Poudre de sulfate de potassium CAS 7778-80-5

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Poudre de sulfate de potassiumest un sel inorganique de formule chimique K2SO4, CAS 7778-80-5. C'est une poudre cristalline blanche au goût amer et salé. Soluble dans l'eau, insoluble dans l'éthanol, l'acétone et le sulfure de carbone. L’apparence du sulfate de potassium agricole est principalement jaune clair. Il a une faible absorption d'humidité, n'est pas facile à agglomérer, possède de bonnes propriétés physiques et est facile à utiliser. C'est un bon engrais potassique soluble dans l'eau et constitue également la principale matière première pour la fabrication d'engrais composé d'azote, de phosphore et de potassium sans chlore.

Poudre de sulfate de potassium(formule chimique K₂SO₄) est un sel inorganique. En raison de ses propriétés chimiques uniques et de sa large applicabilité, il est devenu une matière première essentielle dans l’agriculture, l’industrie, la médecine et d’autres domaines. Sa valeur fondamentale réside dans l'apport simultané de deux éléments essentiels, le potassium (K) et le soufre (S), et ne contient pas d'ions chlorure (Cl⁻), évitant ainsi les dommages potentiels de l'accumulation de chlore sur le sol et les cultures.

1. Domaine agricole : « Moteur nutritif » pour la croissance des cultures

 

Le sulfate de potassium est l'un des engrais potassiques les plus largement utilisés en agriculture, particulièrement adapté aux cultures sensibles au chlore - (telles que le tabac, les raisins, les pommes de terre) et à l'amélioration des terres salines - alcalines. Son mécanisme d’action et ses effets sont les suivants :
1. Apport nutritionnel et activation métabolique
Potassium : En tant qu'activateur de plus de 40 enzymes chez les plantes, le potassium intervient directement dans la photosynthèse, la respiration et la synthèse des protéines. Par exemple, lors de la photosynthèse, le potassium favorise le transport et la conversion des produits photosynthétiques (tels que le glucose), rendant les feuilles vert foncé et épaisses et augmentant la teneur en matières solides des fruits de 15 à 20 %. Dans le même temps, le potassium améliore la ténacité de la paille, augmentant de plus de 30 % la résistance à la verse des cultures hautes comme le blé et le riz.

 

Soufre : le soufre est un composant des acides aminés soufrés-tels que la cystéine et la méthionine, et est essentiel à la synthèse des protéines. L'application de sulfate de potassium sur un sol déficient en soufre- peut augmenter la teneur en protéines des cultures de 10 à 15 % et favoriser l'accumulation de nutriments tels que la vitamine A et le glucose.

2. Amélioration du développement des racines et de la résistance au stress
Le sulfate de potassium stimule la division et l'élongation des cellules racinaires, rendant le système racinaire plus développé. Des expériences montrent que dans des conditions de sécheresse, la capacité d'absorption d'eau des racines de maïs appliquées avec du sulfate de potassium augmente de 25 % et la résistance à la sécheresse est considérablement améliorée.
Le potassium régule la pression osmotique cellulaire, réduit le risque de gel intracellulaire et augmente la résistance au froid des cultures de 20 à 30 %. De plus, le potassium épaissit la paroi cellulaire, forme une barrière physique, réduit l'invasion d'agents pathogènes et réduit l'incidence des maladies et des insectes nuisibles de 15 à 20 %.

 

3. Optimisation de la qualité et augmentation du rendement
Cultures fruitières : le sulfate de potassium favorise le transport du sucre, augmente la teneur en sucre des pastèques et des melons de 2 à 3 degrés, augmente la teneur en matières solides des tomates de 10 %, rend la coloration plus uniforme et augmente le taux commercial de plus de 20 %.
Cultures céréalières : après avoir appliqué du sulfate de potassium sur le blé, la teneur en gluten de la farine est améliorée et le taux de poudre de transformation est réduit de 15 % ; le poids de mille-grains de maïs augmente de 5 à 10 grammes et le rendement augmente de 10 à 15 %.
Cultures de tubercules : Le sulfate de potassium est appliqué pendant la période d'expansion des tubercules des pommes de terre, du gingembre, etc., et le rendement par plante augmente de 20 à 30 % et la période de stockage est prolongée de 1 à 2 mois.

