La potasa ( / ˈpɒtæʃ / POT -ash ) incluye varias sales extraídas y fabricadas que contienen potasio en forma soluble en agua . [1] El nombre deriva de pot ash , cenizas de plantas o cenizas de madera empapadas en agua en una olla, el principal medio de fabricación de potasa antes de la Era Industrial . La palabra potasio se deriva de potash . [2]
La potasa se produce en todo el mundo en cantidades superiores a los 71,9 millones de toneladas (~45,4 millones de toneladas de equivalente de K 2 O [5] ) por año en 2021, siendo Canadá el mayor productor, principalmente para su uso en fertilizantes . [6] Varios tipos de fertilizantes de potasa constituyen el mayor uso industrial del elemento potasio en el mundo. El potasio se obtuvo por primera vez en 1807 mediante electrólisis de potasa cáustica ( hidróxido de potasio ). [7]
La potasa se refiere a compuestos de potasio y materiales que contienen potasio, más comúnmente carbonato de potasio. La palabra "potasa" se origina del holandés medio potaschen , que denota "cenizas de potasa" en 1477. [8]
El antiguo método de elaboración de carbonato de potasio ( K
2CO
3) se hacía recogiendo o produciendo cenizas de madera (la ocupación de los quemadores de cenizas ), lixiviando las cenizas y luego evaporando la solución resultante en grandes ollas de hierro, lo que dejaba un residuo blanco denominado "ceniza de potasa". [9] Aproximadamente el 10% en peso de la ceniza de madera común se puede recuperar como potasa. [10] [11] Más tarde, "potasa" se aplicó ampliamente a los minerales naturales que contenían sales de potasio y al producto comercial derivado de ellos. [12]
La siguiente tabla enumera una serie de compuestos de potasio que tienen "potasa" en sus nombres tradicionales:
La mayor parte de las reservas mundiales de potasio (K) se depositaron en forma de agua de mar en antiguos océanos interiores . Después de que el agua se evaporara, las sales de potasio cristalizaron en lechos de mineral de potasa. Estos son los lugares donde se extrae potasa en la actualidad. Los depósitos son una mezcla natural de cloruro de potasio (KCl) y cloruro de sodio (NaCl), más comúnmente conocido como sal de mesa . Con el tiempo, a medida que la superficie de la Tierra cambiaba, estos depósitos fueron cubiertos por miles de pies de tierra. [16]
La potasa (especialmente el carbonato de potasio) se ha utilizado para blanquear textiles, fabricar vidrio , cerámica y jabón desde la Edad del Bronce . [17] La potasa se obtenía principalmente mediante la lixiviación de las cenizas de las plantas terrestres.
A partir del siglo XIV se empezó a extraer potasa en Etiopía . Uno de los yacimientos más grandes del mundo, de entre 140 y 150 millones de toneladas, se encuentra en la zona de Dallol, en la región de Afar . [18]
La potasa era uno de los productos químicos industriales más importantes. Se refinaba a partir de las cenizas de los árboles de hoja ancha y se producía principalmente en las zonas boscosas de Europa, Rusia y América del Norte . Aunque los métodos para producir álcalis artificiales se inventaron a fines del siglo XVIII, estos no se volvieron económicos hasta fines del siglo XIX, por lo que la dependencia de fuentes orgánicas de potasa se mantuvo.
La potasa se convirtió en un importante producto comercial internacional en Europa desde al menos principios del siglo XIV. Se estima que las importaciones europeas de potasa requirieron 6 o más millones de metros cúbicos cada año desde principios del siglo XVII. [19] Entre 1420 y 1620, las principales ciudades exportadoras de potasa derivada de la madera fueron Gdansk , Königsberg y Riga . A fines del siglo XV, Londres era el principal importador debido a su posición como centro de fabricación de jabón blando, mientras que los holandeses dominaban como proveedores y consumidores en el siglo XVI. [19] A partir de la década de 1640, las perturbaciones geopolíticas (es decir, la guerra ruso-polaca (1654-1667) ) significaron que los centros de exportación se trasladaron del Báltico a Arkhangelsk , Rusia. En 1700, el fresno ruso era dominante, aunque Gdansk siguió siendo notable por la calidad de su potasa.
