Sulfate de potassium

8

O

Oxygène

19

K

Potassium

16

S

Soufre

Produit minéral

Données physico-chimiques

Données atomiques

Formule	Masse molaire	Minéral	Structure cristalline
K2SO4	174,27 g.mol-1	arcanite	la forme bêta, orthorhombique, de paramètres a = 0,748 nm, b = 1,007 nm et c = 0,576 nm, se transforme en forme alpha, hexagonale, à 583°C

Données physiques

Masse volumique	Température de fusion	Température d’ébullition	Solubilité dans l’eau
2,662 g.cm-3	1 069°C	1 689°C	à 0°C : 12 g/100 g d’eau à 100°C : 24,1 g/100 g d’eau

Données thermodynamiques

Sulfate de potassium cristallisé :

• Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : -1 434,2 kJ.mol^-1
• Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : -1 316,9 kJ.mol^-1
• Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 175,8 J.K^-1mol^-1
• Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 130,2 J.K^-1mol^-1
• Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 36,7 kJ.mol^-1

Données industrielles

Le sulfate de potassium (K₂SO₄), dénommé SOP (sulphate of potash) dans l’industrie des engrais, est principalement utilisé dans cette application comme engrais potassique. Il est réservé à la fertilisation des sols salins, en remplacement du chlorure de potassium ou MOP (muriate of potash), et pour des cultures telles que le tabac, les fruits et légumes, sensibles aux ions chlorure. Le sulfate de potassium représente 8 % de la fertilisation potassique, le chlorure de potassium, 85 %, le nitrate de potassium, 2 % et le sulfate double de potassium et de magnésium, 2 %. Il présente également l’avantage d’apporter l’élément soufre nécessaire aux cultures.

Le sulfate de potassium n’existe pas sous forme isolée dans la nature. Il est présent sous forme de sels doubles ou triples dans divers minéraux comme la langbeinite (K₂SO₄,2MgSO₄), la schönite (K₂SO₄,MgSO₄,6H₂O), la polyhalite (K₂SO₄,MgSO₄,2CaSO₄,2H₂O), la kainite (KCl,MgSO₄,3H₂O)…, minéraux présents dans les mines de potasse ou pouvant se former par évaporation de lacs salés, d’où le sulfate de potassium peut être extrait par des opérations de dissolution-séparation-cristallisation.
Il peut être également obtenu par conversion du chlorure de potassium en utilisant d’autres sulfates, principalement de sodium, à l’aide d’opérations de dissolution-séparation-cristallisation.
Enfin il est également synthétisé, selon le procédé Mannheim, par réaction, vers 800°C, entre le chlorure de potassium et l’acide sulfurique.

Fabrication industrielle

Selon le procédé Mannheim :

Le sulfate de potassium peut être obtenu par action de l’acide sulfurique concentré sur du chlorure de potassium dans des fours Mannheim, à 800°C, selon la réaction :

2 KCl + H₂SO₄ = K₂SO₄ + 2 HCl_(g)

0,84 t de KCl et 0,56 t de H₂SO₄ donnent 1 t de K₂SO₄ et 1,2 t de HCl.

Ce procédé est utilisé pour 50 à 60 % des capacités mondiales de production de sulfate de potassium, par exemple par Tessenderlo Group. Ce procédé, à prix de revient élevé, ne peut être intéressant que si le chlorure d’hydrogène co-produit, transformé en acide chlorhydrique, est valorisé.

Élaboration à partir de saumures de lacs salés et cristallisation de kainite :

La kainite (KCl,MgSO₄,3H₂O), est présente dans des gisements de potasse mais aussi se forme par évaporation de saumures de lacs salés comme c’est le cas pour le Grand Lac Salé, dans l’Utah, aux États-Unis, exploité par Compass Minerals. La kainite traitée par la solution sulfatée recyclée après cristallisation du sulfate de potassium donne de la schönite selon la réaction :

2 KCl,MgSO₄,3H₂O = K₂SO₄,MgSO₄,6H₂O + Mg²⁺ + 2 Cl^–

La schönite traitée par de l’eau chaude donne du sulfate de potassium qui cristallise et une solution de sulfate de magnésium recyclée dans le traitement de la kainite selon la réaction :

K₂SO₄,MgSO₄,6H₂O = K₂SO₄ + Mg²⁺ + SO₄^2-+ 6 H₂O

Au Chili, dans le désert d’Atacama, la concentration dans des salines des saumures extraites, par SQM, permet de former d’une part de la schönite et d’autre part de la sylvine qui par réaction donnent du sulfate de potassium selon l’équation :

K₂SO₄,MgSO₄,6H₂O + 2 KCl = 2 K₂SO₄ + Mg²⁺ + 2 Cl^– + 6 H₂O

L’exploitation de lacs salés, riches en ions potassium et en ions sulfate représente 10 % des capacités mondiales de production. De nombreux projets sont en cours d’étude en Australie de l’Ouest.