 

4. Amélioration des sols et protection écologique
Les ions sulfate (SO₄²⁻) dans le sulfate de potassium peuvent remplacer les ions sodium (Na⁺) dans le sol, atténuer la salinisation et améliorer la perméabilité du sol. Dans l'expérience sur terre saline-alcaline, après une application continue de sulfate de potassium pendant 3 ans, la valeur du pH du sol a diminué de 0,5 à 1,0 unités et le taux de levée des cultures a augmenté de 25 %.
Engrais sans chlore-, le sulfate de potassium évite l'accumulation d'ions chlorure dans le sol, réduit la pollution des eaux souterraines et répond aux besoins d'un développement agricole durable.

2. Domaine industriel : "Module de base" de synthèse de matériaux

 

Le sulfate de potassium est largement utilisé dans le verre, la céramique, l'impression et la teinture, les réactifs chimiques et d'autres domaines comme matières premières ou matières auxiliaires dans l'industrie. Sa valeur se reflète dans l’optimisation fonctionnelle et l’amélioration des processus.
Réactifs chimiques et synthèse de matériaux
Le sulfate de potassium est une matière première pour la préparation de composés tels que le persulfate de potassium (K₂S₂O₈) et le carbonate de potassium (K₂CO₃). Par exemple, le persulfate de potassium est utilisé dans le liquide de gravure des circuits imprimés et sa précision de gravure peut atteindre 0,1 mm, répondant aux besoins de la fabrication électronique haut de gamme.
Dans le domaine des nanomatériaux, le sulfate de potassium peut être utilisé comme modèle pour synthétiser de la silice mésoporeuse avec une taille de pores uniforme, qui est utilisée comme support de médicament-à libération prolongée ou comme support de catalyseur.

3. Domaine pharmaceutique : « Assistant invisible » pour la protection de la santé

 

Poudre de sulfate de potassiumest principalement utilisé dans les préparations pharmaceutiques et les examens médicaux en médecine, et sa sécurité et sa biocompatibilité ont été largement vérifiées.
Préparations pharmaceutiques
Le sulfate de potassium est utilisé comme régulateur de pression osmotique dans la préparation d'injections intraveineuses pour garantir que la pression osmotique de la solution médicamenteuse correspond à celle du sang et réduire les réactions à la perfusion. Par exemple, dans l’injection de composé de chlorure de sodium, l’ajout de sulfate de potassium stabilise la pression osmotique à 280-310 mOsm/kg, ce qui répond aux normes de la pharmacopée.

 

En tant que charge, le sulfate de potassium est utilisé dans la production de comprimés pour améliorer la fluidité et la compressibilité des médicaments. Les expériences montrent que la dureté des comprimés contenant 5 % de sulfate de potassium a augmenté de 20 % et que le temps de désintégration a été raccourci de 30 %.

Examen médical
La solution de sulfate de potassium est utilisée pour l'examen biochimique des protéines sériques et l'analyse quantitative est réalisée en précipitant les protéines. La sensibilité de cette méthode est de 0,1 g/L et le taux d'erreur est inférieur à 2 %, ce qui constitue un moyen important de diagnostic clinique.
Lors de l'examen de la fonction rénale, le sulfate de potassium est utilisé comme support d'agent de contraste pour améliorer la clarté du développement des rayons X-et aider les médecins à évaluer avec précision l'état.

