Fabrication du sodium

Davy le premier est parvenu à extraire sous l'influence d'un courant électrique le sodium de la soude; Gay-Lussac et Thénard ont décomposé la soude par le fer à une haute température; enfin on préparait naguère le sodium suivant le procédé de Brunner, en décomposant à une température élevée le carbonate de soude, préalablement mêlé intimement avec le charbon en pondre, et condensant la vapeur du métal dans un réfrigérant large aplati, dû à MM. Donny et Mares ka. Ces habiles chimistes ont constaté que le potassium et le sodium s'oxydent par l'oxyde de carbone au milieu duquel ils se forment si la température n'est

ni très-basse ni très-élevée, surtout lorsque ces métaux en globules offrent une grande surface à l'action du gaz ; la principale condition de succès était donc dans la construction d'un récipient étroit à plus large surface qui put condenser et liquéfier rapidement les vapeurs métalliques ainsi soustraites à l'action oxydante de l'oxyde de carbone. Cependant ils employaient leur récipient à plat et le refroidissaient : M. Henri Sainte-CIaire-Deville l'adapte au cylindre à sodium en le posant dans le sens vertical et sans le refroidir : il en résulte que le sodium s'écoule au fur et à mesure de sa condensation, ne présentant à l'oxyde de carbone qu'une très-minime surface. Ainsi condensé à l'état liquide, il résiste parfaitement et se réunit aussitôt; tandis qu'en refroidissant le condensateur on produisait de la fleur de sodium qui se brûlait en très-grande partie.

M. Sainte -Claire-Deville a d'ailleurs rendu l'opération manufacturière, en ajoutant au mélange de carbonate de soude et charbon, de la craie qui s'oppose à la fusion et au boursouflement de* matières, et concourt à fournir des gaz acide carbonique et oxyde de carbone qui facilitent la vaporisation du sodium (*).

Voici le dosage employé dans la fabrique de MM. Deville et Morin :

Carbonate de soude sec K 000

Carbonate de chaux desséché pulvérulent 4 75 5 162'»

Charbon (houille de Charleroi en poudre) 450

Le carbonate de soude doit être aussi pur que celui obtenu en desséchant des cristaux de belle qualité commerciale, sa composition alors se représente ainsi : NaO,CO*. Le carbonate de chaux est obtenu en lavant, desséchant et réduisant en poudre un calcaire pur. La houille de Charleroi présente sur le charbon végétal ordinaire l'avantage d'ajouter des produits gazeux réducteurs, hydrogène carboné et carbures d'hydrogène.

Les cylindres distillatoires sont construits en forte tôle ayant b à 6 millimètres d'épaisseur, courbée, percée et rivée mécaniquement à froid; ils ont 12 cent, de diamètre, 80 cent, de longueur, et sont à volonté fermés à chaque bout par un obturateur en fonte (**).

Ces cylindres, chargés avec le mélange, sont chauffés le plus

(*) M. Tissier a proposé de substituer au carbonate de chaux un excès ôV charbon.

(**) Les charges suivantes sont préparées d'avance dans des cartouches afin de faciliter la manipulation. On employa d'abord comme vases distillatoire»

régulièrement possible à la température du rouge blanc dans un four au-dessus d'un large foyer et sous une voûte, de chaque côté de laquelle les produits de la combustion redescendent dans une cheminée traînante.

Les deux obturateurs en avant, percés à leur partie supérieure, présentent un trou circulaire recevant un ajutage par lequel se dégagent les vapeurs et les gaz ; ce sont d'abord quelques traces de vapeur d'eau, puis des hydro-carbures et hydrogène carbonés delà houille, puis de l'oxyde de carbone provenant de la réduction de l'acide carbonique des carbonates et de l'oxydation du carbone entraînant des particules charbonneuses. Ces gaz allumés donnent une flamme rougeâtre qui change d'aspect et devient un peu bleuâtre dès qu'il s'y mêle de la vapeur de sodium. C'est alors que Ton adapte à chacune des ouvertures des deux obturateurs le tube court fixé de l'autre bouta un large réfrigérant aplati en fer, à minces parois (4 millimètres 4}' épaisseur) , ne laissant entre les deux plaques qu'un intervalle de 5 millimètres suivant le système de MM. Donny et Mareska si heureusement modifié par M. Deville. Le but qu'on se propose d'atteindre est un abaissement subit de la température du rouge blanc au rôuge sombre ou au-dessous, car dans le premier cas on obtient un dégagement simultané d'oxyde de carbone gazeux et de vapeurs de sodium condensables dans le deuxième cas; tandis que si la transition s'effectuait lentement, on n'obtiendrait à la température intermédiaire du rouge vif, par une réaction nouvelle, que de la soude et du charbon (ou des composés à base de soude : rhodizonate, croconate de soude, etc.); le sodium condensé dans le réfrigérant maintenu dans un plan vertical s'écoule au bas sous forme liquide et tombe dans un récipient à demi rempli d'huile de naphte ou iïhuile lourde de schiste (voy. tin du 2e volume la fabrication de cette huile). Un fil de fer qui traverse le réfrigérant et pénètre dans l'ajutage permet jen l'agitant de temps à autre d'éviter les obstructions. L'opération dure environ 2 heures à partir du moment où les gaz combustibles peuvent être enflammés. Avant de procéder à une nouvelle charge on nettoie les cylindres à l'aide d'une raclette en fer.