Élaboration à partir à partir de sylvine (KCl) et de kiésérite (MgSO₄,H₂O) par recristallisation :

Le sulfate de potassium est également produit à partir de sels extraits de gisements naturels qui contiennent de la sylvine, KCl, et de la kiesérite, MgSO₄,H₂O. C’est le cas, en Allemagne, pour les gisements de potasse du groupe K+S. Par exemple, en Allemagne, la mine de Neuhof renferme 20,4 % de kiésérite et 16,1 % de sylvine. Une première réaction entre la kiésérite et la sylvine donne de la kainite selon l’équation suivante :

MgSO₄,H₂O + KCl + 3 H₂O = KCl,MgSO₄,3H₂O

La kainite est ensuite transformée en schönite puis en sulfate de potassium selon le procédé utilisé pour la kainite formée dans les lacs salés. Cette origine représente de 25 à 30 % des capacités mondiales de production.

Élaboration à partir de saumures de lacs salés, à l’aide de sulfate de sodium :

Lorsque les lacs salée renferment du sulfate de sodium ou du sel de glauber (Na₂SO₄,10H₂O), deux procédés sont utilisés par Compass Minerals à Big Quill Lake, près de Wynyard, dans le Saskatchewan, au Canada. Le chlorure de potassium nécessaire au procédé est acheté auprès des producteurs canadiens proches.

• Par résines échangeuses d’ions : une solution de sulfate de sodium passe dans des colonnes échangeuses d’ions qui se chargent en ions sulfate puis les résines sont régénérées par une solution de chlorure de potassium, avec libération des ions sulfate et fixation sur les résines des ions chlorure. On obtient ainsi une solution de sulfate de potassium. Le sulfate de potassium obtenu est particulièrement pur et destiné à des applications pharmaceutiques ou agroalimentaires.
• Selon le procédé à la glasérite : du sulfate de sodium traité par une solution saturée de chlorure de potassium donne de la glasérite, sulfate double de sodium et de potassium, qui précipite et est recueilli, selon la réaction :

4 Na₂SO₄+ 6 K⁺ + 6 Cl^– = Na₂SO₄,3K₂SO₄ + 6 Na⁺ + 6 Cl^–

La glasérite est traitée par une solution de chlorure de potassium pour donner du sulfate de potassium selon la réaction :

Na₂SO₄,3K₂SO₄ + 2 K⁺ + 2 Cl^– = 4 K₂SO₄ + 2 Na⁺ + 2 Cl^–

Productions

En 2020, la capacité mondiale de production est de 10 millions de t/an, à 60 % en Chine, 20 % en Europe de l’Ouest, 5 % en Amérique du Nord.
En 2015, la production chinoise a été de 2,54 millions de t.
En 2023, la production de l’Union européenne, principalement en Allemagne, Belgique et Finlande, est de 1,323 million de t de K₂O dont 635 621 t en Finlande, 57 054 t en Italie, en 2022, 11 150 t en Autriche.

Divers projets sont en cours de développement pour l’exploitation de lacs salés, en Australie Occidentale.

• La société Kalium Lake a commencé à produire, en octobre 2021, sur le projet Beyondie avec une capacité de production de 90 000 t/an devant être portée à 120 000 t/an.
• On peut aussi citer celui de Salt Lake Potash (SO4), avec l’exploitation du Lake Way, d’une capacité de production de 245 000 t/an, situé à l’est de Perth. Le minerai doit être acheminé par route puis par train jusqu’au port de Fremantle pour être exporté.
• La société Australian Potash prévoit sur le projet du Lake Wells une production de 170 000 t/an.
• Agrimin développe le projet Mackay avec une capacité de production prévue de 450 000 t/an, le sulfate devant être exporté par le port de Wyndham. Les réserves prouvées et probables sont de 20 millions de t de sulfate de potassium.

