سولفات پتاسیم
سولفات پتاسیم و کاربردهای آن،مواد اولیه سولفات پتاسیم
سولفات پتاسیم و کاربردهای آن
سولفات پتاسیم چیست و چرا به عنوان یکی از پرکاربردترین کودهای پتاسه مورد استفاده قرار می‌گیرد؟ چه محصولات دیگری هستند که می‌توانند رقیب سولفات پتاسیم باشند و به عنوان کود پتاسه استفاده شوند؟ چگونه می‌توان سولفات پتاسیم استاندارد را از محصول غیراستاندارد و ناخالص تشخیص داد؟ پاسخ این سوالات و سوالات بیشتر در مورد کودهای پتاسه بویژه یکی از مهمترین آنها یعنی “سولفات پتاسیم” را با خواندن این مقاله دریافت خواهید کرد.
سولفات پتاسیم که سولفات پتاس (SOP)، آرکانایت (Arcanite) یا پتاس سولفور نیز نامیده می‌شود، یک ماده غیرآلی (معدنی) با فرمول شیمیایی K2SO4 است. این ماده یک ترکیب سفید رنگ قابل انحلال در آب است. سولفات پتاسیم معمولا به عنوان کود کشاورزی مورد استفاده قرار می‌گیرد که هر دو عنصر پتاسیم و سولفور را برای گیاهان تامین می‌کند. سولفات پتاسیم در قرن 14 شناخته شد و توسط دانشمندان زیادی مورد بررسی قرار گرفت.
در قرن 17 ام میلادی، به نام arcanuni شناخته شد زیرا ترکیبی از نمک اسیدی با نمک قلیایی است. سولفات پتاسیم دارای حداقل 50 درصد محتوای K2O و حداقل 5/17 درصد محتوای گوگرد است. “پتاس” عموما برای KCl یا KOH استفاده می‌شود اما برخی مواقع برای سولفات پتاسیم نیز از واژه “پتاس” استفاده می‌شود. بنابراین در آمارها ممکن است همپوشانی وجود داشته باشد.
پتاسیم یکی از عناصر اصلی مورد نیاز گیاهان است که توسط محصولاتی مانند کلرید پتاسیم (KCl)، سولفات پتاسیم (K2SO4)، مونو و دی پتاسیم فسفات و پتاسیم نیترات در اختیار گیاه قرار می‌گیرد. در میان کودهای پتاسه، سولفات پتاسیم، دی پتاسیم فسفات و پتاسیم کلرید به ترتیب دارای محتوای K2O 54، 53 و 50 درصد هستند اما سایر محصولات پتاسه مانند مونو پتاسیم فسفات، پتاسیم نیترات، سولفات پتاسیم – منیزیم و کاینایت به ترتیب دارای 34، 46، 32 و 4/15 درصد K2O هستند.
مونو و دی پتاسیم فسفات علاوه بر پتاسیم به ترتیب دارای 52 و 40 درصد P2O5 عنصر مغذی فسفر نیز هستند و کود ترکیبی به شمار می‌روند. پتاسیم نیترات نیز علاوه بر پتاسیم 8/13 درصد محتوای نیتروژن دارد. سولفات پتاسیم نیز علاوه بر پتاسیم دارای محتوای گوگرد بوده که مورد نیاز گیاهان است. در میان محصولات پتاسه ذکر شده، کلرید پتاسیم به دلیل داشتن کلر برای بسیاری از گیاهان مناسب نیست و نمی‌توان از آن استفاده کرد.
تولید و عرضه مونو و دی پتاسیم فسفات نیز در دنیا به اندازه‌ای نیست که جوابگوی نیاز صنعت کشاورزی باشد. نیترات پتاسیم نیز در برابر سولفات پتاسیم میزان پتاسیم کمتری داشته و میزان نیتروژن آن نیز نسبت به اوره و سولفات آمونیوم پایین است و از نظر اقتصادی صرفه کمتری برای کاربرد در حوزه کشاورزی دارد بنابراین در میان انواع کودها و محصولات پتاسه، سولفات پتاسیم از منظر عرضه و تقاضا در صدر جدول قرار می‌گیرد و یکی از پرکاربردترین کودهای پتاسه در دنیا محسوب می‌شود.
عمده کاربرد (بیش از 98 درصد) سولفات پتاسیم در صنعت کشاورزی و به عنوان کود پتاسه است. جدول 1 ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی سولفات پتاسیم را نشان داده است.
از واکنش‌های تولید سولفات پتاسیم مشخص است که مرحله نخست بدون نیاز به حرارت و مرحله دوم نیاز به حرارت دارد.
حرارت مورد نیاز برای واکنش از طریق سوخت گاز طبیعی تامین می‌شود. محصولات اصلی و جانبی تولید شده از واکنش‌های فوق دارای مشخصات فنی به شرح جدول 2 است.