En las islas Orcadas , las cenizas de algas marinas proporcionaban potasa y carbonato de sodio , cuya producción comenzó "posiblemente en 1719" y duró un siglo. Los productos eran "muy solicitados por las industrias del vidrio y el jabón de la época". [20]
En el siglo XVIII, la potasa estadounidense de mayor calidad se exportaba cada vez más a Gran Bretaña. A finales del siglo XVIII y principios del XIX, la producción de potasa proporcionó a los colonos de América del Norte el dinero y el crédito que tanto necesitaban cuando despejaron tierras boscosas para cultivar. Para aprovechar al máximo sus tierras, los colonos necesitaban deshacerse del exceso de madera. La forma más fácil de lograrlo era quemar la madera que no se necesitaba para combustible o construcción. Las cenizas de los árboles de madera dura se podían utilizar para hacer lejía , que se podía utilizar para hacer jabón o hervir para producir potasa valiosa. La madera dura podía generar cenizas a un ritmo de 60 a 100 bushels por acre (500 a 900 m 3 /km 2 ). En 1790, la venta de cenizas podía generar de 3,25 a 6,25 dólares por acre (800 a 1.500 dólares/km 2 ) en el estado rural de Nueva York , casi la misma tasa que contratar a un trabajador para despejar la misma zona. La producción de potasa se convirtió en una industria importante en la Norteamérica británica. Gran Bretaña siempre fue el mercado más importante. La industria estadounidense de la potasa siguió el ejemplo del hacha del leñador por todo el país.
La primera patente estadounidense de cualquier tipo se concedió en 1790 a Samuel Hopkins por una mejora "en la fabricación de ceniza de potasa y ceniza de perla mediante un nuevo aparato y proceso". [21] La ceniza de perla era una calidad más pura que se obtenía mediante la calcinación de potasa en un horno de reverbero . En Inglaterra, antiguamente se utilizaban fosas de potasa para producir potasa que se utilizaba para hacer jabón para la preparación de lana para la producción de hilo.
Después de 1820, Nueva York reemplazó a Nueva Inglaterra como la fuente más importante; en 1840, el centro estaba en Ohio. La producción de potasa siempre fue una industria derivada, que surgió de la necesidad de limpiar la tierra para la agricultura . [16]
A partir de 1767, Canadá comenzó a exportar potasa a partir de cenizas de madera. En 1811, el 70% del total de 19,6 millones de libras de importaciones de potasa a Gran Bretaña provenía de Canadá. [19] Las exportaciones de potasa y ceniza perlada alcanzaron los 43.958 barriles en 1865. En 1871, había 519 fábricas de cenizas en funcionamiento.
La industria de la ceniza de madera decayó a finales del siglo XIX, cuando se estableció en Alemania la producción a gran escala de potasa a partir de sales minerales . A principios del siglo XX, la industria de la potasa estaba dominada por un cártel en el que Alemania tenía el papel dominante. [22] : 147 La Primera Guerra Mundial vio un breve resurgimiento de las fábricas de cenizas estadounidenses, con un producto que normalmente consistía en un 66% de hidróxido, un 17% de carbonato, un 16% de sulfato y otras impurezas. [23] Más tarde en el siglo, el cártel terminó cuando surgieron nuevos productores de potasa en la URSS y Canadá. [22] : 147
En 1943, se descubrió potasa en Saskatchewan , Canadá, durante la perforación petrolera. La exploración activa comenzó en 1951. En 1958, la Potash Company of America se convirtió en el primer productor de potasa en Canadá con la puesta en servicio de una mina subterránea de potasa en Patience Lake . [11] A medida que se desarrollaron numerosos productores de potasa en Canadá, el gobierno de Saskatchewan se involucró cada vez más en la industria, lo que llevó a la creación de Canpotex en la década de 1970. [22] : 147
En 1964, la empresa canadiense Kalium Chemicals estableció la primera mina de potasa mediante el proceso de disolución. El descubrimiento se produjo durante la exploración de reservas de petróleo. La mina se desarrolló cerca de Regina, Saskatchewan. La mina alcanzó profundidades superiores a los 1500 metros. En la actualidad es la unidad Belle Plaine de Mosaic Corporation.
