Potasa

Polycrystalline potash, con un centavo estadounidense para referencia. (La moneda es de 19 mm (0,75 pulgadas) de diámetro y cobre de color.)

Potasa () incluye varias sales extraídas y fabricadas que contienen potasio en forma soluble en agua. 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 potasa.

La potasa se produce en todo el mundo en cantidades que superan los 90 millones de toneladas (equivalente a 40 millones de toneladas de K2O) al año, siendo Canadá el mayor productor, principalmente para uso en fertilizantes. Varios tipos de fertilizantes-potasa constituyen el mayor uso industrial del elemento potasio en el mundo. El potasio se derivó por primera vez en 1807 por electrólisis de potasa cáustica (hidróxido de potasio).

Terminología

Potasa se refiere a compuestos de potasio y materiales que contienen potasio, más comúnmente carbonato de potasio. La palabra "potasa" se origina en el holandés medio "potaschen", que denota "cenizas de marihuana" en 1477. El antiguo método para hacer carbonato de potasio (K
2CO
₃) fue realizado por recolectar o producir ceniza de madera (la ocupación de los quemadores de ceniza), lixiviar las cenizas y luego evaporar la solución resultante en grandes ollas de hierro, lo que dejó un residuo blanco denominado "ceniza de pote". Aproximadamente el 10 % en peso de la ceniza de madera común se puede recuperar como potasa. Más tarde, "potasa" se aplicó ampliamente a las sales de potasio naturales y al producto comercial derivado de ellas, aunque lo más probable es que su nombre (donde se usó) derivara del anión del ácido que reemplazó al resto de carbonato, un uso equívoco común de " potasa" para "potasio".

La siguiente tabla enumera una serie de compuestos de potasio que tienen "potasa" en sus nombres tradicionales:

Producción

Todos los depósitos comerciales de potasa provienen originalmente de depósitos de evaporita y, a menudo, están enterrados muy por debajo de la superficie de la tierra. Los minerales de potasa suelen ser ricos en cloruro de potasio (KCl), cloruro de sodio (NaCl) y otras sales y arcillas, y normalmente se obtienen mediante extracción convencional con el mineral extraído molido hasta convertirlo en polvo. Otros métodos incluyen la extracción por disolución y métodos de evaporación de 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 la hacen flotar hacia la superficie mientras que el NaCl y la arcilla se hunden hasta el fondo. La superficie se desnata para 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.

Los depósitos de potasa se encuentran en todo el mundo. A partir de 2015, se están explotando depósitos en Canadá, Rusia, China, Bielorrusia, Israel, Alemania, Chile, Estados Unidos, Jordania, España, Reino Unido, Uzbekistán y Brasil, con los depósitos más importantes presentes en Saskatchewan, Canadá.

Riesgos laborales

Las enfermedades respiratorias excesivas debidas a peligros ambientales, como el radón y el asbesto, 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 la potasa, las tasas generales de mortalidad fueron bajas, pero se documentó una diferencia notable en los trabajadores de la superficie.

Historia de producción

La primera patente de EE.UU. fue emitida para una mejora "en la fabricación de ceniza de papa y ceniza de perlas por un nuevo Apparatus y Proceso"; fue firmada por el entonces presidente George Washington.

Un coche de tolva cubierto en un tren canadiense para el envío de potasio por ferrocarril.

La potasa (especialmente el carbonato de potasio) se ha utilizado para blanquear textiles, hacer vidrio, cerámica y hacer jabón desde la Edad del Bronce. La potasa se obtenía principalmente por lixiviación de las cenizas de plantas terrestres y marinas.

A partir del siglo XIV, se extraía potasa en Etiopía. Uno de los depósitos más grandes del mundo, de 140 a 150 millones de toneladas, se encuentra en el área de Dallol de la región de Afar.

La potasa era uno de los productos químicos industriales más importantes. Se refinó a partir de las cenizas de los árboles de hoja ancha y se produjo principalmente en las áreas 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 se mantuvo la dependencia de las fuentes orgánicas de potasa.

La potasa se convirtió en un importante producto de comercio 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.

