Die weltweiten Kalivorkommen

Mit Kali bezeichnet man allgemein Kaliumdüngemittel für den Einsatz in der Landwirtschaft. Kalium ist ein in der Natur vorkommendes Element, das synthetisch nicht herstellbar ist und das als eines der wichtigsten Nährstoffe (neben Stickstoff und Phosphat) unverzichtbar ist für ein ertragreiches und gesundes Pflanzenwachstum. Damit tragen Kaliumdüngemittel entscheidend dazu bei, die wachsende Weltbevölkerung sowohl quantitativ als qualitativ mit Nahrungsmitteln besser zu versorgen. Zusätzlich entstehen aus Kalium aber auch vielfältige Vorprodukte für die Herstellung industrieller und pharmazeutischer Erzeugnisse, die ohne Kali nicht denkbar wären.

Kalium ist mit einem Massenanteil von 2,4 % das siebthäufigste Element in der Erdhülle. Kalilagerstätten, d.h. natürliche Anreicherungen des Rohstoffs Kali, bestehen aus festen Kaliumsalzgesteinen, bei denen die Kaliumminerale Sylvin (KCl), Carnallit (KMgCl3 * 6 H2O), Kainit (KMg[Cl|SO4] * 2,75 H2O) und Langbeinit (K2Mg2(SO4)3) vorherrschen oder aus kaliumhaltigen Salzlösungen, die im Untergrund oder in Salzseen gespeichert sind.

Die Entstehung der Kalilagerstätten

Alle größeren festen Kalilagerstätten der Welt sind marinen Ursprungs, die durch die Verdunstung von Meerwasser in nahezu allen geologischen Systemen der Erdgeschichte seit dem Kambrium vor rund 550 Millionen Jahren entstanden sind.

Die Entstehung der Kalilagerstätten (Barrentheorie)

 

Nach der sogenannten „Barrentheorie“ von Ochsenius (1877) existierten in der geologischen Vergangenheit zeitweilig große Binnenmeere, die von den Ozeanen durch Meerengen und Schwellen („Barren“) getrennt waren, so dass der Zufluss von frischem salzhaltigem Meerwasser behindert oder gänzlich unterbunden wurde. Da während der verschiedenen erdgeschichtlichen Epochen in großen Teilen der Erde oftmals ein arides Klima mit starker Sonneneinstrahlung herrschte, verdunstete das salzhaltige Meerwasser der Binnenmeere wie in einer gigantischen Siedepfanne. Als Folge stieg die Salzkonzentration des Wassers, die gelösten Salze kristallisierten aus und lagerten sich schließlich in der Reihenfolge ihrer Löslichkeit ab, darunter zunächst das Steinsalz und später Kalium- und Magnesiumsalze.

Im Laufe von Millionen Jahren wiederholte sich dieser Vorgang, so dass Steinsalzschichten mit einer Mächtigkeit von mehreren hundert Metern und mehrere Meter mächtige Kaliflöze übereinander entstanden. In der weiteren Erdgeschichte legten sich wasserundurchlässige Tonschichten über die Salzablagerungen - nicht selten wurden diese vom Wind über die ausgetrocknete Salzpfanne geweht - und verhinderten ein erneutes Auflösen der Salze.

Die Geburtsstunde des Kalibergbaus

Die Entdeckung der ersten Kalilagerstätte der Welt geht auf das Jahr 1856 zurück als man bei Teufarbeiten zur Erschließung einer Steinsalzlagerstätte in Staßfurt (nahe Magdeburg in Sachsen-Anhalt) erstmalig auch auf kalihaltige Schichten stieß. 5 Jahre später markierte der Beginn der Kalirohsalzförderung in Staßfurt die Geburtsstunde des Kalibergbaus. Der Nährstoff Kalium, der bislang nur aus Holzasche (Pottasche) gewonnen wurde, stand nun der Landwirtschaft in großen Mengen zur Verfügung.

Während bis Anfang des 20. Jahrhunderts der Kalibergbau ausschließlich auf Deutschland konzentriert blieb, wurden insbesondere ab den 1930er Jahren zahlreiche Lagerstätten auch im europäischen Ausland und in Übersee bergmännisch erschlossen.

