Baflluage de I* tonde

Cette opération a pour but d'éliminer principalement les substances étrangères insolubles (sulfure de calcium, carbonate de chaux, charbon, matières argileuses et sableuses, etc.), et quelquefois une partie des sels neutres solubles, tels que le sel marin ou le sulfate de soude, de manière à obtenir, aussi pure

que possible, la soude, caustique ou carbonatée, sous ses différentes formes commerciales.

Broyage de la soude brute. — On porte les pains de soude dans un atelier dallé ou carrelé en matériaux durs (roches siliceuses, grès ou briques) ; là on les concasse à l'aide d'un merlin, puis on arrose les fragments de manière à obtenir une hydratation qui commence à les désagréger. On réduit ensuite les morceaux en poudre grossière mêlée de menus fragments, à l'aide d'un moulin à meules verticales en fonte, ou de deux paires de cylindres cannelés entre lesquelles les fragments de la soude brute passent successivement.

On parvient à éviter ce broyage dispendieux, en laissant la soude mouillée pendant deux ou trois jours étendue dans un magasin construit en briques, dallé, clos, où l'air puisse se maintenir assez humide ; et, mieux encore, à l'aide d'une injection de vapeur qui sursature l'espace, produisant un brouillard humide, sorte de poussière d'eau dite vapeur globulaire. La soude alors est délitée ordinairement en morceaux assez menus pour être lessivée ; on peut d'ailleurs séparer les plus gros fragments à l'aide d'un crible et les soumettre au broyage.

Enfin on peut, comme nous l'avons dit plus haut, granuler la soude brute en la tirant du four et la faisant tomber sur de la soude refroidie et granulée d'une précédente opération : on divise avec une sorte de fort râteau en fer ce mélange que Ton peut porter directement aux caisses à lessiver.

Lessivage. — Plusieurs dispositions sont employées pour extraire par l'eau les parties solubles. Afin d'avoir moins d'eau à évaporer tout en opérant un épuisement le plus complet possible, l'eau et les solutions qui se forment doivent passer sur plusieurs vases contenant de la soude, et celle-ci pour être épuisée doit recevoir des solutions de plus en plus affaiblies, et enfin de l'eau pure. L'appareil ci-après décrit permet d'obtenir facilement ce double résultat.

Il se compose de bassins rectangulaires en tôle établis en gradins ; la figure 5, planche X, montre cinq de ces bassins ou caisses A, B, C, D, E (l'appareil en comporte ordinairement 12 à 15). Le dernier bassin A est une bâche en fonte d'une largeur double; au niveau des bords de celle-ci est une plaque en fonte £ ayant une pente dirigée vers ladite bâche.

La bâche communique avec la caisse B, comme chacune des caisses communique à la caisse suivante par un tube adapté à

Fi g. 105.

15 centimètres au-dessus du fond, et versant le liquide près du niveau des bords supérieurs du vase qui suit immédiatement.

On peut remplacer chacun des tubes en S par un caniveau vertical ouvert des deux bouts, appliqué ou cloué contre la paroi intérieure du bassin et descendant jusqu'à 20 centimètres au-dessus du fond. Une échancrure à la partie supérieure du même bassin permet d'y adapter un déversoir qui laisse écouler dans le bassin immédiatement au-dessous, le liquide remontant par le caniveau vertical. Cette disposition, que les figures cidessous indiquent, est plus économique et permet un facile nettoyage de tous les caniveaux.

A, figure 105, caisse remplie de liquide : on voit deux caisses

semblables montrant la soude brute qu'elle renferme dans deux paniers de tôle, l'un en coupe, l'autre en élévation, montrant les trous pratiqués dans ses parois; le caniveau A' A" déverse dans la caisse B, qui, à son tour, déverse par le caniveau B'B" dans une caisse semblable audessous (fig. 105 et 106).

La communication du premier bassin inférieur £ (pi. X, fig. 5) est établie de même avec six bassins en tôle (quoique la figure n'en montre que deux) disposés sur un même plan horizontal. Les derniers bassins de repos communiquent entre eux par un déversoir établi à 10 centimètres audessous de leurs bords; on peut d'ailleurs décanter et faire passer le liquide de l'un dans l'autre au moyen d'un siphon lorsqu'on veut vider tous les vases.

