پتاس

نیتروژن، فسفر و پتاسیم که عموما به صورت مخفف به صورت NPK بیان می شوند، سه جزء اصلی مربوط به رشد گیاهان می باشند. در حالی که پتاسیم به شکل برخی از مینرال ها، برای گیاهان، یافت می شود، پتاس، جزء هیچ کدام از این مینرال ها، تلقی نمی شود. نام این ماده در اصل از واژه ی “pot- ash” آمده است. علت این نامگذاری، روش تولید اولیه ی پتاسیم کربنات () می باشد. در این روش، ابتدا یک محلول از خاکستر چوب در دیگ های آهنی، جوشانده و تبخیر می شود و توده ی باقیمانده که یک جامد سفید رنگ است، پتاس نامیده می شود. این روش، یکی از روش های تولید پتاس است که در طی سال های جنگ جهانی دوم، در آمریکا مورد استفاده قرار می گرفته است. منابع اصلی تأمین پتاسیم در سایر کشورها مانند فرانسه، آلمان، لهستان، روسیه، اسپانیا و کشورهای شرق میانه، در واقع استفاده از آب دریا می باشد. بعدها، اسم پتاس، به صورت کلی، برای بیان اکسید پتاسیم () استفاده شد. این ماده یک ترکیب استاندارد است که برای بیان ترکیبات حاوی پتاسیم، استفاده می شود. امروزه، در برخی صنایع، این واژه همچنین برای بیان ترکیبات محلول در آب از پتاسیم مورد استفاده قرار می گیرد که در کودها، استفاده می شود. کلرید پتاسیم و سولفات پتاسیم جزء ترکیبات نامحلول در آب، تلقی می شوند.
منابع پتاس
پتاس یکی از اجزای مینرال هایی مانند فلدسپار، میکا، گلوکنیتس و ... می باشد. این تخمین زده شده است که 3.11 % از لیتوسفر و 0.04 الی 0.07 % از آب اقیانوس ها، را اکسید پتاسیم تشکیل داده است. اما منابع معدنی پتاس، تنها این 5 منبع می باشند:
سیلویت (Sylvite) (KCl)
سیلوینیت (NaCl.KCl)
کارنالیت (Carnallite) ()
کاینیت (Kainite) ()
لانگ بینیت (Langbeinite) ()
بسترهایی از سیلویت، لانگ بینیت و سیلوینیت، در نیومکزیکو و تگزاس آمریکا یافت می شود و مشابه با زغال سنگ، استخراج می شود. این مینرال ها در کشورهایی مانند فرانسه، لهستان، اسپانیا و روسیه یافت می شوند. علاوه بر این، آب شور نیز یکی از مهم ترین منابع پتاس می باشد. آب شور دریای مرده که در فلسطین اشغالی و اردن واقع است، حاوی 1.2 % KCl بوده است و غنی ترین منبع تجاری این ماده می باشد. آب دریاچه ی Great در آمریکا و بسیاری از دریاچه های دیگر در سطح دنیا نیز دارای پتاسیم بالایی می باشد.
تولید جهانی پتاس برابر با 27.7 میلیون تن در سال 2000 بوده است. کانادا تولیدکننده ی پیشگام این ماده می باشد و بعد از این کشور، روسیه، بلاروس، آلمان، فلسطین اشغالی و سایر کشورها می باشند.
فرایند تولید پتاس
اخیراً پتاسیم کلرید متداول ترین نوع پتاسی بوده است که از آب شور و مینرال های کلریدی استخراج شده است. تلاش هایی همچنین به منظور بازیابی کلرید پتاسیم از منابع غیر متداول، انجام شده است. فرایند بازیابی، به صورت زیر است:
آب شور: مهم ترین منابع این ماده، آب شور دریاها می باشد اما آب دریا و آب های شور زیرزمینی، باید تحت فرآوری های خاص انجام شود. این فرایند ضرورتاً مشابه فرایندی است که در زیر، آورده شده است:
در فرایندد آب شور، دانسیته ی آب شور برابر با 1.23 gm/cc می باشد و میزان غلظت آن در حدود 370 گرم بر کیلوگرم آب می باشد. آب شور، ابتدا به داخل حوضچه ی نمک پمپ می شود. در این بخش، به دلیل تبخیر خورشید، بیشتر NaCl رسوب کرده و میزان آب موجود در آب شور، کاهش می یابد تا دانسیته ی آن به 1.298 برسد. این آب، گرفته می شود و در حوضچه ی پیش کارنالیت، دوباره تحت عملیات تبخیر قرار می گیرد. در این بخش، NaCl باقیمانده، خارج می شود و دانسیته آب باقیمانده، به 1.3.3 گرم بر سی سی می رسد. غلظت KCl موجود در این آب، سپس به 2 % می رسد. این آب شیر تغلیظ یافته، تحت عملیات تبخیر در حوضچه های کارنالیتی قرار می گیرد و در این حالت، نمک KCl و رسوب می کند. باقیمانده ی آب شور که دارای دانسیته ی 1.34 gm/cc است و حاوی 0.3 % KCl است، به آب دریا باز می گردد.
