Kali - Potash
Kali ( / p ɒ t æ ʃ / ) beinhaltet verschiedene abgebaute und hergestellt Salze , die enthalten Kalium in wasserlöslicher Form. Der Name leitet sich von Topfasche ab , die sich auf in einem Topf mit Wasser getränkte Pflanzenasche oder Holzasche bezieht , die vor dem Industriezeitalter das wichtigste Mittel zur Herstellung des Produkts war . Das Wort „Kalium“ leitet sich von „Kali“ ab.
Kali wird weltweit in Mengen von über 90 Millionen Tonnen (40 Millionen Tonnen K 2 O- Äquivalent) pro Jahr produziert, hauptsächlich für die Verwendung in Düngemitteln . Verschiedene Arten von Düngemittel-Kali stellen die weltweit größte industrielle Nutzung des Elements Kalium dar. Kalium wurde erstmals 1807 durch Elektrolyse von Ätzkali ( Kaliumhydroxid ) gewonnen.
Terminologie
Kali bezieht sich auf Kaliumverbindungen und kaliumhaltige Materialien, am häufigsten Kaliumcarbonat. Das Wort "Kali" stammt aus dem mittelholländischen " potaschen ", was 1477 " Kochasche " bezeichnet. Die alte Methode zur Herstellung von Kaliumcarbonat ( K
2CO
3) war das Sammeln oder Produzieren von Holzasche (Besetzung von Aschebrennern ), das Auslaugen der Asche und das anschließende Verdampfen der resultierenden Lösung in großen Eisentöpfen, die einen weißen Rückstand mit der Bezeichnung "Potasche" hinterließen. Etwa 10 Gew.-% gewöhnlicher Holzasche können als Kali zurückgewonnen werden. Später wurde „Kali“ allgemein auf natürlich angewandt vorkommenden Kaliumsalze und das kommerzielle Produkt aus ihnen abgeleitet ist , obwohl es sehr wahrscheinlich seinen Namen abgeleitet ist (wo es verwendet wurde) von dem Anion der Säure , die das Carbonat ersetzt Einheit , eine gemeinsame equivocative Verwendung von "Kali" für "Kalium".
Die folgende Tabelle listet eine Reihe von Kaliumverbindungen auf, deren traditionelle Bezeichnung "Kali" enthält:
| Gemeinsamen Namen | Chemischer Name (Formel) | |
|---|---|---|
| Kalidünger | c. 1942 Kaliumcarbonat (K 2 CO 3 ); c.1950 eines oder mehrere von Kaliumchlorid (KCl), Kaliumsulfat (K 2 SO 4 ) oder Kaliumnitrat (KNO 3 ). Enthält nicht enthalten Kaliumoxid (K 2 O), die Pflanzen nehmen nicht auf. Die Kaliummenge wird jedoch oft als K 2 O-Äquivalent angegeben (d. h. wie viel sie in K 2 O-Form wäre), um einen Vergleich zwischen Äpfeln und Äpfeln zwischen verschiedenen Düngemitteln mit verschiedenen Kaliarten zu ermöglichen. | |
| Ätzkali oder Kalilauge | Kaliumhydroxid (KOH) | |
| Kalikarbonat, Weinsteinsalz oder Perlasche | Kaliumcarbonat (K 2 CO 3 ) | |
| Chlorat von Kali | Kaliumchlorat (KClO 3 ) | |
| Kalisalz (MOP) | Kaliumchlorid (KCl:NaCl = 95:5 oder höher) | |
| Nitrat von Kali oder Salpeter | Kaliumnitrat (KNO 3 ) | |
| Kalisulfat (SOP) | Kaliumsulfat (K 2 SO 4 ) | |
| Permanganat von Kali | Kaliumpermanganat (KMnO 4 ) | |
Produktion
Alle kommerziellen Kalivorkommen stammen ursprünglich aus Evaporitvorkommen und sind oft tief unter der Erdoberfläche vergraben. Kalierze sind typischerweise reich an Kaliumchlorid (KCl), Natriumchlorid (NaCl) und anderen Salzen und Tonen und werden typischerweise durch konventionellen Schachtbergbau gewonnen, wobei das extrahierte Erz zu einem Pulver zermahlen wird. Andere Methoden umfassen Dissolution Mining und Verdampfungsmethoden aus Solen.