ویژگی‌های مهم سولفات پتاسیم
مهمترین مشخصه سولفات پتاسیم به عنوان یک منبع قابل دسترس برای پتاسیم است که توسط گیاهان جذب می‌شود. میزان جذب پتاسیم توسط گیاهان بسیار بیشتر از سایر مواد مغذی (به جز نیتروژن) است. مهمترین عملکرد پتاسیم فعال کردن آنزیم‌های گیاهان، سنتز پروتئین‌های مورد نیاز رشد گیاه، تشکیل نشاسته و شکر و تنظیم جریان آب در سلول‌های ساقه و برگ‌های گیاه است.
علاوه بر این، پتاسیم آثار قابل توجهی بر پارامترهای کیفیت در رشد گیاه اعم از اندازه، شکل، رنگ، مزه و کیفیت فیبرهای گیاه دارد. از پتاسیم سولفات عموما برای رشد سیب‌زمینی، میوه‌ها و تنباکو استفاده می‌شود. این گیاهان به استفاده بیش از اندازه از کلر حساس هستند. این کود شیمیایی عاری از هرگونه کلرید است و شاخص نمک پایین و حلالیت بالایی در آب دارد. سولفات پتاسیم علاوه بر اینکه یک منبع مناسب برای پتاسیم است در تامین سولفور برای گیاهان نیز نقش بسزایی دارد که برای سنتز پروتئین‌ها در گیاهان و بهبود عملکرد آنزیم‌ها لازم است. در مورد خاک‌هایی که عاری از مواد مغذی مانند پتاسیم هستند می‌توان از این کود استفاده کرد.
وجود مقادیر کافی سولفات پتاسیم برای حفظ حیات گیاه در شرایط شور ضروری است. غشاهای پلاسمایی سلول‌های کورتکس ریشه، قدرت جذب بالایی برای پتاسیم (K) در مقابل سدیم (Na) دارند. هر چند که این انتخاب‌پذیری بین گونه‌های گیاهی کاملا متفاوت است. این موضوع در جایی که غلظت سدیم محلول خاک بیش از پتاسیم است بسیار مهم است. انتخاب پذیری بالای K/Na در گیاهان در شرایطی حفظ می‌شود که اولا وضعیت کلسیم ریشه در حد کفایت بوده و ثانیا به ریشه‌ها مقدار کافی اکسیژن برسد.
البته درجه انتخاب‌پذیری K/Na علاوه بر گونه‌های گیاهی حتی در درون ارقام یک گونه نیز متفاوت است. ریشه‌های گونه‌های مقاوم به شوری نسبت به گونه‌های حساس قدرت جذب بیشتری برای پتاسیم در مقابل سدیم دارند. شوری غلظت پتاسیم برگ ارقام پنبه حساس به شوری را بیش از ارقام مقاوم کاهش می‌دهد. شواهد نشان داده است که در اکثر گونه‌های گیاهان گلیکوفیت سدیم می‌تواند تا حدودی جانشین پتاسیم شده بدون آنکه اثر منفی بر روی رشد داشته باشد.
سبزی‌هایی نظیر گوجه فرنگی، اسفناج، کاهو و کرفس به مقدار زیادی به سولفات پتاسیم نیاز دارند. در صورتی که پتاسیم کافی در اختیار آنها قرار نگیرد عملکرد و کیفیت آنها به طور نامطلوبی کاهش می‌یابد. در سیب‌زمینی نشان داده شده که اگر پتاسیم به مقدار کافی مصرف شود به دلیل افزایش مقدار نسبی اسید سیتریک در مقایسه با اسید کلروژنیک، سیاه شدن غده سیب‌زمینی بعد از پوست گرفتن به تاخیر می‌افتد.
جدول 3 شاخص نمک را برای تعدادی از کودهای پتاسیم‌دار نشان می‌دهد. همان‌طور که مشخص است سولفات پتاسیم نسبت به سایر کودهای پتاسیم‌دار دارای شاخص نمک پایینی است.
پتاسیم یکی از عناصر مفید برای سلامتی انسان است و استفاده بهینه از این کود شیمیایی ضرری برای سلامتی انسان ندارد. شاخص سمی بودن این ماده در رفرنس‌های معتبر آمده است که در حین استفاده از آن باید مدنظر قرار گیرد.
سولفات پتاسیم به ندرت در شکل خالص آن در طبیعت یافت می‌شود و در طبیعت به صورت مخلوط با نمک‌های حاوی منیزیم، سدیم و کلرید وجود دارد. این مواد معدنی نیاز به فرآیندهایی برای جداسازی نمک‌ها از یکدیگر دارند.
به طور سنتی تولید سولفات پتاسیم از طریق واکنش میان کلرید پتاسیم و اسید سولفوریک انجام می‌شود. یافته‌های جدید نشان داد که می‌توان با تحت فرآیند قرار دادن برخی مواد معدنی، این محصول را تولید کرد. به طور مثال مواد معدنی طبیعی دارای پتاسیم مانند kainite و schoenite معدن‌کاری شده و توسط محلول‌های آبی و نمکی شست‌وشو داده می‌شوند تا محصولات جانبی زدوده شده و سولفات پتاسیم خالص تولید شود. در صنایع معدنی نیز روش‌های مشابهی برای معدن‌کاری سولفات پتاسیم از دریاچه‌های نمکی و یا رسوبات زیرزمینی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در مکزیک سولفات پتاسیم از ماده معدنی langbeinite از طریق واکنش آن با محلول KCl تولید می‌شود و محصولات جانبی حاوی منیزیم و … تولید می‌شود.
