Oxyde de calcium

Données physico-chimiques

Données atomiques

Formule Masse molaire Structure cristalline Rayons ioniques de Pauling pour la coordinence 6
CaO 56,08 g.mol-1 cubique à faces centrées de type NaCl,
de paramètre a = 0,481 nm		 Ca2+ = 99 pm et O2- = 140 pm

Données physiques

Masse volumique Température de fusion Température d’ébullition Solubilité dans l’eau
3,34 g.cm-3 2 580°C 2 850°C à 10°C : 0,13 g/100 g d’eau

Données thermodynamiques

Oxyde de calcium cristallisé :

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : -635,1 kJ.mol-1
  • Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : -603,5 kJ.mol-1
  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 38,1 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 42,8 J.K-1mol-1
  • Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 50,2 kJ.mol-1

Données industrielles

L’hydroxyde de calcium, la chaux éteinte et l’oxyde de calcium, la chaux vive, sont traités dans le même chapitre, l’un étant obtenu à partir de l’autre, les producteurs de l’un sont également producteurs de l’autre et les statistiques sont regroupées pour les deux produits.

En conséquence, voir le chapitre hydroxyde de calcium.

Carbonate de calcium

Données physico-chimiques

Données atomiques

Formule Masse molaire  Calcite (forme bêta) Aragonite (forme lambda) Vatérite (forme mu)
CaCO3 100,09 g.mol-1 structure hexagonale,
de paramètres a = 0,499 nm et c = 1,706 nm		 orthorhombique, de paramètres a = 0,496 nm, b = 0,797 nm, c = 0,574 nm. Se transforme en calcite à 520°C hexagonale, de
paramètres a = 0,713 nm et c = 0,852 nm

Données physiques

Masse volumique Dureté Température de fusion Solubilité dans l’eau
  • calcite : 2,711 g.cm-3
  • aragonite : 2,93 g.cm-3
  • vatérite : 2,54 g.cm-3
  • calcite : 3,00
  • aragonite : 3,5 à 4
  • vatérite : 2,54
 décomposition à 825°C à 25°C : 0,0013 g/100 g d’eau

Données chimiques

pKa : CO2aq/HCO3– pKa : HCO3–/CO32- pKs : CaCO3
6,35 10,3 8,5

Données thermodynamiques

Carbonate de calcium (calcite) :

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : -1 207,4 kJ.mol-1
  • Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : -1 129,3 kJ.mol-1
  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 92,9 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 81,9 J.K-1mol-1
 Carbonate de calcium (aragonite) :

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : -1 207,6 kJ.mol-1
  • Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : -1 128,2 kJ.mol-1
  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 88,7 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 81,3 J.K-1mol-1

Données industrielles

État naturel

La teneur moyenne de l’écorce terrestre est de 4 % en carbonate de calcium.

L’élément calcium est surtout présent dans la nature associé aux ions carbonates pour donner du carbonate de calcium, CaCO3, principalement sous forme de calcite ou d’aragonite, dans des roches calcaires (qui par définition contiennent plus de 50 % de CaCO3), des dolomies, qui contiennent de la dolomite, (Ca,Mg)CO3, des marnes, qui contiennent de la calcite et de l’argile.
Les principaux autres composés naturels du calcium : sulfate de calcium (gypse), principalement utilisé dans la fabrication du plâtre, phosphates de calcium, principalement utilisés par l’industrie des engrais, fluorure de calcium et chlorure de calcium sont traités dans les chapitres correspondants.

Les dépôts de calcaire abondent presque partout dans le monde où ils représentent 20 % des roches sédimentaires. Ils se sont formés principalement par précipitation de carbonate de calcium dissous dans l’eau. Le calcaire est extrait, généralement, à ciel ouvert.

Calcaires particuliers : craie (contient de 90 à 98 % de CaCO3, elle s’est formée par accumulation de squelettes calcaires de végétaux unicellulaires marins), castine (fondant utilisé en sidérurgie, métallurgie, verreries…), stalactites, stalagmites, marbre (formé par transformation métamorphique du calcaire)…

Production de calcaire

C’est, dans le monde, la 2ème industrie extractive, en tonnages, après celle du sable et des graviers.

  • Aux États-Unis, en 2020, la production de calcaire concassé a été de 952 millions de t, celle de dolomie concassée de 57,3 millions de t, celle de marbre concassé de 4,32 millions de t, celle de marnes de 1,99 million de t, celle de pierre de taille calcaire de 1,14 million de t et celle de marbre de 35 300 t, dans environ 2 400 carrières.
    La production de calcaire et de dolomie représente, en 2021, 70 % de la production de pierre concassée, à côté du granit, 15 %.
  • En France, en 2018, la production est de 100,2 millions de t.

On distingue les granulats utilisés après concassage dans les travaux publics et les bétons, du calcaire utilisé comme matière première pour élaborer les ciments et la chaux, de celui employé comme amendement et de celui, de qualité chimique, qui est produit selon deux voies :

  • l’une chimique pour le carbonate de calcium précipité,
  • l’autre, à partir de calcaire naturel de grande pureté, finement broyé.

Carbonate de calcium de qualité chimique

Carbonate de calcium précipité (PCC) : CaCO3 est également produit synthétiquement, en quantités nettement moins importantes que les exploitations de calcaire, par précipitation de lait de chaux purifié à l’aide de CO2 selon la réaction :

Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O

Le lait de chaux et le dioxyde de carbone sont obtenus à partir de carbonate de calcium naturel (calcaire) (voir le chapitre hydroxyde de calcium).

Il peut être également produit à partir de lait de chaux et de carbonate de sodium naturel dans des pays, par exemple les États-Unis, qui possèdent de tels gisements. Dans ce dernier cas, de l‘hydroxyde de sodium est coproduit selon la réaction suivante :

Ca(OH)2 + Na2CO3 = CaCO3 + 2 Na+ + 2 OH–

Le produit obtenu, plus pur que le produit naturel, est principalement utilisé dans l’industrie papetière comme charge blanche des papiers et matériau de couchage.

Productions :

La production de l’Union européenne, en 2022, est de 3,583 millions de t dont 825 171 t en Finlande, 509 016 t, en 2021, en Italie, 492 435 t au Portugal, 322 482 t en Grèce, 240 418 t en Suède, en 2021, 166 544 t en Espagne, 113 686 t en Allemagne, 122 004 t en France.

Producteurs :

  • La société nord américaine Minerals Technologies, avec une production annuelle de 4 millions de t, est leader mondial avec 55 usines implantées dans le monde sur les sites des industries papetières dont 3 en France à Alizay (27) dans l’usine Double A Paper Company, Quimperlé dans l’usine de PDM Industries et Saillat sur Vienne (87) dans l’usine d’International Paper. Par ailleurs, 2 usines sont situées hors sites papetiers, aux États-Unis, à Adams, dans le Massachusetts et au Royaume Uni à Lifford.
  • La société Omya (Suisse) est n°2.
  • Le groupe français Imerys est n°3 en exploitant 17 usines de fabrication de carbonate de calcium précipité (5 en Europe, 9 en Amérique – Argentine, Brésil, États-Unis, 3 en Asie – Chine, Inde, Indonésie). A acquis, en 2015, les activités de Solvay dans le carbonate de calcium précipité avec ses 4 usines en Europe, Egensee (Autriche), Lostock (Royaume Uni), Rheinberg (Allemagne) et, en France, Salin-de-Giraud (13) avec 50 000 t/an.
  • La société allemande Schaeffer Kalk produit 442 000 t/an avec en particulier une usine en France, à Publier (74).

Carbonate de calcium naturel finement broyé (GCC) : le carbonate de calcium précipité est concurrencé par le calcaire pur finement broyé (GCC). Ses principales utilisations concernent, en Europe de l’Ouest, l’industrie papetière où les papiers contiennent jusqu’à 28 % de charge blanche. Au Japon, le principal marché est celui des matières plastiques. Le n°1 mondial est le groupe suisse Omya, le n°2, le groupe français Imerys avec une production de 2 millions de t/an dans 26 usines dont 6 en Europe, 6 en Amérique et 13 en Asie.

La capacité mondiale de production de carbonate de calcium de qualité chimique (PCC et GCC) est de 100 millions de t/an située à 50 % en Chine.

Situation française

En 2018.

Granulats de calcaire concassé production de 100,2 millions de t.

Calcaires industriels : productions.

  • Construction : 15 795 900 t principalement pour la production de ciments (voir ce chapitre).
  • Castines pour la sidérurgie et diverses industries métallurgiques : 3 486 200 t.
  • Amendements agricoles : 1 657 000 t.
  • Chimie et pharmacie : 1 818 700 t, en 2015.
  • Charges minérales : 242 700 t.
  • Industries agroalimentaires : 283 000 t.
  • Produits d’absorption ou de filtration : 75 500 t.
  • Autres industries : 1 285 100 t.
Pierres calcaires et marbres :
  • Extraction : 270 400 m3.
  • Producteurs : Rocamat, qui exploite, en France, 30 carrières dont Vilhonneur (16), Massangis (89), Buxy (71), Anstrude (89), Chassagne (21), Rocherons (21) …

Carbonate de calcium : production. Les productions destinées aux industries sidérurgiques, métallurgiques, chimiques, pharmaceutiques, aux produits abrasifs et à l’agriculture sont confidentielles.

  • Construction : 1 493 500 t.
  • Charges minérales : 1 221 600 t.
  • Industries du verre et du papier : 303 600 t, en 2015.
  • Agroalimentaire : 166 900 t, en 2015.
  • Produits d’absorption ou de filtration : 51 800 t, en 2015.

Craie : production. Les productions destinées aux charges minérales et aux autres industries sont confidentielles.

  • Construction : 2 894 700 t.
  • Agriculture : 189 900 t.

Marnes : production.

  • Construction : 2 310 400 t.
  • Agriculture : 237 700 t.

Commerce extérieur : en 2024.

Carbonate de calcium :

  • Exportations : 119 263 t à 59 % vers l’Allemagne, 8 % vers la Belgique, 5 % la Suisse, 3 % le Royaume Uni.
  • Importations : 76 711 t à 45 % d’Espagne, 17 % d’Allemagne, 17 % de Belgique, 12 % d’Italie.

Castines et pierres à chaux :

  • Exportations : 363 183 t à 76 % vers le Luxembourg, 15 % l’Allemagne, 8 % le Royaume Uni.
  • Importations : 105 190 t à 69 % de Belgique, 23 % d’Allemagne, 7 % d’Italie.

Dolomie crue :

  • Exportations : 14 154 t à 76 % vers le Gabon, 12 % la Suisse, 6 % le Portugal, 3 % l’Italie.
  • Importations : 94 618 t à 58 % d’Allemagne, 19 % d’Espagne, 8 % de Belgique, 7 % d’Italie, 5 % des Pays Bas.

Dolomie calcinée ou frittée :

  • Exportations : 2 826 t à 50 % vers la Belgique, 48 % l’Allemagne, 2 % Oman.
  • Importations : 58 964 t à 63 % de Belgique, 20 % d’Italie, 12 % d’Espagne, 3 % d’Allemagne.

Craie :

  • Exportations : 268 929 t à 39 % vers l’Allemagne, 25 % la Belgique, 10 % l’Espagne, 9 % les Pays Bas.
  • Importations : 54 208 t à 56 % de Belgique, 17 % de Norvège, 10 % d’Espagne, 7 % d’Allemagne.

Marbre  brut :

  • Exportations : 342 t à 42 % vers l’Italie, 39 % la Suisse, 14 % l’Espagne, 4 % la Belgique.
  • Importations : 2 208 t à 32 % du Portugal, 20 % d’Espagne, 18 % d’Italie, 7 % d’Allemagne.

Producteurs :

  • CMF Products a été créé, en 2015, après l’achat par Omya des activités de Carmeuse France dans le carbonate de calcium. Les usines issues de Omya sont situées à Saint-Béat (31), Salses le Château (66), Orgon (13), Etival Clairefontaine (88), Omey (51), Sainte Croix de Mareuil (24) et Entrain-sur-Nohain (58), celles issues de Carmeuse France, à Saint Porchaire (17), Carlencas (34), Verfeuil (30), Montoir (44), Lanester (56), Audierne (29), Châteaupanne (49), Les Aucrais (14), Ecuelles (77), Bois Bernard (62), Void (55).
  • Meac (filiale de Omya), spécialisée dans les amendements calcaires, à Noguères (64), La Tour Blanche (24), Saint Césaire (17), Sillars (86), Erbray (44), Ecouché (61), Saint Maur (36), Villeau (28), Maxey sur Vaise (55) et Gy (70).
  • Imerys à Villers sous Saint Leu (60), Axat (11).
  • Samin, filiale de St Gobain, à Chatillon-en-Michaille (01), Chanac (48) et Les Pennes-Mirabeau (13).
  • Provençale S.A à Brignoles (83), Espira de l’Agly (66), Courson les Carrières (89) et Pouzihac (30).
  • Timac Agro, filiale du groupe Roullier spécialisé dans les amendements à Saint Malo (35) et Voisey (52).
  • Groupe CB, avec les Carrières du Boulonnais, plus importante carrière française de calcaire, à Ferques (62) qui produisent 6 millions de t/an, les Carrières du Bassin de la Sambre à Limont-Fontaine (59), avec 900 000 t/an et les carrières Blanc à Izernore (01).
  • Les producteurs de carbonate de sodium, Solvay et Humens (ex-Seqens) exploitent des carrières de calcaire dans la région de Pagny-sur-Meuse (55). Solvay exploite la carrière de Mansolle, à Saint-Germain-sur-Meuse et Humens, les carrières de Pagny et du Revol.
  • Les producteurs de chaux et en particulier le groupe belge Lhoist, voir le produit hydroxyde de calcium.
  • Les producteurs de ciment, voir le produit ciments courants.

