Kalisalz
Pottasche (/ˈpɒtæʃ/) ist die Bezeichnung für verschiedene abgebaute und hergestellte Salze, die Kalium in wasserlöslicher Form enthalten. Der Name leitet sich von "Pottasche" ab, was sich auf Pflanzen- oder Holzasche bezieht, die in einem Topf in Wasser eingeweicht wurde, was vor dem Industriezeitalter die wichtigste Methode zur Herstellung dieses Produkts war. Das Wort Kalium ist von Pottasche abgeleitet. ⓘ
Kali wird weltweit in Mengen von mehr als 90 Millionen Tonnen (40 Millionen Tonnen K2O-Äquivalent) pro Jahr produziert, wobei Kanada der größte Produzent ist, hauptsächlich für die Verwendung in Düngemitteln. Verschiedene Arten von Kalidünger stellen die weltweit größte industrielle Nutzung des Elements Kalium dar. Kalium wurde erstmals 1807 durch Elektrolyse von Kalilauge (Kaliumhydroxid) gewonnen. ⓘ
Kalisalz oder kurz Kali ist eine fossile Ablagerung verschiedener Salzminerale mit einem hohen Gehalt an Kaliumverbindungen. ⓘ
Typische Minerale im Kalisalz sind ⓘ
- Halit: NaCl
- Sylvin: KCl
- Carnallit: KMgCl3 · 6 H2O
- Kainit: KMg[Cl|SO4] · 3 H2O
- Kieserit: MgSO4 · H2O
Davon werden Kaliumchlorid (Sylvin) und Magnesiumsulfat (Kieserit) wirtschaftlich genutzt. ⓘ
Im Gegensatz zum in der Regel farblosen Steinsalz, das fast ausschließlich aus Halit besteht, hat Kalisalz oft eine orangerote bis hellbraune Farbe, hervorgerufen durch eingelagerte Eisenoxide und -hydroxide. Nach dem Hauptbestandteil wird zwischen kieseritischem, sylvinitischem und carnallitischem Kalisalz unterschieden. Die meisten weltweit abgebauten Lagerstätten weisen einen sylvinitisch oder carnallitisch ausgeprägten Rohstoff auf. Ausgedehnte Kieseritvorkommen gibt es hauptsächlich in Deutschland. ⓘ
Terminologie
Der Begriff Kali bezieht sich auf Kaliumverbindungen und kaliumhaltige Materialien, am häufigsten Kaliumkarbonat. Das Wort "Pottasche" stammt aus dem mittelniederländischen "potaschen", was 1477 "Topfasche" bedeutete.
Die alte Methode zur Herstellung von Kaliumkarbonat (K
2CO
3) wurde früher durch das Sammeln oder Herstellen von Holzasche (die Beschäftigung mit Aschebrennern), das Auslaugen der Asche und das anschließende Eindampfen der entstandenen Lösung in großen eisernen Töpfen durchgeführt, wobei ein weißer Rückstand zurückblieb, der als "Pottasche" bezeichnet wurde. Etwa 10 Gewichtsprozent der üblichen Holzasche können als Pottasche zurückgewonnen werden. Später wurde "Pottasche" weithin für natürlich vorkommende Kaliumsalze und das daraus hergestellte Handelsprodukt verwendet, obwohl sich der Name (dort, wo er verwendet wurde) höchstwahrscheinlich von dem Anion der Säure ableitet, das den Karbonatanteil ersetzt, eine häufige gleichbedeutende Verwendung von "Pottasche" für "Kalium". ⓘ
In der folgenden Tabelle sind eine Reihe von Kaliumverbindungen aufgeführt, die "Pottasche" in ihrem traditionellen Namen tragen:
| Gebräuchlicher Name | Chemische Bezeichnung (Formel) ⓘ | |
|---|---|---|
| Kalidünger | c. 1942 Kaliumcarbonat (K2CO3); ca. 1950 eines oder mehrere von Kaliumchlorid (KCl), Kaliumsulfat (K2SO4) oder Kaliumnitrat (KNO3). Enthält kein Kaliumoxid (K2O), das von Pflanzen nicht aufgenommen werden kann. Die Kaliummenge wird jedoch häufig als K2O-Äquivalent angegeben (d. h. wie viel es wäre, wenn es in Form von K2O vorläge), um einen Vergleich zwischen verschiedenen Düngemitteln mit unterschiedlichen Kalitypen zu ermöglichen. | |