Entre 1420 y 1620, las principales ciudades exportadoras de potasa derivada de la madera fueron Gdańsk, Königsberg y Riga. Desde 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 Arcángel, Rusia. En 1700, el fresno ruso dominaba, aunque Gdańsk seguía destacando por la calidad de su potasa. A finales del siglo XV, Londres era el principal importador debido a su posición como centro de fabricación de jabón suave, mientras que los holandeses dominaban como proveedores y consumidores en el siglo XVI.

Siglo XVIII

La primera patente de EE. UU. de cualquier tipo se emitió en 1790 a Samuel Hopkins para una mejora "en la fabricación de ceniza potásica y ceniza perlada mediante un nuevo aparato y proceso". La ceniza de perla era una calidad más pura hecha por calcinación de potasa en un horno de reverbero o horno. Los pozos de potasa alguna vez se usaron en Inglaterra para producir potasa que se usaba en la fabricación de jabón para la preparación de lana para la producción de hilo.

En el siglo XVIII, la potasa estadounidense de mayor calidad se exportaba cada vez más a Gran Bretaña. A fines del siglo XVIII y principios del XIX, la producción de potasa proporcionó a los colonos de América del Norte el efectivo y el crédito que tanto necesitaban mientras limpiaban las tierras boscosas para cultivar. Para hacer pleno uso de sus tierras, los colonos necesitaban deshacerse del exceso de madera. La forma más fácil de lograr esto era quemar la madera que no se necesitara como combustible o para la construcción. Las cenizas de los árboles de madera dura podrían usarse para hacer lejía, que podría usarse para hacer jabón o hervirse para producir potasa valiosa. La madera dura podría generar cenizas a razón de 60 a 100 bushels por acre (500 a 900 m³/km²). En 1790, las cenizas se podían vender por $3,25 a $6,25 por acre ($800 a $1500/km²) en las zonas rurales del estado de Nueva York, casi lo mismo que contratar a un trabajador para limpiar la misma área. La fabricación de potasa se convirtió en una industria importante en la Norteamérica británica. Gran Bretaña fue siempre el mercado más importante. La industria estadounidense de la potasa siguió el hacha del leñador por todo el país. Aproximadamente 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 de subproductos, derivada de la necesidad de despejar tierras para la agricultura.

En las islas Orcadas ya en 1719 durante un siglo, la ceniza de algas proporcionó potasa y ceniza de sosa, "sustancias ansiosamente buscadas por las industrias del vidrio y el jabón de la época".

Desde 1767, la potasa de las cenizas de madera se exportaba desde Canadá. En 1811, el 70% del total de 19,6 millones de libras de potasa importadas a Gran Bretaña procedían de Canadá. Las exportaciones de potasa y ceniza perlada alcanzaron los 43.958 barriles en 1865. Había 519 ceniceros en funcionamiento en 1871.

La industrialización del siglo XX

La industria de la ceniza de madera declinó a fines del siglo XIX cuando se estableció en Alemania la producción a gran escala de potasa a partir de sales minerales. En 1943, se descubrió potasa en Saskatchewan, Canadá, durante la extracción de petróleo. La exploración activa comenzó en 1951. En 1958, Potash Company of America se convirtió en el primer productor de potasa en Canadá con la puesta en marcha de una mina subterránea de potasa en Patience Lake. Debido a la filtración de agua, la producción se detuvo a fines de 1959. Luego de una lechada y reparaciones extensas, la producción se reanudó en 1965. La mina subterránea se inundó en 1987 y se reactivó para la producción comercial como mina de solución en 1989.

Una postal de la planta Kalium Chemicals en Belle Plaine, Saskatchewan

En 1964, la empresa canadiense Kalium Chemicals estableció la primera mina de potasa utilizando el proceso de solución. El descubrimiento se realizó durante la exploración de reservas de petróleo. La mina se desarrolló cerca de Regina, Saskatchewan. La mina alcanzó profundidades superiores a los 1500 metros. Mosaic's, Belle Plaine había ido más tarde a emprender la explotación de la mina.

