Модны үнснээс поташ гаргах — гал бүрт нуугдсан шүлтийн элемент

Кали (K, 19-р элемент) үелэх системийн 1-р бүлэг (шүлтийн металлууд), 4-р үед байрладаг. Атомын жин нь 39.098, электроны бүтэц нь [Ar] 4s¹. Бүх шүлтийн металлын адил амархан өгдөг нэг валентийн электронтой тул маш идэвхтэй. Цэвэр металл нь мөнгөлөг цагаан, цөцгийн тосны хутгаар огтлохоор зөөлөн (Моссын хатуулаг 0.4), нягт нь 0.862 г/см³ — литийн дараах хоёр дахь хамгийн хөнгөн металл. Ердөө 63.5 °C-т (146 °F) хайлдаг.

Кали устай хүчтэй урвалд ордог: 2K + 2H₂O → 2KOH + H₂↑. Устөрөгч өөрөө асаж, өвөрмөц нил ягаан дөлөөр шатдаг. Энэ урвалаас болж металл калийг эрдэс тос эсвэл идэвхгүй хийн дор хадгалах ёстой — байгальд металл хэлбэрээр оршин байж чадахгүй. Дэлхийн царцдаст кали зөвхөн хээрийн жонш (KAlSi₃O₈), мусковит гялтгануур (KAl₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂), сильвин (KCl) зэрэг эрдсүүдэд K⁺ ион хэлбэрээр л байдаг. Ургамал K⁺-ийг хөрснөөс үндсээрээ шингээдэг; мод шатахад кали үнсэнд калийн карбонат (K₂CO₃) хэлбэрээр үлддэг.

Хатуу навчит модыг сонго: царс, бук, хайлаас, агч эсвэл үнсэн мод (ash). Навчит хатуу мод Европ болон колонийн Америкт поташ гаргах уламжлалт мод байсан; нарс, гацуур, жодоо зэрэг шилмүүст мод цөөн үнс үлдээдэг. Үнсэн дэх шүлтийн хэмжээ модны төрөл, холтос ба жижиг мөчрийн эзлэх хувь, модны ургасан хөрснөөс ихээхэн хамаардаг тул аливаа нэг тоонд болгоомжтой хандаж, өөрийн үнсээ 11, 12-р алхмын сорилоор үнэл.

Мод сайн хатсан байх ёстой (дор хаяж 6 сар агаарт хатаасан). Нойтон мод чийгийг ууршуулахад энерги үрж, бүрэн шатдаггүй тул үр ашигтай уусгалтад хэрэгтэй цайвар үнсний оронд нүүрстэй холилдсон саарал үнс үлдээдэг.

Галаа хамгаалалттай галын нүхэнд ас — бороо уусдаг калийг чамайг цуглуулахаас өмнө угааж урсгана. Хатуу модыг халуун, агааржилт сайтай гал дээр шатаа. Модоо бага багаар нэмж, ачаа бүрийг шатаж дууссаны дараа дахин нэм. Агаарын урсгал сайтай халуун гал цагаан буюу цайвар саарал үнс гаргадаг; утаж шатдаг гал шатаагүй нүүрстөрөгчөөр дүүрэн хар үнс гаргадаг бөгөөд тэр нь хэрэг багатай.

Их хэмжээний үнс цуглуулах хүртэл шатаасаар бай — ач холбогдолтой гарц авахын тулд дор хаяж 20–30 литр. Галыг бүрэн шатаж үнс болтол нь орхи; бүрэн шатаагүй том нүүрсний хэсгүүдийг ав. Мод жингийнхээ зөвхөн багахан хэсгийг л үнс болгон үлдээдэг тул энэ хэмжээ маш их түлээ шаарддаг — нэг оройн галаас хамаагүй их; олон maker зуух эсвэл галын нүхний үнсийг бүтэн улирлын турш цуглуулдаг.

Үнсийг дор хаяж 24 цаг хөргөж, зөөхийн өмнө хутгаж цог байгаа эсэхийг шалга: үнс хэдэн өдрийн турш амьд цог нууж чадна. Халуун үнс хүнд түлэгдэлт үүсгэж, хуванцар хайлуулж, гал гаргаж болно. Хүрэхэд хүйтэн болсон үед металл хүрз эсвэл шанагаар хуурай металл хувин руу хий. Үнсийг хуурай байлга — цуглуулахаас өмнө бороо үнсний овоог норгох юм бол уусдаг K₂CO₃-ийн ихэнх нь газарт шингэж алга болно.