Producteurs : en 2020.

en milliers de t de capacités annuelles de production

SDIC Xinjiang Luobupo Potash	1 500		SQM	340
K+S	1 000		Migao Corporation	320
Tessenderlo	750		Yara	200
Compass Minerals	590		Sesoda	140
China Ching Shiang Chemical	450		Archean	130

• SDIC Xinjiang Luobupo Potash exploite, en Chine, dans la province du Xinjiang, le lac Lop Nor, avec 1,5 million de t/an de capacité de production.
• K+S, par recristallisation de sels extraits de mines de potasse.
• Tessenderlo Group, selon le procédé Mannheim est le 3^ème producteur mondial. Possède, à Ham, en Belgique, des capacités de production de 750 000 t/an.
• Compass Minerals à partir de saumures de lacs salés. Possède 550 000 t/an de capacité de production dans le Grand Lac Salé, à Ogden, dans l’Utah aux États-Unis et 40 000 t/an à Big Quill Lake, près de Wynyard, dans la province du Saskatchewan, au Canada.
• China Ching Shiang Chemical, produit du sulfate de potassium selon le procédé Mannheim dans la province du Shandong.
• SQM produit du sulfate de potassium lors de l’exploitation du salar d’Atacama au Chili, avec une capacité de production de 340 000 t/an.
• Migao Corporation, produit, en Chine, du sulfate de potassium selon le procédé Mannheim, dans les provinces de Changchun avec 80 000 t/an, de Liaoning avec 40 000 t/an, de Shanghai avec 40 000 t/an et de Guangdong avec 160 000 t/an. En 2015-16, la production a été de 273 000 t. La capacité de production de chlorure d’hydrogène coproduit est de 384 000 t/an.
• Yara, produit du sulfate de potassium selon le procédé Mannheim, à Kokkola, en Finlande.
• Sesoda produit du sulfate de potassium à Suao, à Taipei chinois, selon le procédé Mannheim, avec une capacité de production de 140 000 t/an. En 2021, les ventes à l’exportation ont porté sur 125 651 t.
• Archean, produit du sulfate de potassium, en Inde, dans le marais salé du Great Rann of Kutch, près de Hajipir dans l’État du Gujurat avec une capacité de production de 130 000 t/an.

Commerce international : en 2023.

Principaux pays exportateurs : sur un total de 1,561 million de t, en 2021.

en milliers de t de produit

Belgique	275		Oman	49
Taipei chinois	190		Canada	28
Suède	140		États-Unis	27
Chine	101		Autriche	17
Égypte	92		Corée du Sud	17

Source : ITC

Les exportations belges sont destinées à 15 % à l’Égypte, 12 % aux Pays Bas, 12 % à l’Espagne, 8 % au Mexique.

Principaux pays importateurs sur un total de 1,927 million de t, en 2021 :

en milliers de t

Belgique	239		Mexique	54
Australie	84		Inde	53
États-Unis	78		Japon	51
France	61		Pays Bas	47
Espagne	55		Pakistan	43

Source : ITC

Les importations belges proviennent à 94 % d’Allemagne, 4 % de Suède.

Situation française

Le groupe Tessenderlo a produit du sulfate de potassium à Loos (59), de 2004 à 2013.

En 2023, la production est de 3 603 t.

Commerce extérieur : en 2023.

Les exportations étaient de 861 t de produit correspondant à 575 t de K₂O avec comme principaux marchés à :

• 54 % l’Espagne,
• 20 % la Suisse,
• 15 % l’Allemagne,
• 9 % les Pays Bas,
• 4 % l’Italie.

Les importations s’élevaient à 60 815 t de produit correspondant à 27 582 t de K₂O en provenance principalement à :

• 58 % d’Allemagne,
• 31 % de Belgique,
• 3 % d’Espagne,
• 3 % du Royaume Uni.

Utilisations

La consommation mondiale est de 7 millions de t/an, à plus de 40 % en Chine.

Il est utilisé comme engrais potassique dans les sols salins, en remplacement du chlorure de potassium, et pour des cultures telles le tabac, les fruits et légumes, sensibles aux ions chlorure. Le sulfate de potassium représente 8 % de la fertilisation potassique, le chlorure de potassium, 85 %.

Bibliographie

Archives

Sulfate de potassium 2022

Sulfate de potassium 2019