trace

Eau et perte , . . .

On obtient 100 kilogr. de sel de soude avec 245 à | 250 kilogr. de soude brute. La dépense en charbon est

CARBONATES

d'environ 100 kilogr. pour calciner 400 kilogr. de sel de soude. Le procédé marseillais est quelquefois employé pour obtenir du carbonate de soude de lessives préalablement carbonatées.

Concentration des lessives avec fractionnement des sels précipités. Deux procédés sont en usage; dans l'un, la concentration se fait à feu nu, procédé de Newcastle ; dans l'autre, à feu intérieur. Dans ces deux cas, la lessive n'est pas évaporée directement à sec ; on la concentre jusqu'au degré où le carbonate de soude monohydraté se précipite, plus ou moins mélangé de sels étrangers. Ce sel, débarrassé de Teau mère, est calciné à part ; cette dernière est ajoutée aux lessives non encore traitées, soit directement, soit après une purification préalable, ou bien est employée à la fabrication de la soude caustique. La concentration à feu nu se fait presque toujours en utilisant la chaleur perdue des fours à soude. On remplit les chaudières jusqu'à la cornière supérieure, et le liquide est remplacé au fur et à mesure qu'il s'évapore, en s'arrêtant de manière à pouvoir vider la chaudière toutes les quarante-huit heures. Le seul travail de l'ouvrier, pendant cette opération, est de briser de temps en temps la croûte de sel qui se forme sur le liquide, au moyen d'un râteau qu'il introduit par une ouverture spéciale pratiquée au-dessus de la porte. Quand la masse est devenue pâteuse, l'ouvrier desserre la clavette de la porte, laisse drainer pendant quelques instants le liquide par l'ouverture, puis ouvrant complètement la porte, fait tomber le sel dans le filtre.

L'eau mère contient la plus grande partie des impuretés de la lessive, et particulièrement la soude caustique. Elle est colorée en rouge par le sulfure de fer et des matières organiques; on la désigne dans l'industrie sous les noms à'eau rouge, de lessive roiige^ ou de lessive caustique. D'après M. Lunge, l'analyse d'un échantillon d'eau mère a donné les résultats suivants :

Soude (N et 0) sous forme de

Grammes par litre.

Hydrate de soude 167.4 12.6

Carbonate de soude 40.3 3.0

Sulfure de sodium 15.5 1.2

Hyposulfite de soude 6.2 0.5

Sulfate de soude 3.0 0.2

Densité 1.334 (36«)

Le sel de soude brut ou sel précipité est laissé plusieurs jours sur le filtre, avant d'être calciné, ou bien, pour rendre l'opération plus rapide, débarrassé de l'eau mère au moyen d'une turbine. Il est purifié par un clairçage fait avec une solution de carbonate de soude pure, ou en injectant un jet de vapeur sous le faux fond des filtres.

Concentration à feu inférieur. Ce mode d'évaporation a l'inconvénient de mettre plus rapidement que le précédent les chaudières hors de service, la chaleur est aussi moins bien utilisée, et les frais de main-d'œuvre sont plus considérables. Les avantages du procédé sont, par contre, que la lessive n'est pas souillée par la suie du foyer ou les matières entraînées du four à soude, et les gaz du foyer n'ont aucune action sur sa composition. En Angleterre, le procédé d'évaporation à feu nu est le plus répandu; au contraire, sur le continent, on donne la préférence à la méthode dont nous nous occupons, aussi le sel qu'on y fabrique est-il généralement plus blanc que les sels anglais. La forme donnée aux chaudières est assez variable. Souvent elles sont à fond plat, longues de 8 à 10 m., larges de 3 m., et profondes de 0""50 à 0^10. Le foyer à une ou deux grilles se trouve en avant et au-dessous de la ligne médiane, longitudinale de la chaudière. La flamme va en ligne droite jusqu'à l'autre extrémité, et s'y recourbe en se partageant en deux pour suivre les deux côtés de la chaudière, les parties latérales sont donc moins fortement chauffées que le milieu où

Tébullition est la plus forte ; aussi les sels précipités ont une tendance naturelle à se disposer près des parois latérales où ils sont plus facilement relevés; on les y pousse d'ailleurs avec un ringard. Les chaudières sont aussi quelquefois à rainures (fig. 11), soit latérales (n^ 1), soit médianes n^2), c.-à-d. que le fond présente une dépres-

Fig. 11.

sion ou gouttière abritée par la maçonnerie contre l'action directe du feu, dans laquelle se rassemble le sel précipité et d'où on peut facilement le retirer. Enfin, on rencontre souvent des chaudières en forme de bateau (n^ 3), dont le fond repose sur une voûte supportée par un mur mitoyen. Cette v(»ûte est percée de trous permettant à la flamme du foyer d'aller lécher les parois de la chaudière. Lorsqu'on évapore des lessives très caustiques, on se sert de chaudières en fonte au lieu de chaudières faites avec des plaques de tôle.