Хөрсөн үнсийг бүдүүн шигшүүрээр (нүх 5–10 мм) шигшиж, нарийн үнсийг нүүрсний хэсэг, хадаас, чулуу, шатаагүй модны хэлтэрхийнээс ялга. Шигшүүрээр гарсан нарийн цагаан буюу цайвар саарал нунтаг бол поташаар баялаг түүхий эд чинь юм. Шигшүүрт үлдсэн нүүрсний хэсгүүдийг өөр зорилгоор (түлш, ус шүүх, хөрс сайжруулах) хадгалж болох ч гаргаж авах калийн агууламж маш бага.

Ёроолын ойролцоо нүх гаргасан модон торх эсвэл том хувин ашигла. Торхны ёроолд сүрэл эсвэл хуурай өвсний зузаан давхарга (5–8 см) тавь — энэ нь нарийн үнс гадагшлах нүхийг бөглөж, шүлтэнд орохоос сэргийлэх шүүлтүүр болно. Сүрэл цэвэр, хуурай байх ёстой. Гадагшлах нүхний доор цуглуулах хувин багтахаар торхыг өндөрлөг (чулуу, тоосго эсвэл модон тавиур) дээр тавь.

Модон торх уламжлалт; шүлт хөнгөн цагаан, цайр, цагаан тугалгыг идэж гэмтээдэг бол төмөр ба зэвэрдэггүй ган тэсвэрлэдэг. Хуванцар хувин хэрэглэвэл шүлтлэг уусмалд тэсвэртэй HDPE (дахин боловсруулах код 2) эсэхийг шалга.

Торхыг шигшсэн цагаан үнсээр давхарга давхаргаар нягтруулан дүүргэ. Давхарга бүрийг зөөлөн дар — хэт сул байвал ус суваг гаргаж урсаад K₂CO₃ бага уусгана; хэт нягт байвал ус огт нэвтрэхгүй. Дээрээс нь хийх усанд зай үлдээж, торхыг ирмэгээс 10 см доош хүртэл дүүргэ. 25–30 литр хуурай үнстэй торх бол ажиллахад тохиромжтой хэмжээ.

Нягтруулсан үнсэн дээр зөөлөн усыг аажмаар хий. Борооны ус хамгийн тохиромжтой: карбонаттай урвалд орж хагтай тунадас болох уусмал кальци, магни бараг агуулдаггүй. Ус үнсээр доош нэвчин уусдаг калийн карбонат (K₂CO₃), мөн бага хэмжээний калийн сульфат (K₂SO₄), калийн хлорид (KCl)-ыг уусгана. Энэ процессыг уусган ялгах (lixiviation) гэдэг.

Бага багаар хийж, шингээ. Хэт хурдан хийвэл ус хангалттай үнстэй хүрэлгүй сувгаар урсана. Доороос дусалж гарах шингэн бол шүлт (поташийн уусмал) бөгөөд уусмал органик нэгдлээс болж хүрэн өнгөтэй.

Торхноос урсаж гарах хүрэн шингэн бол таны түүхий шүлт — калийн карбонатын усан дахь шүлтлэг уусмал. Үүнийг цэвэр хувинд цуглуул (модон, HDPE хуванцар эсвэл төмөр — шүлт иддэг хөнгөн цагаан, цайр, цагаан тугалгыг хэзээ ч бүү хэрэглэ). Эхний урсац хамгийн хүчтэй; үнсэн дэх уусдаг кали дуусах тусам дараагийн хийлтүүд улам сул шүлт гаргана.

АЮУЛГҮЙ БАЙДАЛ: Шүлттэй ажиллахдаа нүдний хамгаалалт, бээлий зүү. Поташийн шүлт хүчтэй шүлтлэг (ихэвчлэн pH 11–13) бөгөөд арьс, нүдийг химийн түлэгдэлтэд оруулна. Арьсанд юм уу нүдэнд цацагдвал тэр даруй их хэмжээний цэвэр урсгал усаар дор хаяж 15 минут угааж, нүдэнд орсон бол эмчид хандаарай. Нүдэнд цуу болон бусад хүчил бүү хий; ойрхон нэг хувин цэвэр ус бэлэн байлга.

