POTASSA

POTASSA (fr. potasse; sp. potasa; ted. Pottasche; ingl. potash)

Questa denominazione indica comunemente, e spesso anche commercialmente, tanto l'idrato (KOH) quanto il carbonato (K2CO3) di potassio, composti chimici ben distinti.

Idrato di potassio.

L'idrato di potassio o potassa caustica (fr. hydrate de potassium; sp. potasa cáustica; ted. Kaliumhydrat; ingl. potassium hydraie) ha peso molecolare 56,1, peso specifico 2,04 e si presenta, allo stato puro, come una sostanza bianca cristallina, che fonde facilmente al rosso e a temperature più elevate volatilizza senza decomposizione. Solubilissima in acqua con sviluppo di calore (100 g. di soluzione satura in acqua a 15° contengono 53,1 g. di KOH); data la sua forte solubilità e quindi la bassa tensione di vapore delle sue soluzioni, l'idrato di potassio è deliquescente. Si conosce l'idrato KOH + 2H₂O che cristallizza dalle soluzioni concentrate a freddo.

La soluzione di KOH è fortemente ionizzata e rappresenta il tipo classico delle basi forti; i sali degli acidi deboli hanno infatti reazione alcalina (carbonato, borato, silicato). La potassa sposta la maggior parte delle basi salificabili, disgrega i silicati e assorbe avidamente l'anidride carbonica; reagisce energicamente sui composti organici, per es., sugli eteri o sali di eteri (saponificazione) ed ha azione fortemente corrosiva sui tessuti animali decomponendoli per idrolisi delle proteine.

Preparazione. - L'idrato di potassio si prepara industrialmente con i seguenti processi: per elettrolisi del cloruro di potassio; per caustificazione del carbonato di potassio con calce; per attacco delle leuciti e in generale dei minerali contenenti silicato di potassio. Altri sistemi sono in uso per la preparazione di idrato di potassio puro per usi scientifici e medicinali.

Preparazione per elettrolisi del cloruro di potassio. - Il processo elettrolitico che è il più economico e industrialmente il più diffuso ha come materia prima il cloruro di potassio. Questo sale è quasi tutto di origine minerale e i depositi di Stassfurt (Germania) ne sono oggi la sorgente più importante. Questi giacimenti, scoperti nel 1839, si ammette provengano dall'evaporazione di antichi mari e infatti i diversi sali vi si trovano sovrapposti in rapporto alla loro solubilità. Gli strati da cui si estrae il cloruro di potassio sono quelli della silvina (KCl) e della carnallite (KCl, MgCl₂, 6H₂O); l'estrazione si compie per cristallizzazione frazionata basandosi sulla solubilità dei diversi sali. Altri giacimenti di sali potassici sono quelli francesi dell'Alsazia (Monnebruch e Mulhouse), quelli spagnoli di Cardona e quelli russi del Lago di Elton. Una inesauribile sorgente di cloruro di potassio sarebbero le rocce primarie contenenti silicato di potassio (ortoclasio Al₂O₃, K₂O, 6SiO₂, muscovite 3Al₂O₃, K₂O, 4SiO₂ e leucite Al₂O₃, K₂O, 4SiO₂) particolarmente interessanti per l'Italia, ricca di leucite, ma mancante di miniere naturali di sali di potassio (v. alluminio).

Per la produzione dell'idrato di potassio il cloruro di potassio (61-62%, K₂O) viene sciolto in acqua fino a soluzione satura (25,5% a 20°) e sottoposto all'elettrolisi. I processi e i tipi di elettrolizzatori sono analoghi a quelli della soda caustica (v. soda). Si possono usare celle a diaframma, a gravità, e a mercurio. In Italia la totalità della potassa caustica, ottenuta per elettrolisi, è preparata col processo Kellner-Solvay a catodo mobile di mercurio (celle da 10.000 Ampère, 4,5 Volta). La lavorazione è analoga a quella della soda caustica e si deve solo tener conto della diversa solubilità del cloruro di potassio a caldo e a freddo e di una relativa minore stabilità dell'amalgama di potassio. Si ottiene direttamente dagli eleitrolizzatori una soluzione di idrato di potassio al 35% puro e come sottoprodotti il cloro e l'idrogeno. Il rendimento elettrolitico è più elevato di quello della soda caustica, circa del 96%. La soluzione viene messa in commercio direttamente oppure concentrata in apparecchi a vuoto (multiplo effetto) o a termocompressione fino a circa il 50% e poi concentrata fino ad assenza di acqua in caldaie di ghisa o meglio di leghe contenenti nichelio, scaldate a fuoco diretto. L'idrato di potassio fuso viene scaricato in fusti di ferro come l'idrato di sodio.