استاندارد ملی ایران برای سولفات پتاسیم
کد آیسیک سولفات پتاسیم 2412612337 و کد تعرفه گمرکی آن 31043000 است. استاندارد ملی ایران به شماره 128 (تجدیدنظر در سال 1398) نیز به ویژگی‌ها و روش‌های آزمون کود سولفات پتاسیم پرداخته است.
مواد اولیه تولید سولفات پتاسیم
اسید سولفوریک (>98 درصد وزنی) و کلرید پتاسیم مواد اولیه اصلی تولید سولفات پتاسیم هستند. برای تولید هر تن سولفات پتاسیم، 86/0 تن کلرید پتاسیم و 58/0 تن اسید سولفوریک مورد نیاز است. تامین اسید سولفوریک از منابع داخلی و تامین کلرید پتاسیم عمدتا از طریق واردات انجام می‌شود.
کلرید پتاسیم نوعی نمک است که از ترکیب پتاسیم و کلر به وجود می‌آید. کلرید پتاسیم مهمترین نمک پتاسیم‌دار است که از دیگر نمک‌هاي پتاسیم، مصرف بیشتري دارد. بر اساس آمارهاي موجود، سالیانه بالغ بر 150 هزار تن کلرید پتاسیم در کشور مصرف می‌شود که تا سال ۱۳۹۴ کل این مقدار از طریق واردات تأمین می‌شده است. اما با راه‌اندازي کارخانه فرآوري پتاس خوروبیابانک به ظرفیت تولید اسمی سالانه ۵۰ هزار تن، از مردادماه سال ۹۴ بخشی از نیاز کشور به ماده استراتژیک پتاس در این کارخانه تولید می‌شود. شورابه، اولیه موجود در معدن پلایاي خوروبیابانک با استفاده از حفر کانال، زهکشی و جمع‌آوري می‌شود و از طریق ایستگاه پمپاژ به استخرهاي تبخیر خورشیدي ارسال می‌گردد.
در مرحله اول نمک موجود در شورابه ورودي به استخرها بر اثر تبخیر خورشیدي راسب می‌شود و پس از آن کارنالیت؛ که در حکم خوراك کارخانه فرآوري پتاس است؛ استحصال می‌شود. کارنالیت تولید شده در استخرها طی ۵ مرحله اصلی (مشینگ، فلوتاسیون، دکامپوزیشن، لیچینگ، خشک کردن) در کارخانه فرآوري پتاس به محصول کلرید پتاسیم تبدیل می‌شود. کلرید پتاسیم در این کارخانه با خلوص بیش از 5/95 درصد وزنی و مطابق استانداردهاي جهانی تولید می‌شود. به طور متوسط سالیانه حدود 75 هزار تن کلرید پتاسیم به کشور وارد می‌شود. عمده واردات این محصول از کشورهای ترکیه، روسیه و ازبکستان است.
با راه‌اندازی واحدهای تولید اسید سولفوریک در کنار مجتمع‌های تولید مس در ایران (شرکت ملی صنایع مس ایران) ظرفیت تولید این اسید در کشور افزایش یافته است. در سال 1397 کارخانه تولید اسید سولفوریک مس سرچشمه به ظرفیت 610 هزار تن مورد بهره‌برداری قرار گرفت.
در سال 1398 نیز واحد تولید اسید سولفوریک خاتون‌آباد با ظرفیت 600 هزار تن در سال مورد بهره‌برداری قرار گرفت و ظرفیت تولید سولفوریک کشور با رشد قابل توجهی به حدود 7/3 میلیون تن در سال رسید. همچنین طرح‌های در دست راه‌اندازی شرکت ملی صنایع مس برای سال‌های آینده نیز در شمال غرب کشور وجود دارد. در حال حاضر میزان تولید اسید سولفوریک در واحدهای شرکت ملی صنایع مس ایران حدود 750 هزار تن است. همچنین امکان تامین اسید سولفوریک از مجتمع پتروشیمی رازی وجود دارد.
شایان ذکر است، شرکت ملی صنایع مس ایران در حال توسعه طرحی برای احداث واحد تولید اسید فسفریک به ظرفیت 360 هزار تن در منطقه ویژه اقتصادی بندرعباس است که در صورت راه‌اندازی این مجتمع، حدود 1 میلیون تن از اسید سولفوریک تولیدی کشور در آن مصرف خواهد شد. تامین اسید سولفوریک از سایر واحدهای بخش خصوصی (که به صورت پراکنده در استان‌های مختلف کشور جانمایی شده‌اند و عموما دارای ظرفیت‌های متوسط و متوسط به پایین هستند) امکان‌پذیر است.