Utilisations

La principale utilisation du calcaire est la construction.

Aux États-Unis, en 2014, le calcaire a été utilisé à 75 % comme granulats en construction, 14 % pour la fabrication du ciment, 9 % dans celle de la chaux, 2 % comme amendement agricole, 2 % dans la désulfuration de fumées.

Utilisations particulières :

  • Source de CO2 : par exemple dans la fabrication de Na2CO3 selon le procédé Solvay. Le carbonate de sodium est utilisé, en particulier, dans l’industrie verrière.
  • Sidérurgie : CaCO3, appelé castine est ajouté, comme fondant, au minerai et au coke dans le gueulard du haut fourneau, afin de faciliter la fluidité du laitier, par formation de silicates ou silicoaluminates de calcium.
  • Amendement agricole : sous forme de CaCO3 (apport compté en CaO). Permet d’apporter les ions Ca2+ consommés par les récoltes (50 kg de CaO par hectare de blé, 300 kg/ha de luzerne), de diminuer l’acidité des sols (pour augmenter le pH de 0,5 unité, il faut apporter, pour une terre sableuse de 800 à 2 000 kg de CaCO3/ha) et d’améliorer le travail du sol.
  • Désulfuration : introduit, finement broyé, avec le charbon lors de sa combustion dans des centrales thermiques. Permet d’éliminer jusqu’à 95 % du soufre qui serait émis sous forme de SO2, voir les chapitres dioxyde de soufre et gypse.
  • Charge et produit de couchage des papiers à l’aide de carbonate de calcium précipité (PCC) ou naturel, finement broyé (GCC). Dans cette application, le carbonate de calcium est en concurrence avec le kaolin, le talc, le dioxyde de titane.
  • Pigment blanc pour peintures, matières plastiques, caoutchoucs, films, joints et adhésifs.
  • Dans des fluides de forage.
  • La dolomie est utilisé comme matériau réfractaire dans la construction de fours. Après chauffage vers 1400°C comme revêtement basique de poches d’affinage en sidérurgie et sous forme de briques réfractaires de dolomie frittée par chauffage à 1900-2000°C.

Bibliographie

Archives

Carbonate de calcium 2023

Carbonate de calcium 2022

Carbonate de calcium 2019

Carbonate de calcium 2014

Carbonate de calcium 2013

Carbonate de calcium 2010

Carbonate de calcium 1996

Carbonate de calcium 1993

 

Sulfate de potassium

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+ + SO42-+ 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
Sources : Agrimin et rapports des sociétés
  • 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 3ème 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 2024.

Les exportations étaient de 7 137 t de produit correspondant à 5 402 t de K2O avec comme principaux marchés à :

  • 57 % la Finlande,
  • 20 % l’Italie,
  • 19 % l’Espagne,
  • 3 % la Suisse

Les importations s’élevaient à 56 846 t de produit correspondant à 28 241 t de K2O en provenance principalement à :

  • 56 % d’Allemagne,
  • 30 % de Belgique,
  • 4 % 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 2023

Sulfate de potassium 2022

Sulfate de potassium 2019

 

Chlorure de potassium

Données physico-chimiques

Données atomiques

Formule Masse molaire Minéral Structure cristalline Rayons ioniques de Pauling dans la coordinence 6
KCl 74,56 g.mol-1 sylvine cubique à faces centrées de type NaCl, de paramètre a = 0,629 nm K+ : 133 pm et Cl– : 181 pm

Données physiques

Masse volumique Température de fusion Température de sublimation Solubilité dans l’eau
1,984 g.cm-3 776°C 1 500°C
  • à 0°C : 34,7 g/100 g d’eau
  • à 100°C : 56,7 g/100 g d’eau

Données thermodynamiques

Chlorure de potassium cristallisé :

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : -436 kJ.mol-1
  • Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : -408,5 kJ.mol-1
  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 82,7 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 51,5 J.K-1mol-1
  • Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 25,5 kJ.mol-1
  • Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 162,4 kJ.mol-1
 Chlorure de potassium gazeux :

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : -216 kJ.mol-1
  • Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : -235,2 kJ.mol-1
  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 239,6 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 36,2 J.K-1mol-1

Données industrielles

Le chlorure de potassium, KCl, étant principalement employé dans l’industrie des engrais et en agriculture, les quantités et les teneurs sont souvent exprimées en K2O avec : 1 t KCl = 0,631 t K2O. Dans l’industrie des engrais et en agriculture, il est appelé improprement « potasse » et « muriate of potash (MOP) » dans les pays anglosaxons.
Le chlorure de potassium est directement extrait du sol ou de solutions salines et ne subit qu’une purification.

État naturel

La teneur moyenne de l’écorce terrestre en élément potassium, K, est de 2,4 %. Il est surtout présent dans des feldspaths, en particulier l’orthose, KAlSi3O8, des feldspathoïdes comme la leucite, KAlSi2O6 ou la néphéline, Na3KAl4Si4O16, des micas avec la muscovite, KAl2(AlSi3O10)(F,OH)2 ou la biotite, K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH)2.

Sous forme de chlorure, KCl, il est présent, principalement, dans des dépôts marins fossiles en présence, en général, de chlorure de sodium. C’est sous cette forme, ainsi que des eaux de la Mer Morte ou de lacs salés, qu’il est extrait et utilisé principalement dans l’industrie des engrais.

Minerais : le principal minerai est la sylvinite (KCl-NaCl), les autres minerais exploités sont la carnallite (KCl-MgCl2), la kaïnite (KCl-MgSO4) et la langbeinite (MgSO4-K2SO4). La sylvinite est un mélange de sylvine (KCl) et de halite (NaCl). La sylvinite a été découverte en 1856 dans un gisement de sel gemme, en Allemagne et son exploitation a débuté en 1861 en Allemagne dans les gisements de Hanovre et de la Werra. Les mines sont exploitées par voie souterraine, pour 80 % de la production mondiale ou par dissolution in situ, pour 6 % de la production. Diverses exploitations souterraines ont été inondées et ont vu leur exploitation se poursuivre par dissolution. Par ailleurs, l’exploitation de la Mer Morte et celle de lac salés donne 14 % de la production mondiale.

Le gisement des Mines de Potasse d’Alsace : il s’est formé à l’Oligocène, il y a 26 à 38 millions d’années, selon un régime lagunaire, la lagune étant alimentée périodiquement en eaux nouvelles par le jeu d’une « barre ». Au sein des couches de sylvinite, l’alternance sylvite (KCl), sel gemme (NaCl) correspondrait à des changements de saison, KCl se déposant en saison froide, NaCl en saison chaude. Il est situé dans la plaine d’Alsace, au nord-ouest de Mulhouse. Il couvre environ 20 000 hectares. L’exploitation du gisement s’est terminée en 2002.
Le gisement a été découvert en 1904. Il est constitué de deux couches séparées par 20 m de sel gemme, marnes et anhydrite (CaSO4) situées à une profondeur variant de 400 à 1100 m.

  • La couche inférieure, la plus puissante, a une épaisseur comprise entre 3 m et 5,50 m, sa formation aurait duré 160 ans
  • La couche supérieure d’épaisseur comprise entre 1 et 2,20 m s’est formée durant environ 30 ans.

Chaque couche est composée de filets alternés (d’épaisseur variant du mm au cm), de KCl, de NaCl et d’argile.
Le minerai (la sylvinite) a une teneur de 25 % de sylvine, 60 % de sel gemme et 15 % d’éléments insolubles (argiles…). Il contient également du bromure de potassium qui était récupéré et valorisé pour produire du dibrome.
300 km de galeries (largeur environ 4 m, hauteur environ 3 m), avant la fermeture de la mine, étaient en service.
Le minerai était extrait par la méthode du havage intégral. Une haveuse (fraiseuse) munie de couteaux en acier au carbure de tungstène attaque le banc de minerai sur 1 m de large et sur 1 à 4 m de haut suivant les chantiers, à une vitesse variant de 50 à 100 m/h. L’extraction cumulée, depuis 1910, de minerai brut est supérieure à 500 millions de t. Le maximum d’extraction a été atteint en 1974, avec 13,4 millions de t de minerai brut.

Traitements du minerai

Trois procédés sont utilisés : le traitement thermique par dissolution puis cristallisation, la flottation et la séparation électrostatique.
Le traitement du minerai consiste, après broyage, à séparer les divers constituants, chlorure de potassium, chlorure de sodium, autres minéraux riches en potassium (carnallite, kaïnite, langbeinite) ou en magnésium (kiesérite, MgSO4,H2O) et insolubles (argiles). Le broyage du minerai est conditionné par le traitement de séparation utilisé, la flottation et la séparation électrostatique demandant un broyage plus poussé que le traitement thermique afin de séparer physiquement les particules. L’extraction par dissolution in situ échappe à cette opération préalable et se poursuit par traitement thermique.

  • Thermique par dissolution puis cristallisation : le minerai, après un broyage grossier jusqu’à des tailles de particules de 5 à 9 mm, est attaqué à 100°C par une solution aqueuse saturée à 20°C (eau-mère) en KCl et NaCl (147 g/L de KCl et 292 g/L de NaCl). Seul KCl passe en solution. La solution saturée (saumure) à 100°C contient alors 280 g/L de KCl et 250 g/L de NaCl. Par refroidissement jusqu’à 30°C et par évaporation sous vide, KCl cristallise et la saumure redevient eau-mère. Le rendement en KCl est d’environ 93 %.
  • Par flottation : le minerai broyé à environ 0,8 mm, afin de libérer ses divers constituants, est mis en suspension dans une eau-mère froide. L’injection massive d’air, dans des cellules de 8,3 m3 et l’ajout de collecteur (acétate de stéarylamine), moussant (huile de pin) et déprimant (fécule de pomme de terre) permet de faire flotter KCl qui est récupéré dans les mousses. Les rendements de récupération sont de 92 à 93 %.
  • Électrostatique : les minéraux contenus dans le minerai n’étant pas naturellement conducteurs, il est nécessaire de soumettre au préalable le minerai à un champ électrique, qui induira à la surface des particules des charges opposées plus ou moins importantes en fonction de leur nature chimique. La séparation est réalisée à sec.

Au Canada et aux États-Unis, pour les exploitations souterraines classiques, c’est la flottation qui est principalement, à 70 %, utilisée, le traitement thermique étant réservé au chlorure de potassium destiné à des applications industrielles. Il en est de même en Espagne.
En Allemagne, ce sont les traitements thermiques et la séparation électrostatique qui sont employés.

Le chlorure de potassium obtenu selon le procédé thermique est blanc, celui obtenu par flottation ou par séparation électrostatique est rose (couleur qu’il possède dans le minerai).
Le co-produit principal est le chlorure de sodium qui est soit stocké et utilisé en partie comme sel de déneigement soit évacué dans les fleuves. Du dibrome est également co-produit. Au niveau mondial, pour une production de 55 millions de t de KCl, la coproduction de NaCl est de plus de 80 millions de t.

Le chlorure le potassium destiné à la fertilisation contient au moins 95 % de KCl, la principale impureté étant le chlorure de sodium. Sa teneur, exprimée en équivalent K2O, est de 60 à 61 % de K2O. Celui destiné aux applications industrielles, obtenu selon la voie thermique, renferme plus de 99 % de KCl.

Productions minières

Production minière de chlorure de potassium

En milliers de tonnes de K2O, en 2024, sur un total mondial de 48 millions de t de K2O. Source : USGS


en milliers de t de K2O
Canada 15 000 Jordanie 1 800
Russie 9 000 Laos 1 500
Biélorussie 7 000
 Chili 750
Chine 6 300 États-Unis 420
Allemagne 3 000 Espagne 400
Israël 2 400 Brésil 360
Source : USGS

La production de l’Union Européenne, en Allemagne et Espagne, en 2021, est de 2,7 millions de t de K2O.

Les capacités mondiales de production sont, en 2022, de 80,380 millions de t/an de KCl, dont 24,770 millions de t/an au Canada.

  • Les gisements canadiens sont tous situés dans la province de Saskatchewan. Ils ont été découverts, en 1943, lors de forages pétroliers. Le gisement, constitué de couches horizontales, de 2 à 3 mètres d’épaisseur, situé à environ 1 000 m de profondeur, est exploité par 10 mines en activité (6 exploitées par Nutrien, 3 par Mosaic, 1 par K+S). 7 mines sont exploitées de façon classique par voie souterraine alors que 3 mines (Patience Lake par Nutrien, Belle Plaine par Mosaic et Bethune par K+S) sont exploitées par dissolution in situ du sel. Les ressources sont évaluées à plus de 75 milliards de t de minerai à une teneur de 21 à 27 % de K2O. La capacité de production des mines canadiennes du Saskatchewan est, en 2021, de 24,4 millions de t/an de KCl.
    BHPBilliton, développe le projet de la mine Jansen, avec une capacité de production prévue à terme de 10 millions de t/an. Les réserves sont de 1,07 milliard de t de minerai titrant 24,9 % de K2O. L’exploitation devrait commencer en 2026, avec 4,15 millions de t/an.
  • En Russie, le gisement de Verkhnekamskoye, dans la région de Perm, dans l’Oural, est le 2ème plus important gisement dans le monde après le gisement canadien. Le principal exploitant de ce gisement est le groupe Uralkali.
  • En Biélorussie, le gisement exploité est celui de Starobin, près de Soligorsk.
  • En Allemagne, les mines, exploitées principalement par K+S, sont situées dans le centre du pays, surtout dans les lands de Hesse et Thuringe.
  • Israël et la Jordanie exploitent les eaux salées de la Mer Morte.
  • Au Chili, c’est le salar d’Atacama qui est exploité.
  • En Espagne, la mine exploitée est située en Catalogne.
  • Aux États-Unis, les mines sont situées au Nouveau Mexique et dans l’Utah.