Lorsque les deux tubes ont été chargés avec 1 1 kilogrammes

les bouteilles en fer contenant le mercure importé en France ; mais leur prixest trop élevé depuis qu'on les exporte en assez grand nombre pour expédier le mercure en Californie et depuis que la fabrication du sodium a fait rechercher ces rases distillatoires.

du mélange (5k,5 pour chacun d'eux), on recueille l\200»rde sodium brut qui se solidifie en tombant dans l'huile, ou que Ton coule dans une lingotière en fonte ; on le conserve immergé dans l'huile de naphte ou de schiste. Il reste dans le réfrigérant des concrétions de soude et de chaux entraînées en poussière retenant un peu de sodium.

On détache ce mélange à l'aide d'un ciseau aciéré, après avoir ouvert le réfrigérant, dont les deux parties étaient maintenues serrées par des étriers à boulons filetés (ou à vis). Ces grattures , soumises à la fusion , donnent encore beaucoup de sodium.

En somme, on obtient de 1200 grammes de sodium brut 1100 grammes de sodium épuré, coulé en lingots, ce qui représente un peu plus que 0,2 du poids du mélange employé; le sodium ainsi obtenu coûte, y compris le bénéfice de fabrication, environ 10 francs le kilogr. au lieu de 1000 francs qu'il valait naguère.

L'un des principaux éléments de la dépense consiste dans les cylindres en tôle qu'il faut renouveler après deux opérations. On pourrait, d'après MM. Deville et Morin, tripler leur durée en les enveloppant d'un bon lut d'argile réfractaire, et les chauffant sur la sole d'un four à réverbère; cette amélioration pourra être réalisée lorsque la consommation de l'aluminium permettra de préparer le sodium sur une plus grande échelle. Il est très-probable qu'alors on pourra l'obtenir au prix de 5 ou 6 francs le kilogr. , et que les services déjà rendus à la science en facilitant les travaux des laboratoires de chimie deviendront plus importants encore.

On sait que le sodium à la température ordinaire est un métal mou, facile à couper; sa section offre un aspect métallique, d'un blanc d'argent, qui se ternit aussitôt. À une basse température, il acquiert une texture cristalline et devient cassant. Chauffé, il se foud à 90° et entre en ébullition, à la température rouge.

Projeté sur l'eau, le sodium la décompose : il brûle alors en s' unissant à l'oxygène et formant de la soude saus enflammer l'hydrogène, parce qu'en se déplaçant il ne peut élever assez la température ; mais si l'eau est rendue mucilagineuse par de la gomme, le déplacement étant entravé, la chaleur se dissémine bieu plus lentement et la température peut s'élever au point d'occasionner l'inflammation de l'hydrogène. Il est, en tout cas, important d'éviter pendant les opérations tout contact du

sodium avec l'eau, et même, autant que possible, avec l'air humide.

Aluminium. — Dans les couditions économiques instituées par M. Deville, on obtient ce métal en réduisant le chlorure d'aluminium au moyen du sodium qui s'y substitue et d'un fondant qui facilite la réunion des globules métalliques ainsi que les réactions auxquelles il prend part lui-même.

Voici le dosage employé pour la charge du four :

Chlorure double de sodium et d'aluminium HOk.

Cryolithe (*) 40

Sodium 36

Les deux premières substances sont pulvérisées et bien mélangées; on y ajoute, au moment de la charge, le sodium coupé en morceaux et Ton complète le mélange.