فرایند لیچینگ داغ: دوغاب کارنالیتی آبگیری می شود و در مراحل بعدی، بوسیله ی آب تجزیه می شود، در حالی که به طور همزمان، عمل تهییج بر روی آنها انجام می شود. بعد از این فرایند، تحت عملیات لیچینگ قرار می گیرد و یک کیک ایجاد می شود که حاوی سیلوینیت است. کیک سیلوینیت با آب مخلوط می شود و در یک تانک تهییج می شود تا کیک حاصله، حل شود. در این حالت، KCl حل می شود و بخش بیشتر NaCl رسوب می کند. آب شور داغ که غنی از KCl است و مقادیر اندکی NaCl در آن وجود دارد، سرد می شود و به دلیل اینکه فرایند تحت خلأ انجام می شود، کریستال های KCl ایجاد می شوند. دوغاب حاوی این پتاس، آب گیری می شود و بعد از خشک کردن، به صورت گرانوله در می آید.
فرایند کریستالی سرد: دوغاب کارنالیت خام از سرند عبور داده می شود و بدین وسیله، ذرت درشت تر، که دارای عیار بالاتری هستند، جداسازی می شود. ذرات ریزتر که حاوی مقادیر NaCl بیشتری هستند، تحت عملیات فلوتاسیون قرار داده می شوند و بدین صورت، سدیم کلرید آن خارج می شود. کارنالیت تغلیظ شده که از سلول فلوتاسیون بدست می آید به همراه ذرات درشت تر، در حضور آب و در یک کریستالایزر، تجزیه می شود و در این بخش، کریستال های KCl تشکیل می شوند. به منظور حذف چسبنده، کریستال های KCl تحت عمیلیات لیچینگ قرار داده می شوند و با استفاده از سانتریفیوژ، آب آن گرفته می شود. در نهایت، این مواد خشک شده و سرد می شوند تا بدین صورت، پتاس خالصی بوجود آید که تنها حاوی 0.5 % و 0.1 % رطوبت است.
در هر دو فرایند، آب شور باقیمانده که حاوی NaCl و است، به صورت باطله، تخلیه می شود.
آب شور دریا
متوسط غلظت مربوط به عناصر اصلی در آب دریا، عبارتند از:
کلرید: 19350 ppm
سدیم: 10760 ppm
منیزیم: 1290 ppm
گوگرد: 810 ppm
کلسیم: 410 ppm
پتاسیم: 390 ppm
برم: 67 ppm
با تبخیر خورشیدی آب دریا، نمک های معمولی مانند NaCl رسوب می کنند و سپس مایع باقیمانده بعد از این مرحله، مورد استفاده قرار می گیرد. میزان KCl در این حالت از 0.07 % در آب دریا به 2- 2.5 % افزایش می یابد. با افزایش غلظت بواسطه ی تبخیر، یک محلول غنی از پتاس ایجاد می شود. ترکیب متوسط این محلول ها، عبارتند از:

فرایندهایی وجود دارد که بوسیله ی آن، پتاس از آب غلیظ دریا، جداسازی می شود. فرایندهای زیر، برای این کار استفاده می شود:
استفاده از آب شور:
فرایند گوگرد گیری: این فرایند شامل رسوب دهی منیزیم سولفات از آب شور غلیظ شده با استفاده از کلرید کلسیم می باشد که با استفاده از این روش، مخلوطی از کارنالیت یا سیلویت از پتاس خالص بدست می آید. این کار با استفاده از تبلور جزء به جزء انجام می شود. این فرایند شامل استفاده از حجم بالایی از آب شور غلیظ شده و استفاده از مواد شیمیایی، می باشد.
فرایند فلوتاسیون: این فرایند شامل استفاده از عوامل معرف برای رسوب دهی انتخابی یا فلوتاسیون انتخابی است. این معرف ها، در واقع اسید کلرو- پلاتین، اسید پرکلریک، سدیم آلتا فنیل بور، تری سدیم کبالت حاوی نیتریک اسید و دیپسیل آمین می باشد. اما استفاده از این فرایند، به دلیل هزینه های بالای این معرف ها، محدود می باشد.
