L’Élémentarium
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Sr
Strontium
Le sulfate de strontium est naturellement présent dans un minéral, la célestine qui est la source principale pour l’élaboration de tous les composés du strontium. Les principales utilisations concernent les fluides de forages pétroliers et gaziers du fait de sa densité élevée ainsi que la pyrotechnie pour l’obtention de la couleur rouge et les ferrites, aimants permanents.
Données physico-chimiques
Données atomiques
| Formule | Masse molaire | Minéral | Structure cristalline |
| SrSO4 | 183,68 g.mol-1 | célestine | orthorhombique de paramètres a = 0,8359 nm, b = 0,5352 nm et c = 0,6866 nm |
Données physiques
| Masse volumique | Dureté | Température de fusion | Solubilité dans l’eau |
| 3,96 g.cm-3 | 3 à 3,5 | 1 605°C | à 0°C : 0,0113 g/100 g d’eau
à 30°C : 0,0114 g/100 g d’eau |
Données thermodynamiques
Sulfate de strontium cristallisé :
- Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : -1 453,7 kJ.mol-1
- Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : -1 341,5 kJ.mol-1
- Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 117,2 J.K-1mol-1
Données industrielles
État naturel
La teneur moyenne de l’écorce terrestre en strontium est de 0,04 %.
L’élément strontium, est présent naturellement principalement sous forme de sulfate de strontium, SrSO4, dont le minéral est la célestine. Au sein de la célestine, les ions Sr2+ peuvent être remplacés par des ions Ca2+ ou Ba2+. Le strontium est également naturellement présent, mais en moindre quantité, sous forme de strontianite, qui est un carbonate de strontium, SrCO3.
Le minerai est extrait à ciel ouvert ou souterrainement, broyé et concentré par méthodes gravimétriques, séparation magnétique et par flottation, pour atteindre une teneur en sulfate de strontium supérieure à 90 %.
Productions
En 2019. Monde : 220 000 t de concentré de célestine. Union européenne (Espagne) : 90 000 t.
| Espagne | 90 000 t | Iran | 37 000 t | |
| Chine | 50 000 t | Turquie | 1 000 t | |
| Mexique | 40 000 t | Argentine | 700 t |
Source : USGS
En 2016, la production espagnole a été de 85 599 t de concentré de célestine renfermant 83 000 t de sulfate de strontium. La production de concentré avait atteint, en 2005, 336 630 t.
Principaux producteurs :
En Espagne, Solvay exploite, à ciel ouvert, la mine d’Escúzar, dans la région de Grenade. Le minerai, dont la teneur en sulfate de strontium est comprise entre 35 et 50 %, est enrichi par méthodes gravimétriques, milieu dense et par flottation pour atteindre plus de 90 %. Le minerai est expédié en Allemagne, à Bad Hönningen, pour être traité dans les installations de Solvay. En 2012, la production a été de 84 818 t de concentré.
Toujours dans la région de Grenade, la mine Aurora dans le massif de Montevives, exploitée par Canteras Industriales SL, a redémarré, en 2012, après un arrêt de 3 ans. Le minerai, titrant 80 % de sulfate de strontium, est enrichi à 95 %. En 2012, la production a été de 11 870 t de concentré.
Au Mexique, la société Minas de Celestita SA de CV, exploite une mine dans l’état de Coahuila.
Commerce international :
Les importations des États-Unis ont été, en 2019, de 11 000 t de strontium contenu dans des concentrés de célestine à 92 %, principalement du Mexique et de 6 300 t en strontium contenu dans des composés de strontium.
Réserves : en 2019.
Les réserves chinoises sont estimées à 6,8 millions de t.
Situation française
En 2019.
Commerce extérieur : pour le carbonate de strontium.
Les exportations étaient confidentielles.
Les importations s’élevaient à 2 390 t en provenance principalement à :
- 88 % d’Allemagne,
- 12 % du Mexique.
Utilisations
Secteurs d’utilisation, aux États-Unis, en 2019 :
| Forages pétroliers et gaziers | 64 % | Alliages | 3 % | |
| Pyrotechnie | 12 % | Pigments et charges | 3 % | |
| Aimants | 12 % | Production de zinc | 3 % |
Source : USGS
La célestine est directement employée, sans transformation chimique, comme fluide dense utilisé dans les forages pétroliers et gaziers.
La célestine est à la base de la fabrication des divers composés du strontium. Le principal procédé de transformation, dénommé « Black Ash », consiste, dans un premier temps, à transformer la célestine en sulfure de strontium, vers 1100°C, selon la réaction :
SrSO4 + 4 C = SrS + 4 CO
Le sulfure de strontium, soluble, permet en présence de carbonate de sodium d’obtenir, par précipitation, le carbonate de strontium qui est le principal sel de strontium commercialisé.
En Espagne, la société Quimica del Estroncio, filiale du groupe Villar Mir, produit des composés de strontium, à Valle de Escombreras, près de Carthagène, avec une capacité de production de 15 000 t/an de composés de strontium. Cette société a développé un procédé original de double purification par dissolution dans l’acide chlorhydrique puis dans l’acide nitrique et de double précipitation à l’aide de dioxyde de carbone et d’ammoniac. Les co-produits obtenus, sulfate et nitrate d’ammonium sont valorisés par l’industrie des engrais.
Utilisations diverses :
- En pyrotechnie, le nitrate de strontium apporte la couleur rouge.
- Les aimants permanents en ferrite de strontium, SrFe12O19, sont obtenus vers 1000-1300°C, par frittage entre le carbonate de strontium et l’oxyde de fer III.
- Lors des opérations d’hydrométallurgie du zinc, l’introduction de carbonate de strontium dans l’acide sulfurique, permet de diminuer la teneur en plomb de l’électrolyte et de celle du dépôt de zinc, à la cathode, lors de l’électrolyse.
- Le carbonate de strontium a pendant longtemps été utilisé dans le verre des tubes cathodiques afin d’absorber les rayons X émis. Le remplacement de ce type de téléviseur par des écrans LCD et plasma, a entraîné une forte diminution de la consommation de carbonate de strontium et de son précurseur, la célestine.
Remarque :
La présence dans les sols de l’isotope 90Sr, de 28,9 ans de demi-vie, est le résultat d’essais et d’accidents nucléaires comme Tchernobyl.
Bibliographie