| Ätzkali oder Kalilauge | Kaliumhydroxid (KOH) | |
| Kaliumcarbonat, Weinsalze oder Perlenasche | Kaliumkarbonat (K2CO3) | |
| Chlorat von Kali | Kaliumchlorat (KClO3) | |
| Muriat von Kali (MOP) | Kaliumchlorid (KCl:NaCl = 95:5 oder höher) | |
| Kaliumnitrat oder Salpeter | Kaliumnitrat (KNO3) | |
| Sulfat von Kali (SOP) | Kaliumsulfat (K2SO4) | |
| Permanganat von Kali | Kaliumpermanganat (KMnO4) | |
Herstellung
Alle kommerziell genutzten Kalilagerstätten stammen ursprünglich aus Evaporitvorkommen und liegen oft tief unter der Erdoberfläche vergraben. Kalierze sind in der Regel reich an Kaliumchlorid (KCl), Natriumchlorid (NaCl) und anderen Salzen und Tonen und werden in der Regel durch konventionellen Schachtbergbau gewonnen, wobei das gewonnene Erz zu Pulver gemahlen wird. Andere Methoden sind der Auflösungsbergbau und die Verdampfung aus Solen. ⓘ
Bei der Verdampfungsmethode wird heißes Wasser in das Kali injiziert, das sich auflöst und dann an die Oberfläche gepumpt wird, wo es durch solarinduzierte Verdampfung konzentriert wird. Anschließend werden Aminreagenzien entweder zu den abgebauten oder den verdampften Lösungen hinzugefügt. Das Amin umhüllt das KCl, nicht aber das NaCl. Luftblasen haften an dem Amin und dem KCl und treiben es an die Oberfläche, während das NaCl und der Ton auf den Boden sinken. Die Oberfläche wird abgeschöpft, um das Amin + KCl zu gewinnen, das dann getrocknet und für die Verwendung als K-reiches Düngemittel verpackt wird - KCl löst sich leicht in Wasser auf und ist schnell für die Pflanzenernährung verfügbar. ⓘ
Kalilagerstätten gibt es überall auf der Welt. Im Jahr 2015 werden Vorkommen in Kanada, Russland, China, Weißrussland, Israel, Deutschland, Chile, den Vereinigten Staaten, Jordanien, Spanien, dem Vereinigten Königreich, Usbekistan und Brasilien abgebaut, wobei die größten Vorkommen in Saskatchewan, Kanada, liegen. ⓘ
Gefahren am Arbeitsplatz
Aufgrund von Umweltgefahren wie Radon und Asbest sind die Kalibergleute seit jeher mit übermäßigen Atemwegserkrankungen konfrontiert. Bei Kalibergleuten besteht die Gefahr, an Silikose zu erkranken. Eine zwischen 1977 und 1987 durchgeführte Studie über Herz-Kreislauf-Erkrankungen bei Kaliarbeitern ergab eine insgesamt niedrige Sterblichkeitsrate, doch wurde ein deutlicher Unterschied bei den Übertagearbeitern festgestellt. ⓘ
Geschichte der Produktion
Pottasche (insbesondere Kaliumkarbonat) wird seit der Bronzezeit zum Bleichen von Textilien, zur Herstellung von Glas und Keramik sowie zur Seifenherstellung verwendet. Pottasche wurde hauptsächlich durch Auslaugen der Asche von Land- und Meerespflanzen gewonnen. ⓘ
Ab dem 14. Jahrhundert wurde Kali in Äthiopien abgebaut. Eines der größten Vorkommen der Welt, 140 bis 150 Millionen Tonnen, befindet sich im Dallol-Gebiet in der Region Afar. ⓘ