Autres domaines : "acteurs multifonctionnels- dans tous les secteurs

 

L'utilisation du sulfate de potassium s'étend également à l'alimentation, au traitement de l'eau, à la protection de l'environnement et à d'autres domaines, démontrant ainsi son adaptabilité intersectorielle.
Industrie alimentaire
Le sulfate de potassium est utilisé comme matière première de sel de potassium pour la production de sel à faible teneur en sodium. En remplaçant une partie du chlorure de sodium (NaCl), la teneur en sodium des aliments peut être réduite de 30 à 50 %, répondant ainsi aux besoins de santé des personnes souffrant d'hypertension.
Dans la boulangerie, le sulfate de potassium est utilisé comme agent levant pour faire fermenter la pâte plus complètement, augmenter le volume du pain de 15 à 20 % et rendre le goût plus doux.

 

Traitement de l'eau
Le sulfate de potassium est utilisé pour ajuster la dureté de l'eau. En formant des précipitations avec des ions calcium et magnésium, il réduit la valeur de dureté de l'eau (calculée en CaCO₃) de 50 à 100 mg/L et empêche le tartre des tuyaux.
Dans le traitement des eaux usées, le sulfate de potassium est utilisé comme floculant auxiliaire pour augmenter le taux d'élimination des matières en suspension de 10 à 15 % et réduire les coûts de traitement de 20 %.
Domaine de la protection de l'environnement
Le sulfate de potassium est utilisé dans le processus de désulfuration des gaz de combustion. Il réagit avec le dioxyde de soufre (SO₂) pour générer du sulfate acide de potassium (KHSO₄), réduisant ainsi les émissions de polluants atmosphériques. Les expériences montrent que ce procédé peut réduire la concentration de SO₂ dans les gaz de combustion de 2 000 mg/m3 à moins de 100 mg/m3, avec un taux de conformité de 100 %.

Actuellement, les principales méthodes de production depoudre de sulfate de potassiuminclure la méthode Mannham, la méthode de combinaison, la méthode de double décomposition, etc.

1) Procédé Mannham : Le procédé Mannham est un procédé de production de sulfate de potassium utilisant de l'acide sulfurique et du chlorure de potassium comme matières premières. Sa méthode de production consiste à utiliser du chlorure de potassium et de l'acide sulfurique concentré pour réagir étape par étape dans un four Mannham. Tout d'abord, la réaction génère du bisulfate de potassium, puis continue de réagir avec du chlorure de potassium à une température plus élevée pour générer du sulfate de potassium ; Du fioul lourd ou du gaz combustible est utilisé pour fournir de la chaleur dans la chambre de combustion du four à réaction. La température est de 1 000 à 1 100 degrés et la température de la chambre de réaction est contrôlée à 520 à 540 degrés. Produit de réaction

Le produit est obtenu après refroidissement, broyage et partiellement neutralisation de la substance. Le sous-produit HCl est refroidi, lavé et absorbé pour obtenir de l'acide chlorhydrique avec une fraction massique de 32 % à 35 %. Le processus est mature, le produit sulfate de potassium est de haute qualité, presque aucune perte et le rendement en potassium est élevé ; Cependant, comme la réaction se déroule dans des conditions d'acide fort et de température élevée, l'équipement est gravement corrodé et la capacité de production d'un seul four est petite, généralement 100 000 t/a, et les ventes d'un grand nombre de sous-produits -acide chlorhydrique liquide affectent directement la production de sulfate de potassium.