En République du Congo, divers projets sont en cours d’étude et de développement. Dans ce pays, un gisement de sylvinite et de carnallite a été découvert en 1935 et entre 1969 et 1977, l’exploitation souterraine du gisement à Holle, a permis une production de 450 000 t/an de KCl. Toutefois, le 20 juin 1977, une inondation de la mine a entraîné l’arrêt de la production. L’exploitation de ce gisement, situé dans le département du Kouilou, à peu de distance du port en eaux profondes de Pointe Noire devrait permettre une évacuation facile pour alimenter le marché mondial et en particulier le Brésil, l’un des premiers pays importateurs. Parmi les projets les plus avancés on peut citer la société Sintoukola, propriété à 97 % de la société australienne Kore Potash, avec 2 projets. Celui d’une mine souterraine de sylvinite à Kola avec une production de 600 000 t/an puis de 1,2 million de t/an avec des réserves de 152 millions de t de minerai renfermant 32,5 % de KCl et celui d’une mine de carnallite à Dougou, avec une production, par dissolution in situ, de 400 000 t/an de KCl et des ressources de 3 milliards de t de minerai à 20,7 % de KCl.

Commerce international : en 2023.

Principaux pays exportateurs : sur un total de 54,312 millions de t de KCl destinées à une utilisation comme engrais.

en milliers de t de KCl
Canada 22 383 Jordanie 2 683
Russie 9 782
 Laos 2 483
Biélorussie 9 032
 Espagne 496
Israël 3 670 Chili 369
Allemagne 3 133 Ouzbékistan 187
Source : Nutrien Fact Book 2024

Les exportations du Canada sont destinées à 46 % aux États-Unis, 19 % au Brésil, 8 % à la Chine, 5 % à l’Inde.

La société Canpotex, joint venture entre Nutrien et Mosaic, assure les ventes du chlorure de potassium de ces groupes à l’étranger, hors États-Unis.

Principaux pays importateurs : sur un total de 54,312 millions de t de KCl destinées à une utilisation comme engrais.

en milliers de t de KCl
Brésil 13 168 Malaisie 1 467
Chine 11 225
 Bangladesh 1 176
États-Unis 8 863
 Vietnam 972
Inde 3 247 Thaïlande 771
Indonésie 2 488 Belgique 740
Source : Nutrien Fact Book 2024

Les importations du Brésil proviennent du Canada à 37 %, de Russie à 30 %, d’Ouzbékistan à 9 %.
Celles des États-Unis, du Canada à 89 %, de Russie à 8 %.
Celles de Chine, de Biélorussie à 29 %, de Russie à 26 %, du Canada à 2817 %, du Laos à 15 %.

Principaux producteurs : en 2024 sur une capacité totale de 103,5 millions de t/an.

répartition, en %
Nutrien (Canada) 20 % ICL (Israël) 5 %
Belaruskali (Biélorussie) 14 %
 QSL (Chine) 5 %
Uralkali (Russie) 14 %
 Eurochem (Russie) 5 %
Mosaic (États-Unis) 14 %
 APC (Jordanie) 3 %
K+S (Allemagne) 7 % SQM (Chili) 2 %
Source : ICL
  • Nutrien issu, de la fusion, effective depuis le 1er janvier 2018, entre PotashCorp (Potash Corporation of Saskatchewan, Canada) et Agrium est n°1 mondial avec 6 exploitations au Saskatchewan (Lanigan avec une production, en 2024, de 3,4 millions de t de KCl, Rocanville, 5,2 millions de t, Cory, 2,11 million de t, Allan, 2,4 millions de t, Patience Lake, 250 000 t et Vanscoy, 1,03 million de t). Les réserves prouvées et probables sont de 2,114 milliards de t de minerai d’une teneur comprise entre 22,5 et 24,8 % de K2O. En 2024, la production totale est de 14,21 millions de t de KCl.
  • Belaruskali (Biélorussie), exploite, avec 6 mines, à Boligorsk, le gisement de Starobin qui s’étend sur 350 km2. En 2021, la production a été de 12,5 millions de t de KCl.
  • Uralkali (Russie) exploite avec 5 mines, le gisement de Verkhnekamskoye, en Russie, entre Berezniki et Solikamsk, dans la région de Perm. Le gisement a été découvert en 1925. En 2021, la production a été de 12,3 millions de t de KCl. Les réserves prouvées et probables sont, début 2020, de 1,256 milliard de t de minerai titrant 16,5 % de K2O.
  • Mosaic, exploite 3 mines au Canada, dans la province du Saskatchewan (Belle Plaine, avec une production, en 2024, de 3,0 millions de t de KCl, Esterhazy, avec 4,7 millions de t et Colonsay avec 600 000 t) et une mine aux États-Unis, à Carlsbad, au Nouveau Mexique, avec 500 000 t. La production totale, en 2024, est de 8,8 millions de t. Les réserves sont de 2,166 milliards de t de minerai titrant 20,3 % de K2O. En décembre 2016, Mosaic a acquis les activités de Vale dans les engrais et en particulier une mine au Brésil, Taquari-Vassouras, dans l’État de Sergipe, avec une capacité de production de 520 000 t/an, une production, en 2021, de 426 000 t et des réserves de 9,9 millions de t à 23,88 % de K2O.
  • K+S (Allemagne), premier producteur européen, avec des ventes de 5,2 millions de t en 2021, exploite 5 mines en Allemagne (Wintershall, Hattorf, Unterbreizbach, Zielitz et Neulof-Ellers) avec des réserves de 1,1 milliard de t de KCl. Par ailleurs, K+S a inauguré, en mai 2017, la mine de Bethune, dans la province du Saskatchewan, au Canada, avec une production en 2021 de 1,9 million de t et des réserves de 200 millions de t de KCl d’un minerai titrant 18 % de K2O. Le gisement, à 1 500 m de profondeur, d’une épaisseur de 33 m, est exploité par dissolution in situ.
  • ICL (Israël Chemical Ltd, Israël), qui exploite, à Sodom, les eaux de la Mer Morte et possède une mine en Espagne a produit, en 2024, 4,502 millions de t de KCl.
    • L’exploitation de la Mer Morte, en 2024, par pompage de 469 millions de m3 d’eau a donné, 3,700 millions de t de KCl, 125 000 t de NaCl, 190 000 t de dibrome, 111 000 t de chlorure de magnésium et 17 000 t de magnésium.
    • En Espagne, ICL extrait du chlorure de potassium, en Catalogne, dans la mine de Cabanases (Suria). La capacité de production de 1 million de t/an de KCl en 2021 devrait être portée à 1,3 million de t/an. La production a été, en 2024, de 802 000 t de KCl avec des réserves prouvées et probables de 95,3 millions de t à 25,6 % de KCl.
    • En Éthiopie, ICL développe le projet de la mine de Danakhil, dans l’Afar.
  • Qinghai Salt Lake (QSL), société d’État chinoise, en cours de restructuration, a produit, en 2019, 5,63 millions de t de KCl.
  • Le groupe Eurochem, développe, en Russie, deux projets importants, celui de VolgaKaliy, dans la région de Volgograd, avec des réserves de 1,6 milliard de t de minerai renfermant 39,5 % de KCl et une capacité de production de 2,3 millions de t/an pouvant être portée à 4,6 millions de t/an et celui de Usolskiy, dans la région de Perm, avec des réserves de 2,3 milliards de t renfermant 30,8 % de KCl et une capacité de production de 2,3 millions de t/an pouvant être portée à 4 millions de t/an. En 2021, la production est de 2,512 millions de t de KCl.
  • APC (Arab Potash Company) exploite comme ICL, les eaux de la Mer Morte. En 2023, la production est de 2,780 millions de t de KCl. Les parts de 28 % détenues par Potash Corp ont été acquises par Man Jia Industrial Development, société étatique chinoise.
  • SQM (Sociedad Quimica y Minera de Chile) exploite le salar d’Atacama au Chili et a produit, en 2024, 925 000 t de chlorure et sulfate de potassium. Les réserves prouvées et probables du salar d’Atacama sont de 275 millions de m3 avec une teneur de 2,21 % en ions K+ et 0,20 % en ions Li+.

Réserves : elles sont estimées, en 2024, à plus de 4,8 milliards de t de K2O.

en millions de t de K2O
Canada 1 100 Jordanie, en 2018 270
Laos 1 000 États-Unis 220
Russie 920 Chine 180
Biélorussie 750 Allemagne 150
Israël, en 2018 270 Chili 100
Source : USGS

Situation française

En t de K2O.

Production : nulle depuis la fermeture des Mines de Potasse d’Alsace, en 2002.

Commerce extérieur : en 2024.

Les exportations étaient de 5 713 t avec comme marché principal à :

  • 55 % la Norvège,
  • 22 % la Belgique,
  • 15 % la Suisse.

Les importations s’élevaient à 308 862 t en provenance principalement à :

  • 35 % d’Allemagne,
  • 14 % du Canada,
  • 12 % de Belgique,
  • 10 % de Russie,
  • 10 % d’Espagne.

Consommations, en 2022-23, en t de K2O.

  • Engrais simples : 126 450 t.
  • Engrais binaires PK : 49 343 t.
  • Engrais ternaires* et binaires NK : 40 197 t.
    (* Composition des engrais ternaires les plus courants : 17 % N-17 % P    2O5-17 % K2O)

Soit un total de 215 990 t de K2O.

La consommation à l’hectare est de 17 kg de K2O. En France, entre 1988 et 2017, la fertilisation minérale en K2O a diminué de 77 %.

Utilisations

Consommations : en 2023. Monde, en 2022 : 35,,478 millions de t de K2O. Union européenne, en 2019 : 3,163 millions de t de K2O.

en milliers de t de K2O
Brésil 7 239 Malaisie 1 401
États-Unis 4 805
 Vietnam 593
Chine 3 611 Russie 522
Indonésie 2 306 Pologne 478
Inde 2 287
 Bangladesh 457
Source : Nutrien

KCl est essentiellement, à 86 % en 2018, utilisé comme engrais, le reste par l’industrie chimique (voir le chapitre consacré à l’hydroxyde de potassium).

Lors des utilisations comme engrais, les ions K+ sont, à 85 %, apportés sous forme de KCl et à 8 % apportés sous forme de sulfate de potassium, K2SO4. Le sulfate de potassium est préparé par action de l’acide sulfurique sur KCl ou à partir d’autres minerais (saumures, langbeinite…). Il est utilisé pour certaines cultures (tabac, fruits, légumes…) pour lesquelles la présence des ions Cl– est néfaste. La production de sulfate de potassium, dans l’Union européenne, est, en 2020, de 1,438 million de t, exprimées en K2O.

En agriculture, l’apport d’ions K+, provient également des excrétions animales. En effet, celles-ci représentent, en 2013, 75 % des apports, ceux de la fertilisation minérale représentant 22 %, le reste, provenant d’autres apports organiques comme les vinasses concentrées de betteraves.

Utilisation alimentaire de KCl :

Le sel de marque « Minisel » contient 2/3 de KCl pour 1/3 de NaCl. Ce sel diététique est destiné à corriger le déséquilibre Na+/K+ fréquent dans les cas d’hypertension artérielle. Ce type de sel est très répandu au Japon et en Scandinavie.

Bibliographie

Archives

Chlorure de potassium 2023

Chlorure de potassium 2022

Chlorure de potassium 2019

Chlorure de potassium 2015

Chlorure de potassium 2014

Chlorure de potassium 2012

Chlorure de potassium 1997

Chlorure de potassium 1992

Hydroxyde de potassium

Données physico-chimiques

Données atomiques

Formule Masse molaire Moment dipolaire Structure cristalline
KOH 56,11 g.mol-1 7,415 D orthorhombique

Données physiques

Masse volumique Température de fusion Température d’ébullition Solubilité dans l’eau
2,044 g.cm-3 360,4°C 1 320°C
  • à 15 °C : 107 g/100 g d’eau
  • à 100°C : 178 g/100 g d’eau

Données chimiques

pKa  : K+aq/KOHaq= 13,5

Données thermodynamiques

Hydroxyde de potassium cristallisé :

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : -426 kJ.mol-1
  • Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 7,5 kJ.mol-1
  • Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 128,9 kJ.mol-1

Données industrielles

L’hydroxyde de potassium est un produit très proche de l’hydroxyde de sodium, par ses propriétés, son mode de fabrication et ses emplois. Toutefois, il utilise comme matière première du chlorure de potassium d’un coût plus élevé que le chlorure de sodium employé pour la fabrication de l’hydroxyde de sodium. En conséquence, son utilisation sera réservée à des applications particulières.

Matières premières

Le chlorure de potassium, KCl, qui est par ailleurs utilisé pour environ 95 % de la production comme engrais (voir ce chapitre).