Beim Verdampfungsverfahren wird heißes Wasser in das gelöste Kali eingespritzt und dann an die Oberfläche gepumpt, wo es durch solarinduzierte Verdunstung konzentriert wird. Aminreagenzien werden dann entweder den abgebauten oder verdampften Lösungen zugesetzt. Das Amin überzieht das KCl, aber nicht das NaCl. Luftblasen haften an Amin + KCl und schwimmen es an die Oberfläche, während NaCl und Ton zu Boden sinken. Die Oberfläche wird nach dem Amin + KCl abgeschöpft, das dann getrocknet und zur Verwendung als K-reicher Dünger verpackt wird – KCl löst sich leicht in Wasser auf und steht schnell für die Pflanzenernährung zur Verfügung .
Kalivorkommen sind auf der ganzen Welt zu finden. Derzeit werden Vorkommen in Kanada, Russland, China, Weißrussland, Israel, Deutschland, Chile, den Vereinigten Staaten, Jordanien, Spanien, Großbritannien, Usbekistan und Brasilien abgebaut, wobei die bedeutendsten Vorkommen in Saskatchewan , Kanada, vorhanden sind.
Gefahren am Arbeitsplatz
Übermäßige Atemwegserkrankungen haben Kalibergleuten aufgrund von Umweltgefahren wie Radon und Asbest im Laufe der Geschichte Anlass zur Sorge gegeben . Kalibergleute sind anfällig für Silikose . Basierend auf einer zwischen 1977 und 1987 durchgeführten Studie über Herz-Kreislauf-Erkrankungen bei Kaliarbeitern waren die Gesamtsterblichkeitsraten niedrig, aber bei den oberirdischen Arbeitern wurde ein deutlicher Unterschied dokumentiert.
Geschichte der Produktion
Kali (insbesondere Kaliumcarbonat) wird seit der Bronzezeit zum Bleichen von Textilien, zur Glas- , Keramik- und Seifenherstellung verwendet . Kali wurde hauptsächlich durch Auslaugen der Asche von Land- und Meerespflanzen gewonnen.
Ab dem 14. Jahrhundert wurde in Äthiopien Kali abgebaut . Eine der weltweit größten Lagerstätten, 140 bis 150 Millionen Tonnen, befindet sich im Dallol- Gebiet der Afar-Region .
Kali war eine der wichtigsten Industriechemikalien. Es wurde aus der Asche von Laubbäumen veredelt und vor allem in den Waldgebieten Europas, Russlands und Nordamerikas produziert . Obwohl Ende des 18. Jahrhunderts Verfahren zur Herstellung künstlicher Alkalien erfunden wurden, wurden diese erst Ende des 19. Jahrhunderts wirtschaftlich und so blieb die Abhängigkeit von organischen Kaliquellen bestehen.
Kali wurde mindestens seit dem frühen 14. Jahrhundert zu einem wichtigen internationalen Handelsgut in Europa. Es wird geschätzt, dass die europäischen Kaliimporte seit dem frühen 17. Jahrhundert jährlich 6 oder mehr Millionen Kubikmeter benötigten.
Zwischen 1420 und 1620, die primären Export Städte für Holz abgeleitete Kali waren Danzig, Königsberg und Riga. Ab den 1640er Jahren führten geopolitische Störungen dazu, dass die Exportzentren vom Baltikum nach Archangel, Russland, verlegt wurden. Im Jahr 1700 war die russische Esche vorherrschend, obwohl Danzig für die Qualität seines Kalis bekannt blieb. Im späten 15. Jahrhundert war London aufgrund seiner Position als Zentrum der Weichseifenherstellung der führende Importeur, während die Holländer im 16. Jahrhundert als Lieferanten und Verbraucher dominierten.
