FOURS A SOUDE MÉCANIQUES

Pour économiser le combustible et la main-d’œuvre on a donc été amené à étudier la substitution du travail mécanique à celui de l’iiomme. On y est arrivé en rendant le four mobile, de façon à supprimer totalement l’emploi d’outils. On a donné aux fours la forme d’un cylindre creux, mobile autour d’un axe horizontal, de façon que le mouvement même de l’appareil retoui’ne et mélange constamment la matière, en même temps qu’il la soumet régulièrement et uniformément à l’action delà flamme. Le seul point demandant de l’intelligence consiste à saisir la lin de l’opération : on peut confier ce soin à un ouvrier exercé qui surveille toute une batterie de fours.

C’est naturellement en Angleterre où la main-d’œuvre est chère que ces appareils se sont le plus vite répandus, mais les plus grandes usines du continent sont imurvues également maintenant de fours tournants.

La forme actuelle des fours tournants a été breveté en 4855 par MM. Elliot et Russel : elle a depuis été perfectionnée. Leur forme définitive est représentc'e par les fig. 262 et 205. Planche I .

56fi ENCYCLOPÉDIE CHIMIOUE.

Le four proprement dit se compose d un cylindre de tôle de 12 a lo millim. d’épaisseur : les feuilles de tôle sont assemblées par une bande de recouvrement à double rang de rivets. Les deux fonds du cylindre sont également formés de plaques en tôle assemblées sur la surface cylindrique par de fortes cornières. Deux frettes de fonte en plusieurs pièces, rivées sur la tôle, servent d’appui à deux grands cercles de fer forgé ou d’acier posés à chaud et tournés CG qui reposent sur quatre galets de 0'“,60 de diamètre et 0“,20 de largeur et servent au roulement de l’appareil. La fixité du cylindre est assurée par le profil donné aux galets qui ont une faible rainure dans laquelle s’engagent les cercles de roulement. L’axe des galets a 10 à 12 centimètres de diamètre. 11 tourne dans des paliers reposant sur de forts massifs en pierre de taille ou en fonte creuse. Enfin le cylindre est arme d’une roue dentée actionnée par un moteur vertical à vapeur, dont la transmission est installée de façon qu’on fasse varier la vitesse de rotation depuis un tour en quatre minutes, jusqu’à cinq en une minute et qu’on renverse le mouvement par un jeu de leviers manœuvres du haut de la plate forme P.

Le cylindre est garni intérieurement de pièces réfractaires. Cette garniture a 22 centimètres d’épaisseur au milieu et 50 aux extrémités. Sept pièces ]>lus fortes forment des saillies dans un môme plan passant par l’axe. Le cylindre a pour dimensions intérieures o mètres de long sur 2"’, 50 de diamètre.

Le chargement se fait par une ouverture circulaire A de 0"’,45 à O^ibO de diamètre, fermée par une plaque de tôle sans garniture réfractaire, tenue en place par des clavettes. La même ouverture sert au déchargement.

Le foyer F forme avant corps. 11 a 2“,75 de longueur, 1"',50 de large et 2 mètres environ de hauteur dans le voisinage du four. 11 est généralement desservi par deux portes. La flamme s’échappe par une ouverture circulaire c, de 0'’’,80 à O^.OO de diamètre, et pénètre dans le four par une ouverture pareille â. Entre ces deux ouvertures est intercalée une bague h en fonte garnie de briques réfractaires. Cette pièce appelée œil est suspendue à une chaîne de façon à pouvoir être remplacée en quelques secondes. On laisse un jeu de 25 millim. environ entre elle, le foyer et le four de façon à permettre les dilatations ; mais il ne faut pas que le jeu soit trop fort pour qu’il n’entre pas trop d’air dans le four.

Après avoir traversé le four, la flamme sort par l’ouverture e et se rend d’abord dans une chambre à poussières P qui mesure environ 2 mètres de long sur 2 de large : les matières entraînées par la violence du tirage s’y déposent, puis les gaz vont chauffer des chaudières destinées à la concentration des lessives en traversant le carneau f. Un jeu de registres les dirige dans le carneau de secours g, quand les ouvriers enlèvent les sels déposés dans les chaudières.

Dans la voûte de la chambre à poussière e,st un regard G ou œil destiné à permettre d observer l’intérieur du four. Devant cet œil règne la plate-forme P où se tient l’ouvrier chargé de diriger l’opération.