2) Méthode d'association : La méthode d'association utilise du chlorure de potassium, de l'acide sulfurique et un solvant organique comme matières premières pour produire du sulfate de potassium par le biais de réactions d'association, de remplacement et d'association. Le principe du procédé consiste à utiliser l'affinité différente du solvant organique pour l'acide chlorhydrique et l'acide sulfurique pour préparer du sulfate de potassium. Dans ce procédé, le solvant organique a une grande influence sur le rendement et la qualité du sulfate de potassium. Les chercheurs nationaux ont utilisé de l'ammoniac liquide, un solvant organique à point d'ébullition élevé, un solvant organique composite, etc. comme liants pour améliorer et optimiser les paramètres du processus, réduisant considérablement la consommation d'énergie et augmentant le rendement en potassium, de sorte que le rendement en potassium puisse atteindre plus de 95 %. Si un solvant organique à point d'ébullition élevé est sélectionné, la consommation énergétique de sulfate de potassium par tonne de produit est d'environ 200 kg de charbon standard, ce qui est bien inférieur à celui du procédé Mannham ; Le solvant organique composé utilisé comme liant a de faibles exigences en matières premières et une forte adaptabilité. Par exemple, de l'acide sulfurique dilué ou de l'acide usé peuvent également être utilisés. Par rapport au procédé Mannham, le procédé combiné présente les avantages de conditions de fonctionnement douces, de corrosion moindre des équipements, d'une faible consommation d'énergie, d'un temps de production court, pratiquement pas de « trois déchets » ni de chlorure d'ammonium sous-produit ; Cependant, ce processus n'est pas suffisamment mature, notamment en raison d'une petite échelle de production, d'une perte de dissolution du liant et de la toxicité de la plupart des solvants organiques.

1) Méthode au sulfate d’ammonium :

La méthode au sulfate d'ammonium est une méthode pour préparer du sulfate de potassium et du chlorure d'ammonium en utilisant la double réaction de décomposition du sulfate d'ammonium et du chlorure de potassium en solution et la différence de solubilité du produit. La formule de la réaction est la suivante :

Through experimental research, it is found that the reaction time, solvent concentration, initial concentration of ammonium sulfate, ingredient ratio and reaction temperature of the process have a great influence on the yield of potassiu sulfate, and the order of influence is: reaction time>solvent concentration>initial concentration of ammonium sulfate>ingredient ratio>température de réaction. Au cours du processus de production, du méthanol et d'autres solvants organiques ont été ajoutés, et le rendement en K₂O pourrait atteindre 93,40 % dans les conditions optimales du procédé. La production de sulfate de potassium par la méthode du sulfate d'ammonium, bien que l'investissement soit faible et que la conversion secondaire puisse également produire des produits de haute qualité-, a un coût de produit élevé, une petite échelle de production, un faible rendement et de faibles avantages économiques, et il existe encore quelques obstacles techniques.

2) Méthode au sulfate de calcium :

La méthode au sulfate de calcium, également connue sous le nom de méthode au gypse, est divisée en méthodes de conversion en une-étape et en deux-étapes. La méthode de conversion en une étape-utilise l'ammoniac comme catalyseur, le gypse et le chlorure de potassium réagissent directement dans la solution saturée d'ammoniac pour produire du sulfate de potassium, et le chlorure de calcium est un sous-produit-. La formule de la réaction est la suivante :

Dans la méthode de conversion en deux étapes, le bicarbonate d'ammonium réagit avec le gypse pour produire du carbonate de calcium et du sulfate d'ammonium, et le sulfate d'ammonium réagit avec le chlorure de potassium pour produire du sulfate de potassium, qui peut produire conjointement du carbonate de calcium léger.

3) Méthode au sel de Glauber :

La méthode de conversion du sel de Glauber est jusqu'à présent la méthode la plus étudiée et la plus approfondie-pour préparer du sulfate de potassium. Sa base théorique est le diagramme de phase multi-températures du système eau-sel quaternaire Na+, K+//Cl -, SO2 - 4 - H2O. Le diagramme de phases est analysé et les meilleures conditions du processus de production sont obtenues grâce au calcul des matériaux. Cette méthode est principalement divisée en deux étapes : la première étape est à 25 degrés et la deuxième étape est à 60 ~ 100 degrés. En fonction de la différence de solubilité des divers sels à différentes températures, une séparation par cristallisation est effectuée pour produire du sulfate de potassium et du chlorure de sodium comme sous-produit.-. De nombreuses recherches menées par des chercheurs nationaux ont révélé que la température de réaction, le rapport des ingrédients, l'équilibre hydrique, les impuretés dans les matières premières, etc. du processus ont un impact important sur le taux de conversion des ions potassium et la qualité du sulfate de potassium. Compte tenu de ces facteurs, l'influence de la température sur la préparation du sulfate de potassium à partir de la conversion de la mirabilite du chlorure de potassium a été étudiée. Il a été constaté que dans la première étape de la réaction, avec l'augmentation de la température, la teneur en ions chlorure dans les produits intermédiaires des produits de mirabilite de potassium et de sulfate de potassium augmentait, tandis que la teneur en ions potassium diminuait ; Lorsque la température est supérieure à 30 degrés, le produit sulfate de potassium ne peut pas atteindre