M. Thelen a imaginé un appareil mécanique pour le pêchage des sels à mesure qu'ils se forment. La chaudière de concentration A est hémicylindrique ; des racloirs B portés par un arbre de couche C placé au-dessus de la chaudière et suivant son axe, viennent soulever le dépôt et le rejettent au dehors ou le conduisent à une extrémité de la chaudière, où une pelle creuse les enlève à chaque tour (fig. 12). Avec les chaudières ordinaires l'enlèvement du sel est intermittent ; on brise constamment la croûte de sel qui se forme à la surface du liquide et qui

Fig. i2.

empêche l'évaporation, puis quand une quantité sufîisante de sel s'est précipitée au fond, on le pêche et on le jette dans les égouttoirs placés au-dessus des chaudières de façon que l'eau mère puisse y retourner. Avec les chaudières plates, on pêche habituellement quatre fois par vingt-quatre heures, et on remplace deux fois par de la lessive fraîche le liquide évaporé. Quand les sels deviennent trop impurs, on évacue la lessive rouge et l'on remplit de nouveau la chaudière de lessive. On peut établir le travail d'évaporation de bien des manières différentes, et obtenir des sels à tous les degrés de richesse désirable. Ainsi, par exemple, d'après M. Hofmann, les chaudières de l'usine de Kuhlmann reçoivent des lessives à 32 ou 33<^. Une échelle graduée indique le volume

CARBONATES

contenu dans la chaudière. Jusqu'à ce qu'on ait évaporé le liquide jusqu'au */^2, on pêche du sel donnant après la calcination du carbonate de soude à 90^. En concentrant jusqu'aux 2/--, on recueille le sel à 85<*. Les eaux rouges restantes sont ensuite évaporées à sec dans un four à réverbère, pour fournir un sel pauvre, mais très caustique. Dans d* autres usines, on évapore successivement les lessives d'une batterie de six chaudières, où circule la lessive d'une façon continue ou intermittente. Dans les deux premières chaudières, on pêche du sel très pur (Sel carbonate à 90°) ; dans les deux suivantes du sel à 80 ou 85<* ayant 6 à 10° de causticité; dans les deux dernières, du sel à 70^, à 75<», ayant 10 à 16^ de causticité.

Calcination des sels péchés. Les sels péchés dans les lessives préalablement carbonatées renferment peu d'alcali à l'état caustique et de suUure de sodium. L'opération de la calcination se borne à un simple séchage ; les sels bien divisés sont étendus sur la sole d'un four, et chauffés suffisamment pour achever de détruire le sulfure et les matières organiques. Les sels bruts sont très souvent transformés en sels carbonates par une calcination avec de la sciure de bois qui donne l'acide carbonique nécessaire pour arriver au but cherché. On emploie pour cette opération un four à deux étages, dans lesquels on introduit un mélange de 10 à 2o<* de sciure pour 100° de sel brut n'ayant pas subi le lavage sur le filtre. Le mélange est séché sur la sole supérieure jusqu'à ce qu'il ne se dégage plus de vapeur d'eau, à ce moment on fait passer la matière sur la sole inférieure où a lieu la calcination ou carbonatation, opération qui nécessite un brassage continu, pour que l'acide carbonique qui se dégage rencontre toutes les particules d'alcali caustique, et qui doit être modérée pour que le sel ne fonde pas. Un four dont chaque sole a 2"^30 sur S'^SS, et dont le foyer a 0"*75 sur 1°^60, suffit pour la calcination et la carbonatation de 3,000 à 3,500 kiîogr. de sel par jour en cinq opérations avec une consommation de 1,100 à 1,200 kilogr. de charbon. On a cherché à remplacer les fours à travail manuel par des fours mécaniques, plusieurs appareils ont été proposés pour arriver à ce but. Nous décrirons le plus important, celui de M. Mactear. Le four mécanique dont il est question consiste en une sole tournante, formée d'une plaque circulaire en tôle, garnie de briques réfractaires.

L'intérieur de la sole est garni de briques réfractaires ; le bord est redressé et porte une couronne extérieure en tôle qui forme une rigole pleine de sel de soude, on plonge une bague en fonte, portée par la coupole du tour, et taisant une fermeture hermétique. La coupole est très surbaissée; elle est supportée par des piliers en fonte qui reposent sur la maçonnerie des fondations. Une ouverture, garnie d'un anneau en fonte, correspondant à l'ouverture de la sole, est ménagée au centre. Le gueulard ainsi formé est fermé pendant la chauffe par l'anneau. Quand on le lève, on découvre l'ouverture centrale de la sole, ce qui permet d'en enlever le sel. Quand il est fermé, il tait corps avec la sole et tourne avec elle. Deux foyers chauffent la sole ; leur flamme s'étale sous la coupole, pour s'échapper ensuite par deux anneaux descendants, pratiqués à l'extrémité opposée du massif de fondation. Le mécanisme qui assure le brassage est protégé contre l'action directe du feu par des tampons de fermeture. Il est formé par une série de fourches à deux bras plats, dont les rayons d'action empiètent l'un sur l'autre. Les tiges de ces fourches passent à travers la voûte, et sont mises en mouvement par une série de pignons engrenant ensemble. Un jeu de crémaillères permet de faire varier le niveau de ces agitateurs et de les sortir, s'il y a lieu, sans arrêter le mouvement. On vide généralement le four, après avoir arrêté les brassoirs dans une position oblique, telle que le sel, venant butter contre ceux-ci, soit poussé vers le centre par le seul mouvement de rotation de lu sole.

On peut aussi le faire sortir au moyen d'un râteau introduit par l'ouverture, après que le racloir qui arrête le sel au passage a été descendu. Les charges que l'on introduit par la trémie sont de 5,100 à 6,100 kilogr.; la production peut atteindre cent trente tonnes de sel calciné par semaine. Deux hommes peuvent suffire pour le travail.

Avant d'être livré au commerce le sel de soude est généralement broyé. Cette opération se fait après le complet refroidissement de la matière dans des appareils très variés, parmi lesquels nous citerons les broyeurs Cars et Anduze. Le sel fin est ensuite emballé dans des barriques en bois pour l'expédition.

