Поташ ( / ˈ p ɒ t æ ʃ / POT -ash ) включает в себя различные добываемые и производимые соли , которые содержат калий в водорастворимой форме . [1] Название происходит от pot ash , растительной золы или древесной золы, замоченной в воде в горшке, основного средства производства поташа до индустриальной эпохи . Слово калий происходит от potash . [2]
По состоянию на 2021 год поташ производится во всем мире в количестве, превышающем 71,9 млн тонн (~45,4 млн тонн эквивалента K2O [ 5 ] ) в год, при этом крупнейшим производителем является Канада, в основном для использования в удобрениях . [6] Различные виды удобрений-калийных удобрений представляют собой крупнейшее промышленное использование элемента калия в мире. Впервые калий был получен в 1807 году путем электролиза едкого кали ( гидроксида калия ). [7]
Поташ относится к соединениям калия и калийсодержащим материалам, чаще всего карбонату калия. Слово «поташ» происходит от среднеголландского potaschen , обозначающего «золу для горшков» в 1477 году. [8]
Старый метод изготовления карбоната калия ( K
2КО
3) был путем сбора или производства древесной золы (занятие сжигателей золы ), выщелачивания золы, а затем выпаривания полученного раствора в больших железных горшках, в результате чего оставался белый остаток, называемый «золой горшка». [9] Примерно 10% от веса обычной древесной золы можно извлечь в виде поташа. [10] [11] Позднее «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 «поташ»:
Большая часть мировых запасов калия (K) была отложена в виде морской воды в древних внутренних океанах . После того, как вода испарилась, соли калия кристаллизовались в пласты калийной руды. Это места, где сегодня добывают калий. Месторождения представляют собой естественную смесь хлорида калия (KCl) и хлорида натрия (NaCl), более известную как поваренная соль . Со временем, по мере изменения поверхности Земли, эти месторождения были покрыты тысячами футов земли. [16]
Поташ (особенно карбонат калия) использовался для отбеливания тканей, изготовления стекла , керамики и мыла еще со времен бронзового века . [17] Поташ в основном получали путем выщелачивания золы наземных растений.
Начиная с XIV века поташ добывался в Эфиопии . Одно из крупнейших в мире месторождений, 140-150 миллионов тонн, находится в районе Даллол региона Афар . [18]
Поташ был одним из важнейших промышленных химикатов. Его получали из золы широколиственных деревьев и производили в основном 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. По оценкам, европейский импорт поташа требовал 6 или более миллионов кубических метров каждый год с начала 17 века. [19] Между 1420 и 1620 годами основными городами-экспортерами поташа, полученного из древесины, были Гданьск , Кёнигсберг и Рига . В конце 15 века Лондон был ведущим импортером из-за своего положения центра производства мягкого мыла, в то время как голландцы доминировали в качестве поставщиков и потребителей в 16 веке. [19] С 1640-х годов геополитические потрясения (т. е. русско-польская война (1654–1667) ) привели к тому, что центры экспорта переместились из Балтики в Архангельск , Россия. В 1700 году русский зольный порошок был доминирующим, хотя Гданьск оставался известным качеством своего поташа.
На Оркнейских островах зола водорослей давала поташ и кальцинированную соду , производство которых началось «возможно, еще в 1719 году» и продолжалось в течение столетия. Продукция «охотно пользовалась спросом у стекольной и мыльной промышленности того времени». [20]
К XVIII веку американский поташ более высокого качества все чаще экспортировался в Великобританию. В конце XVIII и начале XIX веков производство поташа обеспечивало поселенцев в Северной Америке крайне необходимыми деньгами и кредитами, поскольку они расчищали лесные земли для посевов. Чтобы в полной мере использовать свою землю, поселенцам нужно было избавиться от излишков древесины. Самый простой способ добиться этого — сжечь любую древесину, не нужную для топлива или строительства. Затем золу от лиственных деревьев можно было использовать для производства щелока , который можно было либо использовать для производства мыла, либо выпаривать для получения ценного поташа. Лиственная древесина могла давать золу со скоростью от 60 до 100 бушелей с акра (от 500 до 900 м 3 /км 2 ). В 1790 году продажа золы могла принести от 3,25 до 6,25 долларов за акр (от 800 до 1500 долларов за км 2 ) в сельском штате Нью-Йорк — почти столько же, сколько найм рабочего для расчистки той же площади. Производство поташа стало крупной отраслью промышленности в Британской Северной Америке. Великобритания всегда была самым важным рынком. Американская калийная промышленность следовала за топором лесоруба по всей стране.