Potash estanques de evaporación en la mina Intrepid Potash cerca de Moab, Utah

La mayor parte de las reservas mundiales de potasio (K) se depositaron como 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 conocida como sal de mesa. Con el tiempo, a medida que la superficie de la tierra cambió, estos depósitos fueron cubiertos por miles de pies de tierra.

La mayoría de las minas de potasa en la actualidad son minas de pozo profundo de hasta 4400 pies (1400 m) bajo tierra. Otros se extraen como minas a cielo abierto, ya que se depositaron en capas horizontales como roca sedimentaria. En las plantas de procesamiento sobre el suelo, 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, dando como resultado sulfato de potasio y sulfato de potasio y magnesio.

Hoy en día, algunos de los depósitos de potasa más grandes del mundo se encuentran distribuidos globalmente desde Saskatchewan, Canadá, hasta Brasil, Bielorrusia, Alemania y la cuenca del Pérmico. El depósito de la cuenca del Pérmico incluye las principales minas fuera de Carlsbad, Nuevo México, hasta el depósito de potasa más pura del mundo en el condado de Lea, Nuevo México (cerca de los depósitos de Carlsbad), que se cree que tiene una pureza de aproximadamente el 80 %. (El condado de Osceola, Michigan, tiene depósitos de más del 90% de pureza; sin embargo, la única mina allí se convirtió para la 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 explotada por The Mosaic Company, Nutrien y K+S.

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, 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 Qinghai en la remota Qarhan Playa aumentó seis veces la producción de cloruro de potasio en China, 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.

A principios del siglo XX, se encontraron depósitos 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 son 173 y 12 millones de toneladas para Musely y Crescent, respectivamente. Este último es particularmente adecuado para la minería a cielo abierto. Se exploró en la década de 1960, pero las obras se detuvieron debido a una inundación en 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 a partir de 2009.

En la India se ha estudiado la recuperación de sales fertilizantes de potasio del agua de mar. Durante la extracción de sal del agua de mar por evaporación, las sales de potasio se concentran en amargo, un efluente de la industria de la sal.

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. Este último fue una empresa conjunta entre Belaruskali y Uralkali, pero el 30 de julio de 2013, Uralkali anunció que había terminado la empresa.

Consumo

Producción de potasa y reservas en algunas minas actuales (ser 0,2 % de las reservas globales)
(ambos en K2O{displaystyle {ce {K2O}} equivalente)
(2017, en millones de toneladas)

País	Producción	Reservas
Canadá	12.0 (28,57%)	1.000 (25,64%)
Rusia	7.2 (17,14%)	500 (12,82%)
Belarús	(15,24%)	750 (19,23%)
China	(14,76%)	360 (9,23%)
Alemania	2.9 (6,90%)	150 (3,85%)
Israel	2.2 (5,24%)	270 (6,92%)
Jordania	1.3 (3,10%)	270 (6,92%)
Chile	1.2 (2,86%)	150 (3,85%)
España	0,7 (1,67%)	44 (1,13%)
Estados Unidos	0,5 (1,19%)	210 (5,38%)
Reino Unido	0,5 (1,19%)	40 (1.03%)
Brasil	0,3 (0,71%)	24 (0,62%)
Otros países	0,5 (1,19%)	90 (2,31%)
Total mundial	42,0 (100,00%)	3.900 (100,00%)

Fertilizantes

El potasio es el tercer nutriente principal para plantas y cultivos después del nitrógeno y el fósforo. Se ha utilizado desde la antigüedad como fertilizante del suelo (alrededor del 90% del uso actual). El potasio elemental no se encuentra en la naturaleza porque reacciona violentamente con el agua. Como parte de varios compuestos, el potasio constituye aproximadamente el 2,6 % de la masa de la corteza terrestre y es el séptimo elemento más abundante, similar en abundancia al sodio en aproximadamente el 1,8 % de la corteza. La potasa es importante para la agricultura porque mejora la retención de agua, el rendimiento, el valor nutritivo, el sabor, el color, la textura y la resistencia a enfermedades de los cultivos alimentarios. Tiene una amplia aplicación en frutas y verduras, arroz, trigo y otros cereales, azúcar, maíz, soja, aceite de palma y algodón, todos los cuales se benefician de las propiedades de mejora de la calidad de los nutrientes.

