SOUDE ARTIFICIELLE. - MÉTHODE LEBLANC
La soude artificielle se produit presque exclusivement encore aujourd’hui par la méthode de Leblanc qui repose, ainsi que nous l’avons vu, sur la conversion du chlorure de sodium. On commence par convertir ce sel en sulfate de soude, par les méthodes indiquées ci-dessus. 11 nous reste à étudier :
1" La transformation du sulfate de soude en soude brute.
2“ La transformation de la soude brute en soude raffinée, ou en soude caustique.
MATIÈRES PREMIÈRES POUR LA FABRICATION DE LA SOUDE PAR LA MÉTHODE LEBLANC.
Le procédé de Leblanc repose, comme nous l’avons dit, sur la calcination d’un mélange de sulfate de soude, de carbonate de chaux et de charbon.
Les matières premières doivent présenter certaines qualités que nous indiquerons d’abord avant d’étudier le procédé de fabrication.
Sulfate de soude. — Presque tout le sulfate de soude provient de l’attaque du chlorure de sodium par l’acide sulfurique. Nous ne citerons que pour mémoire le sulfate acide que fournit la fabrication de l’acide azotique, le sulfate de soude naturel et celui qu’on extrait des eaux mères des marais salants.
Il est clair que, plus le sulfate est pur, plus il convient à la fabrication de la soude.
Nous avons indiqué plus haut la composition du sulfate industriel. Les seules impuretés qu’il peut contenir sont du sulfate de chaux et de magnésie, du fer, du chlorure de sodium et de l’acide libre. Ces trois dernières n’existent que par suite d’un travail défectueux. Le fer ne peut exister en quantité notable que par suite d’accidents de fabrication : température trop basse de la cuvette ou emploi d acide trop faible. L’acide libre ne dépasse généralement pas 0,5 à 1 pour 100 : pendant la labrication de la soude il se combine avec la chaux ou se vaporise, ce qui a un inconvénient lorsque la chaleur perdue est utilisée à la concentration des lessives, puisque les vapeurs acides déterminent une perte d’alcali : d’autre part, le sulfate
SOUDE
de chaux décompose au lessivage du carbonate de soude, autre cause de perte. On doit donc tenir la main à ne pas avoir trop d’acide libre dans le sulfate de soude.
Le sel indécomposé figure dans le sulfate pour 0,2 à 2 ])Our 100, en moyenne 1 pour 100. Un excès de sel facilite la cuite en rendant la masse plus fusible, mais par contre la soude salée est plus compacte et plus difficile à lessiver.
Le sulfate doit être en petits grains réguliers s’écrasant facilement sous le doigt : la présence de gros morceaux agglomérés ou de grains fondus indique habituellement qu’il est resté à l’intérieur un noyau indécomposé, et les fragments sont difficilement attaqués dans le mélange pour soude. L’expérience a montré qu’il y a intérêt à laisser le sulfate séjourner en tas pendant quelques jours, ce qui le rend plus friable. Il se peut aussi que l’attaque se complète au contact de l’acide libre et du sel indécomposé.
Carbonate de chaux. — Il est clair qu’on ne peut recourir qu’au calcaire naturel. Le carbonate de cbaux (calcaire ou craie) doit être aussi pur que possible ; il importe de prêter la plus grande attention à la nature des matières étrangères avec lesquelles ce corps est toujours mélangé.
Les matières organiques qui colorent souvent le calcaire en bleu, en brun ou en noir, sont sans inconvénient, puisqu’elles jouent pendant l’attaque le rôle de corps réducteurs comme le charbon.
Les matières étrangères les plus nuisibles sont la silice, l’alumine et le fer qui forment avec la soude des silicates doubles insolubles.
L’expérience a démontré que la magnésie est particulièrement nuisible : aussi les calcaires dolomitiques doivent-ils être écartés.
Les calcaires lacustres sout préférables aux calcaires marins.
On doit donc donner la préférence aux calcaires les plus purs. A défaut d’analyse chimique on doit rechercher ceux qui donnent par la cuisson une chaux qui s’éteigne vivement dans l’eau en foisonnant beaucoup, fournisse une pâte grasse, et ne laisse après l’attaque par un acide étendu qu’un résidu peu important. 11 est clair qu’on trouve rarement dans le voisinage de l’usine un calcaire très pur, comme les marbres ; et l’on doit se contenter de rechercher les pierres à chaux les plus convenables. La craie est généralement ce qu’il y a de plus satisfaisant : mais, comme elle contient souvent beaucoup d'eau, il faut la sécher, avant de la mettre en œuvre, parce qu’au broyage elle se mettrait en pâte : au reste, on peut toujours utiliser des chaleurs perdues pour cette opération.
