پتاسیم در سال ۱۸۰۷ توسط Sir Humphry Davy از انگلستان کشف شد که از پتاس خورنده (KOH) حاصل شده است. این فلز آلکالی (قلیایی) اولین فلزی بود که به وسیله الکترولیز تجزیه شد.اولین کاربردهای پتاس در صنایع صابون, شیشه گری, رنگ, فرآوری مواد غذایی و ساخت باروت بوده است.تا قبل از قرن هیجدهم پتاس از خاکستر چوب (ash) بدست می آمد. پس از شستشوی نمک از خاکستر, پتاس از طریق تبخیر محلول در یک دیگ (pot) استحصال می شد. جلبک های دریایی یکی دیگر از منابع تامین پتاس بوده است و تا سال ۱۸۶۰ آمریکا با کاربرد این روش یکی از بزرگترین تولیدکنندگان بود.در سال ۱۸۴۰ یک دانشمند آلمانی نقش پتاس را در رشد گیاهان کشف کرد و بنابراین تقاضا برای پتاس افزایش یافت. امروزه تقریبا تمام پتاس جهان از ذخایر تبخیری همراه نمک استخراج می شود که در اثر تبخیر در اقیانوس ها, دریاها و دریاچه های قدیمی تشکیل شده اند. این ذخایر چینه بندی شده چندین متر ضخامت و صدها کیلومتر مربع وسعت دارند و معمولا زمین شناسی به علت چین خوردگی و گسلش پیچیده است و دانش زمین شناسی ساختمانی نقش موثری در توسعه معدنکاری دارد. پتاس از شورابه های دریا ها, دریاچه ها و صحراها نیز استخراج می شود.اولین ذخیره پتاس در سال ۱۸۵۷ در آلمان هنگام حفاری شفت در یک معدن نمک اکتشاف شد. اولین ذخایر فرانسه در اوایل سال های ۱۹۰۰ با حفاری های نفتی اکتشاف شد و این دو کشور تا آغاز جنگ جهانی دوم بیشتر نیاز دنیا را تأمین می کردند.
اولین بار چینی ها از پتاس (شوره یا نیترات پتاسیم) برای تهیه باروت استفاده کردند. اولین ذخیره سنگی پتاس در سال ۱۸۳۹ میلادی، در ضمن حفاری برای اکتشاف نمک، در استاس فورت آلمان به طور تصادفی کشف شد. تا آن زمان تأمین پتاس از منابع سنگی ناشناخته بود. حفاری در ابتدا به منظور دستیابی به ذخایر نمک کشف شده علاوه بر سدیم دارای پتاسیم و منیزیم نیز بود. در ۱۸۵۹ با استفاده از فرآیند خالص سازی برای جدا کردن کلریدهای سدیم و منیزیم از نمک کشف شده (کارنالیت). پتاس معدنی قابل استفاده شد و برای اولین بار به عنوان کود برای حاصلخیزی محصولات کشاورزی مثل پنبه و سبزیجات مورد استفاده قرار گرفت. به غیر از منابع سنگی پتاس، از تبخیر آب دریاچه های شور نیز پتاس قابل استحصال است و درواقع اصلی ترین و بهترین منابع پتاس در ذخایر لایه ای از نمک زیر زمینی است که دارای درجه خلوص بالا، تناژ زیاد کانسنگ و هزینه معدنکاری کمتر و اقتصادی تر است. به علت حلالیت زیاد کانیهای پتاسیم، پتاس، موجود در ذخایر نمکی بهترین نوع برای کودهای است.
در سال ۱۸۷۰ میلادی تهیه پتاس ازمنابع خاکستر جلبکها و خزه های دریایی آغاز شد و تا اوایل قرن نوزدهم میلادی تهیه پتاس ازمنابع خاکستر جلبکها و خزه های دریایی آغاز شد و تا اوایل قرن نوزدهم میلادی میزان تولید آن به حدود ۲۰ هزار تن در سال رسید ولی از ۱۹۳۰ این روش رو به رکود گذاشت به طوری که اکثر کارگاه های آن تعطیل شد. کربنات پتاسیم اولین کانی صنعتی تهیه شده درامریکا بود و موجب پیشرفت صنایع شیمیایی در اوایل قرن نوزدهم شد. کاربردهای اولیه پتاس در صنایع ساخت شیشه و صابون، رنگرزی، تهیه باروت از شوره و … بوده است.