استفاده از نمک های مخلوط: دو فرایند برای این کار وجود دارد:
فرایند استخراج گرم: این فرایند بر اساس قانون فازی در شیمی مربوط به سیستم نمک های دریایی، کار می کند. نمک های مخلوط از آب شور غلیظ شده در دمای 110 درجه، جداسازی می شود. دوغاب حاصله، در همان دما، فیلتر می شود و باقیمانده ها جداسازی می شود. این باقیمانده، حاوی 50-52 % منیزیم سولفات و 12-15 % سدیم کلرید است. در حالی که ناخالصی های فیلتر شده، حاوی پتاسیم کلرید ناخالص می باشد. برای جداسازی پتاسیم کلرید از آن، این ماده با محلول KCl و NaCl واکنش می دهد و تا دمای 110 درجه ی سانتیگراد حرارت داده می شود تا بدین صورت، پتاسیم کلرید حل می شود در حالی که سدیم کلرید، حل نمی شود و به صورت باقیمانده، خارج می شود. دوغاب فیلتر می شود و تا دمای اتاق سرد می شود. در این حالت، پتاسیم کلرید کریستالی، بوسیله ی سانتریفیوژ، جداسازی، خشک و بسته بندی می شود. در هنگام سرد شدن، فیلتراسیون منجر به تولید KCl از آب دریا می شود. از باقیمانده های این فرایند، سولفات منیزیم 7 آبه به عنوان محصول فرعی، باقی می ماند. به هر حال، این فرایند انرژی زیادی مصرف می کند.
فرایند فلوتاسیون: یک فرایند که بوسیله ی انستیتوی تحقیقات شیمیایی دریایی هند انجام شده است، نشان داد که این فرایند می تواند موجب تشکیل سولفات منیزیم و پتاسیم شود. نمک های بدست آمده، با آب شور تغلیظ شده، مخلوط می شوند و دوغابی تولید می شود که تحت فلوتاسیون قرار می گیرد. سدیم کلرید خارج شده و نمک های باقیمانده به شکل کیانیت، فلوتاسیون می شوند. محصول بدست آمده، حاوی 20-23 % اکسید پتاسیم و 8-10 % اکسید منیزیم است که میزان ناخالصی سدیم کلرید در آن، بین 1.0 تا 1.5 % است.
آب شور زیرزمینی: آب شور بدست آمده از دریاچه های آب شور، می تواند با استفاده از فراوری پتاس، به شکل پتاسیم سولفات در آید.
بعد از تبخیر و تغلیظ آب شور، محصول اصلی مخلوطی از نمک های پتاسیم، کاینیت و کارنالیت است. هر دو محصول، با استفاده از جداسازی با آب داغ، به اسکونیت تبدیل می شود و بدین صورت، کریستالیزاسیون پتاسیم فسفات، رخ می دهد. برای حصول این مورد، اسکونیت جداسازی شده و با استفاده از آب تازه در کریستالایزر، عمل آوری می شود. کلرید منیزیم و برخی از انواع کلرید پتاسیم، با آزاد سازی پتاسیم سولفات، حل می شود. سدیم سولفات موجود در این فرایند می تواند به عنوان یک محصول فرعی، جداسازی شود.
لانگ بینیت
لانگ بینیت () یک نمک دوگانه است که حاوی پتاسیم سولفات و منیزیم سولفات است و به دلیل میزان منیزیم آن، این ماده به صورت معدنی قابل استفاده نمی باشد. پتاسیم سولفات می تواند از لانگ بینیت و با حذف منیزیم سولفات از طریق افزودن منیزیم سولفات و KCl، تولید شود.
سیلویت
سیلویت (KCl) به صورت مستقیم یا بعد از تبدیل به پتاسیم سولفات، مورد استفاده قرار می گیرد. چندین فرایند وجود دارد که بوسیله ی آن، سیلویت به پتاسیم سولفات تبدیل می شود. در ادامه، برخی از این فرایندها، آورده شده است:
کیزریت (سولفات منیزیم) و سیلویت (KCl) که به صورت مجزا معدن کاری می شود، تغلیظ می شود و به حالت محلول در می آید. در این حالت، فرایند الکترولیز و کریستالیزاسیون، در دمایی بالاتر از 120 درجه، انجام می شود.
پتاسیم سولفات تولید شده در این فرایند به طور گسترده در اروپا و استرالیا، مورد استفاده قرار می گیرد.
پتاسیم کلرید از یک رزین مبدل آنیونی عبور کرده و بدین صورت، سولفات پتاسیم تولید می شود.
گوگرد می سوزد و به صورت گوگرد دی اکسید در آمده و بعد از عبور از پتاسیم کلرید، پتاسیم سولفات و اسید هیدروکلئورویک تولید می شود.