Fabrication industrielle

Elle est réalisée par électrolyse d’une solution aqueuse saturée de chlorure de potassium à environ 330 g de KCl/L. Les impuretés indésirables de la solution de KCl sont précipitées à l’aide de carbonate de potassium (de 10 à 20 kg/t de KOH) avant électrolyse. Celle-ci qui était réalisée traditionnellement dans des cellules à cathode de mercure l’est maintenant dans des cellules à membrane, avec la fin, en 2018, de l’utilisation de ces cellules dans l’Union européenne. Les conditions et la technologie de l’électrolyse sont identiques à celles de l’électrolyse des solutions de NaCl (voir le chapitre consacré au dichlore). Après électrolyse dans des cellules à membrane, la solution obtenue renferme environ 32 % de KOH. Elle est ensuite concentrée par évaporation d’eau afin d’obtenir une saumure à 45-50 % de KOH.

La consommation électrique est de l’ordre de 2500 kWh/t de Cl2 dans le cas des cellules à membrane.

Les unités de production d’hydroxyde de potassium produisent également, généralement, du carbonate de potassium, principale utilisation de l’hydroxyde.

Coproduits : dichlore et dihydrogène. Dans diverses unités de production, le dichlore est utilisé pour produire du PVC.

Conditionnement : principalement sous forme de lessive à 50 %, contenant 750 g de KOH/L. KOH est également commercialisé sous forme solide, en pastilles, écailles…

Productions

En 2014, les capacités mondiales de production sont de 2,86 millions de t/an, comptées en KOH pur, avec une production mondiale de 1,86 million de t dont, en 2023, 430 418 t dans l’Union européenne (317 672 t en Allemagne, en 2021, 56 534 t en Italie, 53 648 t en République tchèque), 116 520 t au Japon, en 2015, 607 500 t en Chine.

Commerce international : en 2023.

Principaux pays exportateurs, sur un total mondial de 1,208 million de t de produit, en 2021, généralement de la lessive à 50 % :

en milliers de t de produit
Corée du Sud 234 République tchèque 79
Belgique 216 Allemagne 60
États-Unis 104 Jordanie 41
Chine 88 France 32
Italie 79 Malaisie 22

Source : ITC

Les exportations coréennes sont destinées à 16 % à la Malaisie, 12 % à la Chine, 10 % à l’Inde, 7 % à l’Indonésie.

Principaux pays importateurs :

en milliers de t de produit
Allemagne 112 Danemark 47
Belgique 83 États-Unis 47
Malaisie 72 Canada 38
France 67 Inde 32
Pays Bas 59 Royaume Uni 31

Source : ITC

Les importations allemandes proviennent à 41 % de République tchèque, 26 % de Belgique, 15 % d’Italie, 11 % de France.
Principaux producteurs mondiaux :
  • Le principal producteur mondial est Unid Co, société coréenne, qui produit de l’hydroxyde et du carbonate de potassium, à Incheon, en Corée du Sud (180 000 t/an de KOH et 110 000 t/an de K2CO3), ainsi qu’en Chine (180 000 t/an de KOH et 80 000 t/an de K2CO3) à travers des joint-venture à Zhenjiang et Taixing City, dans la province de Jiangsu. Produit également de l’hydroxyde de potassium, en Corée du Sud à Ulsan, après l’acquisition auprès de Hanwha, en 2016, d’une unité de production d’hydroxyde de sodium transformée en production d’hydroxyde de potassium.
  • Occidental Chemical Corp. (OxyChem), aux États-Unis, avec son usine de Taft, en Louisiane, qui produit des lessives, précipitées par évaporation dans l’usine de Deer Park au Texas. Les capacités de production sont de 325 000 t/an avec des cellules à membrane.
  • Vynova, filiale du groupe ICIG, exploite une usine en France, à Thann (68), avec une capacité de production de 150 000 t/an de KOH et produit également du K2CO3. Exploite aussi une usine à Tessenderlo, en Belgique, avec une capacité de production de 150 000 t/an de KOH.
  • Olin, produit de l’hydroxyde de potassium, aux États-Unis, à Charleston dans le Tennessee, avec une capacité de production de 160 000 t/an.
  • ErcoWorldwide produit de l’hydroxyde de potassium, aux États-Unis, à Port Edwards, dans le Wisconsin.
  • En Chine, les principaux producteurs sont Taurus Potash et Chengdu Huarong Chemical Co. (CHCCL) avec 80 000 t/an, à Pengzhou City, province du Sichuan.
  • Asahi Glass produit de l’hydroxyde de potassium à Chiba, au Japon et à Rayong, en Thaïlande.
  • Autre producteur : Nippon Soda (Japon).

Principaux producteurs dans l’Union européenne :

  • Vynova, filiale du groupe ICIG, a repris une partie des actifs de Inovyn lors de la formation de cette société par fusion des activités de Ineos et Solvay dans le chlore, la soude et la potasse. Ainsi le groupe ICIG, avec la production d’hydroxyde de potassium à Tessenderlo, en Belgique, et Thann, en France, est le n°1 européen, voir ci-dessus.
  • Evonik, produit de l’hydroxyde de potassium à Niederkassel-Lülsdorf, en Allemagne et a construit au travers d’une joint-venture avec Nouryon une électrolyse à membrane à Ibbenbüren, en Allemagne d’une capacité de 120 000 t/an qui est opérationnelle depuis début 2018.
  • Inovyn, filiale de Ineos, à Anvers, en Belgique, a construit une usine de production d’hydroxyde de potassium de 155 000 t/an, opérationnelle depuis fin 2017.
  • Altair Chimica produit de l’hydroxyde de potassium à Saline di Voltera, en Italie.
  • Nouryon, produit de l’hydroxyde de potassium à Bohus, en Suède et en joint venture avec Evonik, à Ibbenbüren, en Allemagne d’une capacité de 120 000 t/an qui est opérationnelle depuis début 2018.
  • Ercros, possède des capacités de production de 55 000 t/an, en Espagne, à Sabiñánigo, province de Huesca.

Situation française

Production : 61 548 t, en 2018.

Commerce extérieur : en 2024, en tonnes de KOH à 100 %.

Les exportations étaient de 20 881 t avec comme principaux marchés à :

  • 35 % l’Allemagne,
  • 9 % l’Espagne,
  • 9 % le Royaume Uni,
  • 9 % la Suisse,
  • 7 % la Belgique.

Les importations s’élevaient à 33 088 t en provenance principalement à :

  • 47 % de Belgique,
  • 26 % d’Italie,
  • 13 % d’Allemagne,
  • 4 % d’Espagne.

Producteurs

  • Potasse et Produits Chimiques, devenu, en juillet 2019 Vynova PPC, filiale du groupe ICIG, avec une usine à Thann (68), qui possède une capacité de production de 150 000 t/an de KOH et produit également du K2CO3.
  • Produits chimiques de Loos, filiale du groupe Tessenderlo, à Loos (59) avec 25 000 t/an de KOH. Avec le remplacement des cellules à cathode de mercure par des cellules à membrane, la production de KOH a été, en partie, remplacée par celle de NaOH.

Utilisations

Consommation : en 2020, la consommation mondiale est de 2,6 millions de t, dont, en 2010, 580 000 t, aux États-Unis.

Utilisations :

  • Principalement pour fabriquer du carbonate de potassium, K2CO3, par carbonatation des solutions de KOH. K2CO3,1,5H2O précipite, K2CO3 est obtenu par calcination à 250-350°C. La réaction globale est la suivante :

2 KOH + CO2 = K2CO3 + H2O

K2CO3 et KHCO3 sont principalement utilisés dans la fabrication de verres spéciaux (cristal, optique). En 2009, la consommation mondiale de carbonate de potassium est de 950 000 t.

  • Utilisé également pour fabriquer du silicate de potassium (soudures, peintures), des phosphates pour détergents liquides, du permanganate de potassium KMnO4.
  • Dans des engrais liquides, la fabrication de savon (savon noir), du caoutchouc synthétique, pour traiter des fruits secs et les fèves de cacao.
  • Comme électrolyte des piles alcalines, l’hydroxyde de potassium possédant une conductivité plus élevée que celle de l’hydroxyde de sodium.
  • Comme desséchant de gaz, pour l’obtention de pH basiques…

Bibliographie

Archives

Hydroxyde de potassium 2023

Hydroxyde de potassium 2022

Hydroxyde de potassium 2019

Hydroxyde de potassium 2015

Hydroxyde de potassium 2014

Hydroxyde de potassium 2011

Hydroxyde de potassium 1996

Hydroxyde de potassium 1989

Sulfate de sodium

Données physico-chimiques

Données atomiques

Formule Masse molaire Minéral Structure cristalline
Na2SO4 142,04 g.mol-1 thénardite orthorhombique de paramètres a = 0,975 nm, b = 1,229 nm et c = 0,285 nm

Données physiques

Masse volumique Température de fusion Solubilité dans l’eau
2,68 g.cm-3 884°C
  • à 0°C : 4,76 g/100 g d’eau
  • à 100°C : 42,7 g/100 g d’eau

Données thermodynamiques

Sulfate de sodium cristallisé :

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : -1 385 kJ.mol-1
  • Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : -1 267,3 kJ.mol-1
  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 149,5 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 127,7 J.K-1mol-1
  • Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 24,3 kJ.mol-1

Données industrielles

Le sulfate de sodium, appelé également sel de Glauber (Na2SO4,10H2O) lorsqu’il est hydraté, est soit extrait de dépôts naturels (Chine, Canada, États-Unis, Espagne, Turquie, Russie…), soit fabriqué industriellement. Dans ce cas il est obtenu directement par synthèse ou récupéré comme sous-produit lors de diverses fabrications chimiques (viscose, acide borique, acide ascorbique, résorcine, cellulose, pigments de silice, dichromate de sodium, méthionine…) ou encore lors du traitement des batteries usagées. En 2020, le sulfate naturel représente environ 70 % de la production mondiale.

État naturel

Le sulfate de sodium, comme le carbonate de sodium ou le chlorure de sodium, est un sel soluble dans l’eau qui ne peut se rencontrer, à l’état solide, que lorsque certaines conditions sont réunies et, en particulier, un climat aride qui permet la concentration du sel dans des mers fermées ou des lacs et sa précipitation. Ce processus est en cours actuellement, ou s’est produit au cours des temps géologiques dans des dépôts fossiles.

Dépôts naturels de sulfate de sodium

Minerais : les principaux sont la thénardite (Na2SO4), la mirabilite ou sel de Glauber (Na2SO4,10H2O), la glaubertite (Na2SO4,CaSO4), la glaserite (Na2SO4,3K2SO4).

Gisements canadiens : ils sont exploités dans la province du Saskatchewan.

  • La société Saskatchewan Mining and Minerals exploite des saumures et des couches de sel à Chaplin depuis 1948 et Ingebrigt depuis 1966 avec au total une capacité de production de 285 000 t/an. Les saumures sont déversées dans des étangs d’évaporation où les sels dissous se concentrent puis, en automne, la baisse des températures permet la précipitation du sulfate de sodium. En 2018, après 70 ans d’exploitation, la production a atteint un total de 11 millions de t.
  • Les saumures du lac Whiteshore, sont exploitées à Palo, par la société Nanostructured Minerals Corporation, avec une capacité de production de 100 000 t/an.

Gisements des États-Unis : le sulfate de sodium est extrait de saumures.

  • A Westend en Californie, du sulfate de sodium est récupéré avec une capacité de production de 200 000 t/an, ainsi que du borax et du carbonate de sodium, lors du traitement des saumures du lac Searles, exploitées par la société Searles Valley Minerals, filiale du groupe indien Nirma (voir les chapitres consacrés à ces produits). Les réserves sont de 450 millions de t. Le sulfate de sodium représente 35 % des sels en solution.
  • A Brownfield et Seagraves, au Texas, avec une capacité de production de 150 000 t/an, les saumures sont exploitées par Cooper Natural Resources (CNR).

Gisement mexicain : la saumure de la Laguna del Rey, dans l’état de Coahuila, est exploitée à Quirey par la société Quimica del Rey, filiale du groupe Industrias Peñoles, avec une capacité de production de 780 000 t/an. En 2023, la production a été de 699 316 t.

Gisements espagnols : se sont des dépôts fossiles.

  • L’ « Unitad salina » située dans le bassin sédimentaire de Madrid est exploitée dans les mines de Sulquisa près de Villaconejos et d’El Castellar près de Villarrubia de Santiago.
    • Mine de Sulquisa : le gisement de glaubertite est situé sous environ 20 m de stérile. Il est exploité à l’aide de la méthode des étangs de dissolution. Cette méthode consiste à décaper la couche stérile puis à dissoudre la glaubertite, fracturée par des explosifs, dans des saumures de retour de l’usine de récupération du sulfate de sodium. Na2SO4,10H2O précipite par refroidissement et est séparé à l’aide d’hydrocyclones. Avec une capacité de production de 300 000 t/an, la mine est exploitée par la société Sulquisa, appartenant au groupe espagnol Minersa.
    • Mine d’El Castellar : le gisement de thénardite, avec une teneur de 62 à 65 %, et de glaubertite qui se présente sous forme d’une couche de 5 à 8 m d’épaisseur est exploité à l’aide de techniques minières classiques des exploitations souterraines (méthode des chambres et piliers). Le minerai, après concassage, est dissous puis le sulfate cristallise par évaporation. Les réserves sont estimées à 10 millions de t. Avec une capacité de production de 300 000 t/an, la mine est exploitée par la société Minera de Santa Marta (MSM), filiale du groupe SAMCA.
  • Le gisement de Cerezo de Río Tirón est situé près de Burgos, dans le bassin de l’Ebre. Une couche de 8 m de glaubertite, avec une teneur de 32 à 40 %, est exploitée à ciel ouvert par la méthode des étangs de dissolution.
    • Il est exploité, avec plus de 700 000 t/an et des réserves de plus de 350 millions de t, par la Compañia Minera Río Tirón, filiale du Grupo Crimidesa.
    • La société Minera de Santa Marta exploite également ce dépôt, à Belorado avec 340 000 t/an.