Voici comment on fait fonctionner cet appareil : La soude brute est mise dans des paniers en tôle percée comme une écumoire (*) (tous les bassins A, B, G, D, £ étant remplis d'eau) ; deux paniers sont plongés successivement dans le premier bassin £ par deux hommes à l'aide d une tige en bois ou

Fig. 106.

(*) Les paniers peuvent être cylindriques ou rectangulaires, à angles arrondis, au nombre de deux ou de quatre dans chaque vase. On les fait transporter d'un vase à l'autre, soit à bras, par deux hommes montant sur les plans inclinés entre les bassins, soit à l'aide de cordes et de moufles adaptées à un chariot roulant sur un chemin de fer au-dessus de chaque appareil en gradins.

en fer creux passant dans deux anses, et reposant sur les bords de la caisse. Lorsque les deux paniers ont séjourné 25 ou 30 minutes, on les porte dans la caisse D, puis on les remplace dans la caisse E par deux autres également remplis de soude. La même manœuvre se répétant à des intervalles de temps égaux, au bout de 8 heures, les quinze vases de E en B et à la bâche A contiennent quinze paires de paniers, dont une, la plus éloignée du point de départ, a subi tous les déplacements. Cette dernière paire est enlevée, posée sur la plaque inclinée Je, d'où elle s'égoutte dans la bâche ; elle est aussitôt remplacée par les deux paniers précédents, ceux-ci par deux paniers du vase B, et ainsi de suite le déplacement se propage jusqu'à la caisse E, qui se trouvant ainsi libre, reçoit deux paniers pleins de soude neuve. Au bout d'une demi-heure, le même déplacement se renouvelle en commençant par les deux paniers égouttés sur la plaque k que Ton vide sur un plan incliné rejetant la soude épuisée dans un tombereau qui doit porter ce résidu (appelé marc de soude) hors de l'usine.

L'opération étant en train, chaque fuis que l'oii ajoute une paire de paniers pleins de soude brute dans la caisse E, on (ait écouler dans la bâche A un volume d'eau à peu près double ; le liquide déborde successivement dans toute la série des vases en cascades et arrive dans les grands bassins de repos F, F',... les remplit successivement et dépose la plus grande partie des substances insolubles en suspension. Le liquide le plus clair arrivé dans le sixième bassin en est soutiré pour être soumis à l'évaporation dans une série de chaudières G, H, I, J (fig. 6 et 6 bis).

On appelle lavage ou lessivage méthodique le procédé d'épuisement des soudes que nous venons de décrire. C'est, en effet, une méthode simple et régulière que celle d'épuiser la soudée , en la plongeant successivement dans des eaux de plus en plus faibles, puis finalement dans de l'eau pure; tandis que celle-ci, suivant une direction inverse, se charge de plus en plus, avant d'arriver aux chaudières évaporatoires. Dans une usine où Ton a disposé 15 gradins assez larges pour que l'on y place 8 rangées parallèles de bassins étages ainsi, laissant entre elles un espace de 1 mette pour le service des paniers; les 8 rangées étant simultanément en fonction et chacun des paniers contenant 50 kilogr. de soude brute (dont 2 qui contiennent ensemble 100 kilogr. se renouvellent en une demi-heure ou 200 kilogr. par heure) donnent 4800 kilo r. en 24 heures; les 8 rangées permettent donc

de traiter 38 400 kilogr. de soude brute par jour. On comprend que le système ne serait pas changé si, toutes les caisses étant au même niveau, on faisait passer les liquides de Tune à l'autre à l'aide d'un réservoir commun, d'une pompe et de tubes de distribution; ou encore à l'aide de seaux ou vases puisoirs et de caniveaux mobiles, et sans déplacer la substance solide à épuiser. Nous verrons que le même système s'applique à diverses industries manufacturières toutes les fois qu'il s'agit d'extraire économiquement, par dissolution et concentration, une substance soluble interposée dans des matières insolubles (*).

Dans l'application qui nous occupe, on favorise l'action de l'eau et on prévient la cristallisation du carbonate alcalin dans les bassins de repos en injectant une petite quantité de vapeur d'eau dans tous les vases de l'appareil : les caisses reçoivent cette injection par un tube troué, et qui est disposé horizontalement à moitié de leur hauteur ; un tube semblable est fixé au tiers de la hauteur de chaque bassin, et l'on introduit, par des robinets communiquant avec un générateur, la quantité de vapeur (variable suivant la saison) suffisante pour entretenir les dissolutions à la température de 36 à 38°, correspondante au maximum de solubilité du carbonate de soude, afin d'éviter que ce carbonate cristallise dans les bassins (**).