Avec les dimensions indiquées ci-dessus, un four tournant peut produire 22 à 25 tonnes de soude par jour en douze opérations. Il revient à environ 50000 francs.

Travail avec les fours tournants. — Les premiers fabricants qui se servirent de fours tournants se heurtèrent à une très grande difficulté qui amena quelques-uns d entre eux à renoncer à ces appareils. La soude obtenue formait des gâteaux trop

FABRICATION DE I.A SOUDE BRUTE

romparts pour bien se prêter au lessivage. MM. Stevenson et ^Yilliamson, propriétaires des usines de Jarrow Chemical Works, à Soulh-Shields, près de Newcastle, ont les premiers tourné la difficulté de la façon suivante.

Le four étant chauffé au rouge vif, on y charge d’abord toute la craie en gros blocs et les deux tiers du cbarbon. Saisie par la chaleur, la craie éclate en menus morceaux. On ferme la porte de chargement et on fait tourner lentement le cylindre justju’à ce que le calcaire commence à se décomposer, ce que l’on reconnaît à l’appiirition de flammes d’oxyde de carbone. Cette opération (liming) dure environ une heure et un quart. Elle a pour but de produire une certaine quantité de chaux caustique, qui reste emprisonnée dans la soude brute et qui, en s’hydratant lors du lessivage, foisonne et rend la soude poreuse, de façon à faciliter la dissolution. Mais, si on pousse tro[) loin la décomposition du calcaire, il reste trop de chaux caustique dans la soude brute et ce défaut se traduit par un excès de soude caustique dans la lessive ; de plus la soude reste sulfureuse parce que la chaux ne réagit pas sur le sulfure de sodium comme le carbonate de cbaux. 11 faut donc surveiller avec soin cette première phase. Quand elle est achevée, on ramène l’ouverture en haut, on diminue le tirage momentanément, et on charge d’un seul coup le restant du charbon et tout le sulfate pulvérisé. On remet le four en marche et au bout d’une demi-heure environ, lorsque l’apparition de flammes jaune orangé annonce que le sulfate fond, on relève le registre. Bientôt la masse devient fluide, les flammèches jaunes apparaissent comme sur la sole des fours ordinaires, signe que l’opération touche à la fin. On fait alors tourner rapidement pour assurer la perfection du brassage, et lorsque le surveillant juge la cuite à point, on arrête le cylindre pour enlever le couvercle de l’ouverture de chargement, on renverse le four, et on le vide dans une série de wagonnets qui viennent se présenter successivement dessous.

Les proportions de matières mises en œuvre sont sensiblement les mêmes que pour les fours ordinaires, toutefois la dose de calcaire est un peu plus faible. A South- Sbields on emploie 100 parties de sulfate de soude, 90 de craie et 60 de charbon.

En septembre 1874, M. Mactear a breveté un procédé supprimant la caustification. 11 incorpore la chaux caustifiée d’avance à la charge vers la fin de l’opération et augmente la porosité du mélange en ajoutant eu môme temps des cendres, des escarbilles, etc. Ce tour de main permet de régler à volonté la causticité de la soude suivant la dose de chaux employée. On commence par charger avec le sulfate et le charbon la quantité de calcaire strictement nécessaire, puis on fait tourner lentement le cylindre et, quand l’apparition des flammèches jaunes annonce la fusion du sulfate, on arrête et on projette rapidement dans le cylindre le mélange de chaux et de cendres. On fait ensuite tourner rapidement pendant cinq minutes, et l’on vide. D’après le brevet de M. Mactear, les proportions à employer seraient les suivantes ;

Sulfate . 100

Calcaire . 72à74

Charbon . 40

Cendres . 12àl6

Chaux . 6 à 10

Ce qui correspond à une prise en œuvre totale de 85 è 92 de calcaire.

r.(iS ENCYCLOPÉDIE CHIMIQUE.

D’i'près M. Weldon on ne doit pas descendre au-dessous des doses suivantes :

Sulfate de soude . 100

Calcaire . 78,66

Charbon . 42

Chaux . 6,24

Soit une mise en œuvre totale de 90 parties de calcaire.