Preparazione per caustificazione dal carbonato di potassio con calce. - Questo sistema, un tempo molto in uso, è meno economico di quello elettrolitico e sopravvive in casi di equilibrî economici particolari.

Il processo proposto dal Liebig è rappresentato dalla seguente reazione:

La reazione è reversibile, ma data la poca solubilità del CaCO₃ (0,013 g. in 100 g. di acqua) la reazione procede verso destra e il rendimento è in funzione della concentrazione. Praticamente si aggiunge calce a una soluzione bollente di carbonato di potassio a 12-13 Bé, si lascia all'ebollizione quasi un'ora e la fine della reazione è stabilita dall'assenza di effervescenza per aggiunta di acido a un campione della massa filtrata (assenza di K2CO ,). Si lascia decantare il CaCO3 e si filtra su filtro a vuoto; si ottiene così una soluzione a circa il 10% di KOH che viene concentrata e disidratata con i mezzi usuali. Nella concentrazione se il carbonato di potassio conteneia delle impurità, queste si separano.

Preparazione per attacco dei minerali contenenti silicati di potassio. - Fra i varî processi (Ward e Wynants, Spiller, Thomson, Herstein) accenneremo al processo perfezionato dall'ing. Jourdan per l'estrazione dell'idrato di potassio dalla leucite.

La leucite Al₂O₃, K₂O, 4SiO₂ si trova in grandissima quantità sotto forma di cristalli nel basalto dei vulcani. Questi cristalli sono separati dal basalto mediante un processo elettromagnetico; con delle buone separatrici si riesce a ottenere una leucite al 98% di purezza. La leucite si presenta dopo questo trattamento sotto forma di sabbia contenente il 17% di K₂O, 22% di Al₂O₃ e il 52,5% SiO₂. Per l'estrazione del potassio dalla leucite sotto forma di idrato la leucite è macinata in polvere fine e mescolata in parti uguali con calce spenta. Si granula il miscuglio in un tamburo rotativo in modo di avere delle sfere di un diametro da 0,5 cm. fino a 2 cm.; queste sfere sono essiccate a 120° e diventano così molto dure. Si caricano in un'autoclave nella quale si fa arrivare del vapore a 30 kg./cmq. di pressione. In circa 4 ore la quasi totalità del K₂O si trasforma in KOH. I granuli vengono sistematicamente lavati con acqua calda per estrarne la potassa, ottenendo una soluzione di KOH a 20-22 Bé. Il rendimento di solubilizzazione varia fra il 96-98% e l'estrazione dal 95 al 97% del K₂O totale. Le soluzioni vengono concentrate con i sistemi usuali.

Preparazione d'idrato di potassio puro. - Fra i sistemi di laboratorio per la preparazione d'idrato di potassio puro per usi scientifici e medicinali accenneremo all'azione del potassio sull'acqua:

che dà idrato di potassio assolutamente anidro e all'azione dell'acqua di barite sul solfato di potassio puro:

Forme commerciali ed usi. - L' idrato di potassio si trova in commercio sia in soluzione al 35% KOH, come proviene direttamente dal processo elettrolitico, sia fuso in blocchi. L'idrato di potassio purissimo (preparato dalla barite o dal potassio) per usi scientifici e medicinali viene messo in commercio in cannelli.

Le impurezze che accompagnano la potassa caustica commerciale sono i carbonati, i cloruri, i corrispondenti sali di sodio, solfati, silice, alluminio, ossido di ferro, a seconda dei processi dai quali proviene. Il valore commerciale è stabilito dal contenuto in KOH.

