образовывать золу в количестве от 60 до 100 бушелей на акр (от 500 до 900 м³/км 2 ). В 1790 году продажа пепла могла принести от 3,25 до 6,25 долларов за акр (от 800 до 1500 долларов за км 2 ) в сельской местности штата Нью-Йорк – почти такой же доход, как найм рабочего для расчистки той же территории. Производство поташа стало основной отраслью промышленности в Британской Северной Америке. Великобритания всегда была самым важным рынком. Американская калийная промышленность следовала за топором лесника по всей стране.
Первый патент США любого рода был выдан в 1790 году Сэмюэлю Хопкинсу на усовершенствование «изготовления потовой золы и жемчужной золы с помощью нового устройства и процесса». [22] Жемчужная зола была более чистым продуктом, полученным путем прокаливания поташа в отражательной печи или обжиге. Калийные ямы когда-то использовались в Англии для производства поташа, который использовался при изготовлении мыла для подготовки шерсти к производству пряжи.
Примерно после 1820 года Нью-Йорк заменил Новую Англию в качестве наиболее важного источника; к 1840 году центр находился в Огайо. Производство калийных удобрений всегда было побочной отраслью, обусловленной необходимостью расчистки земель для сельского хозяйства . [16]
С 1767 года поташ из древесной золы вывозился из Канады. К 1811 году 70% от общего объема импорта поташа в Великобританию (19,6 млн фунтов) приходилось на Канаду. [20] Экспорт поташа и жемчужной золы достиг 43 958 баррелей в 1865 году. В 1871 году действовало 519 пепловых заводов .
Древесно-зольная промышленность пришла в упадок в конце 19 в., когда в Германии было налажено крупномасштабное производство поташа из минеральных солей . В 1943 году калий был обнаружен в Саскачеване , Канада, во время бурения нефтяных скважин. Активная разведка началась в 1951 году. В 1958 году Potash Company of America стала первым производителем поташа в Канаде, введя в эксплуатацию подземный калийный рудник на озере Пейшенс . Из-за просачивания воды добыча остановилась поздно в 1959 году. После обширной цементации и ремонта добыча возобновилась в 1965 году. Подземный рудник был затоплен в 1987 году и в 1989 году был возобновлен для коммерческого производства в качестве шахты для растворения .
В 1964 году канадская компания Kalium Chemicals открыла первую калийную шахту, используя процесс растворения. Открытие было сделано во время разведки запасов нефти. Шахта была разработана недалеко от Регины, Саскачеван. Шахта достигла глубины более 1500 метров. Сейчас это подразделение Belle Plaine корпорации Mosaic.
В начале 20 века месторождения калийных солей были обнаружены во впадине Даллол в местонахождениях Мусели и Кресент недалеко от эфиопско- эритрейской границы. Оценочные запасы Musely и Crescent составляют 173 и 12 миллионов тонн соответственно. Последний особенно подходит для открытых горных работ. Он был исследован в 1960-х годах, но работы были остановлены из-за наводнения в 1967 году. Попытки продолжить добычу полезных ископаемых в 1990-х годах были остановлены Эритрейско -эфиопской войной и не возобновились по состоянию на 2009 год .
Все коммерческие месторождения калийных удобрений происходят из месторождений эвапоритов и часто залегают глубоко под поверхностью земли. Калийные руды обычно богаты хлоридом калия (KCl), хлоридом натрия (NaCl) и другими солями и глинами и обычно добываются путем традиционной шахтной добычи, когда извлеченная руда измельчается в порошок. [24] Большинство калийных рудников сегодня представляют собой глубокие шахты на глубине 4400 футов (1400 м) под землей. Другие добываются открытым способом и закладываются горизонтальными слоями в виде осадочных пород . На надземных перерабатывающих предприятиях KCl отделяется от смеси для производства калийных удобрений с высоким содержанием калия. Другие соли калия можно отделить различными методами, в результате чего образуются сульфат калия и сульфат калия-магния.