شرایط تشکیل وژنز پتاس
پتاسیم در کانی هایی مانند کارنالیت، پلی هالیت و سیلویت و Langbeinite و در رسوبات و لایه های دریایی و دریاچه ای قدیمی یافت می شوند. علاوه بر کانیهای فوق، دیگر سولفات ها و کلریدهای پتاسیم و منیزیم نیز وجود دارند که ارزش اقتصادی ندارند و وجود آنها بیشتر به عنوان کانی مزاحم محسوب می شود. این کانیها، ذخیره گسترده ای را در این محیط ها تشکیل می دهند و پتاسیم و نمک های آن که از نظر اقتصادی حائز اهمیت هستند، استخراج می شوند. منشأ اصلی پتاسیم، پتاس است که در سنگ های رسوبی، آذرین و دگرگونی و به صورت محلول در آب دریاها و شورابه ها موجود است و بزرگترین منبع تأمین کننده آن، نهشته های رسوبی و تبخیری می باشند که از معادنی چون کالیفرنیا، آلمان و نیو مکزیکو و… استخراج می شوند. از منابع دیگر پتاسیم، اقیانوس ها هستند که در حال حاضر مقدار حجم آب دریا در مقایسه با سدیم نسبتاً کم است.کانسارهای تبخیری پتاسیم دار در حوضه های درون قاره ای زیر تشکیل می شوند:
»» حوضه های کراتونی که در اثر حرکات خشکی زایی وسیع بوجود آمده اند که عموما مربوط به دوران پالئوزوئیک هستند مانند حوضه خلیج قره بغاز
»» حوضه های گرابنی که معمولاً به سیستم های کشش حاشیه قاره ای مربوط است که در تریاس یابعد از آن بوجود آمده اند مانند فرو افتادگی سرژیپه برزیل حوضه های تبخیری را از نظر وسعت به سه دسته تقسیم کرده اند که نوع رسوب آنها به عوامل مختلفی از جمله عوامل محیطی، مورفولوژیکی و ژئوشیمیایی بستگی دارد.
+ حوضه های تبخیری بزرگ:
خود به دو دسته تقسیم می شوند:
+ حوضه های تبخیری متوسط:
این حوضه ها تحت عنوان محیط های خشکی و یا غیر دریایی معروفند. این رسوبات در حوضه های بسته ای که آبریز منطقه ای هستند بوجود میآید و ترکیب آبهای ورودی بستگی به ترکیب سنگهایی دارد که درآن مناطق آب زهکشی شده است. حوضه های تبخیری متوسط شامل محیطهای دریاچه ای زیر استوایی، محیطهای دریاچه ای قطبی، محیط سبخاها و محیط های آبهای زیر زمینی هستند.
+ رسوابت تبخیری کوچک:
این گونه از رسوبات ارزش اقتصادی ندارند و شامل خطرات طبیعی، خلل و فرج و شکستگی سنگها هسند که املاح درآنها رسوب میکند.
مدلهای متفاوتی برای تشکیل تبخیریها درنظر گرفته شده است. مهمترین آنها عبارتند از : مدل Reflux برای حوضه های که از طریق تنگه یا مجرایی با دریای آزاد مرتبط هستند، مدل چشم گاوی برای حوضه هایی از طریق تنگه یا مجرایی با دریای آزاد مرتبط هستند، مدل چشم گاوی برای حوضه های بسته و مدل فرو نشست برای مناطقی مانند دشت کویر که رسوبات تبخیری آن ضخامت بسیار بالایی دارند.
