カリウム

カリ（/ ˈ p ɒ t æ ʃ / POT -ash）には、水溶性の形でカリウムを含む様々な採掘および製造された塩が含まれます。[1] この名前は、産業革命以前の主なカリ製造方法であった、鍋で水に浸した植物灰または木灰であるポットアッシュに由来しています。カリウムという^言葉は、ポタッシュに由来しています。^[2]

2021年現在、世界中でカリの生産量は年間7190万トン（ K2O換算で約4540万トン^{[5] ）を超えており、カナダが最大の生産国であり、主に}肥料に使用されて_います。^[6]さまざまな種類の肥料カリは、世界で最も多くのカリウム元素の工業的用途を構成しています。カリウムは、1807年に苛性カリ（水酸化カリウム）の電気分解によって初めて生成されました。^[7]

カリとは、カリウム化合物およびカリウム含有物質、最も一般的には炭酸カリウムを指します。「ポタッシュ」という言葉は、1477年に「鍋灰」を意味する中世オランダ語の potaschen^{に由来しています。 [8]} 炭酸カリウム（K
₂CO について
₃）は、木灰を収集または生成し（灰焼き職人の仕事）、灰を浸出させ、得られた溶液を大きな鉄鍋で蒸発させ、「ポットアッシュ」と呼ばれる白い残留物を残すというものでした。 ^{[9]一般的な}木灰の約10重量％がカリとして回収できます。^{[10] [11]}後に、「カリ」はカリウム塩を含む天然鉱物と、それらから得られる商業製品に広く適用されるようになりました。^[12]

次の表には、従来の名称に「ポタッシュ」が含まれるカリウム化合物がいくつかリストされています。

世界のカリウム（K）埋蔵量のほとんどは、古代の内海に海水として堆積しました。水が蒸発した後、カリウム塩はカリ鉱床に結晶化しました。これらは現在カリが採掘されている場所です。鉱床は塩化カリウム（KCl）と塩化ナトリウム（NaCl）の天然混合物で、一般的には食塩として知られています。時間の経過とともに、地球の表面が変化するにつれて、これらの鉱床は数千フィートの土で覆われました。^[16]

カリ（特に炭酸カリウム）は青銅器時代から繊維の漂白、ガラスや陶磁器の製造、石鹸の製造に使われてきました。^[17]カリは主に陸上植物の灰 を浸出させることで得られました。

14世紀からエチオピアでカリウムの採掘が始まりました。世界最大級の鉱床の一つである1億4000万～1億5000万トンの鉱床は、アファール地方のダロル地域にあります。^[18]

カリは最も重要な工業用化学物質の 1 つでした。カリは広葉樹の灰から精製され、主にヨーロッパ、ロシア、北アメリカの森林地帯で生産されていました。人工アルカリの生産方法は 18 世紀後半に発明されましたが、19 世紀後半まで経済的にはならず、有機カリ源への依存は続きました。

ヨーロッパでは、14世紀初頭から、カリは重要な国際貿易商品となった。17世紀初頭から、ヨーロッパでは毎年600万立方メートル以上のカリの輸入が必要と推定されている。^{[19] 1420年から1620年の間、}木材由来のカリの主な輸出都市は、グダニスク、ケーニヒスベルク、リガであった。15世紀後半には、軟石鹸作りの中心地としての地位からロンドンが主要輸入国となり、16世紀にはオランダが供給国および消費者として優位に立った。^[19] 1640年代から、地政学的混乱（すなわち、ロシア・ポーランド戦争（1654-1667））により、輸出の中心地はバルト海からロシアのアルハンゲリスクに移った。1700年には、グダニスクのカリの品質は依然として有名であったが、ロシア産のトネリコが優勢であった。

オークニー諸島では、ケルプ灰からカリ灰とソーダ灰が生産され、その生産は「おそらく1719年頃から」始まり、1世紀にわたって続いた。この製品は「当時のガラス産業や石鹸産業で熱心に求められていた」^{[20] 。}