La potassa caustica può essere impiegata in tutti i casi nei quali interessa la sua funzione come alcali, ma il suo prezzo, in dipendenza del prezzo del cloruro di potassio, ne limita l'uso a particolari applicazioni. La potassa caustica viene usata in notevoli quantità nella preparazione dei saponi molli e dei saponi lubrificanti, nell'industria elettrolitica (elettrolisi dell'acqua per la preparazione dell'idrogeno) e nell'industria degli accumulatori. Inoltre il KOH sostituisce l'NaOH in qualche sintesi organica, in special modo nelle fusioni alcaline dove la potassa abbassa il punto di fusione della massa (v. indaco) e in genere nelle fusioni indantreniche per ottenere determinati orientamenti di reazione e maggiori rendimenti; anche in alcune saponificazioni, ad es. sostituzione del gruppo Cl con OH oppure ossialchile, l'uso della potassa caustica in luogo della soda caustica migliora, a volte notevolmente, i rendimenti.

La potassa caustica ha limitatissime applicazioni in medicina; merita solo di essere ricordato che il "Caustico di Vienna" non è che potassa caustica fusa con calce (KOH g. 10; calce viva g. 12).

Produzione e commercio. - In Italia la quasi totalità della potassa è prodotta elettroliticamente col processo a mercurio a partire dal cloruro di potassio importato: la produzione di potassa liquida al 35% è stata di q. 9110 nel 1930, 2000 nel '31, 6600 nel '32, 6944 nel '33; è salita a q. 28.618 nel 1934 in seguito all'impianto di Crotone. L'importazione (potassa fusa) è stata di q. 32.470 nel 1930, 25.740 nel '31, 28.642 nel '32 e 25.501 nel '33.

Carbonato di potassio.

Il carbonato di potassio (fr. carbonate de Potassium; sp. carbonato potásico; ted. Kaliumcarbonat; ingl. carbonate of potassium) ha peso molecolare 138, 19, peso specifico 2,3. Allo stato puro si presenta come una massa bianca che fonde a circa 900°. È solubilissimo in acqua e deliquescente (100 g. di soluzione satura a 15° contengono 52,5 g. di K₂CO₃). Si conosce l'idrato 2K₂CO₃ • 3H₂O. Essendo il sale di una base forte e di un acido debole, la soluzione di carbonato di potassio ha reazione nettamente alcalina. Tutti gli acidi forti lo decompongono.

Preparazione. - Il carbonato di potassio industrialmente si prepara coi seguenti processi: dal cloruro di potassio; dai minerali contenenti silicato di potassio; dalle ceneri di origine vegetale; dalle ceneri di origine animale. Altri sistemi sono in uso per la preparazione di carbonato di potassio puro per usi scientifici e medicinali.

Preparazione dal cloruro di potassio. - I processi di questo tipo costituiscono i metodi di maggiore importanza tecnica.

Un primo processo fondamentale consiste sulla carbonatazione dell'idrato ottenuto per elettrolisi:

Questo processo, di estesa applicazione industriale, si realizza facendo gorgogliare del CO₂ ottenuto da forni a calce o a coke, in soluzioni concentrate di KOH. La carbonatazione può anche essere praticata direttamente nelle celle di elettrolisi. Le soluzioni di carbonato di potassio si concentrano e si calcinano nel modo usuale ottenendo un prodotto molto puro (98-99% K₂CO₃).

Per il processo Leblanc, ormai economicamente superato, v. soda.

Il processo Solvay, fondamentale nella produzione del carbonato di sodio, non è applicabile alla preparazione del K₂CO₃ data la solubilità del bicarbonato di potassio; le modifiche proposte, fra le quali interessanti i brevetti Ortlieb, usando trimetilamina, hanno dato luogo a processi ingegnosi ma non economicamente applicabili.

Oggi viene applicato il processo Precht. Con esso si fa passare anidride carbonica, proveniente da forni a calce (30-35% CO₂) su una sospensione di una soluzione satura a 200 di cloruro di potassio mista con carbonato di magnesio triidrato (300 kg. di MgCO₃ per mc. soluzione KCl). La reazione è la seguente:

Il sale doppio che si forma ben cristallizzato e insolubile, viene filtrato in filtri a vuoto e lavato con una soluzione di bicarbonato di magnesio fino a o,1-0,2% di Cl.