ZBG21006-1989. Par conséquent, la température de conversion primaire doit être contrôlée en dessous de 30 degrés.

4) Méthode au sulfate ferreux :

La méthode du sulfate ferreux est une méthode permettant de produire du sulfate de potassium par réaction de double décomposition du sulfate ferreux et du chlorure de potassium dans des sous-produits industriels-tels que les cuivres, les cendres de pyrite et d'autres sous-produits du dioxyde de titane sous la direction théorique du diagramme de phase quaternaire K+, Fe2+//Cl -, SO2 - 4-H2O. La méthode de production de cette méthode comprend principalement : 1) le sulfate ferreux réagit avec le chlorure de potassium pour générer du sel double, et le sel double est décomposé pour générer du sulfate de potassium. Le flux de processus est simple, le fonctionnement et le contrôle sont pratiques, la corrosion de l'équipement est faible, les matières premières sont bon marché et faciles à obtenir, et la consommation de matières premières est faible, et il n'y a pas de « trois déchets » générés dans le processus de production ; 2) Le sulfate ferreux réagit avec le bicarbonate d'ammonium pour produire du bisulfate d'ammonium, et le bisulfate d'ammonium réagit avec le chlorure de potassium pour produire du sulfate de potassium ; 3) Le sulfate ferreux est hydrolysé en hydroxyde ferrique et en acide sulfurique, puis l'acide sulfurique réagit avec le chlorure de potassium pour générer du sulfate de potassium. Cette réaction ne peut pas s'effectuer spontanément. Dans cette technologie, 20 % (fraction massique) TOA (trioctyl ammoniac)+10 % (fraction massique) TBP (phosphate de tributyle)+70 % (fraction massique) n-octanol est utilisé comme système d'extraction pour extraire le H2SO4 de la solution aqueuse de FeSO4, de sorte que Fe2+ soit hydrolysé et précipité, de sorte que la réaction puisse être effectuée dans le sens de produisant du sulfate de potassium. La technologie de production d'oxyde ferrique, de sulfate de potassium et de chlorure d'ammonium en utilisant du dioxyde de titane comme matière première en phase liquide, développée par l'Institut des sols et des engrais de l'Académie chinoise des sciences agricoles, peut atteindre un taux de conversion de 98,5 % ± 0,5 % pour le sulfate de potassium.

Les principales méthodes d'extraction du sulfate de potassium de l'eau de mer ou de la saumure sont : la méthode au sel à haute température, la méthode de flottation, la méthode au cyclone, la méthode à l'ammoniac pour la fabrication des déchets liquides et de la saumure des champs de sel, la méthode à membrane liquide, etc. La saumure de sous-type de sulfate de magnésium du lac salé de Lop Nur est utilisée comme matière première initiale pour obtenir du chlorure de potassium et de l'alun de potassium et de magnésium mou par décomposition, conversion et flottation, et le chlorure de potassium et l'alun de magnésium de potassium mou obtenus sont ensuite convertis et cristallisés pour obtenir du potassium. sulfate. Guidé par la théorie du diagramme de phase métastable quaternaire de K+, Mg2+//Cl -, SO2 - 4-H2O, une méthode de production de sulfate de potassium à partir de sel mixte de potassium produit à partir de saumure de sulfate et de carnallite a été inventée. Le flux du processus est divisé en cinq processus : filtration par décomposition, criblage de conversion, filtration, synthèse du sulfate de potassium et séchage par filtration. Le procédé présente les avantages d'un faible coût de production, d'un taux d'utilisation élevé des matières premières, d'un processus simple et d'une qualité de produit élevée. Les minéraux de potasse de la Chine sont principalement des minéraux liquides déposés dans les lacs intérieurs, représentant plus de 95 % des réserves totales de ressources, ce qui présente un énorme potentiel de développement. Par conséquent, il est d’une grande importance d’extraire directement le sulfate de potassium de l’eau de mer ou de la saumure pour atténuer la pénurie d’engrais potassiques en Chine.