Raffinage et cristallisation de la soude. Certaines industries, la gobeletterie par exemple, emploient le sel de soude d'une très grande pureté et qui ne doit contenir ni fer ni soude caustique. Les sels de soude tels qu'ils sortent des fours à calcination doivent donc être purifiés, et cette opération comprend les traitements suivants : la dissolution, la clarification par repos, la décantation et l'évaporation des lessives à sec. L'appareil usité pour la dissolution du sel brut, se compose d'une caisse en tôle dans laquelle sont suspendus un ou plusieurs paniers en tôle perforée ou en treillis de fer. La cuve est remplie d'eau par un tuyau, un autre tuyau, plongeant dans le liquide, y amène la quantité de vapeur nécessaire pour l'échauffer. L'appareil est en outre muni d'un tube mobile, servant à la décantation de la lessive et d'un robinet de vidange. L'évaporation des lessives décantées se fait de la môme façon que celle des lessives brutes, et avec les mêmes appareils.

Fabrication des cristaux de soude. Pour obtenir ce produit, le sel de soude brut est dissous de la même manière que pour le raffinage. Les lessives obtenues qui doivent avoir en général 30 à 35<' B. à chaud sont abandonnées au repos pendant deux ou trois heures dans des réservoirs, où elles sont maintenues à une température de 38°. Lorsque le liquide est devenu clair, on le décante, au moyen d'un siphon dans les crislallisoirs. Ceux-ci sont, comme en Angleterre, des vases plats en fonte, ou, comme on le préfère en France, des cuvettes de môme matière. La cristallisation dure de deux à cinq jours, suivant la saison. Quand elle est achevée, on brise la croûte de cristaux à la surface, et l'on fait écouler l'eau mère et après que le sel s'est suffisamment égoutté, on le détache et on l'enlève. 11 subit un nouvel égouttage hors des crislallisoirs, et enfin on le dessèche dans des étuves chauffées à 20°.

Fabrication du carbonate de soude Var l'ammoniaque. — Jusqu'en 1867 le procédé Le Blanc fut le seul employé par l'industrie pour la fabrication du carbonate de soude; cependant de nombreux essais avaient été faits pour obtenir le sel par la double décomposition du bicarbonate d'ammoniaque et du chlorure de sodium; mais aucun procédé, à l'exception de celui de MM. Schlœsing et Rolland, n'avait donné des résultats permettant d'en faire l'application en grand. La question fut longtemps abandonnée, malgré les tentatives des savants ingénieurs que nous venons de citer; mais, en 1863, MM. Solvay montèrent dans les environs de Bruxelles une usine où, après de nombreux essais infructueux, des résultats tellement satisfaisants furent obtenus, qu'ils résolurent de fonder de nouveaux centres industriels, d'abord à Couillet, près de Charleroi (1873), puis à Varangéville-Dombasle. La première, à son début, pouvait fournir de 40 à 50 tonnes par jour, la seconde est maintenant une des plus importantes soudières de France. L'exemple de MM. Solvay fut suivi par M. Boulo.ivard qui, en 187^, prenait un brevet pour la fabrication de la soude à l'ammoniaque, et tondait une usine à Sorgues (Vaucluse) produisant plus de 10 tonnes de soude par jour. Depuis cette époque, de nombreux brevets furent pris pour la fabrication de la soude par

CARBONATES

Tammoniaque, tous reposent sur le même principe : la réaction de l'acide carbonique gazeux sur une solution convenable d'ammoniaque dans l'eau salée, découverte en 1855 par deux ingénieurs français. MM. Rolland, directeur de la manufacture des tabacs, mort depuis peu, et Schlœsing, directeur de l'Ecole des manufactures de l'Etat.

En résumé, la production du carbonate de soude par l'ammoniaque comprend les opérations suivantes : i^ production d'une solution de sel marin contenant de l'ammoniaque et du carbonate d'ammoniaque; 2<* action sur cette lessive d'un courant d'acide carbonique qui a pour efîet de transformer l'ammoniaque en bicarbonate ; ce sel, au fur et à mesure qu'il se produit, réagit sur le sel marin et donne, par double décomposition, du bicarbonate de soude très peu soluble dans l'eau mère et du chlorhydrate d'ammoniaque soluble ; 3^ filtration et lavage du bicarbonate de soude précipité, de façon à le priver complètement de son eau mère ; 4° torréfaction du bicarbo-

Fig. 13.

Coupe longitudinale

nate de soude pour le transformer en carbonate neutre et sec et en acide carbonique ; 5^ traitement des liquides filtrés pour en extraire l'acide carbonique et l'ammoniaque ; 6^ production simultanée de la chaux destinée à revivifier l'ammoniaque et remplacer celui qui est exporté de l'usine sous forme de carbonate de soude.

Dans le traitement que nous venons d'indiquer succinctement on produit, en réalité, du carbonate de soude pur, des gaz non utilisables et du chlorure de calcium, qui jusqu'à présent est une non-valeur. Les diverses opérations nécessaires pour arriver au but cherché, paraissent des plus simples à première vue ; mais malheureusement, dans la pratique, on se heurte à de nombreuses difficultés dont voici les principales : 1^ Il est nécessaire de contrôler par des dosages très précis la marche des appareils de carbonatation, car la réaction se produit le plus avantageusement entre équivalents égaux de chlorure de sodium et de bicarbonate d'ammoniaque, et exigeant une carbonatation complète pour que le bicarbonate de soude formé

Fig. 14.