Il sale doppio si decompone in diversi modi:.

a) trattamento in autoclave con acqua a 140°; la decomposizione avviene secondo lo schema:

Il carbonato di magnesio insolubile viene separato per filtrazione dalle soluzioni di carbonato di potassio al 20%. L'anidride carbonica ricuperata ritorna in ciclo. Il carbonato di magnesio non può essere riutilizzato perché anidro;

b) la stessa reazione si fa avvenire in soluzioni più diluite non superando gli 80°. La soluzione di K₂CO₃ risulta più diluita (12-13%) ma il carbonato di magnesio precipita come triidrato e può essere nuovamente impiegato;

c) si tratta il sale doppio a 40° con MgO:

Anche con questo metodo il carbonato di magnesio è ricuperabile.

Le soluzioni di K₂CO₃ a 130-200 g. per litro vengono concentrate in apparecchio a vuoto fino a 50% e poi concentrate in caldaie aperte. Il K₂CO₃.1¹/₂H₂O precipita in cristalli che separati ed essiccati vengono venduti come tali (83%) oppure calcinati ottenendo il prodotto anidro al 99%.

Preparazione dai mineral i contenenti silicato di potassio. - Accenneremo al processo Jourdan per l'estrazione del potassio, come carbonato, dalla leucite, ottenendo come sottoprodotto allumina.

La leucite arricchita sino al 980Ó per separazione elettromagnetica viene mescolata con calcare (i tonn. di leucite e 2 tonn. di calcare); si macina la massa molto finemente e si scalda in un forno rotativo o in forno elettrico a una temperatura fra 1200° e 1400°. Dopo raffreddamento si lava la massa con acqua tiepida per disciogliere l'alluminato di potassio formatosi; si filtra ottenendo una soluzione contenente il 90% della potassa e l'80% dell'allumina contenuta nella leucite. Si fa gorgogliare nella soluzione anidride carbonica che precipita l'allumina sotto forma d'idrato di alluminio. Si filtra per separare l'allumina dalla soluzione di carbonato di potassio. Da una tonnellata di leucite si ottengono 220 kg. di K₂CO₃ e 175 kg. di Al₂O₃. L'allumina è esente da ferro e può essere ottenuta esente da silice se deve servire per la produzione di alluminio.

Preparazione dalle ceneri di origine vegetale. - Questo processo rappresentava fino alla metà del secolo scorso la fonte più importante per la preparazione del carbonato di potassio; ma con la scoperta dei sali di Stassturt andò rapidamente declinando e oggi è quasi del tutto scomparso.

Il potassio è un elemento diffuso nel regno vegetale: le piante ne sono ricche e le ceneri di legno possono contenere dal 2,5 al 15% in K₂O insieme a calce, magnesio e acido fosforico. I sali di potassio predominano nei rami e nelle foglie: una buona cenere di legno di faggio contiene il 78,7% di insolubile, 15,4% K₂CO₃, 2,3% K₂SO₄, 3,4% Na₂CO₃, 0,2% di NaCl. L'estrazione del carbonato di potassio dalle ceneri delle piante è fatta in genere in modo primitivo. Si dispone la cenere in strati sottili e si umetta con acqua rimuovendo fino a che tutta la massa ne risulti imbevuta uniformemente. Le ceneri si mettono poi in barili con doppio fondo forato sul quale è disposta della paglia (filtro rudimentale) e vengono lavate più volte con acqua. I liquidi raccolti contenenti il 20-25% di sali vengono evaporati in caldaie di ghisa e il residuo contenente circa il 12% di acqua viene messo in 10rni per la calcinazione che secca completamente la massa e distrugge le sostanze organiche. La resa è di circa il 10% delle ceneri impiegate. Il carbonato ottenuto (potassa greggia) risulta colorato in rosso giallastro o verdastro per presenza di ferro o manganese e contiene dal 40 all'80% di K₂CO₃, 15-40% di K₂SO₄ oltre a Na₂CO₃, KCl e altri sali. Il prodotto grezzo è generalmente venduto direttamente e in qualche caso si purifica per cristallizzazione frazionata ottenendo un prodotto a più alto titolo (90%, potassa raffinata).