La producción de potasa de la URSS se había destinado en gran medida al consumo interno y al uso en los países del Consejo de Ayuda Económica Mutua . [22] : 147 Después de la disolución de la URSS , los productores de potasa rusos y bielorrusos entraron en competencia directa con productores de otras partes del mundo por primera vez. [22] : 147
A principios del siglo XX se encontraron yacimientos de potasa en la depresión de Dallol, en las localidades de Musely y Crescent, cerca de la frontera entre Etiopía y Eritrea . Las reservas estimadas en Musely y Crescent son de 173 y 12 millones de toneladas, respectivamente. Esta última es especialmente adecuada para la minería a cielo abierto. Se exploró en la década de 1960, pero las obras se detuvieron debido a las inundaciones de 1967. Los intentos de continuar con la minería en la década de 1990 se detuvieron por la guerra entre Eritrea y Etiopía y no se han reanudado hasta 2009. [24]
Todos los depósitos comerciales de potasa provienen originalmente de depósitos de evaporita y a menudo están enterrados profundamente debajo de la superficie de la tierra. Los minerales de potasa son típicamente ricos en cloruro de potasio (KCl), cloruro de sodio (NaCl) y otras sales y arcillas, y generalmente se obtienen mediante minería de pozo convencional con el mineral extraído molido en polvo. [25] La mayoría de las minas de potasa en la actualidad son minas de pozo profundo de hasta 4400 pies (1400 m) bajo tierra. Otras se extraen como minas a cielo abierto, habiéndose depositado en capas horizontales como roca sedimentaria . En plantas de procesamiento sobre la superficie, el KCl se separa de la mezcla para producir un fertilizante de potasio de alto análisis. Otras sales de potasio se pueden separar mediante varios procedimientos, lo que da como resultado sulfato de potasio y sulfato de potasio y magnesio.
Otros métodos incluyen la extracción por disolución y los métodos de evaporación de las salmueras. En el método de evaporación, se inyecta agua caliente en la potasa, que se disuelve y luego se bombea a la superficie donde se concentra por evaporación inducida por el sol. Luego se agregan reactivos de amina a las soluciones extraídas o evaporadas. La amina recubre el KCl pero no el NaCl. Las burbujas de aire se adhieren a la amina + KCl y lo hacen flotar hacia la superficie mientras que el NaCl y la arcilla se hunden hasta el fondo. La superficie se desnata para obtener la amina + KCl, que luego se seca y se envasa para su uso como fertilizante rico en K: el KCl se disuelve fácilmente en agua y está disponible rápidamente para la nutrición de las plantas . [26]
En la India se ha estudiado la recuperación de sales fertilizantes de potasio del agua de mar . [27] Durante la extracción de sal del agua de mar por evaporación, las sales de potasio se concentran en el avetoro , un efluente de la industria de la sal.