(*) Dans cette disposition que Ton préfère aujourd'hui, comme plus économique, de premier établissement, de force mécanique et de main-d'œuvre, chacune des caisses est munie d'un double fond criblé de trous, posé à 20e du fond; c'est sur ce faux fond que l'on charge la soude brute concassée. Elle reçoit à sa partie supérieure la solution qui s'est graduellement enrichie en traversant de haut en bas toutes les caisses précédentes au nombre de 12 à 15, la première recevant de l'eau pure tiède et la dernière la lessive de plus en plus chargée : c'est de celle-ci que la solution dirigée dans les bassins de repos s'y éclaircit avant d'être soumise à l'évaporation.

On comprend que toutes les caisses placées au même niveau contiennent cependant des liquides à des niveaux graduellement plus bas, car la densité du liquide augmentant de 0° à 27 ou 28°, les hauteurs de ces solutions qui »e font équilibre diminuent par degrés. Ces appareils de déplacement ont été mis en pratique d'abord par Mathieu de Dombasle et de Beaujeu , puis par MM. Dubrunfaut et Duquesne pour la macération et l'épuisement des betteraves découpées au coupe-racines, afin d'en extraire le jus sucré, soit en vue d'en obtenir le sucre, soit pour lui faire subir la fermentation alcoolique.

(**) Cette température peut être maintenue dans toutes les caisses de lessivage, afin de faciliter la dissolution du carbonate et de rendre l'épuisement plus complet.

Dans quelques usines on a cru mieux faire en portant la température de l'eau et des solutions jusqu'à 50 et même 60° centigrades du thermomètre ; mais il est certain que l'on n'augmente pas ainsi le pouvoir dissolvant de l'eau sur le carbonate de soude , tandis que l'on favorise la réaction du sulfure de

Concentration. — Les solutions arrivent et s'éclaircissent dans les bassins et ensuite dans la première chaudière G avec une densité de 27 à 28° Baume; elles deviennent plus limpides et se concentrent par degrés dans les chaudières G, H, I, J, qu'échauffent les produits de la combustion passant sous chacune d'elles successivement ; et enfin dans la dernière K, qui est mise en ébullition parla flamme du foyer i (fig. 6 bis et 7) (*), la sonde carbonatée se précipite. Les premières portions étant salies par quelques traces de la matière insoluble restée en suspension, sont mises de côté pour être redissoutes dans la première caisse E.

Séchage. — Le sel de soude, au fur et à mesure de sa précipitation, extrait du fond de la chaudière à l'aide d'une écumoire en forme de drague, est mis à égoutter dans une trémie en bois, intérieurement doublée de plomb. On étend ensuite le sel égoutté sur une plate-forme en plaques de tôles chauffées; on l'agite continuellement à l'aide d'un ringard, et l'on écrase les mottes afin de le sécher et de le diviser rapidement. La soude ainsi obtenue est blanche, et d'autant plus riche que le sel marin a été mieux décomposé par une quantité suffisante d'acide sulfurique, et que les proportions de carbonate de chaux et de charbon ont été mieux observées.

Lorsqu'on veut obtenir de la soude plus carbonatée, on doit ménager le charbon en poudre dans le mélange (de sulfate, craie et charbon) destiné à préparer la soude brute; si, au contraire, on voulait préparer du sel de soude moins carbonate, c'est-àdire plus caustique, on devrait forcer dans le mélange la dose de charbon fin, qui éliminerait de l'acide carbonique en augmentant la production d'oxyde de carbone pendant la cuite au four à réverbère.

On pourrait encore obtenir des qualités particulières de soude en fractionnant les produits extraits à la drague. Le sel précipité est du carbonate à 1 équivalent d'eau, et le liquide restant dans la chaudière renferme la soude plus caustique, que l'on peut extraire à part. Les dernières portions renferment les sels étran-

calcium sur le carbonate de soude : il se produit en plus fortes proportions dn sulfure de sodium, et Ton obtient en définitive des sels de soude plus chargés de sulfure et d'hyposuliite.