Pottasche war eine der wichtigsten Industriechemikalien. Es wurde aus der Asche von Laubbäumen raffiniert und vor allem in den bewaldeten Gebieten Europas, Russlands und Nordamerikas hergestellt. Obwohl im späten 18. Jahrhundert Methoden zur Herstellung künstlicher Alkalien erfunden wurden, wurden diese erst im späten 19. Jahrhundert wirtschaftlich, und so blieb die Abhängigkeit von organischen Kaliquellen bestehen. ⓘ
Spätestens seit dem frühen vierzehnten Jahrhundert wurde Kali in Europa zu einem wichtigen internationalen Handelsgut. Es wird geschätzt, dass die europäischen Kalieinfuhren ab dem frühen siebzehnten Jahrhundert 6 oder mehr Millionen Kubikmeter pro Jahr benötigten. ⓘ
Zwischen 1420 und 1620 waren Gdańsk, Königsberg und Riga die wichtigsten Exportstädte für aus Holz gewonnenes Kali. Ab den 1640er Jahren führten geopolitische Störungen (z. B. Russisch-Polnischer Krieg (1654-1667)) dazu, dass sich die Exportzentren von der Ostsee nach Archangel in Russland verlagerten. Um 1700 dominierte die russische Asche, obwohl Danzig weiterhin für die Qualität seiner Pottasche bekannt war. Im späten fünfzehnten Jahrhundert war London aufgrund seiner Position als Zentrum der Schmierseifenherstellung der wichtigste Importeur, während im sechzehnten Jahrhundert die Niederländer als Lieferanten und Verbraucher dominierten. ⓘ
18. Jahrhundert
Das erste US-Patent überhaupt wurde 1790 Samuel Hopkins für eine Verbesserung "in der Herstellung von Topf- und Perlenasche durch einen neuen Apparat und Prozess" erteilt. Perlenasche war eine reinere Qualität, die durch Kalzinierung von Pottasche in einem Flammofen oder Brennofen hergestellt wurde. Kaligruben wurden einst in England zur Gewinnung von Pottasche genutzt, die zur Herstellung von Seife und zur Aufbereitung von Wolle für die Garnherstellung verwendet wurde. ⓘ
Jahrhundert wurde zunehmend hochwertiges amerikanisches Kali nach Großbritannien importiert. Im späten 18. und frühen 19. Jahrhundert bot die Kaliproduktion den Siedlern in Nordamerika eine Möglichkeit, sich dringend benötigtes Geld und Kredite zu beschaffen, während sie bewaldetes Land für den Ackerbau rodeten. Um ihr Land in vollem Umfang nutzen zu können, mussten die Siedler ihr überschüssiges Holz loswerden. Am einfachsten war es, alles Holz zu verbrennen, das nicht als Brennstoff oder zum Bauen benötigt wurde. Die Asche der Laubbäume konnte dann zur Herstellung von Lauge verwendet werden, die entweder zur Seifenherstellung oder zur Gewinnung wertvoller Pottasche eingesetzt werden konnte. Aus Laubholz konnte Asche in einer Menge von 60 bis 100 Scheffel pro Acre (500 bis 900 m³/km2) gewonnen werden. Im Jahr 1790 konnte die Asche im ländlichen New York State für 3,25 bis 6,25 Dollar pro Acre (800 bis 1.500 Dollar/km2) verkauft werden - fast so viel, wie man für die Abholzung der gleichen Fläche einen Arbeiter anheuerte. Die Kaliherstellung wurde im britischen Nordamerika zu einem wichtigen Wirtschaftszweig. Großbritannien war stets der wichtigste Markt. Die amerikanische Kaliindustrie folgte der Axt des Holzfällers quer durch das Land. Nach etwa 1820 löste New York Neuengland als wichtigste Quelle ab; um 1840 lag das Zentrum in Ohio. Die Kaliproduktion war stets ein Nebenprodukt, das sich aus der Notwendigkeit ergab, Land für die Landwirtschaft zu roden. ⓘ
Auf den Orkney-Inseln lieferte bereits 1719 Seetangasche ein Jahrhundert lang Pottasche und Soda, "Stoffe, die von der damaligen Glas- und Seifenindustrie eifrig nachgefragt wurden". ⓘ