Das erste US-Patent jeglicher Art wurde 1790 an Samuel Hopkins für eine Verbesserung "bei der Herstellung von Kali- und Perlasche durch einen neuen Apparat und Prozess" erteilt . Perlasche war eine reinere Qualität, die durch Kalzinieren von Kali in einem Hallofen oder Ofen hergestellt wurde. Kaligruben wurden in England einst zur Herstellung von Kali verwendet, das zur Herstellung von Seife zur Herstellung von Wolle für die Garnherstellung verwendet wurde.
Bis zum 18. Jahrhundert wurde zunehmend höherwertiges amerikanisches Kali nach Großbritannien importiert. Im späten 18. und frühen 19. Jahrhundert bot die Kaliproduktion den Siedlern in Nordamerika eine Möglichkeit, dringend benötigtes Bargeld und Kredite zu erhalten, während sie bewaldetes Land für den Ackerbau rodeten. Um ihr Land vollständig nutzen zu können, mussten die Siedler überschüssiges Holz entsorgen. Der einfachste Weg, dies zu erreichen, bestand darin, Holz zu verbrennen, das nicht für Brennstoff oder Bau benötigt wird. Asche aus Hartholz Bäume könnten dann verwendet werden , um Lauge , die entweder verwendet werden könnten , Seife oder eingekocht zu produzieren wertvolle Kali zu machen. Hartholz könnte Asche in einer Menge von 60 bis 100 Scheffel pro Acre (500 bis 900 m³/km 2 ) erzeugen . Im Jahr 1790 konnte Asche im ländlichen New York für 3,25 bis 6,25 USD pro Acre (800 bis 1.500 USD/km 2 ) verkauft werden – fast so viel wie die Anstellung eines Arbeiters, der dasselbe Gebiet räumt. Die Kaliherstellung wurde zu einem wichtigen Wirtschaftszweig in Britisch-Nordamerika. Großbritannien war immer der wichtigste Markt. Die amerikanische Kaliindustrie folgte der Axt des Holzfällers im ganzen Land. Nach etwa 1820 löste New York New England als wichtigste Quelle ab; 1840 befand sich das Zentrum in Ohio. Die Kaliproduktion war immer eine Nebenproduktindustrie, die aus der Notwendigkeit resultierte, Land für die Landwirtschaft zu roden .
Auf den Orkney- Inseln lieferte Kelp- Asche bereits 1719 ein Jahrhundert lang Kali- und Sodaasche , "Substanzen, die von der Glas- und Seifenindustrie der damaligen Zeit eifrig nachgefragt wurden".
Ab 1767 wurde Kali aus Holzasche aus Kanada exportiert. Bis 1811 kamen 70 % der gesamten Kaliimporte von 19,6 Millionen Pfund nach Großbritannien aus Kanada. Der Export von Kali und Perlasche erreichte 1865 43.958 Barrel. Im Jahr 1871 waren 519 Aschenereien in Betrieb. Die Industrie ging Ende des 19. Jahrhunderts zurück, als in Deutschland eine großtechnische Produktion von Kali aus Mineralsalzen etabliert wurde . 1943 wurde in Saskatchewan , Kanada , Kali bei der Ölbohrung entdeckt. Die aktive Exploration begann 1951. 1958 wurde die Potash Company of America mit der Inbetriebnahme einer unterirdischen Kalimine am Patience Lake der erste Kaliproduzent in Kanada ; Aufgrund von Wassereinbrüchen in seinem Schacht wurde die Produktion jedoch Ende 1959 eingestellt, aber nach umfangreichen Injektionen und Reparaturen 1965 wieder aufgenommen. Das Untertagebergwerk wurde 1987 geflutet und 1989 als Lösungsbergwerk für die kommerzielle Produktion reaktiviert.