» مدل Reflux اولین بار توسط اوسینوس در سال ۱۸۸۸ ارائه شد. نحوه تشکیل رسوبات بدین صورت است که ابتدا در دهانه حوضه (جایی که با دریا ارتباط دارد) سد یا مانع نفوذ پذیر تشکیل میشود. ارتباط حوضه را با دریا محدود میکند. در این صورت سرعت تبخیر بیشتر شده و وزن مخصوص آبهای سطحی با افزایش شوری بالا رفته و آب سنگین تر به سمت کف حوضه جریان می یابد و آبهای سبکتر(با املاح کمتر) به طرق سطح آب و دهانه حوضه بالا میآیند بدین ترتیب یک جریان چرخشی در حوضه ایجاد میشود.
کانی های پتاس
کانیهای اصلی و مهم پتاس در زیر مشخص شده است:
سیلویت ( Sylvite) و کارنالیت ( Carnallite)و کائینیت ( Kainite ) ولانگ بینیت ( Langbeinite )وپلی هالیت ( Polyhalite) وSchoenite (picromerite) و Alunite و نیترات پتاسیم و آرکانیت و گلاسریت
انواع کانسارهای پتاس :
به طور کلی کانسارهای پتاس در مناطق زیر دیده میشود:
( ۱۹۹۴، Industrial Minerals and Rocks )
»» کانسارهای غنی از سولفات منیزیم شامل پلی هالیت، هگزاهیدریت، کایرزیت، کارنالیت کائینیت، اپسومیت و بیشوفیت هستند. این کانسارها تنها در دوره های پرمین، میوسن و کواترنری به وجود آمده اند.
»» کانسارهای فقیر از سولفات منیزیم شامل هالیت، کارنالیت و سیلویت هستند. این کانسار دارای گسترش بیشتری در سطح جهان هستند و در زمان مشخص به وجود نیامده اند. از نظر اقتصادی این کانسار اهمیت بیشتری دارند.
زمین شناسی و پراکندگی کانه در ایران
در ایران تاکنون ۷ حوضه تبخیری گزارش شده است که عبارتند از:
شازن در سال ۱۹۶۶ درگزارش خود علاوه بر اندیس ماهان به ۶ سری تبخیری در ایران اشاره میکند که از قدیم به جدید عبارتند از :
اولین بار چینی ها از پتاس (شوره یا نیترات پتاسیم) برای تهیه باروت استفاده کردند. اولین ذخیره سنگی پتاس در سال ۱۸۳۹ میلادی، در ضمن حفاری برای اکتشاف نمک، در استاس فورت آلمان به طور تصادفی کشف شد. تا آن زمان تأمین پتاس از منابع سنگی ناشناخته بود. حفاری در ابتدا به منظور دستیابی به ذخایر نمک کشف شده علاوه بر سدیم دارای پتاسیم و منیزیم نیز بود. در ۱۸۵۹ با استفاده از فرآیند خالص سازی برای جدا کردن کلریدهای سدیم و منیزیم از نمک کشف شده (کارنالیت). پتاس معدنی قابل استفاده شد و برای اولین بار به عنوان کود برای حاصلخیزی محصولات کشاورزی مثل پنبه و سبزیجات مورد استفاده قرار گرفت. به غیر از منابع سنگی پتاس، از تبخیر آب دریاچه های شور نیز پتاس قابل استحصال است و درواقع اصلی ترین و بهترین منابع پتاس در ذخایر لایه ای از نمک زیر زمینی است که دارای درجه خلوص بالا، تناژ زیاد کانسنگ و هزینه معدنکاری کمتر و اقتصادی تر است. به علت حلالیت زیاد کانیهای پتاسیم، پتاس، موجود در ذخایر نمکی بهترین نوع برای کودهای است.