Первый патент США любого рода был выдан в 1790 году Сэмюэлю Хопкинсу за усовершенствование «изготовления золы поташа и жемчужной золы с помощью нового аппарата и процесса». [21] Жемчужная зола была более чистым качеством, полученным путем прокаливания поташа в отражательной печи или печи. Калийные ямы когда-то использовались в Англии для производства поташа, который использовался при изготовлении мыла для подготовки шерсти для производства пряжи.
Примерно после 1820 года Нью-Йорк заменил Новую Англию в качестве самого важного источника; к 1840 году центр был в Огайо. Производство поташа всегда было побочным продуктом промышленности, вытекающим из необходимости расчищать земли для сельского хозяйства . [16]
С 1767 года поташ из древесной золы экспортировался из Канады. К 1811 году 70% от общего объема импорта поташа в Британию в размере 19,6 млн фунтов приходилось на Канаду. [19] Экспорт поташа и жемчужной золы достиг 43 958 баррелей в 1865 году. В 1871 году работало 519 зольных заводов .
Древесная зола пришла в упадок в конце 19 века, когда в Германии было налажено крупномасштабное производство поташа из минеральных солей . В начале 20 века в калийной промышленности доминировал картель, в котором Германия играла доминирующую роль. [22] : 147 Этот картель прекратил свое существование, когда в СССР и Канаде появились новые производители поташа. [22] : 147
В 1943 году в Саскачеване , Канада, во время бурения нефтяных скважин был обнаружен поташ. 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 в озере Пейшенс . [11] По мере развития многочисленных производителей поташа в Канаде правительство Саскачевана все больше вовлекалось в эту отрасль, что привело к созданию Canpotex в 1970-х годах. [22] : 147
В 1964 году канадская компания Kalium Chemicals основала первую калийную шахту, используя процесс растворения. Открытие было сделано во время разведки запасов нефти. Шахта была разработана недалеко от Реджайны, Саскачеван. Шахта достигала глубины более 1500 метров. Сейчас это подразделение Belle Plaine корпорации Mosaic.
Производство калийных удобрений в СССР в основном предназначалось для внутреннего потребления и использования в странах Совета Экономической Взаимопомощи . [22] : 147 После распада СССР российские и белорусские производители калийных удобрений впервые вступили в прямую конкуренцию с производителями в других странах мира. [22] : 147
В начале 20-го века месторождения калийных солей были обнаружены в Даллолской впадине в местностях Мусели и Кресент недалеко от эфиопско- эритрейской границы. Оценочные запасы в Мусели и Кресент составляют 173 и 12 миллионов тонн соответственно. Последнее особенно подходит для открытой добычи. Оно было разведано в 1960-х годах, но работы были остановлены из-за наводнения в 1967 году. Попытки продолжить добычу в 1990-х годах были остановлены эритрейско-эфиопской войной и не возобновлялись по состоянию на 2009 год. [23]
Все коммерческие месторождения калия изначально происходят из эвапоритовых залежей и часто захоронены глубоко под поверхностью земли. Калийные руды обычно богаты хлоридом калия (KCl), хлоридом натрия (NaCl) и другими солями и глинами и обычно добываются путем обычной шахтной добычи с измельчением извлеченной руды в порошок. [24] Большинство калийных рудников сегодня представляют собой глубокие шахтные шахты на глубине до 4400 футов (1400 м) под землей. Другие добываются как открытые шахты, будучи заложенными горизонтальными слоями в виде осадочной породы . На надземных перерабатывающих заводах KCl отделяется от смеси для получения высокоанализируемого калийного удобрения. Другие калийные соли могут быть разделены различными процедурами, в результате чего получается сульфат калия и сульфат калия-магния.
