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钾肥

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Crystals of potash, with a U.S. penny for reference. (The coin is 19 mm (0.75 in) in diameter and copper in color.)

碳酸钾(/ˈpɒtæʃ/)指含有水溶性钾的各种开采和制造的盐。[1] 该名称源自 锅灰指的是在工业时代之前，将植物骨灰浸泡在锅里的水中，这是制造这种产品的主要手段。这个词 钾 源自碳酸钾。[2]

钾肥在全球的产量超过90% 百万吨(4000万吨千2o当量)，主要用于制造业。各种肥料钾是世界上钾元素最大的工业用途。钾最早是在1807年通过电解苛性钾(氢氧化钾)获得的。[3]

1 术语编辑

碳酸钾是指钾化合物和含钾物质，最常见的是氯化钾(KCl)。术语 碳酸钾 来自中古荷兰语 potaschen （锅灰，1477)。 [4] 制造碳酸钾的旧方法(K2CO3)是通过收集或生产木灰(由灰燃烧器进行的一项工作)，沥滤灰，然后在大铁罐中蒸发得到的溶液，留下一种叫做 锅灰。[5] 大约10%重量的普通木灰可以作为罐灰回收。[6][7] 稍后， 碳酸钾 成为广泛应用于天然钾盐及其衍生的商品的术语。[8]

下表列出了许多使用该词的钾化合物 碳酸钾 用他们的传统名字:

Common name Chemical name (Formula)
Potash fertilizer c.1942 potassium carbonate (K2CO3); c.1950 any one or more of potassium chloride (KCl), potassium sulfate (K2SO4) or potassium nitrate (KNO3).[9][10] Does not contain potassium oxide (K2O), which plants do not take up.[11] However, the amount of potassium is often reported as K2O equivalent (that is, how much it would be if in K2O form), to allow apples-to-apples comparison between different fertilizers using different types of potash.
Caustic potash or potash lye potassium hydroxide (KOH)
Carbonate of potash, salts of tartar, or pearl ash potassium carbonate (K2CO3)
Chlorate of potash potassium chlorate (KClO3)
Muriate of potash (MOP) potassium chloride (KCl:NaCl = 95:5 or higher)[1]
Nitrate of potash or saltpeter potassium nitrate (KNO3)
Sulfate of potash (SOP) potassium sulfate (K2SO4)
Permanganate of potash potassium permanganate (KMnO4)

2 生产编辑

所有商业钾盐矿床都来自蒸发岩矿床，通常深埋在地表以下。钾矿通常富含氯化钾(KCl)、氯化钠(氯化钠)和其他盐类和粘土，通常通过常规竖井开采获得，提取的矿石磨成粉末。[12] 其他方法包括溶解采矿法和盐水蒸发法。

在蒸发法中，热水被注入溶解的钾碱中，然后被泵送到地表，在那里通过太阳能诱导蒸发进行浓缩。然后将胺试剂添加到开采或蒸发的溶液中。胺包裹着KCl，但不包裹氯化钠。气泡附着在胺+ KCl上，浮在表面，而氯化钠和粘土沉在底部。表面撇去胺+ KCl，然后干燥包装用作富钾肥料——KCl易溶于水，可迅速用于植物营养。[13]

钾盐矿床遍布世界各地。目前，加拿大、俄罗斯、中国、白俄罗斯、以色列、德国、智利、美国、约旦、西班牙、联合王国、乌兹别克斯坦和巴西正在开采矿藏，[14] 加拿大萨斯喀彻温省蕴藏着最丰富的矿藏。[15]

3 职业危害编辑

由于环境危害，如氡和石棉，过度呼吸系统疾病一直是钾肥开采者关注的问题。钾肥开采者容易患上矽肺病。根据1977年至1987年间进行的一项研究，钾肥工人的心血管疾病总体死亡率较低，但地面工人的显著差异有据可查。[16]

4 生产历史编辑

The first U.S. patent was issued for an improvement "in the making of Pot ash and Pearl ash by a new Apparatus and Process"; it was signed by then President George Washington.

A covered hopper car in a Canadian train for shipping potash by rail.