Bis heute werden die natürlichen Kalivorkommen weltweit überwiegend in fester Form im konventionellen Bergbau unter Tage gewonnen. Das durch Sprengen oder Schneiden in mehreren hundert Meter Tiefe abgebaute Rohsalz wird über vertikale Schächte gefördert und in den übertägigen Fabrikanlagen weiter verarbeitet.

 

Die erste Kalifabrik der Welt in Staßfurt

Als zweite Variante der bergmännischen Kaligewinnung kommt seit einigen Jahrzehnten auch der Lösungsbergbau zum Einsatz (solution mining), mit dem auch solche Kalilagerstätten erschlossen werden können, die konventionell nicht erreichbar sind. Bei diesem Abbauverfahren werden die leicht löslichen Kalisalze der Lagerstätte über Tiefbohrungen mit Süßwasser ausgesolt und nach über Tage in große Becken geleitet. Dort kühlt die warme Lösung ab und das Kaliumchlorid kristallisiert aus. Bedingt durch die schwierigere Verfahrenstechnik sind allerdings nur wenige größere Anlagen in Betrieb.

Die größten Kalivorkommen der Welt

Die weltweiten Kalivorkommen
Quelle: K+S Käding/Beer

 

Die weltweit bekannten geologischen Kalivorkommen belaufen sich auf schätzungsweise rund 210 Milliarden Tonnen K2O (Kaliumoxid als Maßzahl für den Kaligehalt). Nach heutiger Einschätzung sind davon bis zu 16 Milliarden Tonnen K2O mit dem aktuellen Stand der Technik gewinnbar.

Die größten gewinnbaren Kalivorkommen befinden sich schwerpunktmäßig auf der Nordhalbkugel der Erde. Allein Kanada verfügt in der Provinz Saskatchewan über gewinnbare Vorräte von fast 10 Mrd. t K2O bzw. rund 60 % der Weltkalivorräte. Entdeckt wurde die Lagerstätte bereits während des Zweiten Weltkriegs, die Förderung startete in den 1960er Jahren.

Heute betreiben hier die Unternehmen PotashCorp, Mosaic und Agrium eine Reihe von Kalibergwerken.

Die nächst größeren Kalilagerstätten entstanden in Russland (bis zu 2,2 Milliarden t K2O) und Weißrussland (bis zu 1,0 Milliarden t K2O). In Russland konzentriert sich die Förderung der beiden derzeitigen Produzenten Uralkali und Silvinit auf eine große Lagerstätte am Ural, die seit 1931 bergmännisch abgebaut wird. Aus der in der Nähe von Minsk liegenden weißrussischen Lagerstätte werden die Kalirohsalze seit Anfang der 1960er Jahre von dem dortigen Produzenten Belaruskali zu Tage gefördert.

Mit gewinnbaren Vorräten von bis zu 0,8 Milliarden t K2O sind die Kalivorkommen in Deutschland weltweit die viertgrößten. Die Inbetriebnahme der ersten Kalifabrik der Welt in Staßfurt im Jahr 1861 begründete die nun fast 150-jährige Tradition des deutschen Kalibergbaus.

Weitere feste Kalilagerstätten werden in den USA von den Produzenten Mosaic und Intrepid, in England von der Cleveland Potash, in Spanien von der Iberpotash und in Brasilien von Vale abgebaut.

Die K+S KALI GmbH – der führende Anbieter in Europa

Heute fördert die K+S KALI GmbH in 6 Bergwerken in drei Kalirevieren Deutschlands: Im Hannoverschen Revier in Nieder-sachsen, im Calvörder Revier in Sachsen-Anhalt und im Werra-Fulda-Revier in Hessen und Thüringen. Während im Werra-Fulda-Revier die Kalilager flach und flözartig in 500 bis 1.000 Meter Tiefe liegen, führten Verformungen in der Erdkruste zu Verwerfungen und Auffaltungen der Lagerstätten in den beiden nördlichen Kalirevieren in Niedersachsen und Sachsen-Anhalt. Die ursprünglich waagrechten Kaliablagerungen stehen dadurch teilweise senkrecht. In dieser steilen Lagerung erfolgt der Abbau der Rohsalze in einer Tiefe von 400 bis über 1.400 Metern. Nach dem Sprengen des Kaligesteins übernehmen Großschaufellader mit bis zu 20 Tonnen Schaufelinhalt den Transport des Rohsalzes zu den Brecheranlagen. Von dort gelangt das vorzerkleinerte Salz über Bandanlagen schließlich zum Förderschacht.