Цуглуулсан шүлтээ нөгөө л үнстэй торхоор хоёр, гурав дахь удаагаа дахин нэвтрүүл. Нэвтрэлт бүр илүү их K₂CO₃ уусгаж, төвлөрлийг нэмэгдүүлнэ. Эсвэл эхний торхны шүлтийг шинэ үнстэй хоёр дахь торхоор нэвтрүүл. Эртний поташ үйлдвэрлэгчид ихэвчлэн шаталсан торхны эгнээ ашиглаж, шүлтийг ууршуулахаас өмнө улам шинэ үнсээр нэвтрүүлэн хүчтэй болгодог байв — ингэснээр аль хэдийн төвлөрсөн шүлтээр буцалгаж эхэлдэг тул түлш хэмнэдэг байв.

Өдний үзүүрийг шүлтэнд дүр. Энэ бол саван хийгчдийн уламжлалт сорил: саван хийхэд хангалттай хүчтэй шүлт өдний сэвсгэрийг илт идэж устгадаг, учир нь кератин хүчтэй шүлтэнд задардаг. Сорил нь бүдүүвч, чанарын шинжтэй — шүлт хүчтэй эсэхийг хэлдэг, хэр хүчтэйг биш. Өд өөрчлөгдөхгүй бол шүлт хэт сул тул буцалгах алхмаас өмнө шинэ үнсээр дахин нэвтрүүлэх эсвэл бага зэрэг ууршуулах хэрэгтэй.

Шинэ, цэвэр өндгийг шүлтэнд зөөлөн хий. Энэ бас уламжлалт сорил: шүлт хангалттай нягт болсон үед өндөг хөвж, зоосны хэмжээтэй хальсны хэсэг гадаргуугаас дээш цухуйна. Өндөг живбэл шүлтийг цааш төвлөрүүлэх хэрэгтэй — илүү олон үнсээр нэвтрүүл эсвэл эзлэхүүнийг багасгахын тулд урьдчилсан ууршуулалт эхлүүл. Өндөгний нягт хуучрах тусам өөрчлөгддөг тул шинэ өндөг хэрэглэж, дүнг чиг баримжаа гэж үз.

Төвлөрсөн шүлтийг цутгамал төмрийн том тогоо эсвэл хайлуурт шилжүүл. Төмөр поташийн шүлтэнд тэсвэртэй бол хөнгөн цагаан түүнд хурдан уусч, цайр ба цагаан тугалга зэврэлтэд ордог тул төмөр хэрэглэ. Томоохон төмөр поташийн тогоонууд 18–19-р зууны поташийн худалдааны стандарт сав байсан. Тогоо бидэнд энэ үгийг өгсөн: "pot-ash" бол энэ ууршуулалтын дараа тогоонд үлддэг үнс мэт үлдэгдэл юм.

Төмөр тогоог жигд гал дээр тавьж, шүлтийг хүчтэй буцалга. Халуунаа тогтвортой байлга — хэт хүчтэй бол шүлт аюултай цацна; хэт сул бол ууршилт хэт удаан болно. Ус уурших тусам шүлт харлаж, өтгөрнө. Эзлэхүүн багасах тусам нөөцөөсөө шүлт нэмж, тогоогоо ойролцоогоор хагас дүүрэн байлга. Их хэмжээний хувьд энэ нь олон цагийн тасралтгүй буцалгалт шаардана.

АЮУЛГҮЙ БАЙДАЛ: Буцалж буй шүлт цацдаг бөгөөд цацраг, манан нь идэмхий. Гадаа эсвэл маш сайн агааржуулалттай газар ажилла. Нүдний хамгаалалт, зузаан бээлий зүү. Буцалж буй шүлттэй тогоог хэзээ ч хараа хяналтгүй бүү орхи.

Ус уурших тусам шингэн өтгөрч, сироп шиг бараан хүрэн зуурмаг болно. Түлэгдэхээс сэргийлж галаа багасга. Урт төмөр саваа эсвэл модон сэлүүрээр үе үе хутга (сэлүүр аажмаар нүүрсжих боловч богино хугацаанд ажиллана). Зуурмаг дундуур нь халбага татахад үлдэх ул мөр аажмаар бөглөрөх хэмжээнд өтгөрсөн бол ууршуулалт бараг дууссан. Энэ шатанд зуурмаг бол түүхий "хар давс" — органик үлдэгдэл, калийн сульфат болон үнсний бусад эрдэстэй холилдсон K₂CO₃.