Le tableau suivant donne la compositioii de quelques calcaires emplqyés pour la fabrication de la soude brute :
Th. Rieharclon donne l’analyse suivante pour un calcaire employé dans les usines de Newcastle :
Chaux . 55,20
Magnésie . traces
Acide carbonique . 42,30
Acide sulfurique . 0,29
Chlorure de sodium . traces
Alumine et oxyde de fer . 0,68
Sable . 2,08
Eau . 0,30
ce qui correspond à une proportion de 97 pour dOO de carbonate de chaux.
Le calcaire doit être divisé avant d’entrer dans le mélange. Tantôt on le bocarde, tantôt on le fait passer sous des meules ou entre des cylindres cannelés ; on emploie également le broyeur Carr, le broyeur Vapart ou le moulin d’Anduze. Sur le continent on l’amène à l’état de poudre ; dans la plupart des usines anglaises on regarde comme suffisant de le briser en morceaux de la grosseur d’une noisette. Si la cuite dure plus d’une heure ce système est parfaitement convenable, car dans les fours le sulfate fondu attaque et dissout le calcaire avec une très grande facilité.
On emploie également des marcs de soude désulfurés par différents procédés. On n’en peut pas mélanger beaucoup à la fois à cause de la présence d'une grande quantité de sullate de chaux qui rend la manipulation plus pénible et le, lessivage plus difficile et fait ])erdre une partie du carbonate de soude.
SOUDE
Dans les usines où l’on fabrique la soude caustique on fait rentrer dans la fabrication les boues de carbonate de chaux provenant de la caustification des lessives, soit mélangées à un poids égal de calciûre sec, soit préalablement desséchées.
Charbon. — Leblanc employait du charbon de bois pour la fabrication de la soude. Mais il n’en est plus de même nulle part : on a reconnu en effet depuis longtemps que le charbon agit uniquement comme corps réducteur.
La qualité essentielle que l’on demande à un charbon pour mélange est de contenir le minimum possible de cendres. On ne doit pas dépasser 12 à 15 p. 100 de cendres.
Les cendres sont essentiellement composées de silice et d’alumine. Nous avons vu que ces deux corps sont très nuisibles en entraînant la soude dans une combinaison insoluble. Le fer est également nuisible. Des charbons trop azotés sont également à rejeter. On constate qu’ils déterminent le dégagement d’une forte odeur ammoniacale quand on défourne la soude fondue au contact d’une atmosphère humide ; cela provient de la transformation d’une partie des composés azotés en ammoniaque sous l’influence de l’alcali fixe, mais une autre partie est changée en cyanure de sodium qui passe ultérieurement à l’état de cyanate de soude, que l’humidité transforme ensuite en carbonate de soude et ammoniaque. Mais une grande partie du cyanure échappe à cette réaction et forme avec le fer du ferrocyanure de sodium qui se décompose pendant la calcination du sel de soude et met du fer en liberté.
Les bons charbons pour mélange ne doivent contenir que 0,50 à 0,75 pour 100 d’azote .
11 semble que le soufre n’exerce pas d’action nuisible tant que sa proportion ne dépasse pas 1,50 à 2 p. 100.
Les charbons très gras dégagent, à basse température, une partie de leurs composés volatils avant de pouvoir intervenir dans la réaction. Par contre, il rendent la masse plus poreuse et plus facile à lessiver, mais la réaction est plus rapide, et l’ouvrier n’a pas de temps à perdre pour brasser. Les charbons maigres développent une température moins élevée, et la réaction étant plus lente est plus régulière. On n’attache pas une importance excessive à cette question, et l’on se tient généralement dans un juste milieu entre les charbons très gras et les charbons anthraciteux .
Au reste, deux ou trois essais de fabrication dans le four à soude sont le critérium le plus sûr pour délermincr le choix d’un charbon.
Le charbon pour mélange doit être employé beaucoup plus fin que le sulfate cl le calcaire.
-M. Kolba exécuté une série d’expériences sur une grande échelle pour vérifier l'influence de la nature du combustible sur la production delasoude. En se plaçant dans des conditions aussi identiques que possible, il a déterminé les quantités do soude brute produites en opérant constamment avec un mélange de 106 parties de sulfate et 101 parties de craie, auquel il ajoutait une quantité convenable de chacun des combustibles à essayer pour produire une décomposition complète du sulfate .
ENCYCLOPÉDIE CHUIIQUE.
Les résultats rournis par cet essai sont les suivants :
57,2 p. de coke ont donné 16o p. de soude brute à 50“ correspondant à 69,0 NaO, CO^ 70 charbon debois 165 ■40“ 71,8
oOl sciure de bois 159 38“ 65,5
56 goudron 158 ■iO” 69,7
166 tourbe 164 39“ 67,6
60,5 bouille grasse 162 -11" 71,0
Los difiérenees entre ces chiffres sont du même ordre que celles qu’on éprouve dans la pratique en opérant des cuites avec la même substance réductrice .
Il serait donc indifférent au point de vue théorique d’employer l’un ou l’autre des réducteurs.