Ab 1767 wurde Pottasche aus Holzasche aus Kanada exportiert. Bis 1811 stammten 70 % der insgesamt 19,6 Millionen Pfund Pottasche, die nach Großbritannien eingeführt wurden, aus Kanada. Die Ausfuhren von Pottasche und Perlasche erreichten 1865 43.958 Fässer. Im Jahr 1871 waren 519 Aschegruben in Betrieb. ⓘ
Industrialisierung im 19. Jahrhundert
Die Holzasche-Industrie ging Ende des 19. Jahrhunderts zurück, als in Deutschland die großtechnische Produktion von Kali aus Mineralsalzen eingeführt wurde. Im Jahr 1943 wurde Kali in Saskatchewan, Kanada, bei Ölbohrungen entdeckt. Die aktive Exploration begann 1951. Im Jahr 1958 wurde die Potash Company of America mit der Inbetriebnahme eines unterirdischen Kalibergwerks am Patience Lake zum ersten Kaliproduzenten in Kanada. Aufgrund von Wassereinbrüchen im Schacht wurde die Produktion jedoch Ende 1959 eingestellt und nach umfangreichen Injektions- und Reparaturarbeiten 1965 wieder aufgenommen. Das unterirdische Bergwerk wurde 1987 geflutet und 1989 für die kommerzielle Produktion als Lösungsbergwerk reaktiviert. ⓘ
Im Jahr 1964 errichtete das kanadische Unternehmen Kalium Chemicals die erste Kalimine, die das Lösungsverfahren nutzte. Die Entdeckung wurde bei der Erkundung von Ölvorkommen gemacht. Das Bergwerk wurde in der Nähe von Regina, Saskatchewan, erschlossen. Das Bergwerk erreichte eine Tiefe von mehr als 1500 Metern. Das Unternehmen Mosaic, Belle Plaine, übernahm später den Betrieb der Mine.
Der größte Teil der weltweiten Kaliumreserven (K) wurde als Meerwasser in alten Binnenmeeren abgelagert. Nachdem das Wasser verdunstet war, kristallisierten die Kalisalze zu Kalierzlagerstätten aus. Dies sind die Orte, an denen heute Kali abgebaut wird. Bei den Lagerstätten handelt es sich um 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 Lagerstätten von Tausenden von Metern Erde bedeckt. ⓘ
Die meisten Kalibergwerke sind heute Tiefschachtbergwerke, die bis zu 1.400 m unter die Erde reichen. Andere werden im Tagebau abgebaut, da sie in horizontalen Schichten als Sedimentgestein abgelagert wurden. In übertägigen Aufbereitungsanlagen wird das KCl aus dem Gemisch abgetrennt, um einen hochanalytischen Kalidünger herzustellen. Andere Kaliumsalze können durch verschiedene Verfahren abgetrennt werden, so dass Kaliumsulfat und Kalium-Magnesium-Sulfat entstehen. ⓘ
Heute sind einige der weltweit größten bekannten Kalilagerstätten über die ganze Welt verteilt, von Saskatchewan, Kanada, über Brasilien, Weißrussland und Deutschland bis hin zum Permian-Becken. Die Vorkommen im Permian-Becken umfassen die großen Minen außerhalb von Carlsbad, New Mexico, bis hin zu den weltweit reinsten Kalilagerstätten in Lea County, New Mexico (nicht weit von den Carlsbad-Lagerstätten entfernt), deren Reinheit auf etwa 80 % geschätzt wird. (In Osceola County, Michigan, gibt es Vorkommen mit einem Reinheitsgrad von über 90 %; das einzige Bergwerk dort wurde jedoch auf die Salzproduktion umgestellt). Kanada ist der größte Produzent, gefolgt von Russland und Weißrussland. Die größten Kalivorkommen Kanadas befinden sich in der Provinz Saskatchewan und werden von The Mosaic Company, Nutrien und K+S abgebaut. ⓘ