18 世紀までには、より高品質のアメリカ産カリがイギリスに輸出されるようになった。18 世紀後半から 19 世紀初頭にかけて、カリの生産は、作物を植えるために森林地帯を開墾した北米の開拓者に切実に必要としていた現金と信用を提供した。土地をフルに活用するために、開拓者は余剰の木材を処分する必要があった。これを達成するための最も簡単な方法は、燃料や建設に必要のない木材を燃やすことだった。広葉樹の灰は灰汁を作るのに使用でき、灰汁は石鹸を作るのに使用したり、煮詰めて貴重なカリを生産したりできた。広葉樹からは 1 エーカーあたり 60 ～ 100ブッシェル(500 ～ 900 m ³ /km ^{2 ) の灰が得られた。1790 年には、}ニューヨーク州の田舎で灰を売ると 1 エーカーあたり 3.25 ～ 6.25 ドル (800 ～ 1,500 ドル/km ² )の収益が得られ、これは同じ地域を開墾するために労働者を雇うのとほぼ同じレートであった。カリ製造はイギリス領北アメリカの主要産業となった。イギリスは常に最も重要な市場であった。アメリカのカリ産業は木こりの斧を追って国中に広がった。

米国で最初の特許は1790年にサミュエル・ホプキンスに発行され、「新しい装置とプロセスによるカリウム灰と真珠灰の製造」の改良に関するものでした。^[21] 真珠灰は、反射炉または窯でカリウムを焼成して作られた、より純粋な品質のものでした。かつてイギリスでは、糸の生産のための羊毛の準備のための石鹸を作るのに使われるカリウムを生産するために 、カリウム採掘場が使用されていました。

1820年頃以降、ニューイングランドに代わってニューヨークが最も重要な供給源となり、1840年までにその中心はオハイオ州に移った。カリウム生産は常に、農業のために土地を開拓する必要から生じる副産物産業であった。^[16]

1767年から、木灰から採れるカリはカナダから輸出されるようになった。1811年までに、イギリスへのカリ輸入総量1960万ポンドのうち70%がカナダから輸入された。^[19] 1865年にはカリと真珠灰の輸出量は43,958バレルに達した。1871年には519の灰工場が稼働していた。

19世紀後半、ドイツで鉱塩から大規模なカリ生産が確立されると、木灰産業は衰退した。20世紀初頭、カリ産業はドイツが主導的な役割を担うカルテルによって支配されていた。^{[22] : 147}このカルテルは、ソ連とカナダで新しいカリ生産者が出現したことで終焉を迎えた。^{[22] : 147}

1943年、カナダのサスカチュワン州で石油掘削中にカリが発見されました。1951年に積極的な探査が始まりました。1958年、ポタッシュ・カンパニー・オブ・アメリカは、ペイシェンス湖に地下カリ鉱山を開設し、カナダ初のカリ生産者となりました。^[11]カナダで多くのカリ生産者が発展するにつれて、サスカチュワン州政府はこの産業にますます関与するようになり、1970年代にはカンポテックスが設立されました。 ^{[22] : 147}

1964 年、カナダの会社 Kalium Chemicals が、溶解法を使用して最初のカリ鉱山を設立しました。この発見は、石油埋蔵量の探査中に行われました。鉱山はサスカチュワン州レジーナ近郊で開発されました。鉱山の深さは 1,500 メートルを超えました。現在は、Mosaic Corporation の Belle Plaine ユニットになっています。

ソ連のカリ生産は主に国内消費と経済相互援助会議加盟国での使用を目的としていた。^{[22] : 147}ソ連の崩壊後、ロシアとベラルーシのカリ生産者は初めて世界の他の地域の生産者と直接競争することになった。^{[22] : 147}

20世紀初頭、エチオピア・エリトリア国境付近のムセリとクレセント地域のダロル低地でカリウム鉱床が発見された。ムセリとクレセントの推定埋蔵量はそれぞれ1億7300万トンと1200万トンである。後者は特に露天掘りに適している。1960年代に探査されたが、1967年の洪水により作業は中止された。1990年代に採掘を継続する試みはエリトリア・エチオピア戦争により中断され、2009年現在も再開されていない。^[23]

商業的に採掘されるカリ鉱床はすべて蒸発岩鉱床に由来し、地表下深くに埋まっていることが多い。カリ鉱石は一般に塩化カリウム（KCl）、塩化ナトリウム（NaCl）、その他の塩類や粘土を豊富に含み、従来の竪坑採掘で採取され、抽出された鉱石は粉末状に粉砕されるのが一般的である。^[24]今日のカリ鉱山のほとんどは、地下4,400フィート（1,400メートル）もの深い竪坑である。その他の鉱山は、堆積岩として水平層に敷設され、露天掘りとして採掘されている。地上の処理工場では、混合物からKClを分離して高分析カリウム肥料を製造する。その他のカリウム塩はさまざまな手順で分離でき、硫酸カリウムや硫酸カリウムマグネシウムが得られる。