Los depósitos de potasa están distribuidos de manera desigual en todo el mundo. [22] : 147 A partir de 2015 [actualizar], se están extrayendo depósitos en Canadá, Rusia, China, Bielorrusia, Israel, Alemania, Chile, Estados Unidos, Jordania, España, Reino Unido, Uzbekistán y Brasil, [28] con los depósitos más importantes presentes bajo las grandes profundidades de la Formación Prairie Evaporite en Saskatchewan , Canadá. [11] Canadá y Rusia son los países donde se produce la mayor parte de la potasa; Bielorrusia también es un productor importante. [22] : 12
El yacimiento de la Cuenca Pérmica incluye las principales minas fuera de Carlsbad , Nuevo México, hasta el yacimiento de potasa más puro del mundo en el condado de Lea, Nuevo México (cerca de los yacimientos de Carlsbad), que se cree que tiene una pureza de aproximadamente el 80%. ( El condado de Osceola, Michigan , tiene yacimientos con una pureza de más del 90%; sin embargo, la única mina allí se convirtió en producción de sal). Canadá es el mayor productor, seguido de Rusia y Bielorrusia. La reserva más importante de potasa de Canadá se encuentra en la provincia de Saskatchewan y es extraída por The Mosaic Company , Nutrien y K+S . [1]
En China , la mayoría de los depósitos de potasa se concentran en los desiertos y salinas de las cuencas endorreicas de sus provincias occidentales, particularmente Qinghai . Las expediciones geológicas descubrieron las reservas en la década de 1950 [29] pero la explotación comercial se retrasó hasta la Política de Reforma y Apertura de Deng Xiaoping en la década de 1980. La apertura en 1989 de la fábrica de fertilizantes de potasa de Qinghai en la remota playa de Qarhan aumentó la producción china de cloruro de potasio seis veces, de menos de 40.000 t (39.000 toneladas largas; 44.000 toneladas cortas) al año en Haixi y Tanggu a poco menos de 240.000 t (240.000 toneladas largas; 260.000 toneladas cortas) al año. [30]
En 2013, casi el 70% de la producción de potasa estaba controlada por Canpotex , una empresa de exportación y comercialización, y la Belarusian Potash Company. Esta última era una empresa conjunta entre Belaruskali y Uralkali , pero el 30 de julio de 2013, Uralkali anunció que había puesto fin a la empresa. [31]
La potasa es soluble en agua y su transporte requiere una infraestructura de transporte especial. [22] : 152
Las enfermedades respiratorias excesivas debidas a peligros ambientales, como el radón y el amianto , han sido una preocupación para los mineros de potasa a lo largo de la historia. Los mineros de potasa son propensos a desarrollar silicosis . Según un estudio realizado entre 1977 y 1987 sobre enfermedades cardiovasculares entre los trabajadores de potasa, las tasas de mortalidad generales fueron bajas, pero se documentó una diferencia notable en los trabajadores sobre el suelo. [32]
El potasio es el tercer nutriente más importante de las plantas y los cultivos después del nitrógeno y el fósforo . Se ha utilizado desde la antigüedad como fertilizante del suelo (alrededor del 90% del uso actual). [10] El uso de fertilizantes es el principal impulsor del consumo de potasa, especialmente para su uso en la fertilización de cultivos que contribuyen a las dietas ricas en proteínas. [22] : 23 Al menos desde 2010, más del 95% de la potasa se extrae para su uso en fines agrícolas. [22] : 24
El potasio elemental no se encuentra en la naturaleza porque reacciona violentamente con el agua. [34] Como parte de varios compuestos, el potasio constituye aproximadamente el 2,6% de la corteza terrestre en masa y es el séptimo elemento más abundante, similar en abundancia al sodio en aproximadamente el 1,8% de la corteza. [35] La potasa es importante para la agricultura porque mejora la retención de agua, el rendimiento, el valor nutritivo, el sabor, el color, la textura [22] : 24 y la resistencia a las enfermedades de los cultivos alimentarios. Tiene una amplia aplicación en frutas y verduras, arroz, trigo y otros granos, azúcar, maíz, soja, aceite de palma y algodón, todos los cuales se benefician de las propiedades de mejora de la calidad del nutriente. [36]
La demanda de alimentos y piensos para animales ha ido en aumento desde el año 2000. El Servicio de Investigación Económica (ERS) del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos atribuye esta tendencia a un aumento medio anual de la población de 75 millones de personas en todo el mundo. Geográficamente, el crecimiento económico de Asia y América Latina contribuyó en gran medida al aumento del uso de fertilizantes a base de potasa. El aumento de los ingresos en los países en desarrollo también fue un factor en el aumento del uso de potasa y fertilizantes. Con más dinero en el presupuesto familiar, los consumidores añadieron más carne y productos lácteos a sus dietas. Este cambio en los patrones alimentarios exigió que se plantaran más hectáreas, se aplicaran más fertilizantes y se alimentaran más animales, todo lo cual requería más potasa.