Ou voit que chacun de ces deux procédés demande l’emploi de beaueoup moins de calcaire que par l’ancienne méthode do Leblanc, avantage très sensible, car les travaux de M. Scheurer-Kestner ont montré que la perte de soude au lessivage ci’oît avec la proportion de chaux en excès : outre que l’on a ainsi moins de soude engagée dans des combinaisons insolubles, il y en a également moins de retenue mécaniquement puisque le volume des marcs de soude est diminué d’autant. M. Mactear annonce que de ces deux chefs il résulterait un accroissement de rendement de 2 ,5 ])our 1 00 en soude et comme les opérations se font avec moins de matières on ponrrait travailler plus rapidement et décomposer plus de sulfate avec le même appareil. L’augmentation de production serait de 50 pour 100, ce qui paraît exagéré. En tout cas, à la diminution du calcaire correspond une proportion plus forte du sulfure de sodium. Aussi ce procédé d’abord très répandu en Angleterre est-il aujourd’hui remplacé dans [dusieurs usines par la méthode Pechiney-Weldon dont il nous reste à parler.

Méthode Pechmey- Weldon. — Dans la fusion du mélange pour soude brute, il se produit toujours du cyanure de sodium aux dépens de l’azote du charbon ; ce corps forme au lessivage avec le sulfure de fer du ferrocyanure de sodium soluble (jui, lors de la calcination des sels de soude, se décompose en donnant de l’oxyde de fer qui colore le sel de soude en jaune ou qui empêche d’obtenir directement des cristaux incolores avec les lessives de soude brute.

Suivant un brevet de M. Pechiney, en date de 1877, on peut détruire le cyanure de sodium en ajoutant un peu de sulfate de soude à la fin de l’opération ; on mélange par un brassage rapide et on coule de suite le sulfate^. La réaction qui se produit est probablement la suivante :

NaO.SO^- -I- NaC^Az = NaS H- NaO,CO^ -I- CO Az.

AL Weldon (brevet anglais du 11 janvier 1878) a ajouté au procédé de M. Pechiney l’addition simultanée de craie en poudre pour achever de décomposer le sulfure de sodium, et supprimer ultérieurement la carbonatation des lessives.

.M. Pechiney recommande d’opérer avec le minimum possible de charbon et de loi tunciit cliauflor vers la fin del’opération qui doit être un peu plus prolongée que d habitude. Il paraît qu il n’y a pas de danger de brûler la soude, grâce à la présence

I . L P procède de 51. Pechiney repose sur ce que les cyanures n’apparaissent dans le four à soude qu’a la liu de la reaction, lorsque le sulfate est presque complètement décomposé, et sur ce que leur prodiiclion est plus forte à basse température que lorsque la chaleur est très forte. On conçoit de reste que, le cyanogène provenant du charbon contenu dans le mélange, il faille réduire la proportion de ce coips au strict nuninnim, sauf à produire la Icmiierature necessaire en augmentant la combustion sur la grille.

du petit excès de sulfate. Lorsque la soude est brûlée, c’est que les deux réactions suivantes se sont passées :

NaO.GO^ + G = x\aÜ -f- 2GO NaO -1- GaS = NaS + GaO

Or la diminution de la proportion de charbon et l’addition finale de sulfate de soude et de craie qui ne laissent presque plus de charbon libre s’opposent à ce que la première réaction se produise et la soude ne peut se brûler.

La soude brute obtenue est très fluide: cependant, d’après M. Weldon, les gâteaux se prêtent bien au lessivage parce qu’ils sont moins denses que ceux qu’on obtient par la méthode primitive. Il reste loujours un peu tle cyanures, mais le taux en est beaucoup moindre, et on peut obtenir directement de beaux cristaux de soude et (les sels de soude et de la soude aussi blancs et exempts de fer que les sels de .soude à l’ammoniaque.

M. Weldon cite les doses suivantes comme très convenables :

Sulfate de soude . 100 100

Galcaire. . 79,40 7o

Gharbon . 41,00 58,20

Sulfate final . 5,88 5,88

Craie en poudre liiiale . 7,55 7,55

Soit en total :

Sulfate . 100 100

Galcaire . 81,9 77,80

Charbon . 39,29 56,10

Plusieurs procédés ont été brevetés depuis, pour la destruction des cyanures :

M. Mactear (3 août 1878) a breveté l’emploi de composés oxydants ajoutés au mélange en fusion : entre autres les oxydes de manganèse de fer, le sulfate de chaux (5 pour 100 environ), de strontiane, de baryte (pourquoi pas le sulfate de soude?). Il paraît que ce traitement laisse tout autant de ferrocyanure que lorsqu’on ne fait rien et que l’aspect de la soude est mauvais.