1964 gründete ein kanadisches Unternehmen namens Kalium Chemicals die erste Kalimine, die den Lösungsprozess nutzte. Die Entdeckung wurde während der Exploration von Ölreserven gemacht. Die Mine wurde in der Nähe von Regina, Saskatchewan, entwickelt. Die Mine erreichte Tiefen von mehr als 1500 Metern. Mosaic war Belle Plaine später gegangen, um den Betrieb der Mine zu übernehmen.
Die meisten der Weltreserven an Kalium (K) wurden als Meerwasser in alten Binnenmeeren abgelagert . Nachdem das Wasser verdunstet war, kristallisierten die Kaliumsalze zu Kalierzbetten. An diesen Orten wird heute Kali abgebaut. Die Ablagerungen sind eine natürlich vorkommende Mischung aus Kaliumchlorid (KCl) und Natriumchlorid (NaCl), besser bekannt als Kochsalz . Im Laufe der Zeit, als sich die Erdoberfläche veränderte, wurden diese Ablagerungen von Tausenden von Fuß Erde bedeckt.
Die meisten Kalibergwerke sind heute Tiefschachtminen bis zu 4.400 Fuß (1.400 m) unter der Erde. Andere werden als Tagebaue abgebaut, die in horizontalen Schichten als Sedimentgestein abgelagert wurden . In oberirdischen Aufbereitungsanlagen wird das KCl aus dem Gemisch abgetrennt, um einen hochanalytischen Kaliumdünger herzustellen. Andere Kaliumsalze können durch verschiedene Verfahren abgetrennt werden, was zu Kaliumsulfat und Kalium-Magnesiumsulfat führt.
Heute sind einige der größten bekannten Kalivorkommen der Welt von Saskatchewan , Kanada, bis Brasilien , Weißrussland , Deutschland und dem Perm-Becken über die ganze Welt verteilt . Die Lagerstätte im Perm-Becken umfasst die wichtigsten Minen außerhalb von Carlsbad , New Mexico, bis hin zur weltweit reinsten Kalilagerstätte in Lea County, New Mexico (unweit der Carlsbad-Lagerstätten), von der angenommen wird, dass sie zu etwa 80 % rein ist. ( Osceola County, Michigan hat Vorkommen zu 90+% rein; die einzige Mine dort wurde jedoch auf Salzproduktion umgestellt.) Kanada ist der größte Produzent, gefolgt von Russland und Weißrussland. Das bedeutendste Kali-Reservat Kanadas befindet sich in der Provinz Saskatchewan und wird von The Mosaic Company , Nutrien und K+S abgebaut .
In China konzentrieren sich die meisten Kalivorkommen in den Wüsten und Salzwüsten der endorheischen Becken seiner westlichen Provinzen, insbesondere in Qinghai . Geologischen Expeditionen entdeckten die Reserven in den 1950er Jahren , aber die kommerzielle Nutzung zurückblieb , bis Deng Xiaoping ‚s Reform und Öffnung Politik in den 1980er Jahren. Mit der Eröffnung der Kalidüngemittelfabrik Qinghai im Jahr 1989 im abgelegenen Qarhan Playa versechsfachte sich Chinas Produktion von Kaliumchlorid von weniger als 40.000 t (39.000 Long-Tonnen; 44.000 Short-Tonnen) pro Jahr in Haixi und Tanggu auf knapp 240.000 t (240.000 Long- Tonnen). Tonnen; 260.000 Kurztonnen) pro Jahr.
Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurden Kalivorkommen in der Dallol- Senke in Musely und Crescent nahe der äthiopisch- eritreischen Grenze gefunden. Die geschätzten Reserven betragen 173 bzw. 12 Millionen Tonnen für Musely und Crescent. Letzteres eignet sich besonders für den Tagebau; Es wurde in den 1960er Jahren erkundet, aber die Arbeiten wurden aufgrund der Flut im Jahr 1967 eingestellt. Versuche, den Bergbau in den 1990er Jahren fortzusetzen, wurden durch den Eritreisch-Äthiopischen Krieg gestoppt und wurden 2009 nicht wieder aufgenommen.