Другие методы включают добычу растворением и выпаривание из рассолов. При методе испарения в поташ впрыскивают горячую воду, которая растворяется, а затем перекачивается на поверхность, где концентрируется за счет испарения, вызванного солнечной энергией. Затем к добытым или выпаренным растворам добавляют аминные реагенты. Амин покрывает KCl, но не NaCl. Пузырьки воздуха прилипают к амину + KCl и всплывают на поверхность, а NaCl и глина опускаются на дно. Поверхность очищают от амина + KCl, который затем сушат и упаковывают для использования в качестве удобрения, богатого калием — KCl легко растворяется в воде и быстро доступен для питания растений . [25]
Извлечение солей калийных удобрений из морской воды изучалось в Индии . [26] При извлечении соли из морской воды путем выпаривания калийные соли концентрируются в выпи — стоках соляной промышленности.
Месторождения калийных солей расположены по всему миру. По состоянию на 2015 год [обновлять]месторождения разрабатываются в Канаде, России, Китае, Беларуси, Израиле, Германии, Чили, США, Иордании, Испании, Великобритании, Узбекистане и Бразилии, [27] причем наиболее значительные месторождения находятся под большие глубины эвапоритовой формации прерий в Саскачеване , Канада. [11]
Месторождение Пермского бассейна включает в себя основные рудники за пределами Карлсбада , штат Нью-Мексико, и самое чистое в мире месторождение калийного калия в округе Ли, штат Нью-Мексико (недалеко от месторождений Карловых Вар), чистота которого, как полагают, составляет примерно 80%. ( Округ Оцеола, штат Мичиган, имеет месторождения с чистотой более 90%; однако единственная шахта там была переоборудована для производства соли.) Канада является крупнейшим производителем, за ней следуют Россия и Беларусь. Самый значительный запас калийных удобрений Канады расположен в провинции Саскачеван и добывается компаниями The Mosaic Company , Nutrien и K+S . [1]
В Китае большинство месторождений калийных солей сосредоточено в пустынях и солончаках бессточных котловин его западных провинций, особенно Цинхая . Геологические экспедиции обнаружили эти запасы в 1950-х годах [28] , но коммерческая эксплуатация отставала до появления политики реформ и открытости Дэн Сяопина в 1980-х годах. Открытие в 1989 году Цинхайского завода калийных удобрений в отдаленном районе Кархан-Плайя увеличило производство хлорида калия в Китае в шесть раз: с менее чем 40 000 тонн (39 000 длинных тонн; 44 000 коротких тонн) в год в Хайси и Тангу до чуть менее 240 000 тонн (240 000 длинных тонн). тонн; 260 000 коротких тонн) в год. [29]
В 2013 году почти 70% производства калийных удобрений контролировали экспортно-маркетинговая фирма «Канпотекс» и Белорусская калийная компания. Последнее было совместным предприятием « Беларуськалия» и «Уралкалия» , но 30 июля 2013 года «Уралкалий» объявил о прекращении деятельности предприятия. [30]
Чрезмерные респираторные заболевания из-за таких вредных факторов окружающей среды, как радон и асбест , на протяжении всей истории вызывали беспокойство у добытчиков поташа. Шахтеры поташа склонны к развитию силикоза . По данным исследования сердечно-сосудистых заболеваний среди работников калийной промышленности, проведенного в период с 1977 по 1987 год, общий уровень смертности был низким, но была зафиксирована заметная разница среди наземных рабочих. [31]
Калий является третьим по значимости питательным веществом для растений и сельскохозяйственных культур после азота и фосфора . Его использовали с древности в качестве удобрения почвы (около 90% современного использования). [10] Элементарный калий не встречается в природе, поскольку он бурно реагирует с водой. [33] В составе различных соединений калий составляет около 2,6% земной коры по массе и является седьмым по распространенности элементом, сходным по содержанию с натрием, составляющим примерно 1,8% земной коры. [34] Калий важен для сельского хозяйства, поскольку он улучшает удержание воды, урожайность, питательную ценность, вкус, цвет, текстуру и устойчивость к болезням продовольственных культур. Он широко применяется к фруктам и овощам, рису, пшенице и другим зерновым, сахару, кукурузе, соевым бобам, пальмовому маслу и хлопку, все из которых получают пользу от свойств питательных веществ, улучшающих качество. [35]
Спрос на продукты питания и корма для животных растет с 2000 года. Служба экономических исследований (ERS) Министерства сельского хозяйства США объясняет эту тенденцию среднегодовым ростом населения на 75 миллионов человек во всем мире. В географическом отношении экономический рост в Азии и Латинской Америке в значительной степени способствовал увеличению использования калийных удобрений. Рост доходов в развивающихся странах также стал фактором роста использования калийных удобрений и удобрений. С увеличением количества денег в семейном бюджете потребители добавили в свой рацион больше мясных и молочных продуктов. Этот сдвиг в образе питания потребовал засеять больше акров земли, вносить больше удобрений и кормить больше животных — и все это требовало большего количества поташа.