MM. Gaskell, Deacon et Cie ont breveté l’injection d’air et de vapeur d’eau dans le four (27 septembre 1878). Ces messieurs se sont basés sur ce que le procédé Pechiney ne réussit que par l’ouverture du four tournant. Pendant l’introduction du mélange final le four est ouvert de cinq à oix minutes et le courant d’air énergique qui le traverse balaie les gaz réducteurs (?) qui le remplissent et oxyde les cyanures. Cette idée est en opposition avec les analyses des gaz des fours. D’ailleurs le procédé Pechiney a d’abord été essayé dans les fours à réverbèi e, où il y a toujours un grand excès d’air, et y a produit de bons résultats.

M. Brünner (brevet anglais du 10 août 1878) a breveté de n'introduire d’abord dans le mélange que 25 à 75 pour 100 du charbon nécessaire et d’ajouter finalement le restant en une ou deux fois. On doit travailler à la plus haute température possible. Cela revient au fond au procédé Pechiney puisqu’on a jusqu’au bout un excès de sulfate. Par contre on doit avoir une diminution de rendement à cause de la volatilisation du sulfate non décomposé pendant la majeure partie de l’opération.

Dépense de combustible dans les fours à soude. — D’après Payen (édition de

^,70 E>^cYCi,nr‘KniE chimique.

1877) on (lépensfi ilan.s les grands fours de ClémenI 2800 kilog. de cliarbon pour six cuites de 955 kilog. de sulfate, soit 50 pour 100 du sulfate décomposé. Ce chiffre est très faible.

Kn Angleterre, on compte environ 64 pour 100 de sulfate. Quekiues usines en dépensent55 à GO. Mais nous avons vu que les consommaliou' varient avec la quantité de charbon introduite d'autre part dans le mélange.

Prix (le revient — Voici d’après MM. Lungeet Naville le prix de revient à l’usine

de Plan d’Aren :

Sulfate de sonde. . . . 650,7 kil. à fr. 70,76 la tonne fr. 46,04

Craie . 710 5,25 2,51

Houille pour mélange. 274 j — pour foyers . . 287 )

Entretien . 0,85

Main-d’œuvre . 5,05

Divers . 0,40

Frais généraux . 2,40

Enlèvement du résidu . 1,55

1000 kilog. de soude brute . 68,72

Rendement en soude brute — Le mélange introduit dans le four subit nue

perte de poids qui correspond à la consommation de charbon et aux réactions chimiques. On admet dans la pratique que 100 parties de sulfate donnent de 155 à 168 de soude brute : ou que 5 parties de mélange produisent 5 parties de soude brute.

Stobmann a déterminé le rendement d’un four à flamme et d'un four tournant par (les expériences en grand. Les mélanges avaient la composition suivante :

Four à flammes. Four tournant.

Dans une série de 5 expériences sur chaque four, on obtint :

Sulfate de soude. .

Craie .

Charbon .

FABmCATION DE LA SOUDE BRUTE. r.71

Aspect et coinposilion de la sonde brute. — Revenons encore un instant sur les caractères extérieurs de la soude brute.

La soude extraite du four, et brassée dans le chariot doit émettre encore des flammèches jaunes qui disparaissent peu à peu. Le pain refroidi doit se détacher facilement de son moule. L’extérieur est mamelonné, et de teinte foncée. Le noyau intérieur doit être gris et poreux comme la pierre ponce, sans présenter des bandes irrégulières blanches et noires accusant un mauvais brassage par la présence alternative d’im excès de craie et d’un excès de charbon.

Un defaut de brassage s’accuse de suite à l’aspect de la soude; il y a des parties fondues, et à côté des fragments de couleur différente.

La soude verte (extraite trop tôt pendant quelle est encore fluide), ou fabriquée à trop basse température donne des pains lourds et durs, d’aspect irrégulier, se lessivant mal, et contenant une grande quantité de sulfate.

Si le four était trop chaud ou si la soude a été maintenue trop longtemps près de l’autel on a des pains brûlés, compacts, de couleur brique ou violacée soit partout soit en quelques points. Cet accident se produit surtout quand on travaille avec peu de calcaire parce que les réactions sont alors très rapides. L’ouvrier a donc une tendance à augmenter la dose de calcaire, mais le rendement au lessivage est diminué par ce fait. La craie demande une plus haute température que le calcaire.

Un excès de charbon diminue la fusibilité et demande plus de travail. On est exposé à ce que la cuite se brûle. Avec nn minimum de charbon on peut donc travailler à plus haute température.

Une soude brûlée est très difficile à lessiver. Elle contient toujours une forte proportion do sulfure de sodium et de sulfate de soude. Ce dernier corps peut provenir soit d’une oxydation du sulfure de sodium soit d’une oxydation du sulfure de calcium et d’une réaction entre le carbonate de soude et le sulfate de chaux.