In Indien wurde die Gewinnung von Kaliumdüngesalzen aus Meerwasser untersucht . Bei der Gewinnung von Salz aus Meerwasser durch Verdampfung konzentrieren sich Kaliumsalze in Bitterstoffen , einem Abwasser aus der Salzindustrie.
Im Jahr 2013 wurden fast 70 % der Kaliproduktion von Canpotex , einem Export- und Marketingunternehmen, und der Belarusian Potash Company kontrolliert . Letzteres war ein Joint Venture zwischen Belaruskali und Uralkali , aber am 30. Juli 2013 gab Uralkali bekannt, dass es das Unternehmen beendet habe.
Verbrauch
| Land | Produktion | Reserven |
|---|---|---|
| Kanada | 12,0 (28,57%) | 1.000 (25,64%) |
| Russland | 7,2 (17,14 %) | 500 (12,82 %) |
| Weißrussland | 6,4 (15,24%) | 750 (19,23%) |
| China | 6,2 (14,76 %) | 360 (9,23 %) |
| Deutschland | 2,9 (6,90 %) | 150 (3,85%) |
| Israel | 2,2 (5,24%) | 270 (6,92 %) |
| Jordanien | 1,3 (3.10%) | 270 (6,92 %) |
| Chile | 1,2 (2,86%) | 150 (3,85%) |
| Spanien | 0,7 (1,67 %) | 44 (1,13 %) |
| Vereinigte Staaten | 0,5 (1,19 %) | 210 (5,38 %) |
| Vereinigtes Königreich | 0,5 (1,19 %) | 40 (1,03 %) |
| Brasilien | 0,3 (0,71 %) | 24 (0,62%) |
| Andere Länder | 0,5 (1,19 %) | 90 (2,31 %) |
| Welt insgesamt | 42,0 (100,00 %) | 3.900 (100,00 %) |
Düngemittel
Kalium ist nach Stickstoff und Phosphor der drittwichtigste Pflanzen- und Kulturnährstoff . Es wurde seit verwendet Antike als Bodendünger (ca. 90% der aktuellen Anwendung). Elementares Kalium kommt in der Natur nicht vor, da es heftig mit Wasser reagiert. Als Teil verschiedener Verbindungen macht Kalium etwa 2,6% der Masse der Erdkruste aus und ist das siebthäufigste Element, ähnlich wie Natrium mit etwa 1,8% der Erdkruste. Kali ist wichtig für die Landwirtschaft, da es die Wasserspeicherung, den Ertrag, den Nährwert, den Geschmack, die Farbe, die Textur und die Krankheitsresistenz von Nahrungspflanzen verbessert. Es findet breite Anwendung bei Obst und Gemüse, Reis, Weizen und anderen Getreidesorten, Zucker, Mais, Sojabohnen, Palmöl und Baumwolle, die alle von den qualitätssteigernden Eigenschaften des Nährstoffs profitieren.
Die Nachfrage nach Lebens- und Futtermitteln ist auf dem Vormarsch seit 2000. Die United States Department of Agriculture ‚s Economic Research Service (ERS) den Trend zu durchschnittlichen jährlichen Bevölkerungswachstum von 75 Millionen Menschen auf der ganzen Welt zuschreibt. Geografisch hat das Wirtschaftswachstum in Asien und Lateinamerika stark zum verstärkten Einsatz von Kalidüngemitteln beigetragen. Auch die steigenden Einkommen in den Entwicklungsländern trugen zum wachsenden Kali- und Düngemittelverbrauch bei. Mit mehr Geld im Haushaltsbudget fügten die Verbraucher ihrer Ernährung mehr Fleisch- und Milchprodukte hinzu. Diese Veränderung der Essgewohnheiten erforderte, dass mehr Hektar bepflanzt, mehr Dünger ausgebracht und mehr Tiere gefüttert werden mussten – alles erforderte mehr Kali.
Nach Jahren des Aufwärtstrends hat sich der Düngemitteleinsatz 2008 verlangsamt. Der weltweite Wirtschaftsabschwung ist der Hauptgrund für den rückläufigen Düngemitteleinsatz, fallende Preise und steigende Lagerbestände.