Gisements turcs : le sulfate de sodium est extrait de lacs salés ou de dépôts fossiles, principalement par la société Alkim Alkali Kimya, qui possède une capacité de production 470 000 t/an. En 2023, la production a été de 354 959 t. La production est issue de l’exploitation des saumures du lac Acigol dans l’usine de Koralkim, avec une capacité de production de 130 000 t/an, de celles des lacs de Tersakan et Bolluk dans l’usine de Konya-Cihanbeyli, avec une capacité de 80 000 t/an et du gisement souterrain de Çayirhan, avec une capacité de 210 000 t/an qui devrait être portée à 390 000 t/an. Les réserves du gisement de Çayirhan sont de 196 millions de t de glaubertite renfermant 65 millions de t de sulfate de sodium.

Gisement russe : situées dans la région de l’Altaï, les saumures du lac Kuchuk qui contiennent 7 % de sulfate de sodium, sont exploitées par la société Kuchuksulphate. Elles sont pompées dans des étangs de cristallisation où, lorsque la température est inférieure à 5°C, la mirabilite cristallise. La production, en 2023, est de 383 000 t.

Productions de sulfate naturel

Dans le monde, environ 8 millions de t/an.

Principaux pays producteurs : Chine, Espagne, Mexique, Turquie, Russie, Canada, États-Unis, Argentine, Chili…

En Chine, le principal producteur, n°1 mondial, est NaFine Chemical Industry Group, qui exploite, en particulier, dans la province du Shanxi, le lac salé de Yuncheng. La production du groupe représente 30 % de la production chinoise. Par ailleurs, Jiangsu Yinzhu Chemical possède une capacité de production de 2 millions de t/an et Xinli Chemicals possède une capacité de production de 1,6 million de t/an avec 3 unités de production : Hengyang, Lixian et Xinjin.

En 2021, la production espagnole a été de 1,562 million de t de sulfate de sodium contenu dont 1,278 million de t dans de la glaubertite et 284 000 t dans de la thénardite. Les exportations ont porté, en 2019, sur 1,518 million de t, destinées à 40 % au Brésil, 7 % au Royaume Uni, 5,5 % au Maroc… L’Espagne est le seul pays producteur de sulfate de sodium naturel de l’Union européenne.

Réserves : les réserves mondiales sont estimées, en 2013, à 3,3 milliards de t :

en millions de t
États-Unis 860 Turquie 100
Espagne 180 Canada 84
Mexique 170
Source : USGS

Des ressources identifiées sont présentes dans les autres pays suivants : Botswana, Égypte, Italie, Mongolie, Roumanie, Afrique du Sud.

Aux États-Unis, dans le Grand Lac Salé de l’Utah, actuellement non exploité pour le sulfate de sodium contenu, ce dernier représente 12 % des sels contenus. Ses réserves sont de 400 millions de t.

Fabrication industrielle du sulfate de sodium synthétique

Synthèse directe

Il peut être préparé par synthèse directe, selon le procédé Mannheim. La réaction, mise en œuvre dans des fours à moufle, à 500-600°C, est la suivante :

2 NaCl + H2SO4 = Na2SO4 + 2 HCl

Co-productions

Mais il est surtout co-produit lors de diverses fabrications : fibres de viscose (rayonne), acide borique, pâte à papier, carbonate de lithium, méthionine, dichromate de sodium, vitamine C, caprolactame, uranium, épuration des fumées…

L’acide borique (H3BO3 ou acide orthoborique), par exemple, est préparé par attaque sulfurique du borax en donnant également du sulfate de sodium :

Na2B4O7,10H2O + H2SO4 = 4 H3BO3 + Na2SO4 + 5 H2O

Le dichromate de sodium (Na2Cr2O7) est préparé à partir du chromate de sodium selon la réaction suivante :

2 NaCrO4 + H2SO4 = Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O

L’acide sulfurique des batteries usagées, autre exemple, est neutralisé par de l’hydroxyde de sodium pour donner du sulfate de sodium, récupéré par évaporation de la solution, selon la réaction :

2 NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2 H2O

Dans l’Union européenne, sauf en Espagne, la production est uniquement synthétique, les principales co-productions étant lors de la fabrication de la viscose et de la méthionine.

Co-production de Na2SO4 lors de la fabrication de fibres de viscose

Les fibres de viscose sont des fibres artificielles obtenues à partir de la cellulose du bois. Les fibres continues sont appelées rayonne, les fibres discontinues fibranne.

La pulpe de cellulose, est hydrolysée dans une solution d’hydroxyde de sodium, à la température ambiante, selon la réaction :

(C6H10O5)n + n NaOH = (C6H9O4ONa)n + n H2O

Après pressage pour éliminer une grande partie de l’eau, la pulpe est déchiquetée puis laissée en présence du dioxygène de l’air à une température comprise entre 18 et 30°C afin de réduire le degré de polymérisation, le poids moléculaire diminuant d’un facteur 2 à 3. Afin de rendre soluble l’alcali-cellulose formée, on lui fait subir une xanthatation à l’aide de disulfure de carbone selon la réaction suivante :

(C6H9O4ONa)n + n CS2 = (C6H9O4O-SC-SNa)n

Dans une solution diluée d’hydroxyde de sodium, le xanthate de cellulose qui a pris une couleur jaune orangée, passe en solution ou plutôt en fine suspension visqueuse d’où le nom de viscose.

Après une durée de mûrissement, qui achève la mise en solution de la viscose, une filtration pour éliminer les impuretés insolubles et une désaération, la viscose est extrudée à travers une filière puis plonge dans une solution d’acide sulfurique en présence de sulfate de sodium et de sulfate de zinc, où la cellulose est régénérée et précipite selon la réaction :

(C6H9O4O-SC-SNa)n + n/2 H2SO4 = (C6H10O5)n + n CS2 + n/2 Na2SO4

Ainsi, la production d’une tonne de viscose, donne une co-production de 0,438 t de sulfate de sodium.

Ce procédé classique de production utilisant du disulfure de carbone, produit toxique, de nouveaux procédés se sont développés, en particulier le procédé Lyocell, qui utilise un solvant de la cellulose, la N-méthylmorpholine (NMMO). Toutefois le procédé classique reste nettement le plus employé. La consommation mondiale de viscose représente, en 2018, 6,3 % d’un total de 106 millions t de fibres dont 62,5 % de fibres synthétiques, 25,3 % de fibres de coton et 1,1 % de fibres de laine.

Principaux producteurs de viscose  :

  • Lenzing, groupe autrichien, qui possède selon le procédé classique une capacité de production de 785 000 t/an de viscose dont 284 000 t/an à Lenzing, en Autriche, 323 000 t/an à Purwakarta, en Indonésie et 178 000 t/an à Nanjing, en Chine. Par ailleurs Lenzing possède une capacité de production de 260 000 t/an selon le procédé Lyocell, à Mobile, dans l’Alabama, aux États-Unis, avec 51 000 t/an et en Europe, en Autriche à Lenzing avec 74 000 t/an et Heiligenkreuz avec 90 000 t/an et au Royaume Uni à Grimsby avec 45 000 t/an. Construit une usine à Prachinburi, en Thaïlande d’une capacité de 100 000 t/an, prévue fin 2021, selon le procédé Lyocell.
  • Les groupes chinois, Fulida et Tangshan Sanyou ont chacun une capacité de production de 500 000 t/an.
  • Grassim, société du groupe indien Aditya Birla, possède une capacité de production de 788 000 t/an, en Inde, à Nagda dans le Madhya Pradesh, Kharach et Vilayar, dans le Gujurat, Harihar, dans le Karnataka et en Chine, à Birla Jingwei à travers une joint-venture. En 2022-23, la production a été de 711 000 t.

Co-production de Na2SO4 lors de la fabrication de la méthionine

La méthionine est un acide aminé essentiel non synthétisé par l’homme ou les animaux, présent, en faible quantité, dans les céréales. La synthèse chimique donne de la méthionine racémique (renfermant à parts égales les énantiomères lévogyres et dextrogyres). Par contre la méthionine obtenue par biotechnologie donne seulement la forme lévogyre. Les animaux ne peuvent convertir que la forme lévogyre en protéines. La formule de la méthionine ou acide 2-amino-4-méthylthio butyrique est la suivante :

 

Le procédé chimique développé par Adisseo pour la production de méthionine en poudre utilisée en alimentation animale s’effectue en 3 étapes :

  • Synthèse de l’hydantoïne : par action du cyanure de sodium, en présence d’ammoniac et de dioxyde de carbone, sur l’aldéhyde méthylthiopropionique (AMTP), lui même obtenu par réaction entre le méthyl mercaptan et l’acroléine.
  • Hydrolyse de l’hydantoïne dans la solution formée lors de la première étape, par de l’hydroxyde de sodium, en présence du carbonate de sodium de la solution : on obtient le méthioninate de sodium :

  • Formation de la méthionine par neutralisation à l’aide d’acide sulfurique :
    méthioninate + Na2CO3 + 3/2 H2SO4 = méthionine + 3/2 Na2SO4 + CO2

La production de sulfate de sodium est de l’ordre de 1,3 t/t de méthionine.

Principaux producteurs de méthionine : en 2020, sur un total mondial de 1,900 million de t/an.

en milliers de t/an de capacités de production
Evonik 730 China Unis Chemical (Chine) 100
Adisseo 425 CJ Cheiljedang (Corée du Sud) 100
Novus (États-Unis) 255 NHU (Chine) 50
Sumitomo Chemical (Japon) 250 Volzhsky (Russie) 23
Sources : Adisseo et rapports des sociétés
  • Evonik (Allemagne), n°1 mondial, produit de la méthionine à Anvers, en Belgique, avec 260 000 t/an, à Mobile, dans l’Alabama, aux États-Unis, à Wesseling, en Allemagne et Singapour, avec 300 000 t/an.
  • Adisseo, société du groupe chinois Blue Star, produit de la méthionine, en France à Roussillon (38) et à Commentry (03), en Espagne à Burgos et en Chine à Nanjing, avec 350 000 t/an.
  • Novus, société commune aux groupes japonais Mitsui avec 80 % des parts et Nippon Soda avec 20 %, possède, aux États-Unis à Chocolate Bayou, au Texas, une capacité de production de méthionine de 255 000 t/an.
  • Sumitomo Chemical (Japon) possède une capacité de production de 250 000 t/an à Niihama, dans la préfecture de Ehime.
  • CJ Cheiljedang (Corée du Sud) s’est associé au groupe français Arkema, qui fournit le méthyl mercaptan, pour construire une usine de production de L-méthionine par biofermentation à Kerteh, en Malaisie, avec une capacité de production de 80 000 t/an depuis 2015.

Le principal débouché de la méthionine (à 90 %) est l’alimentation de la volaille (2 à 3 g/kg d’aliment, soit au total 4 à 5 g par poulet). La consommation mondiale est de 1,6 million de t en 2022.

Productions de sulfate naturel et synthétique

En 2020, la production mondiale est de 24 millions de t. Elle est à 70 % à partir de sulfate naturel.

La Chine, en particulier dans la province de Jiangsu, est le principal pays producteur avec 79 % de la production mondiale.

Autres pays producteurs : l’Espagne avec 1,562 million de t, en 2021, les États-Unis avec 475 000 t (environ moitié-moitié entre naturel et synthétique), en 2018.

En Europe, Turquie comprise, le sulfate naturel représente 61 % de la production, le sulfate synthétique coproduit lors de la fabrication de viscose, 22 %, les autres coproductions, 17 %.

Commerce international : en 2023.

Principaux pays exportateurs sur un total de 6,0 millions de t, en 2021.

en milliers de t
Chine 4 057 Turquie 129
Espagne 936 Canada 92
Inde 246 Indonésie 38
États-Unis 181 France 31

Source : ITC

Les exportations chinoises sont destinées à 12 % au Bangladesh, 10 % au Vietnam, 10 % au Brésil, 8 % à la Colombie.

Principaux pays importateurs.

en milliers de t
Brésil 773 Thaïlande 198
Bangladesh 543 Philippines 184
Vietnam 395 Mexique 160
Indonésie 311 Ghatemala 135
Colombie 309 Arabie Saoudite 131

Source : ITC

Les importations du Brésil proviennent à 59 % d’Espagne, 41 % de Chine.

Principaux producteurs dans l’Union européenne, en capacités de production.

Sulfate naturel : producteurs espagnols.

en t/an de capacités de production
Crimidesa (Cerezo de Rio Tiron) >700 000 t/an Sulquisa (Colmenar de Oreja) 300 000 t/an
Minera Santa Marta (Tolède et Burgos) 625 000 t/an
Sources : sites des sociétés

Sulfate synthétique :

Lenzing (Autriche, 200 000 t/an à Lenzing), Cordenka (Allemagne, 40 000 t/an à Obernburg) : fabricants de viscose.

Adisseo (France et Espagne), Evonik (Allemagne et Belgique) : fabricants de méthionine.

Situation française

En 2024.