soit recueilli facilement sur les filtres et ensuite convenablement lavé. Il faut aussi que la lessive ne soit pas complètement saturée de chlorure de sodium, sans quoi, en même temps que le bicarbonate de soude se précipiterait, on obtiendrait un dépôt de chlorhydrate d'ammoniaque ; 2° les eaux salées employées doivent être débarrassées des sels de chaux et de magnésie que renferme toujours le sel marin brut ; 3<> l'acide carbonique doit être aussi pur que possible ; 4^ la double décomposition qui se produit entre le bicarbonate de soude et 'e chlorure de sodium est limitée par la réaction inverse du bicarbonate de soude sur le chlorhydrate d'ammoniaque, cette réaction est d'autant plus énergique que la proportion du nouveau sel devient plus grande dans les eaux mères et que la température est plus élevée, La réaction entre équivalents égaux de bicarbonate d'ammoniaque et de chlorure de sodium ne peut donc jamais être complète ; mais un certain équilibre, dépendant de la température et du degré de concentration du liquide, s'établit et l'on a constaté qu'à la température ordinaire, entre 15 et 20^, | du sel marin sont décomposés et l'eau mère retient -f du bicarbonate

d'ammoniaque. Si la température s'élève, la réaction inverse semble favorisée et le rendement est plus faible ; 5'* la grosseur des cristaux joue un rôle considérable dans le succès de l'opération. Des cristaux trop fins forment une pâte très peu perméable, rendant le lavage difficile et incomplet. De là, perte en chlorhydrate d'ammoniaque. Dans le cas contraire, si les cristaux sont trop gros, ils emprisonnent une certaine quantité d'eau mère, que les lavages ne peuvent pas déplacer ; ce qui est une nouvelle cause de perte d'ammoniaque ; 6° une des plus grandes préoccupations du fabricant est la régénération de l'ammoniaque qui existe dans les eaux mères à l'état de bicarbonate et de chlorhydrate.

Procédé de MM. Sghloesing et Rolland (1855- 1858). — La préparation du carbonate de soude par ce procédé comporte cinq opérations principales : 1^ Réaction entre le sel dissous, l'ammoniaque et Tacide carbonique ; 2^ filtration et lavage du bicarbonate de soude précipité ; 3^ torréfaction du bicarbonate de soude pour le transformer en carbonate neutre sec et en acide carbonique; 4^ traitement des liquides filtrés, ayant pour but

CARBONATES

d'en extraire Facide carbonique et tout l* ammoniaque ; 5** production simultanée de ia chaux nécessaire pour régénérer Tammoniaque et de l'acide carbonique nécessaire à la carbonatation.

Première opération. L'opération se fait dans une série de cylindres horizontaux (fig. 13, coupe et plan), les absorbeurs, disposés en gradins, communiquant par de larges tubulures, traversés par des agitateurs et parcourus en sens inverse par les liquides et les gaz. L'eau salée arrive continuellement dans le premier absorbeur c, par un tuyau coudé a; l'ammoniaque en solution dans l'eau salée arrive dans c^ en b; les gaz du four à chaux entrent dans C4, en c. L'acide carbonique, fourni par la calcination du bicarbonate de soude, pénètre dans c-^ par la tubulure d. Dans ce système d'absorbeur, l'eau salée rencontre en c^, un courant de gaz inertes, et le débarrasse de l'ammoniaque qu'il entraîne. En c^, la lessive se charge d'ammoniaque et commence à se carbonater. Cette opération se continue en c^ et en c^* En C5, Cg, c-^, le liquide rencontre l'acide carbonique presque pur fourni par la torréfaction.

Les absorbeurs sont construits en tôle ; leurs dimensions sont en général de 1 m. de diamètre et 4 m. de longueur. L'agitateur est constitué par un arbre B portant des palettes en bois g, parallèles à l'axe ; il est animé d'un mouvement de rotation de 45 tours par minute. Un autre système de palettes en fer, a pour fonction d'enlever les dépôts qui se forment à la surtace du cylindre. Au milieu du cylindre existe un intervalle libre où se trouve logée une cloison, qui a pour effet de rendre plus méthodique le travail. Les cylindres communiquent entre eux par des tubulures en fonte i reliées par des tuyaux de caoutchouc. Chaque absorbeur est surmonté d'une rigole en bois r où circule constamment de Teau fraîche. Cette eau se déverse sur l'appareil et le maintient à la température nécessaire pour la bonne réussite de l'opération. Comme on introduit dans les absorbeurs de c^ à c, une masse considérable de gaz inertes, qui ne sont pas suffisamment débarrassés en c, de l'ammoniaque qu'ils renferment, il est nécessaire de recueillir cet alcali. A cet effet, le courant gazeux est dirigé au travers d'une tour en briques A (fig. 14), cimentée et remplie de fragments de coke arrosé par un courant d'eau arrivant de haut en bas, en sens inverse du gaz. L'eau de lavage est recueillie dans une petite cuve E formant fermeture hydraulique, et de là passe par un trop-plein dans le réservoir D. Cette eau doit servir ultérieurement pour la dissolution de nouvelles quantités de sel.

Deuxième opération, La filtration du bicarbonate de soude se fait au moyen de turbines semblables à celles employées dans les sucreries.

Elles sont formées d'une enveloppe en forte tôle constituant le tambour, autour duquel est disposée une spirale en gros fil de fer qui le sépare d'une toile métallique en fil de fer étamé, celle-ci est garnie d'une toile de chanvre très serrée, fixée sur le fond et sur le rebord du tambour, par des arcs de cercle en fer serrés par des boulons. Le tambour tourne dans une enveloppe complètement fermée pour éviter la projection de liquide au dehors. Lors(|ue le bicarbonate forme une couche suffisamment épaisse sur la paroi filtrante (O'^Ol environ), on supprime l'arrivée de l'eau contenant en suspension le sel de soude et on procède au lavage, qui se fait d'abord avec de l'eau provenant d'un traitement précédent, puis avec de l'eau pure, de cette façon on diminue la perte résultant de la solubilité du bicarbonate.

Troisième opération. Cette opération a pour but de décomposer le bicarbonate de soude par l'action de la chaleur. Les résultats de ce traitement, sont, d'une part, du carbonate de soude neutre ; de l'autre, de la vapeur d'eau et de l'acide carbonique, qui doit être de nouveau utilisé.