Les principales méthodes d'extraction du potassium du minerai de potassium solide comprennent : le chauffage sous pression, la volatilisation à haute température, la méthode directe, la méthode d'échange d'ions, l'hydrolyse acide à basse température, la méthode de flottation, la méthode microbienne et la méthode de torréfaction. Diverses méthodes d'extraction du potassium à partir des minerais de potassium présentent généralement de nombreux inconvénients, tels qu'une plus grande quantité de scories, une consommation d'énergie élevée et une faible efficacité du K2O dans les produits. Il est donc difficile d’industrialiser diverses méthodes techniques. Le minerai de potassium soluble de la Chine (à l'exception du minerai de potassium solide limité dans la région de Simao au Yunnan, qui utilise principalement la méthode de flottation en solution pour produire du chlorure de potassium) manque cruellement de ressources, mais les ressources en minerai de potassium insoluble représentées par le feldspath de potassium sont extrêmement riches et les ressources nationales en feldspath de potassium dépassent les 10 milliards de tonnes. Par conséquent, il est d'une importance pratique d'augmenter les investissements dans les ressources et la technologie et de mener des recherches efficaces sur le développement et l'utilisation des ressources de feldspath potassique insoluble pour résoudre dans une certaine mesure la situation actuelle de pénurie de potassium en Chine.

Pour les matières premières et ressources spéciales, d'autres méthodes de production de sulfate de potassium comprennent la méthode d'échange d'ions, la méthode de potasse chaude, la méthode de rayonnement micro-ondes, la méthode de paille d'acide usé, la méthode de séparation par membrane, etc. En visant les ressources en saumure marine, Yuan Junsheng a étudié la nouvelle technologie d'extraction du sulfate de potassium de l'eau de mer et du butor par la méthode de la zéolite, et a réalisé un test pilote de 300 t/a de sulfate de potassium et 200 t/a de nitrate de potassium. Il est d'une grande importance de moderniser la chaîne industrielle traditionnelle chinoise du sel marin et de l'industrie chimique du sel et d'utiliser pleinement les ressources du butor marin. Ces dernières années, une invention brevetée a étudié la méthode de rayonnement micro-ondes pour préparer du sulfate de potassium à partir de chlorure de potassium et d'acide sulfurique, qui est principalement une nouvelle méthode de production de sulfate de potassium en mélangeant proportionnellement les matières premières et en réagissant sous rayonnement micro-ondes. Par rapport à la technologie existante, elle présente les caractéristiques d'une vitesse de réaction rapide, d'un cycle de production court, d'une qualité stable, d'une absence de pollution pour l'environnement, d'économies d'énergie et d'une réduction des coûts. Les produits à base de sulfate de potassium contiennent une teneur élevée en azote, divers microéléments tels que le soufre, le calcium, le magnésium, le fer, le manganèse, le cuivre, le zinc, le bore, etc., et sont riches en matière organique et en acides aminés. Ce sont des engrais composés entièrement nutritifs et respectueux de l'environnement. La méthode de séparation membranaire utilise de l'acide sulfurique et du chlorure de potassium comme matières premières et utilise un réacteur de distillation membranaire pour produire du sulfate de potassium. Il présente les avantages d’une faible consommation d’énergie et de l’absence de chlore dans le produit. Cependant, en raison de la nécessité d’importer davantage de membranes échangeuses, le coût de production est considérablement augmenté.

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