自公元700年以来，碳酸钾(尤其是碳酸钾)一直被用于漂白纺织品、制造玻璃和制造肥皂 500.钾碱主要是通过沥滤陆地和海洋植物的灰烬获得的。从14世纪开始，埃塞俄比亚开始开采钾碱。世界上最大的矿藏之一，1.4到1.5亿吨，位于提格雷的达洛地区。[17] 碳酸钾是最重要的工业化学品之一。它是从阔叶树的灰烬中提炼出来的，主要产于欧洲、俄罗斯和北美的森林地区。第一项美国专利于1790年颁发给塞缪尔·霍普金斯，以改进“用新的设备和工艺制造锅灰和珍珠灰”。[18] 珍珠灰 是通过在反射炉或窑中煅烧钾碱而获得的更纯净的品质。钾坑曾经在英国被用来生产钾，钾被用来制造肥皂，用来为纱线生产准备羊毛。

早在1767年，木灰中的钾碱就从加拿大出口，1865年钾碱和珍珠灰(钾碱和石灰)的出口达到43，958桶。1871年有519个阿什里在运作。该行业在19世纪末衰落，当时德国开始从矿物盐中大规模生产钾碱。1943年，加拿大萨斯喀彻温省在钻探石油的过程中发现了钾碱。积极探索始于1951年。1958年，随着耐心湖地下钾盐矿的投产，美国钾肥公司成为加拿大第一家钾肥生产商；然而，由于竖井渗水，生产在1959年后期停止，但经过大规模灌浆和修复后，于1965年恢复。地下矿井于1987年被淹没，并于1989年作为解决方案矿井重新投入商业生产。[7]

在18世纪末和19世纪初，钾肥生产为北美的定居者提供了一种获取急需的现金和信贷的方式，因为他们清除了林地中的作物。为了充分利用他们的土地，定居者需要处理多余的木材。实现这一点最简单的方法是燃烧燃料或建筑不需要的木材。硬木树的灰烬可以用来制造碱液，碱液可以用来制造肥皂，也可以煮下来生产有价值的钾碱。硬木能以每英亩60-100蒲式耳(500-900米/公里)的速度产生灰烬。1790年，在纽约州农村地区，骨灰可以卖到每英亩3.25到6.25美元(800到1500美元/公里)，这几乎与雇佣工人清理同一地区的价格相同。钾肥生产成为英属北美的一个主要产业。英国一直是最重要的市场。美国钾肥工业跟随伐木工人的斧头横扫全国。大约1820年后，纽约取代新英格兰成为最重要的来源；到1840年，该中心位于俄亥俄州。钾肥生产一直是一个副产品行业，因为需要为农业清理土地。[19]

A postcard of the Kalium Chemicals plant in Regina

1964年，加拿大一家名为钾化工的公司建立了第一个利用溶解过程的钾盐矿。这个发现是在石油储量勘探期间发现的。该矿是在萨斯喀彻温省里贾纳附近开发的。该矿深度超过1500米。马赛克，贝尔普莱恩后来去承担矿山的运营。[20]

Potash evaporation ponds near Moab, Utah

世界上大部分钾(钾)储量是作为海水沉积在古代内陆海洋中的。水蒸发后，钾盐结晶成钾矿床。这些是今天钾盐开采的地点。沉积物是氯化钾(KCl)和氯化钠(氯化钠)的天然混合物，通常被称为食盐。随着时间的推移，随着地球表面的变化，这些沉积物被数千英尺的地球覆盖。[19]

如今大多数钾盐矿都是地下4400英尺(1400米)的深井。其他的则被开采成露天矿，作为沉积岩被放置在水平层。在地面加工厂，KCl从混合物中分离出来，生产高分析钾肥。其他钾盐可以通过各种方法分离，得到硫酸钾和硫酸钾镁盐。

今天，一些世界上已知的最大钾盐矿床分布在世界各地，从加拿大萨斯喀彻温省到巴西、白俄罗斯、德国和二叠纪盆地。二叠纪盆地矿床包括新墨西哥州卡尔斯巴德以外的主要矿山，到新墨西哥州利县世界上最纯的钾盐矿床(离卡尔斯巴德矿床不远)，据信其纯度约为80%。(密歇根州奥西奥拉县的沉积物纯度为90+%;然而，那里唯一的一个矿井被改造成了制盐厂。加拿大是最大的生产国，其次是俄罗斯和白俄罗斯。加拿大最大的钾肥储量位于萨斯喀彻温省，由纽崔恩和K+S马赛克公司开采[1]

20世纪初，在埃塞俄比亚-厄立特里亚边境附近的穆斯利和新月形地区的达洛凹陷发现了钾盐矿床。估计储量为173和12 穆斯利号和新月号分别为百万吨。后者特别适合露天开采；它在20世纪60年代被探索过，但由于1967年的洪水，工程停止了。1990年代继续采矿的企图因厄立特里亚-埃塞俄比亚战争而停止，截至2009年仍未恢复。[21]