In China konzentrieren sich die meisten Kalivorkommen in den Wüsten und Salzseen der endorheischen Becken der westlichen Provinzen, insbesondere in Qinghai. Geologische Expeditionen entdeckten die Vorkommen in den 1950er Jahren, aber die kommerzielle Ausbeutung verzögerte sich bis zur Reform- und Öffnungspolitik von Deng Xiaoping in den 1980er Jahren. Mit der Eröffnung der Qinghai Potash Fertilizer Factory 1989 in der abgelegenen Qarhan Playa versechsfachte sich die chinesische Kaliumchloridproduktion von weniger als 40.000 t (39.000 long tons; 44.000 short tons) pro Jahr in Haixi und Tanggu auf knapp 240.000 t (240.000 long tons; 260.000 short tons) pro Jahr. ⓘ
Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurden Kalivorkommen in der Dallol-Senke in den Orten Musely und Crescent nahe der äthiopisch-eritreischen Grenze entdeckt. Die geschätzten Reserven belaufen sich auf 173 bzw. 12 Millionen Tonnen für Musely und Crescent. Letztere eignet sich besonders gut für den Tagebau; sie wurde in den 1960er Jahren erkundet, die Arbeiten wurden jedoch aufgrund der Überschwemmung von 1967 eingestellt. Versuche, den Abbau in den 1990er Jahren fortzusetzen, wurden durch den eritreisch-äthiopischen Krieg gestoppt und sind bis 2009 nicht wieder aufgenommen worden. ⓘ
Die Rückgewinnung von Kaliumdüngersalzen aus Meerwasser wurde in Indien untersucht. Bei der Gewinnung von Salz aus Meerwasser durch Verdunstung konzentrieren sich die Kalisalze in der Bittere, einem Abfluss der Salzindustrie. ⓘ
Im Jahr 2013 wurden fast 70 % der Kaliproduktion von Canpotex, einem Export- und Marketingunternehmen, und der Belarusian Potash Company kontrolliert. Letztere war ein Joint Venture zwischen Belaruskali und Uralkali, doch am 30. Juli 2013 gab Uralkali bekannt, dass es das Unternehmen aufgelöst hat. ⓘ
Verbrauch
| Land | Herstellung | 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 Pflanzennährstoff. Es wird seit dem Altertum als Bodendünger verwendet (etwa 90 % der heutigen Verwendung). Elementares Kalium kommt in der Natur nicht vor, da es heftig mit Wasser reagiert. Als Bestandteil verschiedener Verbindungen macht Kalium etwa 2,6 % der Masse der Erdkruste aus und ist das siebthäufigste Element, ähnlich häufig wie Natrium mit etwa 1,8 % der Erdkruste. Kali ist für die Landwirtschaft wichtig, da es die Wasserbindung, den Ertrag, den Nährstoffgehalt, den Geschmack, die Farbe, die Struktur und die Krankheitsresistenz von Nutzpflanzen 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 seit 2000 gestiegen. Der Economic Research Service (ERS) des Landwirtschaftsministeriums der Vereinigten Staaten führt diesen Trend auf einen durchschnittlichen jährlichen Bevölkerungszuwachs von 75 Millionen Menschen auf der ganzen Welt zurück. Geografisch gesehen hat das Wirtschaftswachstum in Asien und Lateinamerika in hohem Maße zum verstärkten Einsatz von Düngemitteln auf Kalibasis beigetragen. Steigende Einkommen in den Entwicklungsländern waren ebenfalls ein Faktor für den zunehmenden Einsatz von Kali und Düngemitteln. Mit mehr Geld im Haushaltsbudget nahmen die Verbraucher mehr Fleisch und Milchprodukte in ihren Speiseplan auf. Aufgrund dieser veränderten Ernährungsgewohnheiten mussten mehr Flächen bepflanzt, mehr Düngemittel ausgebracht und mehr Tiere gefüttert werden - all dies erforderte mehr Kali. ⓘ