La calcination s'effectue dans des cylindres en tôles

fixes, horizontaux, à l'intérieur desquels se meut un a<^itateur formé de lames disposées en hélice. L'introduction de la matière se fait par un distributeur mécanique.

Quatrième opération. Elle a pour but de régénérer l'ammoniaque employé pour le traitement du sel marin. Nous ne la décrirons pas, car ce traitement a été indiqué dans la préparation des sels ammoniacaux (V. Ammoniaque).

Nous n'insisterons pas davantage sur la cinquième opération qui fournit, nous l'avons déjà dit, l'acide carbonique nécessaire à la carbonatation (V. Acede carbonique et Chaux).

Procédé Solvay. -— En 1863, MM. Solvay ont fait breveter un appareil dans lequel les proportions de sel marin et d'ammoniaque dans la saumure sont réglées automatiquement par la densité des liquides.

Il se compose d'un bac plat que nous désignerons par A, divisé par des chicanes, dans lequel on charge le sel à la pelle : un filet d'eau réglé par un flotteur, arrive à l'une des extrémités, traverse tous les compartiments du réservoir et en sort complètement saturé. Cette saumure, produite dans des proportions suffisantes pour l'alimentation continue des appareils, passe dans un absorbeur, caisse séparée en trois compartiments que nous appellerons B, C, D. Les compartiments B et C communiquent en bas par un tuyau, et en haut par une ouverture dans la cloison ; les compartiments B et D sont également en communication en haut par une ouverture semblable. La saumure arrive en B et passe en C par le tuyau inférieur ; elle se trouve alors en contact avec l'ammoniaque se dégageant par un faux -fond percé de trous.

Par suite de l'absorption de l'ammoniaque, la saumure diminue de densité et s'élève par conséquent à un niveau plus élevé qu'en B. Dans le compartiment C se trouve un flotteur qui porte un siphon indésamorçable et mobile à volonté sur des glissières qui le supportent. Par ce siphon le compartiment C communique avec le compartiment D ; par suite, dès que le niveau du liquide atteint dans la caisse C la hauteur voulue, correspondant au degré de saturation admis, le siphon se met à fonctionner et fait passer la lessive de C en D ; en même temps, une nouvelle quantité de saumure fraîche arrive de B en C.

Dans le compartiment D se trouve un serpentin dans lequel circule un courant d'eau froide. 11 est destiné à refroidir la solution saline qui s'est échauffée par l'absorption de l'ammoniaque. Lorsqu'on veut opérer avec de l'eau salée naturelle, on doit d'abord éliminer la magnésie qu'elle contient toujours, par la chaux, et, celle-ci, à son tour par le carbonate d'ammoniaque; celui-ci employé directement, ou provenant de la carbonatation partielle de la saumure ammoniacale, en ayant soin de ne pas employer plus d'un équivalent d'acide carbonique pour un d'ammoniaque. Cette élimination de la chaux peut se faire en même temps que le traitement de la saumure par l'ammoniaque ; à cet effet, on emploie l'appareil suivant représenté fig. 15.

Il se compose d'une série de vases clos R, R^..., communiquant en haut et en bas par des tuyaux à robinet P, P' avec l'absorbeur proprement dit A. Dans ces vases, des agitateurs W brassent continuellement la masse. La circulation du liquide s'établit d'elle-même, comme dans l'appareil précédent, par suite des différences de densités qui se produisent. L'ammoniaque sèche arrive des distillateurs par le tuyau T dans un faux-fond percé de trous, traverse l'eau salée et s'y dissout ; les gaz étrangers qui l'accompagnent sont envoyés dans un laveur où ils se purifient. Le refroidissement est assuré par un serpentin S, traversé par un courant d'eau froide. Une petite roue à augets m introduit une quantité mesurée de sel dans la saturation pour amener l'eau salée au degré voulu. On est assuré que l'eau est convenablement saturée par l'augmentation de volume qu'elle a subie et qui est indiquée par un niveau fixé sur les vases R. Lorsque le

CAUBONATES

vase R est plein, on ferme la communication avec le condenseur à ammoniaque et on fait passer par pression la saumure dans un vase à décantation C, puis dans- un vase B contenant un fil cylindrique mobile, en feutre porté par une carcasse en tôle perforée, sur lequel se rassem-

blent les matières solubles entraînées. La lessive est enfin refroidie dans un système de tubes rafraîchis extérieurement par un courant d'eau. M. Solvay a fait breveter en 1879 un nouveau procédé pour la purification des eaux salées; la saumure doit être traitée à chaud par du carbo-

Fig-, 15.

nate de soude, avec addition d'un peu de chlorure de chaux pour précipiter sûrement tout le fer qui peut exister. Carbonatation, La carbonatation des saumures ammoniacales se fait dans de très grands cylindres verticaux en tôle ou en fonte, refroidis par un courant d'eau tombant sur les parois extérieures. A l'intérieur sont disposés des faux fonds percés de trous destinés à diviser le courant d'acide carbonique. Ces faux fonds ont la forme d'une calotte, dentelée à la circonférence, pour permettre au précipité de descendre dans la colonne. Au-dessous de chaque calotte est une dalle plate, percée d'une ouverture centrale qui permet au gaz de traverser la colonne sans mélanger la saumure neuve qui arrive de Tabsorbeur avec un liquide presque saturé du fond de l'appareil. La saumure pénètre dans le cylindre à carbonatation vers le milieu de sa hauteur, en forçant un clapet qui se ferme automatiquement en cas d'arrêt. Le courant d'acide carbonique arrive sans pression à la partie inférieure, par un faux lond. Ce gaz est fourni par la calcinât ion du bicarbonate de soude et parles fours à chaux. Enfin le liquide saturé est enlevé par le fond au moyen de tuyaux munis de robinet ; la vidange se fait d'une façon intermittente.