Die Entstehung der deutschen Kalilagerstätten geht auf das Erdzeitalter des Oberperms vor mehr als 250 Millionen Jahren zurück, als das sogenannte Zechsteinmeer, das damals weite Teile Mitteleuropas bedeckte, unter der starken Sonneneinstrahlung verdunstete. Im Gegensatz zum weltweit üblichen Chlorid-Typ der Kalivorkommen gehören die deutschen Lagerstätten zum besonderen Sulfat-Typ, der durch zusätzliche Magnesiumsulfat- und Kaliumsulfat-Mineralien im Rohsalz gekennzeichnet ist.

Auf Basis dieser besonderen Rohstoffzusammensetzung bietet die K+S KALI GmbH eine Produktpalette an Standardprodukten und hochwertigen Spezialitäten für landwirtschaftliche und industrielle Anwendungen, über die in dieser Vielfalt kein anderer Kaliproduzent der Welt verfügt. Die K+S KALI GmbH ist weltweit der viertgrößte Kaliproduzent und in Europa der führende Anbieter. Bei den kali- und magnesiumhaltigen Spezialitäten nimmt die K+S KALI weltweit die Spitzenposition ein.

 

Lader mit bis zu 20 Tonnen Schaufelinhalt im Kalibergbau der K+S KALI GmbH

Eindunstung von kaliumhaltigen Salzlösungen

Eine besondere Form der natürlichen Kalivorkommen stellen die im Untergrund oder in Salzseen gespeicherten kaliumhaltigen Salzlösungen dar. Die Gewinnung dieser Vorkommen ist jedoch stark vom Klima abhängig, da die Sonneneinstrahlung zur Eindunstung der Lösungen genutzt wird (solare Evaporation). Das weltweit größte Kalivorkommen in Form von Salzlösungen ist das Tote Meer (bis zu 1 Milliarde t K2O), dessen Sole seit Anfang der 1930er Jahre zur Kaliproduktion verwendet wird. Heute produzieren auf israelischer Seite die DSW und auf jordanischer Seite die APC. Weitere Verdunstungsanlagen zur Kaligewinnung werden in China, den USA und Chile betrieben. In China stammt die dazu verwendete Sole überwiegend aus dem Qarhan-See. In den USA nutzen die beiden Produzenten Compass Minerals und Intrepid die Solen des Großen Salzsees (Great Salt Lake) bzw. des Bonneville Flat der Großen Salzwüste (Great Salt Lake Desert) und in Chile produziert die SQM aus oberflächennahen Salzlösungen, die sich unter der Salzkruste des Salar de Atacama befinden.

 

Weltkaliproduktion nach Produzenten 2008
einschließlich Kaliumsulfat und Kalisorten mit niedrigerem K2O-Gehalt. Quellen: IFA, K+S

Projekte zur Erschließung weiterer Kalivorkommen

Sowohl die bisherigen Kaliproduzenten als auch neue Unternehmen bearbeiten eine Reihe von Projekten, mit denen weitere Kalivorkommen u. a. in Kanada, Russland, Brasilien, Argentinien, Thailand, Kongo, Äthiopien, Laos, Usbekistan, Turkmenistan und auch in Deutschland bergmännisch erschlossen werden sollen.

Der Bau einer neuen Kalimine (Greenfield-Mine) erfordert jedoch einen hohen Kapitaleinsatz. Pauschal kann man davon ausgehen, dass ein Kaliwerk mit einer jährlichen Produktionsleistung von 1 Million Tonnen Ware ein Investitionsvolumen von rund 1 Milliarde US-Dollar erfordert. Auch der zeitliche Vorlauf bis zur Inbetriebnahme der Neuprojekte ist in der Regel überaus lang. Nach dem Erwerb der Bergbaulizenz und den notwendigen Explorationsarbeiten vergehen im Durchschnitt nochmals 5 bis 7 Jahre vom Abteufen der Schächte bis zur Fertigstellung der unter- und übertägigen Infrastruktur.

Kaliprojekte zum Aufbau neuer Solarevaporationsanlagen werden derzeit in China und Australien verfolgt.

 

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