Nach einem jahrelangen Aufwärtstrend verlangsamte sich der Düngemitteleinsatz im Jahr 2008. Der weltweite Wirtschaftsabschwung ist der Hauptgrund für den rückläufigen Düngemitteleinsatz, die sinkenden Preise und die steigenden Lagerbestände. ⓘ
Die größten Kaliverbraucher der Welt sind China, die Vereinigten Staaten, Brasilien und Indien. Brasilien importiert 90 % seines Kalibedarfs. Es wird erwartet, dass der Kaliverbrauch für Düngemittel bis 2022 auf etwa 37,8 Millionen Tonnen ansteigen wird. ⓘ
Kaliumimporte und -exporte werden häufig in K2O-Äquivalenten angegeben, obwohl Düngemittel niemals Kaliumoxid an sich enthalten, da Kaliumoxid ätzend und hygroskopisch ist. ⓘ
Preisgestaltung
Zu Beginn des Jahres 2008 begannen die Kalipreise einen kometenhaften Aufstieg von weniger als 200 US-Dollar pro Tonne auf einen Höchststand von 875 US-Dollar im Februar 2009. Danach fielen sie drastisch auf einen Tiefstand von 310 USD im April 2010, bevor sie sich 2011/12 erholten und 2013 erneut zurückfielen. Zum Vergleich: Im November 2011 lagen die Preise bei etwa 470 US-Dollar pro Tonne, aber im Mai 2013 lagen sie stabil bei 393 US-Dollar. Nach dem überraschenden Zusammenbruch des weltgrößten Kalikartells Ende Juli 2013 drohten die Kalipreise um rund 20 % zu fallen. Ende Dezember 2015 wurde Kali für 295 US$ pro Tonne gehandelt. Im April 2016 lag der Preis bei 269 US-Dollar. Im Mai 2017 hatten sich die Preise bei etwa 216 US$ pro Tonne stabilisiert, was einem Rückgang von 18 % gegenüber dem Vorjahr entspricht. Im Januar 2018 erholten sich die Preise auf rund 225 US-Dollar pro Tonne. Die weltweite Kalinachfrage ist kurz- und sogar langfristig tendenziell preisunelastisch. ⓘ
Andere Verwendungszwecke
Neben seiner Verwendung als Düngemittel ist Kaliumchlorid in vielen Industrieländern wichtig, wo es beim Aluminiumrecycling, in der Chloralkaliindustrie zur Herstellung von Kaliumhydroxid, in der Metallgalvanik, als Bohrflüssigkeit für Ölbohrungen, zum Schmelzen von Schnee und Eis, zur Wärmebehandlung von Stahl, in der Medizin zur Behandlung von Hypokaliämie und zur Wasserenthärtung eingesetzt wird. Kaliumhydroxid wird für die industrielle Wasseraufbereitung verwendet und ist der Vorläufer von Kaliumcarbonat, verschiedenen Formen von Kaliumphosphat, vielen anderen kaliumhaltigen Chemikalien und der Seifenherstellung. Kaliumkarbonat wird zur Herstellung von Tierfutterzusätzen, Zement, Feuerlöschern, Lebensmitteln, Fotochemikalien und Textilien verwendet. Es wird auch zum Bierbrauen, für pharmazeutische Präparate und als Katalysator für die Herstellung von synthetischem Gummi verwendet. In Kombination mit Quarzsand entsteht Kaliumsilikat, das auch als Wasserglas bekannt ist und in Farben und Lichtbogenschweißelektroden verwendet wird. Diese Verwendungszwecke, die nicht zu Düngezwecken dienen, machen etwa 15 % des jährlichen Kaliverbrauchs in den Vereinigten Staaten aus. ⓘ
Ersatzstoffe