その他の方法としては、溶解採掘法や塩水からの蒸発法などがある。蒸発法では、熱湯をカリに注入して溶解させ、表面に汲み上げ、太陽熱による蒸発で濃縮する。次に、採掘または蒸発させた溶液にアミン試薬を加える。アミンはKClを覆うが、NaClは覆わない。アミン+KClに気泡が付着して表面に浮き、NaClと粘土は底に沈む。表面からアミン+KClをすくい取り、乾燥させて包装し、Kを多く含む肥料として使用する。KClは水に溶けやすく、植物の栄養としてすぐに利用できる。^[25]

インドでは、海水からカリウム肥料塩を回収する研究が行われています。^[26]蒸発によって海水から塩を抽出する際に、カリウム塩は塩産業からの排水であるにがりに濃縮されます。

カリウム鉱床は世界中に不均等に分布している。^{[22] : 147} 2015年現在^{[アップデート]}、鉱床はカナダ、ロシア、中国、ベラルーシ、イスラエル、ドイツ、チリ、米国、ヨルダン、スペイン、英国、ウズベキスタン、ブラジルで採掘されており、^{[27]最も重要な鉱床はカナダの}サスカチュワン州にあるプレーリー蒸発岩層の深部に存在する。^[11]カナダとロシアはカリウムの大部分が生産されている国であり、ベラルーシも主要な生産国である。^{[22] : 12}

パーミアン盆地の鉱床には、ニューメキシコ州カールスバッド郊外の主要鉱山から、ニューメキシコ州リー郡（カールスバッド鉱床の近く）にある世界で最も純粋なカリ鉱床までが含まれており、その純度は約80%であると考えられています。（ミシガン州オセオラ郡には90%以上の純度の鉱床がありますが、そこにある唯一の鉱山は塩の生産に転換されました。）カナダが最大の生産国であり、ロシアとベラルーシがそれに続きます。カナダのカリの最も重要な埋蔵量はサスカチュワン州にあり、モザイクカンパニー、ニュートリエン、K+Sによって採掘されています。^[1]

中国では、ほとんどの塩化カリウム鉱床は、特に青海省などの西部諸省の内陸盆地の砂漠と塩原に集中している。地質学調査隊が1950年代に埋蔵量を発見したが^[28] 、商業的な採​​掘は1980年代の鄧小平の改革開放政策まで遅れをとった。1989年に遠く離れたカルハンプラヤに青海カリ肥料工場が開設されたことで、中国の塩化カリウム生産量は海西と塘沽での年間4万トン（3万9千長トン、4万4千ショートトン）未満から、年間24万トン（24万長トン、26万ショートトン）弱へと6倍に増加した^{[29] 。}

2013年には、カリウム生産の約70％が輸出・販売会社であるカンポテックスとベラルーシ・カリウム会社によって管理されていた。後者はベラルーシ・カリとウラルカリの合弁会社であったが、2013年7月30日にウラルカリは合弁事業を終了すると発表した。^[30]

カリは水溶性であるため、輸送には特別な輸送インフラが必要である。^{[22] : 152}

ラドンやアスベストなどの環境有害物質による過度の呼吸器疾患は、歴史を通じてカリ鉱山労働者の懸念事項であった。カリ鉱山労働者は珪肺症を発症しやすい。1977年から1987年にかけて行われたカリ鉱山労働者の心血管疾患に関する研究によると、全体的な死亡率は低かったが、地上労働者では顕著な違いが記録された。^[31]

カリウムは、窒素とリンに次ぐ植物や作物の3番目の主要栄養素です。古代から土壌 肥料として使用されてきました（現在の使用量の約90％）。^[10]肥料の使用は、特に高タンパク質食に貢献する作物の肥料として、カリの消費の主な原動力となっています。^{[22] : 23}少なくとも2010年の時点で、カリの95％以上が農業目的で採掘されています。^{[22] : 24}

元素カリウムは水と激しく反応するため、自然界には存在しません。^[33]さまざまな化合物の一部として、カリウムは地球の地殻の質量の約2.6％を占め、7番目に豊富な元素であり、地殻の約1.8％のナトリウムとほぼ同じ量です。^[34]カリウムは、保水性、収穫量、栄養価、味、色、食感^{[22] : 24}、および食用作物の耐病性を向上させるため、農業にとって重要です。果物や野菜、米、小麦などの穀物、砂糖、トウモロコシ、大豆、パーム油、綿花など、幅広い用途があり、これらすべてが栄養素の品質向上特性の恩恵を受けています。^[35]