Una fonte interessante per la produzione di K₂CO₃ sempre di origine vegetale, è il trattamento dei residui della fabbricazione dello zucchero di barbabietole (v. zucchero). Come è noto la barbabietola è assai ricca in sali di potassio che dopo la separazione dello zucchero passano nelle melasse. Le melasse che contengono 45-50% di zucchero e 3-4% di potassa vengono fatte fermentare per ottenere l'alcool che viene distillato. Le acque residue (borlande) a circa 4 Bé., contenenti i sali di potassio, vengono concentrate a vuoto a 40 Bé. e passate in storte di calcinazione dove la massa svolge prodotti volatili che passati in tubi arroventati, dànno NH₃ e HCN; questi, assorbiti in acido solforico e soda caustica, dànno come sottoprodotti solfato d'ammonio e cianuro di sodio (processo Dessau). Il residuo secco delle storte, chiamato anche commercialmente "salino o salino potassico", viene venduto anche tal quale come concime potassico contenente circa il 30-35% di K₂CO₃, il 18-20% di KCl, 18-20% di Na₂CO₃ oltre K₂SO₄, Na₂SO₄, CaO, silice e carbone. Dal salino si separa il K₂CO₃ per liscivazione e cristallizzazione frazionata evaporando a secco le acque madri e calcinando. Si ottiene così un prodotto con circa il 90% in K₂CO₃.

Merita ancora di essere ricordata, per quanto applicata su scala limitata, l'estrazione del carbonato di potassio dalle ceneri di alghe marine, materia prima per la produzione dell'iodio. L'estrazione avviene con gli usuali sistemi descritti.

Preparazione delle ceneri di origine animali. - L'unica fonte di origine animale di estrazione industriale del carbonato di potassio è la lana. Gli ovini e in genere gli animali la cui alimentazione è costituita prevalentemente da vegetali contenenti sali di potassio, assorbono questi sali e li eliminano col sudore. Nel grasso di lana il potassio è contenuto come sale dell'acido oleico, stearico e palmitico; 100 kg. di lana greggia dànno circa 6 kg. di K₂CO₃. La lana viene lavata fino a esaurimento e le liscivie ottenute vengono concentrate, il residuo calcinato ottenendo gas illuminante. Le ceneri ottenute contengono circa il 30% di K₂CO₃ che si estrae nel modo usuale.

Preparazione di K₂CO₃ puro. - Il carbonato di potassio puro per usi scientifici e medicinali si prepara scaldando il bicarbonato di potassio o calcinando il bitartrato e l'ossalato di potassio.

Forme commerciali e usi. - Dati gli svariatissimi sistemi di produzione del carbonato di potassio, i tipi commerciali sono diversi per quanto riguarda il titolo e le impurezze presenti. Il carbonato di potassio puro commerciale è quello proveniente dal cloruro e ha un titolo del 98-99%; quello ottenuto dalle ceneri di origine vegetale, denominato potassa greggia, contiene dal 40-80% di K₂CO₃, 15-40% di K₂SO₄ oltre a Na₂CO₃, KCl ed altri sali e purificato (potassa raffinata) dà un prodotto al 90% in K₂CO₃. In particolare quello proveniente dalle melasse ha un titolo del 90% con quantità più o meno notevoli di fosfati, composti solforati e cianogeno, oltre a Na₂CO₃, KCl, K₂SO₄.

Il carbonato di potassio è molto usato nella produzione di vetri infusibili, più resistenti dei vetri sodici. Il vetro di Boemia usato nella manifattura di materiale per laboratorio è preparato fondendo insieme 50 parti di K₂CO₃, 15 parti di calce e 100 parti di polvere di quarzo; il vetro flint che ha un elevato indice di rifrazione ed è usato per apparecchi ottici, si prepara con ossido di piombo e K₂CO₃, anche i vetri di Baccarat e di Jena si preparano con carbonato di potassio (v. vetro).

Il carbonato di potassio viene inoltre usato nella tintura e nella lavatura della lana, nella preparazione di saponi potassici e come materia prima di partenza per la preparazione di sali di potassio, quali prussiato giallo e rosso, cromato e bicromato. Ha limitatissimi usi in medicina.

Produzione e commercio. - In Italia il carbonato di potassio si prepara in quantità minime, esclusivamente per usi scientifici e medicinali.