Es gibt keinen Ersatz für Kalium als essentiellen Pflanzennährstoff und als essentiellen Nahrungsbedarf für Tiere und Menschen. Gülle und Glaukonit (Grünsand) sind Quellen mit niedrigem Kaliumgehalt, die nur über kurze Entfernungen zu den Feldern transportiert werden können. ⓘ
Geschichte
Kalisalze wurden erstmals 1857 in Deutschland entdeckt, und zwar beim Abteufen der Schächte von der Heydt und Manteuffel des königlich preußischen Salzbergwerkes in Staßfurt. Sie störten bei der Steinsalzgewinnung, wurden als Bitter- oder Abraumsalze bezeichnet und auf Halde geschüttet. Nachdem erkannt wurde, um welchen wertvollen Rohstoff es sich dabei handelte, werden sie seitdem nach dem wichtigen Bestandteil Kalium als Kalisalze bezeichnet. ⓘ
Entstehung
Die Kalisalzlagerstätten Mitteleuropas entstanden vor gut 250 Millionen Jahren im Zechstein (Oberperm) und Tertiär (Oberrheingraben: Wittelsheimer Becken im Oberelsass und bei Buggingen in Südbaden). Im Bereich der heutigen Kalilagerstätten befanden sich zu dieser Zeit flache Randmeere (sogenannte Epikontinentalmeere) oder Meeresarme und das Klima in der Region war trocken und heiß, wodurch viel Meerwasser in relativ kurzer Zeit verdunsten konnte. Infolge tektonischer Bewegungen wurden diese Meere bzw. Meeresarme vom offenen Ozean abgeriegelt, sodass sie auszutrocknen begannen. Aus einem so immer salziger werdenden Gewässer kristallisieren nach ihrer Löslichkeit nacheinander prinzipiell folgende Stoffe aus:
- Kalkstein/Dolomit,
- Gips/Anhydrit (Eindunstung auf mindestens ca. 25 % der Ausgangsmenge),
- Steinsalz (Eindunstung auf mindestens ca. 10 % der Ausgangsmenge),
- Kalisalz (Eindunstung auf weniger als 1 % der Ausgangsmenge). ⓘ
Meist wurde diese Abscheidungsfolge aber aufgrund des Verschwindens der Barriere oder einer Klimaänderung bereits im Stadium der Gips- oder Steinsalzabscheidung unterbrochen oder beendet. Kalisalzlagerstätten sind deshalb relativ selten. Die einmal auskristallisierte Salzabfolge wurde nachfolgend durch andere Sedimente (zum Beispiel Ton) überdeckt. Oft stellten sich aber die für die Austrocknung günstigen Bedingungen wieder ein und die Eindunstung und Abscheidung begann von neuem. Durch gleichzeitige, langsame, kontinuierliche Absenkung des Untergrundes des Meeresbeckens konnten sich so im Laufe einiger Millionen Jahre bis zu mehrere tausend Meter mächtige Gips- und Salzschichten bilden. Im Zechsteinbecken im Untergrund Mittel- und Westeuropas werden mindestens fünf solcher Serien unterschieden, die auch Zechsteinzyklen genannt werden. Drei dieser Zyklen (Werra, Staßfurt und Leine genannt) enthalten Kalisalzschichten. ⓘ
Irgendwann änderten sich die klimatischen oder geographischen Verhältnisse aber dauerhaft dahingehend, dass keine Salze mehr abgeschieden wurden. Die Ablagerung anderer Sedimente (zum Beispiel Sand, der sich nachfolgend zu Sandstein verfestigte) setzte sich aber fort und so wurde das Salz durch wiederum tausende Meter mächtige Gesteinsschichten überlagert. ⓘ
Da Salz aber eine geringere Dichte hat als die meisten anderen Gesteine und unter Druck zudem beginnt, zäh zu fließen, sammelte es sich an bestimmten Stellen und begann von dort in Richtung der Erdoberfläche aufzusteigen. Bei diesem als Halokinese bezeichneten Vorgang entstanden schließlich Salzkissen, -mauern und -stöcke. So gelangte das Kalisalz zusammen mit dem Steinsalz in Oberflächennähe, wo es heute für Menschen erreichbar ist und in Bergwerken abgebaut werden kann. ⓘ