Lavage et filtration du bicarbonate de soude. A l'usine de Northwich (Angleterre), où le procédé Solvay est appliqué, la filtration se fait dans un tambour fermé, divisé en deux par une surface filtrante horizontale. Le liquide à traiter est versé sur le filtre par un tourniquet hydraulique. Quand la couche de bicarbonate, qui s'est déposée, est jugée suffisante, on fait arriver l'eau de lavage et l'on en active le passage au travers la masse en faisant le vide au-dessous du filtre. L'élimination de l'eau interposée se fait de la même manière, lorsque le lavage a été jugé suffisant. M. Solvay a fait breveter en 1876 un appareil plus compliqué, représenté fig. 16 (élévation et plan), qui permet de procéder à une filtration continue et à un lavage méthodique. Il consiste en une caisse ronde, à fond parabolique A, divisé par des cloisons rayonnantes en un certain nombre de compartiment?, huit en général. Chaque compartiment est couvert par un treillis ou une plaque perforée G, sur laquelle est étendue une lame de matière filtrante, maintenue en place et consolidée par un tissu métallique. Chaque compartiment se prolonge jusqu'au pied de la caisse, et communique, suivant sa position actuelle, par des ouvertures pratiquées dans la plaque

CARBONATES

du fond avec l'intérieur d'un petit récipient G formant le socle de la caisse. Ce vase est divisé en trois parties : Cj, invisible sur le plan, reçoit les liquides fournis par les compartiments Al, Ag, A3 ; Cg, ceux de A4, et C3, les eaux provenant de A5, Ag, Aj, Sous le compartiment Ag se trouve une parlie pleme. Le réservoir A tourne à volonté dans la direction indiquée par la flèche. Ce mouvement est intermittent, de telle sorte que chaque compar ti ment vient se présenter successivement à la position A^, pour recevoir le liquide sortant de l'absorbeur qui arrive par le tube T et pour filtrer le bicarbonate.

Le liquide traverse le filtre sous l'action d'une pompe qui fait le vide au-dessous de la paroi filtrante, se rassembledans le compartiment Cj et s'écoule dans un réservoir par le tuyau t ; il s'y mélange avec les liquides provenant des deux compartiments A2 et A3 chargés immédiatement avant. Le bicarbonate de soude commence à perdre l'eau qu'il

retient sur le Fig- 16.

filtre Ag, celui

qui se trouve dans le compartiment A3 reçoit par le tuyau T|, de l'eau de lavage provenant des réservoirs Rg et R4, qui a déjà passé sur le filtre A4 et a été renvoyé en R3 et R4, par la boite G^ et le tuyau Fj. L'eau des réservoirs R^ et R^ tombe par le tuyau T2 en A4 ; cette eau a déjà passé sur les compartiments A^, Ag, A7, est descendue dans la boîte Cg et a été remontée par le tuyau F^ dans les compartiments Rg et R^. Le dernier lavage se fait en A5 par le tuyau T3 avec

de l'eau pure provenant du réservoir R. Le précipité s'égoutte en Ag et A^ ; le compartiment Ag se trouve clos pendant qu'on fait le déchargement du sel lavé et

essoré. La pompe à air qui produit le vide est branchée sur le tuyau V, elle fait monter les eaux de lavage dans les réservoirs R^, R2, R3, R4. L'eau pure arrive par le tuyau V pour alinienlerR.

Les réservoirs Ri et Kg, R3 et R4 sont disposés par paires, de façon que l'un puisse se remplir, pendant que l'autre se vide.

De.ssiccation du bicarbonate de soude.

Le bicarbonate de soude étant par lui-même un produ it commercial, M. Soivay a imaginé un appareil de dessiccation qui permet de livrer à la consommation le sel obtenu par la méthode que nous venons de décrire. Cet appareil se compose d'un grand cylindre, chaufié à une température constante de 45^ , par un courant d'air chaud, dans lequel le bicarbonate tombe en pluie fine.

Calcination du bîcarbo' nate de soude, M. Solvay a breveté successivement plusieurs types de torréfacteurs. L'un des premiers est un cylindre vertical, divisé par un certain nombre de cloisons horizontales, laissant alternativement des vides au centre et à la circontérence pour le passage de la matière. Ces cloisons sont creuses et traversées soit par un courant de vapeur, soit par de l'air chaud. Le bicarbonate est étalé en couches minces et continuellement remué par un agitateur. Les couteaux dont sont munis les bras de l'agitateur sont disposés de façon à refouler la matière vers les ouvertures. Le sel est introït

Plan d'Ensemble

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duit dans le premier compartiment du torréfacteur par un distributeur traversé par un arbre à mouvement lent portant un certain nombre de bras. L'acide carbonique presque pur, qui se dégage pendant la calcination, est aspiré par une pompe, refroidi et envoyé dans les absorbeurs. Cet appareil ayant présenté de nombreux inconvénients, M. Solvay en a fait breveter un autre dans lequel le torréfacteur proprement dit est un cylindre incliné en fer, à garniture intérieure de briques, tournant sur des galets. Le sel est introduit par un carneau, descend lentement et arrive à Fétat de carbonate dans une chambre située ^ Vautre extrémité. Le chauffage se fait directement par les gaz d'un foyer à grille inclinée. A Varangéville, un autre type a été adopté. Il consiste en une grande capsule en fonte fermée et chauffée par un foyer. Le sel est constamment remué par des racloirs suspendus à un bras animé d'un mouvement lent de rotation.

Régénération de ^ammoniaque.

Après divers essais, M. Solvay a fait breveter l'appareil représenté par la fig. 17, qui est destiné à remplir un triple rôle :

1^ distillation du carbonate d'ammoniaque et mise en liberté de l'ammoniaque ; 2° décomposition du chlorhydrate d'ammoniaque, et S*» distillation de l'ammoniaque.