در سال ۱۸۷۰ میلادی تهیه پتاس ازمنابع خاکستر جلبکها و خزه های دریایی آغاز شد و تا اوایل قرن نوزدهم میلادی تهیه پتاس ازمنابع خاکستر جلبکها و خزه های دریایی آغاز شد و تا اوایل قرن نوزدهم میلادی میزان تولید آن به حدود ۲۰ هزار تن در سال رسید ولی از ۱۹۳۰ این روش رو به رکود گذاشت به طوری که اکثر کارگاه های آن تعطیل شد. کربنات پتاسیم اولین کانی صنعتی تهیه شده درامریکا بود و موجب پیشرفت صنایع شیمیایی در اوایل قرن نوزدهم شد. کاربردهای اولیه پتاس در صنایع ساخت شیشه و صابون، رنگرزی، تهیه باروت از شوره و … بوده است.
شرایط تشکیل وژنز پتاس
پتاسیم در کانی هایی مانند کارنالیت، پلی هالیت و سیلویت و Langbeinite و در رسوبات و لایه های دریایی و دریاچه ای قدیمی یافت می شوند. علاوه بر کانیهای فوق، دیگر سولفات ها و کلریدهای پتاسیم و منیزیم نیز وجود دارند که ارزش اقتصادی ندارند و وجود آنها بیشتر به عنوان کانی مزاحم محسوب می شود. این کانیها، ذخیره گسترده ای را در این محیط ها تشکیل می دهند و پتاسیم و نمک های آن که از نظر اقتصادی حائز اهمیت هستند، استخراج می شوند. منشأ اصلی پتاسیم، پتاس است که در سنگ های رسوبی، آذرین و دگرگونی و به صورت محلول در آب دریاها و شورابه ها موجود است و بزرگترین منبع تأمین کننده آن، نهشته های رسوبی و تبخیری می باشند که از معادنی چون کالیفرنیا، آلمان و نیو مکزیکو و… استخراج می شوند. از منابع دیگر پتاسیم، اقیانوس ها هستند که در حال حاضر مقدار حجم آب دریا در مقایسه با سدیم نسبتاً کم است.کانسارهای تبخیری پتاسیم دار در حوضه های درون قاره ای زیر تشکیل می شوند:
● حوضه های درون قاره ای نوع خشکی زایی که بیشتر به دوران اول محدود می شوند.
● حوضه های درون قاره ای حاصل از ریفتهای درون قاره ای. رسوبات تبخیری در مراحل اولیه بازشدگی ریفت بر جای گذاشته شده اند. این حوضه ها در دوران دوم و سوم زیاد توسعه داشته اند.. بسیاری از نواحی دنیا توسط رسوبات تبخیری پوشیده شده است و حوضه تشکیل این رسوبات را می وان به دو گروه عمده تقسیم کرد:
● حوضه های درون قاره ای حاصل از ریفتهای درون قاره ای. رسوبات تبخیری در مراحل اولیه بازشدگی ریفت بر جای گذاشته شده اند. این حوضه ها در دوران دوم و سوم زیاد توسعه داشته اند.. بسیاری از نواحی دنیا توسط رسوبات تبخیری پوشیده شده است و حوضه تشکیل این رسوبات را می وان به دو گروه عمده تقسیم کرد:
»» حوضه های کراتونی که در اثر حرکات خشکی زایی وسیع بوجود آمده اند که عموما مربوط به دوران پالئوزوئیک هستند مانند حوضه خلیج قره بغاز
»» حوضه های گرابنی که معمولاً به سیستم های کشش حاشیه قاره ای مربوط است که در تریاس یابعد از آن بوجود آمده اند مانند فرو افتادگی سرژیپه برزیل حوضه های تبخیری را از نظر وسعت به سه دسته تقسیم کرده اند که نوع رسوب آنها به عوامل مختلفی از جمله عوامل محیطی، مورفولوژیکی و ژئوشیمیایی بستگی دارد.
+ حوضه های تبخیری بزرگ:
خود به دو دسته تقسیم می شوند:
● رسوبات تبخیری دریایی که در لاگون ها و خلیج های مناطق حاره مرتبط با محیط دریای آزاد تشکیل میشود.
● رسوبات تبخیری که در اثر فرسایش و انحلال دوباره مواد تبخیری دریای قبلی به وجود می آیند.