Producteur :

Adisseo possède une capacité de production de 90 000 t/an, provenant de la fabrication de la méthionine. Les usines sont situées à Roussillon (38) et Commentry (03).

Commerce extérieur :

Les exportations étaient de 49 129 t avec comme principaux marchés à :

  • 35 % le Brésil,
  • 8 % la Colombie,
  • 7 % le Maroc,
  • 6 % l’Italie.

Les importations s’élevaient à 45 234 t en provenance principalement à :

  • 57 % d’Espagne,
  • 16 % de Belgique,
  • 10 % d’Allemagne,
  • 7 % d’Autriche.

Utilisations

Consommation : en 2017, la consommation mondiale est de 15,90 millions de t, effectuée, en 2020, à 46 % en Chine continentale, 14 % en Amérique Centrale et du Sud, 12 % dans les autres pays asiatiques, 10 % en Amérique du Nord, 6 % en Europe de l’Ouest.

Secteurs d’utilisation : aux États-Unis, en 2012.

Détergents 35 % Nettoyage des moquettes 4 %
Verre 18 % Textiles 4 %
Pâte à papier 15 %
Sources : USGS
  • Détergents : les lessives en poudre classiques contiennent de 16 à 45 % de Na2SO4, mais seulement de 4 à 5 % pour les poudres compactes. La diminution de la teneur en sulfate de sodium est à l’origine de ces dernières. Dans les lessives en poudre, le sulfate de sodium joue le rôle de fluidifiant et d’antimottant. Par ailleurs, les lessives liquides ne contiennent pas de sulfate de sodium. En 2016, dans le monde, les détergents représentent 39 % de la consommation de sulfate de sodium.
  • Industrie du verre : le sulfate de sodium se décompose, vers 1200°C selon la réaction :

Na2SO4 = Na2O + SO2 + 1/2 O2

Le dégagement gazeux produit par cette décomposition, qui a lieu à une température plus élevée que celle du carbonate de sodium, facilite l’affinage du verre. Le sulfate de sodium est introduit à des teneurs inférieures à 1 %, en fin d’affinage.

  • Industrie de la pâte à papier : le sulfate de sodium est réduit à l’aide de charbon en sulfure de sodium selon la réaction suivante :

Na2SO4 + 2 C = Na2S + 2 CO2

Cette production de sulfure de sodium utilisé dans le procédé kraft, est principalement réalisée en Chine.

 

Bibliographie

Archives

Sulfate de sodium 2023

Sulfate de sodium 2022

Sulfate de sodium 2019

Sulfate de sodium 2015

Sulfate de sodium 2013

Sulfate de sodium 2011

Sulfate de sodium 1993

 

Hydrogénocarbonate de sodium

Données physico-chimiques

Données atomiques

Formule Masse molaire Minéral Structure cristalline
NaHCO3 84,00 g.mol-1 nahcolite monoclinique de paramètres a = 0,747 nm, b = 0,968 nm, c = 0,348 nm et angle bêta = 93,38°

Données physiques

Masse volumique Température de fusion Solubilité dans l’eau
2,159 g.cm-3 décomposition avec libération de CO2, à 270°C
  • à 0°C : 6,9 g/100 g d’eau
  • à 60°C : 16,4 g/100 g d’eau

Données chimiques

pKa : CO2aq/HCO3–  = 6,35

Données thermodynamiques

Hydrogénocarbonate de sodium cristallisé :

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : -948 kJ.mol-1
  • Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : -852,2 kJ.mol-1
  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 102,1 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 87,6 J.K-1mol-1

Données industrielles

L’hydrogénocarbonate de sodium est appelé couramment, en France, bicarbonate de sodium et baking soda, aux États-Unis.

État naturel

Il existe des dépôts naturels d’hydrogénocarbonate de sodium, le minéral étant dénommé nahcolite, par exemple aux États-Unis, dans le Colorado. Ce gisement a été exploité par Solvay, jusqu’en 2004 et est actuellement exploité par dissolution par Natural Soda, société acquise fin 2021 par J.M. Huber Corporation. En général, l’hydrogénocarbonate de sodium est préparé à partir de carbonate de sodium (voir le chapitre carbonate de sodium).

Fabrication industrielle

NaHCO3, produit intermédiaire dans le procédé Solvay, n’est pas utilisé directement car il n’est pas suffisamment pur. Il est obtenu par carbonatation, en solution aqueuse, de carbonate de sodium purifié, selon la réaction :

Na2CO3 + H2O + CO2(aq) = 2 NaHCO3

Aux États-Unis, NaHCO3 est produit à partir de carbonate naturel ou d’hydrogénocarbonate naturel, la nahcolite.

Productions

Les capacités de production sont, dans le monde, en 2021, de 7,1 millions de t/an à 47 % en Asie, 34 % en Europe (y compris Turquie et Russie), 16 % en Amérique du Nord.

En 2023, la production de l’Union européenne est de 1,069 million de t, avec 234 475 t en France, 211 806 t en Italie, 153 293 t en Espagne, les productions des autres pays producteurs dont l’Allemagne sont confidentielles ou faibles.

Commerce international : en 2023.

Principaux pays exportateurs, sur un total de 2,231 millions de t, en 2022 :

en tonnes
Chine 661 940 Espagne 113 850
Turquie 511 565 Bosnie Herzégovine 106 405
Allemagne 126 247 France 102 426
Bulgarie 124 054 Belgique 68 027
États-Unis 118 040 Thaïlande 57 212

Source : ITC

Les exportations chinoises sont destinées à 32 % à la Corée du Sud, 8 % à l’Indonésie, 6 % à la Thaïlande.

Principaux pays importateurs :

en tonnes
Corée du Sud 248 634 Belgique 109 050
France 197 064 Indonésie 93 228
Pays Bas 131 257 Canada 75 131
Allemagne 126 049 Vietnam 49 689
Chine 110 455 Thaïlande 48 557

Source : ITC

Les importations coréennes proviennent à 84 % de Chine, 11 % de Turquie.

Principaux producteurs :

  • Solvay, n°1 mondial avec 16,5 % des capacités mondiales de production, possède dans l’Union européenne des capacités de production de 880 000 t/an, avec 250 000 t/an en Italie à Rosignano, 150 000 t/an en Allemagne à Rheinburg et Bernburg, 130 000 t/an en Espagne à Torrelavega, 120 000 t/an en France à Dombasle et 230 000 t/an en Bulgarie, à Devnya. Aux États-Unis la production est effectuée à Parachute (Colorado) avec du carbonate provenant de l’exploitation Solvay de Green River (Wyoming). En Thaïlande, la production est réalisée à Map Ta Phut, avec une capacité de 100 000 t/an.
  • Church & Dwight n°2 mondial avec 480 000 t/an aux États-Unis (principal producteur dans ce pays), avec des usines à Old Fort (Ohio) avec une capacité de 280 000 t/an et Green River (Wyoming) avec une capacité de 200 000 t/an. Aux États-Unis, le carbonate de sodium nécessaire à la fabrication de l’hydrogénocarbonate est principalement fourni par Tata Chemicals. Church & Dwight spécialisé dans les détergents (marque XTra), les produits d’entretien, d’alimentation animale et d’hygiène distribue la marque Arm & Hammer.
  • Natural Soda, société du groupe J.M. Huber Corporation, deuxième producteur aux États-Unis, exploite le gisement de nahcolite du Piceance Creek Basin, près de Rifle, au Colorado, aux États-Unis, avec une capacité de production de 220 000 t/an. Le minerai est extrait du gisement, à 580 m de profondeur, par dissolution dans de l’eau chaude qui remontée en surface libère l’hydrogénocarbonate par refroidissement.
  • Humens qui a repris, en décembre 2021, les activités dans les produits minéraux de Seqens possède une capacité de production de 140 000 t/an en France, à Laneuveville-devant-Nancy (54) et a démarré, en 2017, une production de 70 000 t/an pouvant être portée à 120 000 t/an, à Singapour.
  • Tata Chemicals a produit, en 2021-22, un total de 231 000 t, en Inde, à Mithapur avec 120 000 t ainsi qu’au Royaume Uni, à Lostock avec 111 000 t.
  • Autres producteurs : Ciech (200 000 t/an en Allemagne et Pologne), Genesis Energy (États-Unis), Ciner Group (États-Unis et Turquie), Sisecam (300 000 t/an en Turquie, Bosnie, Bulgarie et États-Unis), Tosoh Corporation (Japon, 90 % des capacités du pays), BSC (200 000 t/an en Russie).

Situation française

Production : 234 475 t, en 2023.

  • L’unité de production de Solvay, à Dombasle (54), a une capacité de 120 000 t/an. Son hydrogénocarbonate est commercialisé par la société Esco avec la marque Cérébos.
  • L’unité de production du site de La Madeleine, à Laneuveville-devant-Nancy (54), a une capacité de 140 000 t/an, après la mise en service d’une ligne de production de 50 000 t/an d’hydrogénocarbonate de haute pureté destiné, en particulier, à l’hémodialyse. En décembre 2021, après le prise de contrôle de Seqens par SK Capital Partners, la production de carbonate de sodium n’est pas concernée et reste la propriété de Eurazeo et des autres actionnaires historiques de Seqens.

Commerce extérieur : en 2024.

Les exportations étaient de 108 305 t avec comme principaux marchés à :

  • 28 % l’Italie,
  • 16 % l’Allemagne,
  • 12 % la Belgique,
  • 11 % la Suisse,
  • 6 % la Slovaquie,
  • 6 % l’Espagne.

Les importations s’élevaient à 222 900 t en provenance principalement à :

  • 50 % d’Espagne,
  • 15 % d’Allemagne,
  • 12 % de Turquie,
  • 7 % du Royaume Uni,
  • 6 % de Belgique.

Utilisations

Consommations : dans le monde, en 2016, 4 millions de t, à 25 % en Europe, 24 % en Chine, 24 % en Amérique du Nord.

Secteurs d’utilisation de l’hydrogénocarbonate de sodium

En 2021, dans le monde. Source : Ciech

Monde Europe   Monde Europe
Alimentation animale 24 % 38 % Hémodialyse 7 % 9 %
Alimentation humaine 21 % 11 % Détergents, nettoyage 6 % 5 %
Purification de gaz 12 % 24 % Chimie 5 % 2 %
Cosmétiques, pharmacie 9 % 6 % Autres
 16 %
 5 %
Source : Ciech

Utilisations principales :

L’alimentation humaine aux États-Unis, animale en Europe et les sels de bain au Japon. L’hydrogénocarbonate apporte CO2, par un chauffage modéré (au-dessus de 60°C) ou en milieu aqueux acide, ce qui permet son utilisation comme poudre levante dans l’alimentation et comme sel effervescent dans les boissons et les comprimés. Son appellation commerciale courante est le bicarbonate de sodium.

 Autres utilisations :

  • L’épuration de SO2 et HCl des fumées et le traitement des eaux. Par exemple, à l’aide du procédé Solvair, mis au point par Solvay, consistant à épurer les fumées, par voie sèche, à l’aide d’hydrogénocarbonate.
  • Son pH de 8,5 (à 20°C pour une solution à 100 g NaHCO3/L) permet une utilisation comme agent de nettoyage. Employé aussi dans l’alimentation animale comme substance tampon et dans l’alimentation humaine pour combattre l’acidité gastrique. Par ailleurs permet de lutter contre la corrosion acide des canalisations.
  • Abrasif doux.
  • Préserve la couleur des légumes lors de leur cuisson.
  • Désodorisant d’appareils ménagers (lave-vaisselle).
  • Neutralise le venin de nombreux insectes (moustiques).
  • Employé dans les traitements par hémodialyse.

Bibliographie

Archives

Hydrogénocarbonate de sodium 2023

Hydrogénocarbonate de sodium 2022

Hydrogénocarbonate de sodium 2019

Hydrogénocarbonate de sodium 2015

Hydrogénocarbonate de sodium 2014

Hydrogénocarbonate de sodium 2012

Hydrogénocarbonate de sodium 1997

Hydrogénocarbonate de sodium 1993

 

Carbonate de sodium

Données physico-chimiques

Données atomiques

Formule Masse molaire Minéral Structure cristalline
Na2CO3 105,99 g.mol-1 natrite monoclinique de paramètres : a = 0,89 nm, b = 0,523 nm, c = 0,604 nm et angle bêta = 101,35°

Données physiques

Masse volumique Température de fusion Température d’ébullition Solubilité dans l’eau
2,53 g.cm-3 851°C décomposé
  • à 0°C : 7,1 g/100 g d’eau
  • à 100°C : 45,5 g/100 g d’eau

Données chimiques

pKa : CO2aq/HCO3–  = 6,35

Données thermodynamiques

Carbonate de sodium cristallisé :

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : -1 131,4 kJ.mol-1
  • Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : -1 048,1 kJ.mol-1
  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 136 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 110,5 J.K-1mol-1
  • Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 33,5 kJ.mol-1

Données industrielles

Le carbonate de sodium, (ancien nom « natron ») appelé improprement « soude » par les industriels (en anglais « soda ash »), est soit extrait de dépôts naturels, principalement aux États-Unis (Wyoming), en Afrique (Kenya, Botswana), en Chine et en Turquie, soit synthétisé (pour 72 % de la production mondiale, en 2021) principalement selon le procédé Solvay et sa variante le procédé Hou utilisée en Chine à partir de chlorure de sodium et de calcaire.

État naturel

Gisements de carbonate de sodium

Le carbonate de sodium est présent dans des gisements fossiles ou dans des lacs salés.