Die weltweit größten Kaliverbraucher sind China, die Vereinigten Staaten, Brasilien und Indien. Brasilien importiert 90 % des benötigten Kalis. Bis 2022 soll der Kaliverbrauch für Düngemittel auf rund 37,8 Millionen Tonnen steigen.
Kaliimporte und -exporte werden oft in K 2 O- Äquivalenten angegeben , obwohl Düngemittel per se nie Kaliumoxid enthalten, da Kaliumoxid ätzend und hygroskopisch ist .
Preisgestaltung
Anfang 2008 begannen die Kalipreise einen kometenhaften Anstieg von weniger als 200 US-Dollar pro Tonne auf einen Höchststand von 875 US-Dollar im Februar 2009. Diese fielen anschließend dramatisch auf ein Tief im April 2010 von 310 US-Dollar, bevor sie sich 2011-12 erholten. und 2013 wieder rückfällig. Als Referenz lagen die Preise im November 2011 bei etwa 470 US-Dollar pro Tonne, waren aber im Mai 2013 stabil bei 393 US-Dollar. Nach der überraschenden Auflösung des weltgrößten Kalikartells Ende Juli 2013 drohten die Kalipreise um rund 20 Prozent zu sinken. Ende Dezember 2015 wurde Kali für 295 US-Dollar pro Tonne gehandelt. Im April 2016 lag der Preis bei 269 US-Dollar. Im Mai 2017 hatten sich die Preise bei rund 216 US-Dollar pro Tonne stabilisiert, 18 % weniger als im Vorjahr. Bis Januar 2018 erholten sich die Preise auf rund 225 US-Dollar pro Tonne. Die weltweite Kalinachfrage ist kurzfristig und sogar langfristig tendenziell preisunelastisch.
Andere Verwendungen
Zusätzlich zu seiner Verwendung als Düngemittel, Kaliumchlorid ist wichtig in vielen Industrieländern, wo es eingesetzt wird , Aluminium - Recycling , von der Chlor - Alkali - Industrie zur Herstellung von Kaliumhydroxid, in Metall - Galvanisierung , Ölbohrungsfluid Bohren , Schnee und Eis schmelzen, Stahlwärmebehandlung, in der Medizin zur Behandlung von Hypokaliämie und Wasserenthärtung . Kaliumhydroxid wird für die industrielle Wasseraufbereitung verwendet und ist die Vorstufe von Kaliumcarbonat, mehreren Formen von Kaliumphosphat, vielen anderen Kaliumchemikalien und der Seifenherstellung. Kaliumcarbonat wird zur Herstellung von Tierfutterergänzungsmitteln , Zement , Feuerlöschern , Nahrungsmitteln, Fotochemikalien und Textilien verwendet. Es wird auch beim Brauen von Bier , pharmazeutischen Präparaten und als Katalysator für die Herstellung von synthetischem Kautschuk verwendet. Auch in Kombination mit Quarzsand zur Herstellung von Kaliumsilikat , manchmal auch als Wasserglas bekannt , zur Verwendung in Farben und Lichtbogenschweißelektroden . Diese Verwendungen ohne Düngemittel machen etwa 15 % des jährlichen Kaliverbrauchs in den Vereinigten Staaten aus.
Ersatz
Es gibt keinen Ersatz für Kalium als essentiellen Pflanzennährstoff und als essentieller Nährstoffbedarf für Tiere und Menschen. Mist und Glaukonit (Grünsand) sind kaliumarme Quellen, die nur über kurze Distanzen gewinnbringend zu Ackerfeldern transportiert werden können.
Siehe auch
Verweise
-
Dieser Artikel enthält gemeinfreies Material aus dem Dokument des United States Geological Survey : "Potash" (PDF) .
Weiterlesen
- Seaver, Frederick J. (1918) „Historical Sketches of Franklin County And its Mehrere Towns“ , JB Lyons Company, Albany, NY, Abschnitt „Making Potash“ S. 27–29