Tras años de tendencia al alza, el uso de fertilizantes se desaceleró en 2008. La crisis económica mundial es la principal razón de la disminución del uso de fertilizantes, la caída de los precios y el aumento de los inventarios. [37] [38]
Los mayores consumidores de potasa del mundo son China, Estados Unidos, Brasil e India. [39] Brasil importa el 90% de la potasa que necesita. [39] Se espera que el consumo de potasa para fertilizantes aumente a alrededor de 37,8 millones de toneladas para 2022. [40]
Las importaciones y exportaciones de potasa a menudo se informan en equivalente de K2O , aunque el fertilizante nunca contiene óxido de potasio per se, porque el óxido de potasio es cáustico e higroscópico .
A principios de 2008, los precios de la potasa comenzaron una escalada meteórica desde menos de 200 dólares por tonelada hasta un máximo de 875 dólares en febrero de 2009. [41] Posteriormente, estos cayeron drásticamente hasta un mínimo de 310 dólares en abril de 2010, antes de recuperarse en 2011-12 y volver a recaer en 2013. Como referencia, los precios en noviembre de 2011 eran de aproximadamente 470 dólares por tonelada, pero a mayo de 2013 se mantuvieron estables en 393 dólares. [42] Después de la sorpresiva disolución del cártel de potasa más grande del mundo a fines de julio de 2013, los precios de la potasa estaban a punto de caer alrededor del 20 por ciento. [43] A fines de diciembre de 2015, la potasa se comercializaba a 295 dólares por tonelada. En abril de 2016, su precio era de 269 dólares. [44] En mayo de 2017, los precios se habían estabilizado en torno a los 216 dólares por tonelada, un 18% menos que el año anterior. En enero de 2018, los precios se habían recuperado hasta situarse en torno a los 225 dólares por tonelada. [45] La demanda mundial de potasa tiende a ser inelástica en relación con los precios a corto plazo e incluso a largo plazo. [40]
Además de su uso como fertilizante, el cloruro de potasio es importante en muchas economías industrializadas, donde se utiliza en el reciclaje de aluminio , en la industria cloroalcalina para producir hidróxido de potasio, en la galvanoplastia de metales, en el fluido de perforación de pozos petrolíferos , en la fusión de nieve y hielo, en el tratamiento térmico del acero, en medicina como tratamiento para la hipocalemia y en el ablandamiento del agua . El hidróxido de potasio se utiliza para el tratamiento industrial del agua y es el precursor del carbonato de potasio, de varias formas de fosfato de potasio, de muchos otros productos químicos potásicos y de la fabricación de jabón. El carbonato de potasio se utiliza para producir suplementos alimenticios para animales , cemento , extintores , productos alimenticios, productos químicos fotográficos y textiles. También se utiliza en la elaboración de cerveza , en preparaciones farmacéuticas y como catalizador para la fabricación de caucho sintético . También se combina con arena de sílice para producir silicato de potasio , a veces conocido como vidrio soluble , para su uso en pinturas y electrodos de soldadura por arco . Estos usos no fertilizantes han representado aproximadamente el 15% del consumo anual de potasa en los Estados Unidos. [1]
No existen sustitutos para el potasio como nutriente esencial para las plantas y como requisito nutricional esencial para los animales y los seres humanos. [22] : 143 El estiércol y la glauconita (arena verde) son fuentes con bajo contenido de potasio que pueden transportarse de manera rentable solo distancias cortas hasta los campos de cultivo. [33]
Este artículo incorpora material de dominio público de Potash (PDF) . Servicio Geológico de los Estados Unidos .