Gisement fossile de l’État du Wyoming. Il est situé à Big Island à 40 km au Nord-Ouest de Green River, aux États-Unis. Il a été découvert en 1938 lors d’un forage pétrolier. Présent entre 120 et 1 050 m de profondeur il couvrirait 2 600 km2. Il est constitué de 42 couches de sesquicarbonate de sodium, sel double de carbonate et hydrogénocarbonate hydraté (Na2CO3,NaHCO3,2H2O) dénommé trona dont 11 de plus de 2 mètres d’épaisseur. Des couches atteignent une teneur de 97 % de trona. Les réserves seraient d’environ 22 milliards de t. Deux couches sont actuellement exploitées souterrainement.

Le gisement résulte de l’accumulation de sédiments, à l’Éocène, il y a 50 millions d’années, dans deux lacs s’étendant sur les États actuels du Wyoming, du Colorado et de l’Utah avec des superficies atteignant jusqu’à 57 000 et 38 850 km2.

Son exploitation a débuté en 1950 et elle a supplanté toute la production américaine de carbonate synthétique (17 usines en 1938, 10 en 1969, 1 en 1979 qui a fermé en 1986). Le gisement du bassin de Green River représente, en 2020, 60 % de la production mondiale de carbonate de sodium naturel.

L’exploitation souterraine est effectuée soit selon des techniques minières classiques (méthode des « chambres et piliers ») soit par forages et dissolution in situ (méthode utilisée, en partie, par Genesis Energy). Dans le premier cas, le taux de récupération est de 45 %, 30 % dans le second cas.

Le traitement du minerai est réalisé selon 2 procédés, l’un au monohydrate, l’autre au sesquicarbonate.

  • Procédé au monohydrate : le minerai est d’abord calciné :

2 (Na2CO3,NaHCO3,2H2O) = 3 Na2CO3 + 5 H2O + CO2

puis Na2CO3 est dissous dans l’eau afin d’éliminer les parties insolubles puis précipité, par évaporation de l’eau, sous forme de Na2CO3,H2O qui est déshydraté à 150°C.

  • Procédé au sesquicarbonate : le minerai est d’abord mis en solution dans l’eau afin d’obtenir une solution mère qui est filtrée puis évaporée sous vide à 40°C. Le sesquicarbonate de sodium, sel double de carbonate et hydrogénocarbonate hydraté (Na2CO3,NaHCO3,2H2O), précipite, puis est décomposé à 200°C en carbonate.

L’exploitation des gisements naturels consomme moins d’énergie, de 5,6 à 7 GJ/t, que la fabrication industrielle, de 8,9 à 14,25 GJ/t. En 2020, les coûts de production du carbonate de sodium naturel extrait aux États-Unis sont estimés représenter environ 50 % de ceux du carbonate synthétique. En moyenne, il faut de 1,50 à 1,65 t de minerai pour donner 1 t de carbonate de sodium.

Sociétés exploitantes : en 2021.

en millions de t/an de capacités de production
Genesis Energy 3,6 Solvay 2,54
Sisecam Wyoming 3,25 Tata Chemicals 2,54
Source : USGS
  • Genesis Energy, a acquis, en septembre 2017, les activités de Tronox, groupe australien, dans le carbonate de sodium. Tronox avait acquis le 1er avril 2015 les activités dans le carbonate de sodium de FMC. Genesis Energy exploite les mines de Granger et de Westvaco. Les mines, souterraines, sont situées à 490 m de profondeur, avec plus de 4 000 km de galeries. La couche de trona exploitée a une épaisseur de 3 mètres. La mine de Westvaco est exploitée souterrainement par voie classique et par dissolution, celle de Granger seulement par dissolution. La mine de Westvaco est exploitée depuis 1947, celle de Granger a été développée à l’origine par Texasgulf, filiale d’Elf Atochem. Les réserves prouvées et probables sont de 791 millions de t renfermant 87 % de trona. En 2022, la production a été de 3,298 millions de t de carbonate de sodium et les ventes de 82 533 t de NaOH. En avril 2020, la production de la mine de Granger avec 450 000 t/an a été suspendue et a repris début 2023 avec une augmentation de la capacité de production de 680 000 t/an pour atteindre environ 1,2 million de t/an.
  • Ciner Group, société turque, a acquis en octobre 2015 les parts (51 %) détenues par OCI (Corée du Sud) dans OCI Chemical, la société devenant Ciner Wyoming. OCI avait acheté, en 1996, les parts de Rhône Poulenc. Par ailleurs, 49 % des parts sont détenues par Natural Resources Partners. En 2019, la production est de 2,50 millions de t de carbonate de sodium. Les réserves prouvées et probables sont de 192 millions de t de minerai renfermant 86 % de trona pouvant donner 105 millions de t de carbonate de sodium. L’exploitation a lieu à une profondeur comprise entre 244 et 335 m. En 2019, a été annoncé, en association avec Sisecam, une augmentation de capacité de production de 800 000 t/an et sa sortie le 31 décembre 2020 de l’ANSAC qui regroupe les exportations de plusieurs producteurs américains. En décembre 2021, Sisecam a pris une participation de 60 % dans les activités de Ciner au Wyoming et la société commune est devenue Sisecam Wyoming.
  • Les activités de Solvay sont détenues à 20 % par Asahi Glass (Japon). En 2019, Solvay a annoncé pour fin 2021 une augmentation de la capacité de production de 600 000 t/an. En mai 2022, Solvay a acquis les 20 % de participation de Asahi Glass.
  • Tata Chemicals (Inde) a vendu, aux États-Unis, en 2021-22, 2,392 millions de t de carbonate de sodium.

Gisements turcs : ils sont exploités par Ciner Group au travers de :

  • Eti Soda, filiale à 74 % avec 26 % pour le groupe étatique Eti Maden qui exploite depuis 2009 le gisement de Beypazari, découvert en 1979, lors de la recherche de gisements de charbon. Le gisement est exploité par dissolution. La capacité de production est de 1,7 million de t/an. En 2021, la production est de 1,95 million de t de carbonate et hydrogénocarbonate de sodium.
  • Kazan Soda Electric, depuis début 2018, avec l’exploitation, par dissolution, d’un nouveau gisement, à Kazan, avec une capacité de production de 2,7 millions de t/an. En 2021, la production est de 2,9 million de t de carbonate et hydrogénocarbonate de sodium.

Lacs salés : le carbonate de sodium est récupéré à partir de saumures contenant de l’ordre de 16 % de NaCl, 6,5 % de Na2CO3, des borates et des sels de lithium et potassium. Par carbonatation (à l’aide de CO2) de la saumure, l’hydrogénocarbonate précipite. Les principaux lacs exploités sont les suivants :

  • Lac Searles (Californie, États-Unis), avec des réserves estimées à 600 millions de t. Exploité par Searles Valleys Mineral (acquis en 2007 par Nirma Ltd. (Inde)), avec une capacité de production de 1,32 million de t/an. Le lac Owens, également en Californie, possède des réserves de plus de 200 millions de t.
  • Lac Magadi (Kenya), exploité par la société Tata Chemicals Magadi, filiale depuis 2005 du groupe indien Tata Chemicals, avec des ventes de 318 000 t, en 2021-22.
  • Sua Pan (Botswana), exploité par Botswana Ash détenue à 50 % par l’État du Botwana et 50 % par Chlor Alkali Holdings, avec une capacité de production de 300 000 t/an de carbonate de sodium et 650 000 t/an de chlorure de sodium.
  • Lac Tchad (Tchad), exploité artisanalement avec une production de 13 000 t/an.
  • En Éthiopie, l’exploitation du lac d’Abijata donne 20 000 t/an.
  • Lac Natron (Tanzanie) : actuellement non exploité industriellement. L’exploitation est conditionnée à la préservation d’une zone de reproduction importante pour les flamants roses.

 Production de carbonate naturel

La production mondiale, en 2024, est de 24 millions de t dont 12 millions de t aux États-Unis, 11 millions de t en Turquie, 300 000 t au Kenya, 270 000 t au Botswana, 20 000 t en Éthiopie.

Répartition de la production mondiale de carbonate naturel, en 2019 :

en %
Ciner 42 % Tata 14 %
Genesis 22 % Searles 7 %
Solvay 15 %

Source : Ciner

La production du groupe Ciner est réalisée pour 16 % aux États-Unis, 16 % en Turquie avec la société Kazan Soda et 10 % en Turquie avec la société Eti Soda.

L’ANSAC, qui regroupait les activités d’exportation, hors Union européenne, de 3 producteurs des États-Unis, Genesis Energy, Tata Chemicals et Ciner Wyoming ne dépend plus, depuis début 2023, que de Genesis Energy après le retrait de Tata Chemicals et, en 2020, de Ciner.
Les exportations vers l’Union européenne sont réalisées au travers de l’American-European Soda Ash Shipping Association (AESSA).
Au total, en 2020, les capacités de production des États-Unis sont détenues à 54 % par des capitaux étrangers, à 23 % indiens, 15 % belges, 11 % turcs et 5 % japonais.

Les unités de production de carbonate de sodium coproduisent de l’hydrogénocarbonate, du sulfate de sodium et de l’hydroxyde de sodium dans le Wyoming et du chlorure de sodium, du sulfate de sodium et du borax en Californie.

Réserves de carbonate naturel

En 2024. Monde : 25 milliards de t.

en millions de t
États-Unis 23 000 Éthiopie 400
Turquie 840 Botswana 16
Source : USGS

Fabrication industrielle

Le carbonate de sodium synthétique est principalement obtenu par le procédé Solvay mis au point entre 1861 et 1865. Une variante du procédé Solvay, le procédé Hou, est utilisée en Chine, avec co-production de chlorure d’ammonium utilisé comme engrais.

Part des différents procédés, en 2021, dans la production mondiale de carbonate de sodium :

Procédé Solvay 46 % Carbonate naturel des États-Unis 18 %
Procédé Hou 20 % Autres 15 %

Source : Genesis

Une coproduction de carbonate de sodium (75 000 t/an) est réalisée, selon divers procédés, par BASF.

Matières premières : chlorure de sodium et calcaire. L’ammoniac intervient dans la fabrication mais il est presque totalement recyclé.

Principe de la fabrication : selon la réaction globale suivante qui toutefois n’est pas réalisable directement :

2 NaCl + CaCO3 = Na2CO3 + CaCl2

Le procédé Solvay consiste en 8 étapes, dans des unités de production dénommées soudières.

1 – Préparation d’une saumure saturée par du chlorure de sodium.

2 – Absorption dans cette saumure d’ammoniac recyclé.

3 – Calcination du calcaire dans un four à chaux, qui donne du dioxyde de carbone :

CaCO3 = CaO + CO2(g)

4 – Préparation d’un lait de chaux, en présence d’un excès d’eau :

CaO + H2O = Ca(OH)2

5 – Carbonatation de la saumure ammoniacale avec le dioxyde de carbone provenant de la calcination du calcaire et de la décomposition de l’hydrogénocarbonate, l’hydrogénocarbonate, NaHCO3, peu soluble précipite.

NH3(aq) + H2O + CO2(aq) = NH4HCO3

NH4HCO3 + Na+ + Cl– = NH4+ + Cl– + NaHCO3

6 – Filtration de l’hydrogénocarbonate.

7 – Calcination de l’hydrogénocarbonate vers 150-200°C :

2 NaHCO3 = Na2CO3 + H2O(g) + CO2(g)

8 – L’ammoniac est régénéré à l’aide du lait de chaux :

2 (NH4+ + Cl–) + Ca(OH)2 = 2 NH3(aq) + Ca2+ + 2 Cl– + 2 H2O

Le chlorure de calcium, CaCl2 est un coproduit partiellement valorisé comme desséchant, sel de déneigement… ou rejeté en rivière ou en mer. Les rejets dans la Meurthe d’ions Cl– par les usines françaises de carbonate de sodium sont limités de telle sorte que leur contribution soit au maximum de 400 mg.L-1 dans la Moselle à Hauconcourt (100 km en aval).

Consommations (par t de Na2CO3) :

NaCl CaCO3 eau de réfrigération énergie
1,6 t 1,1 à 1,3 t 20 à 50 m3 8,9 à 12,35 GigaJ

Les unités de production ont des capacités pouvant atteindre 1,5 million de t/an.

Qualités de carbonate de sodium :
Il existe deux qualités principales de carbonate de sodium :

  • Léger : c’est le produit obtenu directement, dont les particules ont un diamètre moyen de 100 μm et une densité apparente de 500 kg/m3. Il est utilisé principalement dans l’industrie des détergents.
  • Dense : le carbonate de sodium subit une recristallisation en carbonate monohydraté puis une calcination qui donne des particules de 300 à 400 μm et une densité apparente proche de 1 000 kg/m3. C’est cette qualité qui est la plus demandée, en particulier par l’industrie verrière et la métallurgie.

Le carbonate a une teneur supérieure à 99,5 % en Na2CO3, la principale impureté est NaCl : 0,1 à 0,3 %. C’est un produit qui s’hydrate et se carbonate au contact de l’air en donnant, en partie, de l’hydrogénocarbonate.

Le procédé Hou, utilisé en Chine, consiste à associer la production de carbonate de sodium, à celle d’ammoniac. Le dioxyde de carbone coproduit lors de la production d’ammoniac est utilisée à la place de celui provenant de la calcination du calcaire. La production de chlorure de calcium est ainsi évitée et le chlorure d’ammonium obtenu est utilisé comme engrais dans la culture du riz. La consommation d’énergie est de 14,25 GJ/t.