Өтгөн зуурмагийг гүехэн төмөр саванд шилжүүл эсвэл хавтгай төмөр гадаргуу дээр дэлгэ. Хүчтэй гал дээр бүдэг улаан туяа гартал (ойролцоогоор 600–700 °C) халаа. Түүхий давсанд бараан өнгө өгдөг органик нэгдлүүд нүүрсхүчлийн хий, усны уур болж шатаж, саарал цагаан түүхий поташ үлдэнэ. Түүхэнд тогоонд хайлуулсан хар давсыг поташ гэж зардаг байсан бол органик бодисыг шатаахаар зууханд шарсан хар давс илүү цагаан гарч, сувдан поташ (pearl ash) нэрээр зарагддаг байв. Жигд халахын тулд үе үе хутга. Тод улаан халуунаас доош байлга: калийн карбонат 890 °C орчимд хайлж, давсууд нийлж хатуу бөөн болох бөгөөд тэр нь ажиллахад хэцүү.

Савыг галаас авч, поташийг бүрэн хөргө — нам гүм агаарт хэдэн цаг. Үр дүн нь түүхий поташ: калийн сульфат (K₂SO₄), калийн хлорид (KCl), цахиур, ул мөр эрдэс зэрэг хольцтой калийн карбонат (K₂CO₃)-ын саарал цагаан нунтаг. Энэ түүхий поташийг цааш цэвэршүүлэлгүйгээр бордоо, шил хийх флюс болон саван хийхэд ашиглаж болно. Битүү, хуурай саванд хадгал — K₂CO₃ чийг татамхай бөгөөд агаараас чийг шингээж нойтон наалдамхай масс болдог.

Илүү цагаан, илүү цэвэр калийн карбонат авахын тулд түүхий поташийг халуун усанд уусгаж, дараа нь уусдаггүй хольцыг (цахиур, кальцийн карбонат, төмрийн исэл) зайлуулахын тулд нарийн даавуугаар шүү. Шүүгдсэн шингэн бусад уусдаг давс, голчлон калийн сульфат ба калийн хлоридыг агуулсаар байгаа тул илүү цэвэр боловч цэвэр K₂CO₃ биш. Уусмалыг төмөр тогоонд аажмаар хуурай болтол ууршуул. Гарах цагаан нунтаг нь 18-р зууны худалдааны сувдан поташтай ойролцоо: нарийн шил хийх, жигнэмэг хийхэд хөөлгөгч (хүнсний содоос өмнө), химид хэрэглэдэг байсан цэвэршүүлсэн калийн карбонат. Сувдан поташ түүхий поташаас үнэтэй зарагддаг байв.

Поташ эртний технологийн бараг бүх салбартай холбоотой. Саван: поташийн шүлтийг өөх тостой буцалгахад зөөлөн саван гардаг; саван хийгчид карбонатын нэг хэсгийг илүү идэмхий калийн гидроксид болгохын тулд шүлтэнд унтраасан шохой ихэвчлэн нэмдэг байв. Хатуу савангийн хувьд харин ургамлын үнсний сода хэрэглэдэг байв. Шил: поташ флюсийн үүрэг гүйцэтгэж, шилийг цэвэр цахиурын хайлах цэгээс (ойролцоогоор 1700 °C) хамаагүй доогуур температурт хайлуулах боломж олгодог. Хойд Европын "ойн шил" (Waldglas) модны үнсний поташ хэрэглэдэг байсан бол Газар дундын тэнгисийн шил эртний үед натроноос, хожим давсанд тэсвэртэй далайн эргийн ургамлын үнснээс гаргасан сода (Na₂CO₃) хэрэглэдэг байв. Дарь: шүү (KNO₃) нь селитрын овоолгоос гардаг байсан бөгөөд тэнд ялзарч буй органик бодис, хөрсний бактери нитрат, голчлон кальцийн нитрат үүсгэдэг байв. Овоолгоос уусган гаргасан нитраттай шингэнийг дараа нь модны үнсээр нэвтрүүлэх буюу поташтай хольж, кальцийн нитратыг калийн нитрат болгож, кальцийг карбонат хэлбэрээр тунадасжуулдаг байв. Газар тариалан: кали бол N-P-K бордооны системийн гурван макро тэжээлийн нэг. Тариачны талбай дахь гал бүр хэн ч учрыг нь ойлгохоос урт хугацааны өмнө хөрсөнд калийг буцаан өгч байсан.

Араб al-qalī нэрээс Хамфри Дэвийн 1807 оны баяр хөөр хүртэл калийн түүх химийн түүхийг дамжин өнгөрдөг — мянган жилээр мэдэгдэж ирсэн хэрэгтэй бодис, металл хэлбэрээр ердөө хоёр зуу гаруйхан жилийн өмнө ялгагдсан.