Другие методы включают добычу растворением и методы выпаривания из рассолов. В методе выпаривания горячая вода впрыскивается в поташ, который растворяется, а затем закачивается на поверхность, где он концентрируется за счет испарения, вызванного солнцем. Затем в добытые или выпаренные растворы добавляются аминовые реагенты. Амин покрывает KCl, но не NaCl. Пузырьки воздуха прилипают к амину + KCl и поднимают его на поверхность, в то время как NaCl и глина опускаются на дно. Поверхность очищается для амина + KCl, который затем высушивается и упаковывается для использования в качестве удобрения, богатого калием — KCl легко растворяется в воде и быстро становится доступным для питания растений . [25]
В Индии изучалось извлечение солей калийных удобрений из морской воды . [26] При извлечении соли из морской воды путем выпаривания соли калия концентрируются в соляной воде — сточных водах соляной промышленности.
Месторождения калийных солей распределены неравномерно по всему миру. [22] : 147 По состоянию на 2015 год [обновлять]месторождения разрабатываются в Канаде, России, Китае, Беларуси, Израиле, Германии, Чили, США, Иордании, Испании, Великобритании, Узбекистане и Бразилии, [27] при этом наиболее значительные месторождения находятся под большими глубинами формации Прерий Эвапорит в Саскачеване , Канада. [11] Канада и Россия являются странами, где производится основная часть калийных солей; Беларусь также является крупным производителем. [22] : 12
Месторождение Пермского бассейна включает в себя основные шахты за пределами Карлсбада , Нью-Мексико, до самого чистого в мире месторождения калия в округе Ли, Нью-Мексико (рядом с месторождениями Карлсбада), которое, как полагают, имеет чистоту около 80%. ( Округ Оцеола, Мичиган , имеет месторождения с чистотой 90+%; однако единственная шахта там была переоборудована для производства соли.) Канада является крупнейшим производителем, за ней следуют Россия и Беларусь. Наиболее значительные запасы канадского калия находятся в провинции Саскачеван и добываются компаниями The Mosaic Company , Nutrien и K+S . [1]
В Китае большинство месторождений калийных солей сосредоточено в пустынях и солончаках бессточных бассейнов западных провинций, особенно Цинхая . Геологические экспедиции обнаружили запасы в 1950-х годах [28], но коммерческая эксплуатация отставала до реформ и политики открытости Дэн Сяопина в 1980-х годах. Открытие в 1989 году завода по производству калийных удобрений в Цинхае 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; 260 000 коротких тонн) в год. [29]
В 2013 году почти 70% производства калия контролировалось Canpotex , экспортно-маркетинговой фирмой, и Белорусской калийной компанией. Последняя была совместным предприятием между Беларуськалием и Уралкалием , но 30 июля 2013 года Уралкалий объявил о закрытии предприятия. [30]
Калий растворим в воде , и для его транспортировки требуется специальная транспортная инфраструктура. [22] : 152
Чрезмерные респираторные заболевания из-за экологических опасностей, таких как радон и асбест , были проблемой для шахтеров калийных рудников на протяжении всей истории. Шахтеры калийных рудников подвержены развитию силикоза . Согласно исследованию сердечно-сосудистых заболеваний среди рабочих калийных рудников, проведенному в период с 1977 по 1987 год, общие показатели смертности были низкими, но была задокументирована заметная разница среди рабочих, работающих на поверхности. [31]
Калий является третьим основным питательным веществом для растений и сельскохозяйственных культур после азота и фосфора . Он использовался с древних времен в качестве удобрения почвы (около 90% от текущего использования). [10] Использование удобрений является основным фактором потребления калия, особенно для удобрения сельскохозяйственных культур, которые способствуют высокобелковому рациону. [22] : 23 По крайней мере, по состоянию на 2010 год более 95% калия добывается для использования в сельскохозяйственных целях. [22] : 24