پتاسیم کلرید با سولفوریک اسید خیسانده می شود و پتاسیم سولفات و اسید هیدروکلریک، تولید می شود.
استفاده ها و ویژگی ها
کودها: تولید کود، مهم ترین استفاده از پتاس می باشد. نیتروژن، فسفر و پتاسیم به همراه کلسیم، چهار ماده اصلی در رشد گیاهان است. این چهار عنصر اصلی، ارتباط های پیچیده ی داخلی دارند و حتی نبود یکی از آنها، موجب می شود تا بر رشد گیاهان، اثر نامطلوب، ایجاد شود. عموماً این فهمیده شده است که برای تولید یک تن گندم، حدود 18 کیلوگرم نیتروژن، 3.65 کیلوگرم فسفر و 4 کیلوگرم پتاسیم از خاک خارج می شود. برای تولید یک تن چغندر قند، حدود 25 کیلوگرم نیتروژن، 7 کیلوگرم فسفر، 1.4 کیلوگرم پتاسیم و 12 کیلوگرم کلسیم از خاک خارج می شود. مقادیر مربوطه برای ذرت، به ترتیب برابر 37 کیلوگرم، 7 کیلوگرم، 29 کیلوگرم و 7 کیلوگرم می باشد.
برای این استفاده، ماده ی حاوی پتاسیم باید دارای میزان مشخصی اکسید پتاسیم باشد و میزان انحلال آن در آب نیز به گونه ای باشد که ریشه ی گیاهان بتوانند این مواد را جذب کنند. از آنجایی که کلرید پتاسیم و سولفات پتاسیم، در آب محلول می باشند، می توان از یکی از آنها استفاده کرد. البته می توان از این ماه به همراه سایر مواد، استفاده کرد. پتاسیم سولفات یا اسکیونیت پتاسیم برای غلاتی مناسب می باشند که توانایی تحمل مواد کلر دار را ندارند. مثلا این کود برای تنباکو، سیب زمینی، نیشکر و ... مناسب می باشند.
پتاس سوزآور: پتاس سوزآور یا پتاسیم هیدروکسید (KOH) از KCl تولید می شود. برای تولید هیدروکسید پتاسیم، آب شور حاوی پتاسیم کلرید، در سلول های الکترولیتی، الکترولیت می شوند. وقتی آب شور به داخل سلول الکترولیت وارد می شود، محلولی از پتاسیم هیدروکسید به همراه مواد کلردار و هیدروژن دار، تولید می شوند. پتاس سوزآور به صورت گسترده در صنایع مختلف استفاده می شوند. مهم ترین استفاده از این مواد، عبارتند از:
پتاسیم کربنات: مهم ترین استفاده از این ماده در تولید پتاسیم کربنات می باشد. این ماده در تولید شیشه های خاص (شیشه های تلویزیون های لامپی) کاربرد دارد. سایر استفاده های پتاسیم کربنات، شامل صنایع غذایی، صابون سازی، تولید رنگ ها و پیگمنت ها، می باشد. این ماده یک ماده ی مقاوم در برابر خوردگی است و کاربردهای گسترده ای را درصنایع پیدا کرده است.
پتاسیم فسفات: پتاسیم فسفات که دارای اثرات تمیزکنندگی می باشد، در کاربردهایی استفاده می شود که حلالیت در آنها مهم باشد. این ماده در تولید محصولات تمیزکننده، کاربرد دارد. از این ماده در تولید کودهای مایع استفاده می شود. این کودهای مایع برای تولید محصولاتی استفاده می شوند که نسبت به یون کلر، حساس هستند (مانند تنباکو، سیب زمینی، نیشکر). این ماده یک منبع مناسب برای پتاسیم و فسفر است.
صابون و مواد شوینده: صابون های پتاسیمی و مواد شوینده، از روغن نارگیل، اسید چرب، روغن های گیاهی و اسید سولفوریک و تولوئن، تولید می شوند.
سایر استفاده ها: سایر استفاده ها از پتاسیم هیدروکسید، عبارتند از: آبکاری، تولید علف کش ها، تولید گریس ها، کاتالیست ها، اکسید کننده ها، مواد دارویی و باتری های قلیایی- الکترولیتی. همچنین از این ماده در تولید برخی مواد شیمیایی پتاسیم دار مانند سیانید، آلومینات، فرمات، فلئوسیلیکات، بروموهیدرات، برومید، گلوکونات، لورات، منگنات، اولئات و تیتانات، استفاده می شود.
منبع مقاله :
Uses of Industrial Minerals, Rocks and Freshwater/ Kaulir Kisor Chatterjee