Vorkommen
Die größten Kalisalzvorkommen außerhalb Deutschlands finden sich in Russland, Belarus und der Ukraine, in Kanada, den USA sowie im chinesischen Lop Nor. Auch aus Salzseen wie dem Toten Meer werden von Israel und Jordanien bedeutende Mengen gewonnen. Die deutschen Vorkommen liegen im Raum Gorleben-Braunschweig-Hannover in Niedersachsen, in der Altmark und der Griesen Gegend, im Raum Magdeburg-Halle in Sachsen-Anhalt (Zielitz) sowie in Südbaden (seit den 1970er Jahren stillgelegt), im Solling, Südharz (größtenteils stillgelegt, Bleicherode und Sondershausen) und Dün und im Werra-Fulda-Bereich in Hessen und Thüringen (Neuhof-Ellers, Werra-Kalirevier mit Werken in Heringen, Philippsthal und Unterbreizbach). ⓘ
Gewinnung
Kalisalze werden in Deutschland in untertägigen Bergwerken abgebaut. ⓘ
Die bergmännische Gewinnung erfolgt entweder konventionell durch Bohr- und Schießarbeit oder maschinell mittels Teil- und Vollschnittmaschinen. ⓘ
Weltweit gibt es Versuche, Kalisalze (Carnallite) ähnlich wie Steinsalz durch Bohrlochsolung (Heißlaugung) zu gewinnen. Ein derartiger Solbergbau findet z. B. in Bleicherode und Kehmstedt statt. ⓘ
Aufbereitung
Da das Rohsalz einen durchschnittlichen Wertstoffgehalt von 20 bis 35 Prozent hat, ist eine Aufbereitung in übertägigen Fabrikanlagen notwendig. Als Aufbereitungsverfahren kommen die Flotation, das Heißverlösen oder die elektrostatische Trennung in Frage. Je nach Aufbereitungsverfahren wird das Produkt anschließend getrocknet und veredelt, beispielsweise durch Granulierung. ⓘ
Eine wesentliche Schwierigkeit liegt in der Entsorgung der bei der Aufbereitung anfallenden Restlaugen mit hohen Gehalten an Magnesiumsalzen und Natriumchlorid. Diese werden zum Teil in poröse Schichten des oberen Muschelkalk verpresst, zum Teil gehen sie als Abwasser in die Vorfluter (z. B. Werra). ⓘ
Nutzung
Kalisalze werden hauptsächlich zu Mineraldünger verarbeitet. Für gewöhnlich hat Kalidünger eine Reinheit von mehr als 90 Prozent. Weil dies einem Kaliumanteil von rund 60 Prozent entspricht, wird er auch als „60er Kali“ bezeichnet. Das hochreine 99er Kaliumchlorid oder Industriekali findet in der chemischen Industrie und Medizin Verwendung. Bei chlorid-sensiblen Agrarpflanzen wird Dünger verwendet, der hauptsächlich aus Kaliumsulfat besteht. ⓘ
Wirkung als Dünger
Der Mineralstoff Kalium ist ein Hauptnährelement der Pflanzenernährung und verstärkt bei Pflanzen die Stoffwechselprozesse: Die Photosynthese wird intensiviert, die Umwandlung von Traubenzucker (Glucose) in Stärke und der Aufbau von Eiweiß beschleunigt. Dadurch wird das Wachstum der Pflanzen gefördert. ⓘ
Das K+-Ion ist das wichtigste Ion im Stoffwechsel der Pflanze zur Erhöhung des osmotischen Druckes und Quellungszustandes. Eine ausreichende Kalidüngung bewirkt eine bessere Anpassung der Pflanze an Trockenheit und erhöht die Frosthärte. Indirekt wird die Standfestigkeit der Pflanzen verbessert. Kalimangel führt zur Welketracht, Chlorosen an älteren Blättern sowie dem Absterben vom Blattrand (Randnekrose). ⓘ