D’après cela, on a été conduit dans chaque usine, à adopter le combustible qui présente les meilleures conditions économiques : en Angleterre, en Belgique et en France on se sert de houille, en Allemagne souvent de lignite : on s’attache principalement à ne mettre en œuvre que des combustibles contenant peu de cendres.
Voici quelques analyses de charbons anglais pour mélange :
Charbon employé dans une usine de Newcastle (Richardson).
Carbone 74,3'4 Hydrogène 4,96 Azote 1,42 Oxygène 10,16 Soufre 1,39 Cendres 7,73 100,00
Charbon du Lancashire (Davis).
Combustible
Soufre volatilisable Silice Alumine Oxyde de fer Chaux Magnésie Acide sulfurique Acide phosphorique
SOUDE
Charbon de diverses dsines de Newcastle.
Coke
non compris la cendre.
Matières
bitumineuses.
Proportions des matières premières. — Les proportions des matières employées par Leblanc étaient :
100 parties de sulfate
100 de craie
50 de charbon de bois.
En admettant que la réaction exige les proportions suivantes :
5 NaO, S0= H- 7 CaO, CO^ 4- 12 C, il faudrait théoriquement employer :
100 parties de sulfate 98,7 carbonate de chaux
20,5 carbone.
Ces proportions sont à peu près celles qu’on emploie d’habitude pour le sulfate et le calcaire; quant au charbon, on conçoit qu’il en faut toujours mettre un excès, car une partie est brûlée avant d’avoir réagi. Toutefois, on s’écarte parfois notablement de ces données ainsi que le montrent les chiffres du tableau ci-dessous, relevés par divers observateurs :
Pour 100 parties de sulfate
Carbonate de chaux
Charbon
1 Stohmann.
jr,..
1 Muspratt.
— Chandelon.
— Brown.
— Scheurer-Kestner.
, — Kulilmann.
-T- Stohmann.
> ScheiirnrrKesilner.
55G ENC\CLOI-ÉDIE CHIMIQUE.
Malheureusement, nous ne savons pas à quelle qualité de matière se rapportent ces indications; mais on voit cependant qu’il y a d une usine à 1 autre des variations énormes.
Au point de vue des réactions dans le Tour, on peut faire varier tes dosages entre des limites assez étendues, pourvu qu’on emploie des quantités suffisantes de calcaire et de charbon pour assurer la complète décomposition du sulfate, ainsi que le montre le tableau suivant des essais faits par M. Kolb :
iOO NaO,SO= ] ( 59,50 NaO,CO' j
70 CaO,CO' f = —
34 C ) ( 5,59 NaO )
•100 NaO,SO^- ) 1 65,50 NaO,GO^ )
94 CaO,œ* ( — ( =
54 C ) ( 5,80 NaO )
fOO NaO,SO= ) ( 64,20 NaO,CO* )
94 GaO,GO^ = ( =
44 G ) ( 4.72 NaO )
100 NaO,SO-- ) ( 64,50 Na0,G02 )
94 GaO,GO* [ = [ = 71,0 NaO, GO^
50 G ) ( 5,85 NaO )
100 NaO,SO^’ ) ( 52,60 NaO,GO^ )
105 GaO,G02 = =
50 G ) l 8,45 NaO )
Il est évident que l’intérêt du fabricant est de diminuer le plus possible les proportions de calcaire et de charbon pour réduire les fi ais d’achat et ceux demanipulation. Mais il doit tenir compte de la facilité que donne pour le travail ultérieur l’état physique de la soude brute, et est amené à introduire dans ce but un excès de calcaireou de charbon, de façon que la masse soit poreuse et que les sels solubles se séparent aisément des composés insolubles formés par la chaux. L’excès de chaux et de charbon à introduire ainsi peut du reste varier, comme nous venons de le voir, entre des limites assez élastiques: le fabricant doit essayer les proportions les plus convenables à employer dans chaque cas particulier, suivant les conditions à réaliser, telles que fusibilité de la masse, facilité de lessivage, teneur encarbonate de soude, en soude caustique, en sulfate, etc.
Il est clair qu’un excès de chaux diminue la fusibilité, tandis que le contraire se produit quand on force la proportion de sulfate.
Pour le charbon surtout, l’indétermination est grande; mais, comme la calcination du mélange pour soude se fait toujours dans des fours à flamme, l’excès de charbon introduit dans la masse complète le combustible brûlé dans la grille, et n’est pas employé en perte. Il faut moins de charbon sur la grille quand on en introduit
SOUDE
davantage dans le mélange, et on obtient une masse plus poreuse; par contre, la sonde coûte plus cher, car on emploie généralement pour le mélange un charbon pins pur et plus cher que celui qui sert au chauffage. Nous verrons plus loin les motifs qui limitent la dose de charbon dans lemélangc, etquiont amené M. Péchiney à recommander de réduire cette dose au strict minimum, 50 p. dOO environ, afin d’éviter la production de cyanure de sodium.