La colonne rectificatrice A sert à la distillation de l'acide carbonique et du carbonate d'ammoniaque ; elle est traversée de bas en haut par un courant de vapeur déjà chargé d'ammoniaque. Le compartiment supérieur joue le rôle d'un réfrigérant dans lequel se condense la vapeur, et le gaz qui s'échappe sort desséché. Le refroidissement est produit par un courant d'eau froide qui circule dans un serpentin S. La distillation finale avec la chaux se fait dans une batterie de quatre chaudières verticales B, B., Bg et B3, qui reçoivent d'une manière intermittente le liquide accumulé dans le compartiment inférieur de la colonne. Ces quatre chaudières sont en communication par un distributeur C qui permet d'isoler l'une ou l'autre pour le remplissage, la vidange et le nettoyage, sans qu'il l'aille interrompre le fonctionnement de l'appareil. La vapeur nécessaire à la distillation est fournie par l'échappement des machines motrices et arrive dans le distributeur par le tuyau T. Elle pénètre d'abord par celui-ci dans la chaudière B, contenant à ce moment le liquide le plus épuisé, en sort par un tuyau T^ pour retourner au distributeur, puis par T3 à la chaudière. Lorsqu'elle soit de Bg, elle se rend par le tuyau V dans la colonne distil-

latoirc. La chaux nécessaire à la mise en liberté de l'ammoniaque, du chlorhydrate est introduite en morceaux dans un panier à claire-voie P, vu en plan, par l'ouverture S. En X se trouvent les faux-fonds perforés par lesquels passent les vapeurs dans les compartiments de la colonne. Le tuyau à robinet sert à faire passer le liquide dans les chaudières à chaux. En M se trouvent les tuyaux du trop-plein qui font communiquer les difi'érents compartiments ; en N, les tuyaux de dégagement de la vapeur d'eau et de l'ammoniaque ; Y est une soupape de sûreté, Z le robinet de vidange, F un régulateur de température. Un appareil, également dû à M. Solvay, représenté par la fig. 48, permet de distiller les liquides ammoniacaux d'une façon continue et dans une seule et même colonne.

On y distingue deux parties, l'une supérieure A, semblable à la colonne rectificatrice du précédent appareil, divisée en huit compartiments. La partie intérieure B sert à la distillation en présence de la chaux. Les récipients P,Pi,P2P3, pourvus d'un double fond G grillagé, reçoivent la chaleur vive. Quand un récipient doit être nettoyé, puis rempli d'une nouvelle quantité de chaux vive, il est isolé de la circulation au moyen des robinets r^r^jT^.

Lorsque le liquide débarrassé de carbonate d'ammoniaque est arrivé en Ag, il s'écoule par le robinet r^ dans le réservoir P, s'y sature de chaux et repasse par?' dans la colonne ; le robinet r^ sert au dégagement de la vapeur d'eau et de l'ammoniaque mises en liberté par la réaction. La colonne B est divisée en plusieurs compartiments par des d iaphragmes c ayant une ouverture centrale ; en dessus reposent des doubles fonds mobiles perforés F, échancrés sur les bords, dont le mouvement est régularisé par les tiges T. Le liquide saturé de chaux descend d'un compartiment à l'autre et arrive en bas parfaitement distillé et s'écoule par le robinet R. La vapeur nécessaire à la distillation dans la colonne B arrive de façon saccadée par le tuyau X, afin de tenir plus sûrement le liquide en mouvement. Nous ne pouvons pas nous étendre davantage sur ces appareils et, pour plus de détails, nous prions le lecteur de se reporter à l'article Ammoniaque et sels ammoniacaux (industrie).

Procédé Boulouvard, Dans ce procédé, la saumure n'est pas saturée d'ammoniaque ; on la prépare avec le liquide provenant de l'appareil distillatoire. On évite ainsi la dépense de la rectification de l'eau ammoniacale. Mais il faut avoir soin de bien régler la température des gaz à

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la sortie du distillateur, de façon que la ricliesse soit constante, el pour éviter la sublimation du carbonate d'ammoniaque dans les tuyaux, si Ton ne scinde pas Topéra-

tionen deux, afin d'avoir d'une part de Tacide carbonique pur et, de l'autre, de l'ammoniaque et un peu d'acide carbonique. L'ammoniaque ainsi obtenue est recueillie dans deux réservoirs, munis de niveau d'eau. Le liquide est additionné d'ammoniaque, si par un dosage rapide on a reconnu qu'il n'en contenait pas assez. Le sel est versé dans des caisses verticales, alimentées par le haut et à fermeture autoclave. L'ammoniaque arrive par un robinet. La saumure filtrée sur des toiles est dirigée sur les appareils de carbonatation.

Carboîiatation, La carbonatation se fait dans une série de barattes disposées en gradins. Ces appareils sont cons-

tamment refroidis. Dans les trois derniers cylindres, de l'acide carbonique pur provenant de la calcination du bicarbonate de soude ; dans le quatrième, l'acide carbonique du four à chaux. Le gaz circule en sens contraire du mouvement des liquides. L'agitation est produite dans les absorbeurs au moyen de roues à augets. Ceux-ci soulèvent le liquide et le déversent en nappe dans le courant gazeux.

Filtration. La filtration du bicarbonate de soude se

fait dans des filtres-presses d'une forme particulière (fig. 49). Sur un socle G en fonte sont fixées quatre colonnes H servant à soutenir les deux cylindres ï et K. Le piston A, qui porte le plateau filtrant L, est mis en mouvement par l'eau comprimée pénétrant dans le corps de pompe B. Le plateau L est sillonné de rainures qui amènent le liquide filtré dans la rainure circulaire a, aboutissant au tuyau d'écoulement b, La surlace filtrante consiste en une feuille de tôle perforée encastrée dans le cadre en fer c, et recouverte d'une lame de feutre.