La demanda de alimentos y piensos ha ido en aumento desde el año 2000. El Servicio de Investigación Económica (ERS, por sus siglas en inglés) del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos atribuye la tendencia a un aumento medio anual de la población de 75 millones de personas en todo el mundo. Geográficamente, el crecimiento económico en Asia y América Latina contribuyó en gran medida al mayor uso de fertilizantes a base de potasio. El aumento de los ingresos en los países en desarrollo también fue un factor en el uso creciente de potasa y fertilizantes. Con más dinero en el presupuesto familiar, los consumidores agregaron más carne y productos lácteos a sus dietas. Este cambio en los patrones de alimentación requería que se plantaran más acres, que se aplicara más fertilizante y que se alimentara a más animales, todo lo cual requería más potasa.

Después de años de tendencia al alza, el uso de fertilizantes se desaceleró en 2008. La recesión económica mundial es la razón principal de la disminución del uso de fertilizantes, la caída de los precios y el aumento de los inventarios.

Los mayores consumidores de potasa del mundo son China, Estados Unidos, Brasil e India. Brasil importa el 90% de la potasa que necesita. Se espera que el consumo de potasa para fertilizantes aumente a alrededor de 37,8 millones de toneladas para 2022.

Las importaciones y exportaciones de potasa a menudo se informan en K₂O equivalente, aunque los fertilizantes nunca contienen óxido de potasio per se, porque el óxido de potasio es cáustico e higroscópico.

Precio

A principios de 2008, los precios de la potasa comenzaron un ascenso meteórico desde menos de 200 USD la tonelada hasta un máximo de 875 USD en febrero de 2009. Posteriormente, estos precios cayeron drásticamente hasta el mínimo de abril de 2010 de 310 USD, antes de recuperarse en 2011. –12, y recayó nuevamente en 2013. Como referencia, los precios en noviembre de 2011 eran de alrededor de US$470 por tonelada, pero a mayo de 2013 se mantuvieron estables en US$393. Después de la ruptura sorpresiva del cartel de potasa más grande del mundo a fines de julio de 2013, los precios de la potasa estaban a punto de caer un 20 por ciento. A fines de diciembre de 2015, la potasa se cotizaba a US$295 la tonelada. En abril de 2016 su precio fue de US$269. En mayo de 2017, los precios se habían estabilizado en alrededor de US$216 la tonelada, un 18% menos que el año anterior. Para enero de 2018, los precios se han estado recuperando a alrededor de US$225 por tonelada. La demanda mundial de potasa tiende a ser inelástica respecto del precio a corto plazo e incluso a largo plazo.

Otros usos

Además de su uso como fertilizante, el cloruro de potasio es importante en muchas economías industrializadas, donde se usa en el reciclaje de aluminio, en la industria de cloro-álcali para producir hidróxido de potasio, en la galvanoplastia de metales, fluidos de perforación de pozos de petróleo, nieve y derretimiento de hielo, tratamiento térmico de acero, en medicina como tratamiento para la hipopotasemia y ablandamiento del agua. El hidróxido de potasio se utiliza para el tratamiento de aguas industriales y es el precursor del carbonato de potasio, varias formas de fosfato de potasio, muchos otros productos químicos potásicos y la fabricación de jabón. El carbonato de potasio se utiliza para producir complementos alimenticios para animales, cemento, extintores de incendios, productos alimenticios, productos químicos fotográficos y textiles. También se utiliza en la elaboración de cerveza, preparados farmacéuticos 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 de agua, para usar en pinturas y electrodos de soldadura por arco. Estos usos no fertilizantes han representado alrededor del 15% del consumo anual de potasa en los Estados Unidos.

Sustitutos

No existen sustitutos para el potasio como nutriente esencial de las plantas y como requisito nutricional esencial para animales y humanos. El estiércol y la glauconita (arena verde) son fuentes con bajo contenido de potasio que pueden transportarse de manera rentable solo distancias cortas a los campos de cultivo.