Элементарный калий не встречается в природе, поскольку он бурно реагирует с водой. [33] В составе различных соединений калий составляет около 2,6% массы земной коры и является седьмым по распространенности элементом, схожим по распространенности с натрием, составляющим приблизительно 1,8% земной коры. [34] Калий важен для сельского хозяйства, поскольку он улучшает удержание воды, урожайность, питательную ценность, вкус, цвет, текстуру [22] : 24 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 выигрывают от свойств улучшения качества питательных веществ. [35]
Спрос на продукты питания и корма для животных растет с 2000 года. Служба экономических исследований Министерства сельского хозяйства США (ERS) связывает эту тенденцию со средним ежегодным ростом населения на 75 миллионов человек по всему миру. Географически экономический рост в Азии и Латинской Америке внес значительный вклад в увеличение использования удобрений на основе калия. Рост доходов в развивающихся странах также стал фактором роста использования калия и удобрений. С увеличением денег в семейном бюджете потребители добавили в свой рацион больше мяса и молочных продуктов. Этот сдвиг в привычках питания потребовал засевать больше акров, вносить больше удобрений и кормить больше животных — все это требовало больше калия.
После многих лет роста, в 2008 году использование удобрений замедлилось. Мировой экономический спад является основной причиной снижения использования удобрений, падения цен и увеличения запасов. [36] [37]
Крупнейшими потребителями калия в мире являются Китай, США, Бразилия и Индия. [38] Бразилия импортирует 90% необходимого ей калия. [38] Ожидается, что потребление калия для удобрений увеличится примерно до 37,8 млн тонн к 2022 году. [39]
Импорт и экспорт калия часто указывается в эквиваленте K2O , хотя удобрения никогда не содержат оксид калия как таковой, поскольку оксид калия едкий и гигроскопичный .
В начале 2008 года цены на калий начали стремительно расти 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 в 310 долларов США в апреле 2010 года, прежде чем восстановиться в 2011–2012 годах и снова снизиться в 2013 году. Для справки, цены в ноябре 2011 года составляли около 470 долларов США за тонну, но по состоянию на май 2013 года были стабильными на уровне 393 долларов США. [41] После неожиданного распада крупнейшего в мире калийного картеля в конце июля 2013 года цены на калий были готовы упасть примерно на 20 процентов. [42] В конце декабря 2015 года калий торговался по 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% ниже, чем в предыдущем году. К январю 2018 года цены восстановились до уровня около 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 индустриальных экономиках, где он используется при переработке алюминия , в хлорщелочной промышленности для производства гидроксида калия, в гальванопокрытии металлов, в буровом растворе для нефтяных скважин , для плавления снега и льда, при термообработке стали, в медицине для лечения гипокалиемии и смягчения 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, фотографических химикатов и текстиля. Он также используется в пивоварении , фармацевтических препаратах и в качестве катализатора для производства синтетического каучука . Также в сочетании с кварцевым песком для производства силиката калия , иногда известного как жидкое стекло , для использования в красках и электродах для дуговой сварки . Эти неудобрительные применения составили около 15% годового потребления калия в Соединенных Штатах. [1]
Не существует заменителей калия как основного питательного вещества для растений и как основного питательного вещества для животных и людей. [22] : 143 Навоз и глауконит (зеленый песок) являются источниками с низким содержанием калия, которые можно выгодно транспортировать только на короткие расстояния к полям. [32]
В данной статье использованы материалы из общедоступного источника Potash (PDF) . Геологическая служба США .