Le sulfate de sodium est soit extrait de dépôts naturels soit fabriqué industriellement, directement ou récupéré comme co-produit lors de diverses fabrications chimiques (viscose, acide borique, acide ascorbique, résorcine, cellulose, pigments de silice, dichromate de sodium, méthionine….). Il est employé dans des détergents, dans l’industrie du verre, dans celle de la pâte à papier.
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 |
Masse volumique | Température de fusion | Solubilité dans l’eau |
2,68 g.cm-3 | 884°C |
|
Sulfate de sodium cristallisé :
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.
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.
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.
Gisements des États-Unis : le sulfate de sodium est extrait de saumures.
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 2022, la production a été de 764 089 t.
Gisements espagnols : se sont des dépôts fossiles.
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 qui devrait atteindre 600 000 t/an. En 2022, la production a été de 400 294 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 2022, est de 444 000 t.
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 2019, la production espagnole a été de 1,699 million de t de sulfate de sodium contenu dont 1,404 million de t dans de la glaubertite et 295 000 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 :
États-Unis | 860 | Turquie | 100 | |
Espagne | 180 | Canada | 84 | |
Mexique | 170 |
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.
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
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.
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 :
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 :
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.
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 |
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.
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 1,699 million de t, en 2019, 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.
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.
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.
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 |
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.
En 2023.
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 32 716 t avec comme principaux marchés à :
Les importations s’élevaient à 52 696 t en provenance principalement à :
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 % |
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.
Na2SO4 + 2 C = Na2S + 2 CO2
Cette production de sulfure de sodium utilisé dans le procédé kraft, est principalement réalisée en Chine.