Productions

Production de carbonate de sodium

En 2023, en milliers de t, sur un total mondial de 68,8 millions de t. Source : USGS

en milliers de t
Chine 32 624 Allemagne 2 500
Turquie 11 500 Pologne 1 200
États-Unis 10 900 France 1 000
Russie 3 500 Pakistan 500
Inde 2 500 Italie 500
Source : USGS

En 2024, la production de carbonate synthétique a été de 49 millions de t, celle de carbonate naturel de 24 millions de t.

En 2021, la capacité mondiale de production est de 71 millions de t/an, celle des États-Unis, en 2024, de 13,9 millions de t/an, celle de l’Union européenne de 9,5 millions de t/an.

En 2023, la production de l’union européenne est de 6,757 millions de t dont 2,383 millions de t en Allemagne, en 2022, 730 112 t en Espagne, 656 779 t en France, 21 182 t en République tchèque, en 2022. Pour les autres pays producteurs les productions sont confidentielles.

La Chine est premier producteur mondial depuis 2003. En Chine, en 2020, les capacités de production sont de 34 millions de t/an à 49 % selon le procédé Solvay, 46 % selon le procédé Hou et 5 % de carbonate naturel.

Dans l’Union européenne : par pays et ( ) producteurs, en 2020.

en milliers de t/an de capacités de production
Allemagne (Solvay, Ciech, BASF) 1 805 Italie (Solvay) 1 000
Bulgarie (Solvay, Sisecam) 1 500 Roumanie (Ciech) 535
Pologne (Ciech) 1 300 Royaume Uni (Tata Chemicals) 460
France (Solvay, Seqens) 1 260 Belgique (BASF) 25
Espagne (Solvay) 1 020
Sources : Ciech

Commerce international : en 2023.

Principaux pays exportateurs : sur un total de 17,478 millions de t, en 2022.

en milliers de t
États-Unis 6 648 Bosnie Herzégovine 444
Turquie 4 683 Inde 410
Chine 1 489 Allemagne 247
Bulgarie 856 France 242
Russie 519 Botswana 227

Source : ITC

Les exportations des États-Unis ont été destinées à 21 % au Mexique, 12 % au Chili, 10 % au Brésil, 8 % à l’Indonésie.

Principaux pays importateurs :

en milliers de t
Mexique 1 400 Chine 683
Brésil 1 227 Thaïlande 635
Chili 989 Vietnam 626
Inde 969 Malaisie 539
Indonésie 802 Afrique du Sud 466

Source : ITC

Les importations mexicaines proviennent quasi totalement des États-Unis.

Principaux producteurs : en 2021.

en millions de t de capacités annuelles de production
Solvay (Europe, États-Unis) 7,9 Nirma Ltd. (États-Unis, Inde) 2,8
Ciner Group (États-Unis, Turquie) 5,5 BSC Chemicals (Russie) 2,8
Tata Chemicals (Inde, États-Unis, Royaume-Uni, Kenya) 4,1 Henan Jinshan (Chine) 2,7
Sisecam (Turquie, Bosnie, Bulgarie) 4,1 Tangshan Sanyou (Chine) 2,3
Genesis Energy (États-Unis) 3,3 Ciech (Pologne, Roumanie, Allemagne) 2,2
Shandong Haihua (Chine) 3,0
Sources : Ciech et rapports annuels des sociétés
  • Solvay : n° 1 mondial (22 % des capacités mondiales et 60 % des capacités de l’Union européenne) avec une capacité de production de 7,9 millions de t/an, dont 5 millions de t/an en Europe.
    Solvay produit du carbonate de sodium à partir de minerai à Green River au Wyoming (États-Unis)).
    En Europe, les unités de production de carbonate de sodium synthétique sont situées en Italie (Rosignano, 1 000 000 t/an de capacités), Espagne (Torrelavega, 1 020 000 t/an de capacités), France (Dombasle, 700 000 t/an de capacités), Allemagne (Rheinburg, 600 000 t/an de capacités et Bernburg, 540 000 t/an de capacités). L’unité de production de Devnya, en Bulgarie, 1 500 000 t/an de capacités est détenue à 75 % par Solvay et 25 % par Sisecam (Turquie).
    En 2011, en Chine, a pris une participation de 30 % dans l’usine de Bin Hai du groupe Tianjin Soda Ash, la capacité de l’usine étant de 800 000 t/an, la part de Solvay de 220 000 t/an de carbonate de sodium et 30 000 t/an d’hydrogénocarbonate.
  • Ciner Group, avec l’exploitation du gisement de Green River, aux États-Unis, et ceux de Beypazari et Kazan, en Turquie. Les capacités aux États-Unis sont de 2,95 millions de t/an, celles d’Eti Soda, en Turquie, de 1,7 million de t/an à Beypazari et de 2,5 millions de t/an à Kazan. En décembre 2021, Ciner a vendu 60 % de ses activités au Wyoming à Sisecam.
  • Tata Chemicals a vendu, en 2021-22, un total de 3,665 millions de t avec du carbonate de sodium naturel, aux États-Unis, à Green River, avec 2,392 millions de t et au Kenya, avec 318 000 t et du carbonate de sodium synthétique, au Royaume Uni, à Lostock, avec 277 000 t et, en Inde, à Mithapur, dans l’État de Gujarat, avec 678 130 t.
  • Sisecam a produit, en 2021, 2,343 millions de t, en Turquie, à Mersin avec 1,4 million de t/an, en Bosnie Herzégovine, à Lukanac avec 585 000 t/an et en Bulgarie à Devnya avec une participation de 25 %, à côté de Solvay, et une capacité de 375 000 t/an. En décembre 2021 a pris une participation de 60 % dans les activités de Ciner au Wyoming avec de plus un projet, pour 2024, de 1,25 million de t/an, supplémentaires associé 60/40 avec Ciner, au Wyoming.
  • Genesis Energy, a vendu, en 2021, 2,717 millions de t.
  • BSC Chemicals (Bashkir Soda Company, en Russie) possède deux unités de production en Russie, à Sterlitamak avec 1 700 000 t/an et Berezniki avec 630 000 t/an.
  • Ciech, avec 25 % des capacités de production de l’Union européenne, le groupe polonais possède 2 usines de production en Pologne, à Inowroclaw et à Janikowo, avec une capacité de production de 1,45 million de t/an, une usine en Allemagne, à Stassfurt, avec 610 000 t/an et une usine en Roumanie, à Ramnica Valcea, avec 540 000 t/an où la production a été suspendue en septembre 2019.

Situation française

Production : 656 779 t, en 2023.

Producteurs : avec 2 unités de production.

  • Dombasle (54, Solvay) : l’usine construite en 1874, a une capacité de 700 000 t/an de carbonate de sodium et de 120 000 t/an d’hydrogénocarbonate. 70 % de la production de l’usine est destiné à l’industrie verrière.
  • La Madeleine, commune de Laneuveville-devant-Nancy (54), avec une capacité de production de 560 000 t/an de carbonate et de 140 000 t/an d’hydrogénocarbonate. En décembre 2021, après la prise de contrôle de Seqens par SK Capital Partners, les productions de produits minéraux ne sont pas concernées et restent la propriété de Eurazeo et des autres actionnaires historiques de Seqens dans Humens.

Commerce extérieur : en 2024.

Les exportations étaient de 194 522 t avec comme principaux marchés à :

  • 41 % l’Allemagne,
  • 24 % la Belgique,
  • 14 % le Luxembourg,
  • 7 % les Pays Bas.

Les importations s’élevaient à 239 604 t en provenance principalement à :

  • 56 % de Turquie,
  • 7 % des États-Unis,
  • 7 % d’Allemagne,
  • 5 % d’Espagne.

Utilisations

Consommations, en 2021 : Monde : 61 millions de t.

Chine, en 2019 : 25,2 millions de t, Europe, en 2021 : 11 millions de t, États-Unis, en 2024 : 4,6 millions de t, Inde, en 2016 : 3,2 millions de t.

Secteurs d’utilisation du carbonate de sodium

En 2021, dans le monde. Source : Genesis Energy

Europe Monde
Verre 63 % 53 %
Produits chimiques 16 % 14 %
Savons, détergents 8 % 14 %
Métallurgie 8 % 4 %
Sources : Ciech et Genesis Energy
  • Verre : voir ce chapitre. Dans le monde, en 2021, la consommation dans l’industrie verrière est répartie à 57 % pour le verre plat, 33 % pour le verre creux et 10 % pour les autres verres.
  • Produits chimiques : utilisé à 50 % dans ce secteur pour produire des phosphates sodiques (tripolyphosphates dans les détergents, l’alimentation…, voir le chapitre H3PO4). Employé également pour fabriquer NaHCO3 (voir ce produit), les silicates de sodium (détergents, zéolithes…).
  • Na2CO3 tend à remplacer NaOH pour l’obtention de solutions basiques.
  • Détergents : d’une part le carbonate de sodium est utilisé pour élaborer le tripolyphosphate et d’autre part, les lessives en poudre contiennent de 5 à 20 % en masse de carbonate de sodium.
  • C’est également un agent neutralisant dans la fabrication des savons.
  • Métallurgie, sidérurgie : Na2CO3 est utilisé couramment comme désulfurant de la fonte, dans le traitement par lixiviation des minerais d’uranium, le traitement de surface des métaux…

Bibliographie

Archives

Carbonate de sodium 2023

Carbonate de sodium 2022

Carbonate de sodium 2019

Carbonate de sodium 2015

Carbonate de sodium 2014

Carbonate de sodium 2012

Carbonate de sodium 1997

Carbonate de sodium 1993

 

Chlorate de potassium

Données physico-chimiques

Données atomiques

Formule Masse molaire Structure cristalline
KClO3 122,55 g.mol-1 monoclinique

Données physiques

Masse volumique Température de fusion Température d’ébullition Solubilité dans l’eau
2,32 g.cm-3 356°C décomposé à 400°C
  • à 20°C : 7,1 g/100 g d’eau
  • à 100°C : 57 g/100 g d’eau

Données chimiques

pKa : HClO3/ClO3– pKa : HClO2/ClO2–
-2,7 1,95

Potentiels standards :

ClO4– + 2H+ + 2e = ClO3– + H2O E° = 1,19 V
ClO4– + H2O + 2e = ClO3– + 2OH– E° = 0,36 V
ClO3– + 2H+ + e = ClO2(g) + H2O E° = 1,15 V
ClO3– + 3H+ + 2e = HClO2 + H2O E° = 1,21 V
ClO3– + H2O + 2e = ClO2– + 2OH– E° = 0,33 V
ClO3– + 6H+ + 5e = 1/2Cl2(g) + 3H2O E° = 1,47 V
ClO2(g) + H+ + e = HClO2 E° = 1,27 V
ClO2(g) + e = ClO2– E° = 0,95 V

Données thermodynamiques

Chlorate de potassium cristallisé :

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : -391,3 kJ.mol-1
  • Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : -290 kJ.mol-1
  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 143 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 100,3 J.K-1mol-1

Données industrielles

Fabrication industrielle

Par double décomposition à partir d’une solution de NaClO3 (660 g/L) et de NaCl (100 g/L) et d’un ajout de KCl solide ou en solution concentrée. KClO3 précipite, en quelques heures, par refroidissement de 75°C à 10°C. La production est, en général, effectuée par les producteurs de chlorate de sodium.

Consommations pour une tonne de chlorate de potassium produit :

NaClO3 KCl NaCl Électricité Vapeur d’eau
890 kg 700 kg 465 kg recyclés dans
la production de NaClO3		 300 kWh 400 kg

Autre procédé peu employé : électrolyse à 80°C d’une solution saturée de chlorure de potassium.

Productions

La production mondiale est d’environ 40 000 t/an dont la moitié en Europe. Pas de production aux États-Unis ni en France, après l’arrêt, en 1991, de la production d’Elf Atochem à Prémont (Savoie).

Principaux producteurs mondiaux : la société Eka, filiale du groupe Nouryon produit 10 000 t/an, en Suède à Alby et au Brésil à Jundiai. Production en Espagne, à Sabiñánigo, province de Huesca, par le groupe Ercros.

Utilisations

A 90 % dans les allumettes. Aux États-Unis, 3 000 t de KClO3 consommées par an pour produire des allumettes.

Les allumettes sont en peuplier imprégné d’agents partiellement ignifugeants pour arrêter la combustion après le soufflage de la flamme : phosphates d’ammonium et acide borique. La partie située sous le bouton est imprégnée d’un agent propagateur de flamme (paraffine).

Le bouton est constitué d’un comburant : KClO3, d’un combustible formé de colles organiques et d’autres produits tels que ZnO qui tempère la combustion, des abrasifs (poudre de verre), de l’agglomérant (gélatine), des colorants.

Le grattoir contient du phosphore rouge comme initiateur de combustion (amorçage) et d’autres produits tels que de l’agglomérant (colle), des agents ignifugeants (MnO2 pour éviter l’inflammation du frottoir), des abrasifs (poudre de verre), du noir de carbone qui masque la couleur du phosphore.

La dernière unité de production française était située à Saintines (60). Exploitée par la société FLAM’UP sa production était de 2,7 milliards d’allumettes/an, soit près de 12 millions de boîtes ménages/an.

Le chlorate de potassium est utilisé également en pyrotechnie mais il est de plus en plus remplacé par des nitrates, moins sensibles aux actions mécaniques (chocs, frictions) ou des perchlorates.

Bibliographie

Archives

Chlorate de potassium 2022

Chlorate de potassium 2019