● رسوبات تبخیری که در اثر فرسایش و انحلال دوباره مواد تبخیری دریای قبلی به وجود می آیند.
+ حوضه های تبخیری متوسط:
این حوضه ها تحت عنوان محیط های خشکی و یا غیر دریایی معروفند. این رسوبات در حوضه های بسته ای که آبریز منطقه ای هستند بوجود میآید و ترکیب آبهای ورودی بستگی به ترکیب سنگهایی دارد که درآن مناطق آب زهکشی شده است. حوضه های تبخیری متوسط شامل محیطهای دریاچه ای زیر استوایی، محیطهای دریاچه ای قطبی، محیط سبخاها و محیط های آبهای زیر زمینی هستند.
● محیط های دریاچه ای زیر استوایی
● محیط های دریاچه های قطبی
● محیطهای سبخاها
● محیط آبهای زیر زمینی
● محیط های دریاچه های قطبی
● محیطهای سبخاها
● محیط آبهای زیر زمینی
+ رسوابت تبخیری کوچک:
این گونه از رسوبات ارزش اقتصادی ندارند و شامل خطرات طبیعی، خلل و فرج و شکستگی سنگها هسند که املاح درآنها رسوب میکند.
مدلهای متفاوتی برای تشکیل تبخیریها درنظر گرفته شده است. مهمترین آنها عبارتند از : مدل Reflux برای حوضه های که از طریق تنگه یا مجرایی با دریای آزاد مرتبط هستند، مدل چشم گاوی برای حوضه هایی از طریق تنگه یا مجرایی با دریای آزاد مرتبط هستند، مدل چشم گاوی برای حوضه های بسته و مدل فرو نشست برای مناطقی مانند دشت کویر که رسوبات تبخیری آن ضخامت بسیار بالایی دارند.
» مدل Reflux اولین بار توسط اوسینوس در سال ۱۸۸۸ ارائه شد. نحوه تشکیل رسوبات بدین صورت است که ابتدا در دهانه حوضه (جایی که با دریا ارتباط دارد) سد یا مانع نفوذ پذیر تشکیل میشود. ارتباط حوضه را با دریا محدود میکند. در این صورت سرعت تبخیر بیشتر شده و وزن مخصوص آبهای سطحی با افزایش شوری بالا رفته و آب سنگین تر به سمت کف حوضه جریان می یابد و آبهای سبکتر(با املاح کمتر) به طرق سطح آب و دهانه حوضه بالا میآیند بدین ترتیب یک جریان چرخشی در حوضه ایجاد میشود.
● نمکهای با حلالیت کمتر (کربناتها و سولفاتها) در نزدیک حوضه سنگهای محلول تر (کلرورها) در قسمت های عمیق تر ایجاد می شوند ( Industial Mineral and Roks، ۱۹۹۴ )
● توزیع رخساره های رسوبی در حوضه های بسته توسط مدل چشم گاوی تشریح میشود. در حوضه های بسته به غیر از نزولات حوی، آب وارد حوضه نمی شود و در نتیجه وزن مخصوص آب در همه جای حوضه یکسان است و رسوبات به صورت متقارن تشکیل میشود. در اثر تبخیر ابتدا رسوبات کربناته که حلالیت کمتری دارند در کناره های حوضه تشکیل میشود. در مناطق عمیق تر به ترتیب سولفاتها و کلرورها رسوب میکنند. با اینکه گاهی سیلویت با عیار بالا در کناره ها دیده میشود ولی معمولاً پتاس در بخش مرکزی و عمیقتر حوضه تشکیل میشود.
● توزیع رخساره های رسوبی در حوضه های بسته توسط مدل چشم گاوی تشریح میشود. در حوضه های بسته به غیر از نزولات حوی، آب وارد حوضه نمی شود و در نتیجه وزن مخصوص آب در همه جای حوضه یکسان است و رسوبات به صورت متقارن تشکیل میشود. در اثر تبخیر ابتدا رسوبات کربناته که حلالیت کمتری دارند در کناره های حوضه تشکیل میشود. در مناطق عمیق تر به ترتیب سولفاتها و کلرورها رسوب میکنند. با اینکه گاهی سیلویت با عیار بالا در کناره ها دیده میشود ولی معمولاً پتاس در بخش مرکزی و عمیقتر حوضه تشکیل میشود.