印度研究了从海水中回收钾肥盐。[22] 在通过蒸发从海水中提取盐的过程中，钾盐被浓缩在盐矿排出的卤水中。

2013年，将近70%的钾肥生产由出口和营销公司加拿大钾肥公司(Canpotex)和白俄罗斯钾肥公司控制。后者是白俄罗斯和乌拉尔卡利的合资企业，但在2013年7月30日，乌拉尔卡利宣布结束该合资企业。[23]

5 消费编辑

Production and reserves of potash
(both in equivalent)
(2017, in million tonnes) [24]
Country Production Reserves
Canada 12.0 1,000
Russia 7.2 500
Belarus 6.4 750
China 6.2 360
Germany 2.9 150
Israel 2.2 270
Jordan 1.3 270
Chile 1.2 150
Spain 0.7 44
United States 0.5 210
United Kingdom 0.5 40
Brazil 0.3 24
Other countries 0.5 90
World total 42.0 3,900

5.1 肥料

钾是仅次于氮和磷的第三大植物和作物养分。自古以来，它就被用作土壤肥料(约占目前用量的90%)。[6] 元素钾在自然界中不存在，因为它与水反应剧烈。[25] 钾作为各种化合物的一部分，按质量计约占地壳的2.6%，是第七丰富的元素，与地壳中约1.8%的钠含量相似。[26] 钾肥对农业很重要，因为它能提高粮食作物的保水性、产量、营养价值、味道、颜色、质地和抗病性。它广泛应用于水果和蔬菜、大米、小麦和其他谷物、糖、玉米、大豆、棕榈油和棉花，所有这些都得益于这种营养素的品质提升特性。[27]

自2000年以来，对食品和动物饲料的需求一直在上升。美国农业部经济研究处将这一趋势归因于平均每年75人的人口增长 全世界有一百万人。从地理上看，亚洲和拉丁美洲的经济增长极大地促进了钾肥的使用。发展中国家收入的增加也是钾肥和化肥使用增长的一个因素。随着家庭预算的增加，消费者在饮食中增加了更多的肉类和奶制品。这种饮食模式的转变需要种植更多的土地，施用更多的肥料，喂养更多的动物——所有这些都需要更多的钾肥。

经过多年的上升趋势，化肥的使用在2008年有所放缓。全球经济衰退是化肥用量下降、价格下降和库存增加的主要原因。[28][29]

世界上最大的钾肥消费国是中国、美国、巴西和印度。[30] 巴西90%的钾肥需要进口。[30] 预计到2022年，化肥钾肥消耗量将增至约3780万吨。[31]

钾的进出口通常在英国报道2O 相等的虽然肥料本身从不含氧化钾，因为氧化钾具有腐蚀性和吸湿性。

5.2 定价

2008年初，钾肥价格从每吨不到200美元飙升至2009年2月的875美元高点。[32] 随后，在2011年至2012年恢复并于2013年再次反弹之前，这些价格大幅跌至2010年4月的310美元低点。作为参考，2011年11月的价格约为每吨470美元，但截至2013年5月，价格稳定在393美元。[33] 2013年7月底，全球最大的钾肥卡特尔出人意料地解体后，钾肥价格有望下跌约20%。[34] 2015年12月底，钾肥交易价格为每吨295美元。2016年4月，其价格为269美元。[35] 2017年5月，价格稳定在每吨216美元左右，比上年下降18%。截至2018年1月，价格已回升至每吨225美元左右。[36] 然而，值得注意的是，从短期甚至长期来看，世界钾肥需求倾向于价格无弹性。[31]

5.3 其他用途

氯化钾除了用作肥料外，在许多工业化经济体中也很重要，在这些经济体中，氯化钾被用于铝回收、氯碱工业生产氢氧化钾、金属电镀、油井钻井液、冰雪融化、钢铁热处理、作为低钾血症治疗药物和水软化。氢氧化钾用于工业水处理，是碳酸钾、几种形式的磷酸钾、许多其他钾化学物质和肥皂制造的前体。碳酸钾用于生产动物饲料添加剂、水泥、灭火器、食品、照相化学品和纺织品。它还用于酿造啤酒、药物制剂，以及作为合成橡胶制造的催化剂。也与硅砂混合生产硅酸钾，有时也称为水玻璃，用于油漆和电弧焊接电极。这些非肥料用途占美国钾肥年消耗量的15%左右。[1]

5.4 替补

钾作为一种必需的植物营养素以及动物和人类必需的营养需求，没有替代品。粪肥和海绿石(绿泥石)是低钾含量的来源，只需短距离运输到农田就能获利。[24]

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