После нескольких лет тенденции к росту в 2008 году использование удобрений замедлилось. Мировой экономический спад является основной причиной снижения использования удобрений, падения цен и роста запасов. [36] [37]
Крупнейшими потребителями калийных удобрений в мире являются Китай, США, Бразилия и Индия. [38] Бразилия импортирует 90% необходимого ей калия. [38] Ожидается, что к 2022 году потребление калия для производства удобрений увеличится примерно до 37,8 млн тонн. [39]
Импорт и экспорт калия часто указывается в эквиваленте K 2 O , хотя удобрения никогда не содержат оксид калия как таковой, поскольку оксид калия является едким и гигроскопичным .
В начале 2008 года цены на калий начали стремительный рост с менее чем 200 долларов США за тонну до максимума в 875 долларов США в феврале 2009 года. [40] Впоследствии они резко упали до минимума апреля 2010 года в 310 долларов США, а затем восстановились в 2011 году. –12, и снова рецидив в 2013 году. Для справки, цены в ноябре 2011 года составляли около 470 долларов США за тонну, но по состоянию на май 2013 года оставались стабильными на уровне 393 долларов США. [41] После неожиданного распада крупнейшего в мире калийного картеля в конце июля 2013 года цены на калий могли упасть примерно на 20 процентов. [42] В конце декабря 2015 года калий торговался по цене 295 долларов США за тонну. В апреле 2016 года его цена составляла 269 долларов США. [43] В мае 2017 года цены стабилизировались на уровне около 216 долларов США за тонну, что на 18% меньше, чем в предыдущем году. К январю 2018 года цены восстановились примерно до 225 долларов США за тонну. [44] Мировой спрос на калий имеет тенденцию быть неэластичным по цене в краткосрочной и даже в долгосрочной перспективе. [39]
Помимо использования в качестве удобрения, хлорид калия важен во многих промышленно развитых странах, где он используется при переработке алюминия , в хлорщелочной промышленности для производства гидроксида калия, при гальванике металлов, буровом растворе для нефтяных скважин , таянии снега и льда, термообработка стали, в медицине для лечения гипокалиемии , умягчения воды . Гидроксид калия используется для промышленной очистки воды и является предшественником карбоната калия, нескольких форм фосфата калия, многих других калийных химикатов и производства мыла. Карбонат калия используется для производства кормовых добавок для животных, цемента , огнетушителей , пищевых продуктов, фотохимии и текстиля. Он также используется в пивоварении , фармацевтических препаратах и в качестве катализатора при производстве синтетического каучука . Также в сочетании с кварцевым песком для получения силиката калия , иногда известного как жидкое стекло , для использования в красках и электродах для дуговой сварки . На эти виды использования без удобрений приходится около 15% годового потребления калия в Соединенных Штатах. [1]
Не существует заменителей калия как важнейшего питательного вещества для растений и важнейшего питательного вещества для животных и человека. Навоз и глауконит (зеленый песок) являются источниками с низким содержанием калия, которые можно с выгодой транспортировать лишь на короткие расстояния к полям. [32]
Эта статья включает в себя общедоступные материалы из Potash (PDF) . Геологическая служба США .