● مدل فرو نشست : باتوجه به اینکه ۵/۳ درصد از آب دریا را موادجامد تشکیل میدهند، اما ازتبخیر ستونی ازآب به ضخامت ۱۰۰ متر تنها ۲ متر رسوبات تبخیری بوجود می آید و پس به عنوان مثال برای تشکیل رسوبات تبخیری دشت کویر ایران که ضخامتی بیش از ۶۰۰۰ متر دارد باید عمق حوضه رسوبی هزاران متر باشد که چنین امری بعید است لذا پدیده دیگری را باید درنظر گرفت و آن نسبت است. چنانچه نشست حوضه تبخیری محدود و آهتسه باشد، توازن در جریان های ورودی و خروجی آب ایجاد شده و شوری محیط تقریبا ثابت می ماند و تنها یک رسوب تبخیری خاص مانند گچ یا نمک با ضخامت بیش از حد معمول تشکیل میشود.
کانی های پتاس
کانیهای اصلی و مهم پتاس در زیر مشخص شده است:
سیلویت ( Sylvite) و کارنالیت ( Carnallite)و کائینیت ( Kainite ) ولانگ بینیت ( Langbeinite )وپلی هالیت ( Polyhalite) وSchoenite (picromerite) و Alunite و نیترات پتاسیم و آرکانیت و گلاسریت
انواع کانسارهای پتاس :
به طور کلی کانسارهای پتاس در مناطق زیر دیده میشود:
● ذخایر نمک سنگی قدیمی
● نمکهای جامد حوضه های نمکی معاصر
● شورابه های طبیعی حوضه ها و کفه های نمکی معاصر
● شورابه های زیر زمینی
کانسارهای پتاسیم دار فانروزوئیک را به دو گروه مشخص تقسیم میکنند:● نمکهای جامد حوضه های نمکی معاصر
● شورابه های طبیعی حوضه ها و کفه های نمکی معاصر
● شورابه های زیر زمینی
( ۱۹۹۴، Industrial Minerals and Rocks )
»» کانسارهای غنی از سولفات منیزیم شامل پلی هالیت، هگزاهیدریت، کایرزیت، کارنالیت کائینیت، اپسومیت و بیشوفیت هستند. این کانسارها تنها در دوره های پرمین، میوسن و کواترنری به وجود آمده اند.
»» کانسارهای فقیر از سولفات منیزیم شامل هالیت، کارنالیت و سیلویت هستند. این کانسار دارای گسترش بیشتری در سطح جهان هستند و در زمان مشخص به وجود نیامده اند. از نظر اقتصادی این کانسار اهمیت بیشتری دارند.
زمین شناسی و پراکندگی کانه در ایران
در ایران تاکنون ۷ حوضه تبخیری گزارش شده است که عبارتند از:
- اندیس نمکی ماهان
- سری نمکی ژوراسیک بالایی
- سری نمکی ائوسن
- سری نمکی ائوسن – الیگوسن
- سری نمکی میوسن _پلیوسن
- سری نمکی هرمز
- دریاچه ارومیه
شازن در سال ۱۹۶۶ درگزارش خود علاوه بر اندیس ماهان به ۶ سری تبخیری در ایران اشاره میکند که از قدیم به جدید عبارتند از :
● سری نمکی هرمز
● سری نمکی ژوراسیک بالایی
● سری نمکی ائوسن
● سری نمکی ائوسن – ائوسن
● سری نمکی میوسن
● سری نمکی پلیوسن
● سری نمکی ژوراسیک بالایی
● سری نمکی ائوسن
● سری نمکی ائوسن – ائوسن
● سری نمکی میوسن
● سری نمکی پلیوسن