2000 年以降、食料と動物飼料の需要は増加傾向にあります。米国農務省経済調査局(ERS) は、この傾向の原因として、世界人口が毎年平均 7,500 万人増加していることを挙げています。地理的には、アジアとラテンアメリカの経済成長がカリ肥料の使用増加に大きく貢献しました。発展途上国の所得増加も、カリと肥料の使用増加の要因でした。家計に余裕ができたことで、消費者は肉や乳製品を食事に取り入れるようになりました。食生活の変化により、作付け面積、施用する肥料、飼料を与えられる動物の数が増え、これらすべてにより多くのカリが必要になりました。

肥料使用量は数年にわたって増加傾向にあったが、2008年に減少した。世界的な景気後退が肥料使用量の減少、価格の下落、在庫の増加の主な原因である。^{[36] [37]}

世界最大のカリ消費国は中国、米国、ブラジル、インドです。^[38] ブラジルは必要なカリの90％を輸入しています。^[38]肥料用のカリ消費量は2022年までに約3,780万トンに増加すると予想されています。^[39]

酸化カリウムは腐食性と吸湿性があるため、肥料自体には酸化カリウムは含まれませんが、カリウムの輸入量と輸出量は K ₂ O換算値で報告されることが多いです。

2008年の初め、カリ価格は1トン当たり200ドル未満から2009年2月の高値875ドルまで急騰し始めた。^[40]その後、2010年4月の安値310ドルまで劇的に下落し、2011年から2012年にかけて回復し、2013年に再び下落した。参考までに、2011年11月の価格は1トン当たり約470ドルだったが、2013年5月の時点では393ドルで安定している。^[41] 2013年7月末に世界最大のカリカルテルが突然解体した後、カリ価格は約20パーセント下落する見込みだった。^[42] 2015年12月末のカリは1トン当たり295ドルで取引された。2016年4月の価格は269ドルだった。^[43] 2017年5月、価格は前年比18％下落して1トン当たり約216ドルで安定していた。2018年1月までに価格は1トン当たり約225ドルまで回復している。^[44]世界のカリウム需要は短期的にも長期的にも価格非弾力性がある傾向がある。^[39]

肥料としての使用に加えて、塩化カリウムは多くの工業化経済において重要であり、アルミニウムのリサイクル、塩素アルカリ産業による水酸化カリウムの製造、金属電気メッキ、油井掘削流体、雪と氷の融解、鋼の熱処理、低カリウム血症の治療薬としての医療、および軟水化に使用されています。水酸化カリウムは工業用水処理に使用され、炭酸カリウム、いくつかの形態のリン酸カリウム、他の多くのカリウム化学物質、および石鹸製造の前駆体です。炭酸カリウムは、動物飼料サプリメント、セメント、消火器、食品、写真用化学薬品、および繊維の製造に使用されます。また、ビール醸造、医薬品、および 合成ゴム製造の触媒としても使用されます。また、珪砂と混合して水ガラスとも呼ばれる珪酸カリウムを生成し、塗料やアーク溶接電極に使用されます。これらの非肥料用途は、米国における年間カリウム消費量の約15％を占めています。^[1]

必須植物栄養素として、また動物と人間にとって必須の栄養要件として、カリウムの代替品は存在しません。^{[22] : 143} 肥料と緑泥石（グリーンサンド）はカリウム含有量の低い供給源であり、作物畑まで短距離しか輸送できません。^[32]

• 骨灰
• 硝石
• 塩水石鹸
• 水酸化ナトリウム

• この記事には、 Potash (PDF) . United States Geological Survey . からのパブリック ドメインの資料が組み込まれています。

• シーバー、フレデリック J. (1918)「フランクリン郡とそのいくつかの町の歴史的スケッチ」、JB ライオンズ カンパニー、ニューヨーク州アルバニー、「カリの製造」セクション、pp. 27–29

• 彼らは森を燃やし、その灰を売った
• ヘンリー・M・ペインター『最初の特許、発明と技術』1990年秋
• 米国初の特許は2016年4月15日にWayback Machineでアーカイブされ、カリ生産方法について発行された。
• 世界の農業と肥料市場地図
• ロシアはカリで豊かな収穫を得る