D’après M. Scheurer-Kestner la coloration rouge de la soude brûlée provient de la formation d’un bisulfure de sodium produit à haute température par la réaction du sulfure de calcium sur le carbonate de soude : ■

2CaS + NaO, CO^ = 2CaO NaS'* -H CO.

M. Kolb admet d’autre part que le corps rouge est du .sulfure de sodium ordinaire prenant naissance dans les conditions suivantes : décomposition du carbonate de soude par le charbon à haute température; puis réaction de la soude sur le sulfure de calcium :

NaO, CO® -1- C = NaO -U 2CO NaO -h CaS =NaS -I- CaO.

Nous avons déjà cité cette réaction pour expliquer pourquoi, dans le procédé Pechiney, on risque peu de brûler la soude.

La chaux libre réagit pendant le lessivage sur le carbonate de soude, ce qui explique que les soudes brûlées sont toujours à la fois sulfureuses et caustiques.

Les pains de soude brute des fours tournants sont toujours plus homogènes et de couleur plus claire que ceux des fours à flammes.

Dans beaucoup d’usines, on se borne à juger la qualité de la soude d’après sou aspect. Il est cependant bon de déterminer au moins l’alcalinité et le degré de sulfure qui complètent les indications tirées de l’aspect physique des pains de soude.

Le tableau suivant donne les résultats de quelques analyses de soude brute.

FABIUCATION DE t.A .SOUDE liBUTE.

EKCYCLOI'ÉDIE CHIMIQUE.

Les mélanges employés étaient :

Pour les échantillons I‘2 et IS

Sullate . 100 100

Craie . 109 106

Charbon avec 10 p. 100 de cendres . 56 55

Pour les échantillons

U et

Sulfate .

Craie .

Charbon .

Chaux Macteai’ .

Ces analyses ne représentent pas toutes les mêmes idées sur la constitution de la soude brute. Dans quelques analyses on a tenu compte de ce que ce corps ne contient pas de soude caustique, ainsi que nous le verrons plus loin, dans d’autres on admet comme existant réellement dans la sonde brute la soude caustique qui se trouve dans la lessive. 11 ressort de ce tableau que la soude brute consiste essentiellement en carbonate de soude, sulfure de calcium, chaux et carbonate de chaux, Ibrmaiit ensemble un total de 75 à 80 pour 100, atteignant même parfois jusqu'à 90 pour 100. Les autres matièi'es proviennent, comme impuretés, soit du sulfate (clilorure de sodium, fer), soit du calcaire (magnésie, fer, acide phosphoiique), soit du réducteur, des outils et de la maçonnerie (fer, silice, alumine, sable, cbarbon).

On n’a pas fait figurer dans le tableau précédent un certain nombre d’impuretés qui existent en minimes quantités. Ainsi en reprenant la soude brute par l’alcool on y trouve toujours du sulfocyanure de sodium et du cyanure de sodium (jui se transforme au lessivage en ferrocyanure. La somme de ces deux corps peut dans certains cas dépasser 1 pour 100.

Dans les analyses commerciales, ou dans le cours de la fabrication on n’a jamais à faire une recherche aussi détaillée : on détermine ce (]ui se dissout dans l’eau dans les conditions où l’on travaille.

Action de l'air sur la soude brute. — A l’air sec, et à la température ordinaire, la soude brute ne se modifie que lentement : sa teneur en carbonate de soude diminue peu à peu et son poids varie très lentement.

-M. Kolb a fait à ce sujet des expériences intéressantes sur réchaulillon de soude d’Amiens dont la composition figuie au tableau de la page.

L’analyse était faite sur le liquide provenant de la digestion de 100 grammes de soude brute pendant 24 heures dans 1 litre d’eau à 15».

L’échantillon A fut pesé et analysé immédiatement après le refroidissement.

L’échantillon B fut pesé et analysé après avoir été réduit en poudre et exposé en couche mince pendant un mois à l’air sec, privé d’acide carbonique.

L’échantillon G avait été soumis pendant un mois à un courant d’air sec ù la température de 100».

L’échantillon D fut chauffé à l’aii' au rouge pendant 4 heures L

L’échanlillon E fut étalé pendant un mois dans une atuiosplière d’acide carbonique pur.

L’échantillon F fut soumis dans les mêmes conditions à un courant d’acide carbonique humide.