Lorsque l'appareil doit fonctionner, le piston A est abaissé et le cadre G repose sur le châssis carré M portant des rails qui permettent de le faire glisser de côté, pour enlever le bicarbonate de soude qui a été pressé de dessus

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le filtre. Celui-ci étant remis en place, on repousse le châssis M et on soulève le piston A. L'appareil est alors prêt pour une nouvelle opération. A cet effet, on ouvre la soupape t' qui donne accès aux liquides à filtrer et on fait manœuvrer, au moyen du levier g^ le robinet à trois voies e, qui laisse arriver Teau comprimée sous le piston E, en même temps le robinet à trois voies / laisse échapper l'eau du cylindre D par le tuyau / ; celui-ci se soulève en entraînant le piston e au moyen des tiges N, le vide se produit dans la caisse filtrante, et la saumure chargée de bicarbonate de sonde est aspirée par le tuyau t. Arrivé au haut de sa course, le piston E vient buter, par la rondelle w, sur le levier v, qui ferme par le tiroir / l'admission d'eau comprimée sous le piston E et ouvre la communication avec le tuyau s. On ferme alors ^''et on manœuvre de nouveau le levier g, de façon à admettre l'eau comprimée dans le corps de pompe D par le robinet / et à laisser échapper l'eau du corps de pompe F par le tuyau r\ Le piston C redescend et chasse la saumure à travers le filtre par le tuyau b. Quand les pistons sont au bout de leur course, la rondelle x vient de nouveau mettre en

mouvement le levier v, qui ferme par le tiroir b la communication avec l'eau comprimée. Tout mouvement s'arrête.

On procède alors au clairçage. La clairce a été introduite par le robinet à trois voies /, r, dans un espace annulaire muni d'un indicateur de niveau. En manœuvrant un levier annulaire, on met l'espace en communication avec un réservoir à air comprimé. La clairce s'échappe par un tuyau joint à la tubulure % par un tube de caoutchouc, traverse la tête du piston C et se répand par une série de rainures rayonnantes entre la surface de ce piston et une toile métallique garnie d'un feutre qui y est rapporté ; elle traverse le gâteau de bicarbonate et s'échappe par le tuyau b. On peut faire subir ainsi plusieurs lavages au gâteau de bicarbonate, puis le jeu qui vient d'être décrit recommence. La durée de chaque opération dure environ vingt minutes.

^ Calcination du bicarbonate de soude, La décomposition du bicarbonate de soude se fait dans six cornues en fontea(fig. 20) reliées à une tête commune B. Dans chacune de ces cornues on introduit deux paniers en tôle perforée

C, rf, contenant le sel. La flamme du foyer circule autour des cornues et après six heures de calcination, l'opération est terminée. La vapeur d'eau et l'acide carbonique s'échappent par le tuyau à soupape C pour se refroidir dans le serpentin de plomb r.

La calcination terminée, on démonte l'obturateur e maintenu par des vis de pression et on extrait les caisses avec des crochets. Le carbonate de soude ainsi obtenu est moins dense que celui de M. Solvay,

Nouveau procédé de M. Schdœsing (1878), M. Schlœsing a imaginé un nouveau procédé dans lequel les diverses réactions sont facilitées par ce fait qu'elles deviennent indépendantes les unes des autres, et qui diminue le travail mécanique et supprime l'emploi de l'acide carbonique pur. M. Schlœsing a divisé en deux phases la préparation du bicarbonate de soude : i^ production continue du bicarbonate d'ammoniaque : 2° réaction du bicarbonate d'ammoniaque sur la solution de sel marin. La partie la plus importante du procédé est la production continue et sans pertes du bicarbonate d'ammoniaque. Lorsqu'on emploie de la saumure ammoniacale comme dans les autres procédés. Tabsorplion de l'ammoniaque est très énergique au début, mais devient de plus en plus lente, même nulle, à mesure que le liquide se carbonate et que l'ammoniaque se transtorme en chlorhydrate, ce qui nécessite l'emploi d'un grand nombre d'appareils de carbonatation ou de

compression de l'acide carbonique pur. Si, au contraire, on fait agir de l'acide carbonique sur une solution à titre sensiblement constant d'ammoniaque à l'état de protocarbonate, l'absorption sera moins énergique qu'avec l'ammoniaque caustique, mais beaucoup plus forte qu'avec les saumures voisines du dernier terme de la réaction. Le coefficient moyen d'absorption sera, en définitive, suffisamment élevé pour qu'on puisse se servir seulement du gaz des fours à chaux.

Enfin, le point capital de la méthode de M. Schlœsing est c^ue le produit de la réaction varie avec la richesse du liquide. Si la solution du protocarbonate d'ammoniaque contient moins de 8 «/^ d'ammoniaque, il se précipitera bien du bicarbonate d'ammoniaque, mais il se formera aussi du sesquicarbonate quf restera en dissolution et la réaction deviendra très faible. Si le taux d'ammoniaque est compris entre 40 et 45 <*/o et si la température est maintenue au-dessous de 20**, il ne se formera que du bicarbonate d'ammoniaque complètement insoluble dans l'eau mère qui ne contiendra que du protocarbonate. En résumé, l'acide carbonique sera complètement utilisé à la réaction finale si on renouvelle convenablement les liqueurs de façon que le taux d'ammoniaque reste toujours audessous de 40 %, l'absorption se fera continuellernent avec la même intensité. Pour augmenter l'absorption, M. Schlœsing projette le liquide ammoniacal en gouttelettes