Le four à réverbère dans lequel la réaction s'effectue ressemble à celui que nous avons décrit, page 388, pour la fabrication de la soude ; mais ses dimensions sont bien moindres (**). Il présente cette particularité remarquable, que la flamme du foyer chauffant ordinairement toute la voûte et toute la sole et se rendant vers l'extrémité opposée au foyer dans deux carneaux latéraux pour redescendre dans la cheminée traînante, peut, à l'aide de deux registres alternativement ouverts et clos, être dirigée à volonté dans cette cheminée directement, en passant du foyer dans un large carneau pratiqué au milieu de l'autel dont on a doublé, à cet effet, l'épaisseur.

La porte au bout du four est close par deux briques superposées que l'on peut déplacer successivement à la (in de Topé- . ration; il n'y a pas de portes latérales.

Avant de commencer la charge, on échauffe tout l'intérieur du four jusqu'à la température rouge blanc, ou de la fusion de l'argent. Alors on ouvre le registre correspondant au carneau

(*) La cryolithe est un fluorure double de sodium et d'aluminium.

(**) La soie elliptique a seulement 80 c. de longueur, eu tre l'autel et le bout opposé, el 50 c. de large ; la grille du foyer, 60 c. sur 50. Les briques employées à construire le four doivent être en argile réfractaire et très-compactes ; on pourrait rendre ses parois , et notamment la sole , moins attaquables au moyen d'un enduit employé par M. Deville pour garantir la silice des creuset» contre l'action du sodium et du fluorure de calcium. Cet enduit, formé (le k d'alumine calcinée, plus 1 d'aluminate de chaux en poudre fine, passé au tamis de soie, agglomérés avec un peu d'eau, est introduit dans les joints et lUse a la truelle.

qui traverse l'autel, et Ton ferme le registre à l'autre bout du four ; puis ouvrant un carneau vertical pratiqué dans l'épaisseur de la voûte, au-dessus du milieu de la sole, on y jette pêle-mêle toute la charge, qui tombe sans pouvoir être partiellement entraînée dans le courant de flamme et sans avoir le contact de l'air que ce courant intercepte : la fusion commence ; aussitôt on rétablit le courant normal en ouvrant le deuxième registre et fermant le premier, celui qui correspond à l'autel.

L'opération dure environ 3 heures et demie, pendant lesquelles le sodium se substitue graduellement à l'aluminium ; au fur et à mesure de sa séparation, ce dernier métal se précipite en gouttelettes qui se rassemblent et se déposent sur la sole, tandis que le chlorure de sodium formé s'ajoute au chlorure semblable contenu dans le mélange, également liquéfié avec le fluorure de calcium.

Une partie des chlorures est entraînée en vapeurs dans le courant de flamme; mais il en doit rester assez pour envelopper et couvrir, avec le fluorure de calcium fondu, l'aluminium qui se sépare. Cependant une partie de celui-ci et du sodium se trouvent brûlés et occasionnent ainsi des déperditions inévitables.

Le moment d'extraire les produits du four étant arrivé, on déplace d'abord la brique fermant la partie supérieure de la porte du bout du four opposé au foyer ; les portions les moins lourdes de la masse fluide se décantent spontanément par cette ouverture ; elles coulent sur une plaque inclinée en fonte, formant bavette au bout de l'embrasure, et tombent dans une caisse peu profonde, eu tôle, portée par un chariot roulant sur un petit chemin de fer. Lorsque l'écoulement des matières salines cesse, on retire le chariot, que Ton remplace immédiatement par un autre, portant une caisse vide semblable à la première. Retirant seulement alors la deuxième brique, on fait écouler le métal fondu dans une bassine de fonte, et on le coule en lingotières, puis on recueille les dernières scories dans un pot de fonte où l'on trouve encpre un culot de quelques centaines de grammes, plus des globules qu'on sépare à l'aide du tamisage après avoir pulvérisé les scories. Celles-ci, outre le chlorure de sodium soluble, renferment des matières insolubles, parmi lesquelles le fluorure d'aluminium peut être extrait par lavage ou volatilisation.

Les grenailles, ainsi que les masses d'aluminium métallique refondues dans i»n grand creuset, s'affinent par liquation ou

dépôt spontané des alliages ou métaux plus lourds que lui ; on décante alors, pour le couler dans une lingotière usuelle. Une opération donne, pour le mélange ci-dessus indiqué, 10 kilogr. d'aluminium métallique.