(*) Toute cette concentration des lessives peut être faite sans foyer spécial, en y appliquant la chaleur perdue qu'entraînent les flammes et le gaz au sortir des fours à réverbère.

gers et quelques matières organiques. Lorsqu'on a chargé un grand nombre de fois la chaudière et poussé le plus loin possible la précipitation du carbonate, ces eaux mères sont tellement impures qu'on devait les calciner en les mêlant dans le four à réverbère avec les matières (sulfate de soude, craie et charbon) qui produisent la soude brute. Depuis quelques années toutefois, on tire un meilleur parti de ces eaux mères en les épurant et en extrayant de la soude caustique très-convenable pour la fabrication des savons et qui se vend plus cher que la soude carbonatée.

Voici comment on opère en se servant de soude brute préparée avec un excès de charbon afin d'augmenter la proportion d'alcali caustique.

Lorsque par la concentration prolongée les eaux mères ne fournissent plus que de faibles quantités de carbonate précipité, elles sont brunes, rougeàtres, chargées surtout de sulfure et d'hyposulfite ; on les débarrasse d'abord de ce qui reste de carbonate en suspension, en les faisant couler dans un filtre à double fond troué qui retient ce précipité ; le liquide ainsi filtré est fris par une pompe qui le refoule sur une colonne à coke haute de 2 à 3 mètres ; versé par un vase à bascule sur un fond troué, il se dissémine et descend en offrant une très-grande surface' à l'air qui s'élève dans tous les interstices, poussé par une injection de vapeur ; pendant ce trajet en sens contraires, de l'air qui monte et du liquide descendant, celui-ci éprouve les effets de l'oxydation, une partie des sulfure, hyposulfite et sulfite se transforment en sulfate. La solution ainsi oxydée s'écoule directement de la colonne dans une chaudière évaporatoire où la concentration s'effectue jusqu'à la densité de 1500, on ajoute, . pour 100 de soude pure qu'elle renferme, 4 à 5 d'azotate de soude ; la transformation en sulfate s'achève, le ferrocyanure de fer est également décomposé, il se dégage de l'ammoniaque,de l'azote et de l'oxygène, on enlève à l'écumoire ou par une capsule suspendue les sels précipités.

Pour achever la concentration, on décante le liquide clair dans une chaudière demi-sphérique en fonte de lm,50 à 2m de diamètre et 0,75e à lm de profondeur; pour empêcher le liquide d'être soulevé en mousse par l'ébullition, on pose dans la chaudière un tube conique en tôle, sorte d'entonnoir renversé à larges sections (60 à 90e au bas et 30 à 45e en haut) appuyé sur 3 pieds qui laissent entre ses bords inférieurs et le fond de la chaudière un intervalle libre de 4 à 5 centimètres.

C'est dans la capacité moyenne rétrécie de ce cône creux tronqué que s'effectue l'ébullition tumultueuse, les nombreuses bulles se déversant par-dessus les bords supérieurs qui dépassent de 10 à 1 5' le niveau du liquide de la chaudière, se crèvent ou se condensent en retombant, et la concentration peut s'acbever jusqu'au point où la soude ne retient plus guère que l'équivalent d'eau de combinaison : NaO, HO.

On verse à 1 aide d'une cuiller en fer tout le liquide dans des vases cylindriques en tôle mince ayant 30 à 40e de diamètre et 60 à 80e de profondeur, dont les joints sont simplement enduits d'argile; la soude se solidifie bientôt et on peut l'expédier ainsi ou après l'avoir démoulée", en tout cas, on doit la renfermer immédiatement dans des tonneaux bien cerclés, car elle attire avec énergie l'humidité de l'air. La soude ainsi préparée peut contenir environ 0,75 de soude pure.

Dans plusieurs fabriques on achève l'évaporaiion de la solution de soude obtenue par le lessivage et cou | centrée à 31 ou 32', en la faisant couler directement de la dernière chaudière evapo-

ratoire dans un four à

Fis 10, réverbère S, indiqué

par la figure 107.

La sole de ce four est assez creuse, Ab centimètres environ, pour recevoir d'abord une couche fortement battue de sel de soude T, afin d'éviter que les briques ne viennent en contact avec la solution de soude évaporée (on peut remplacer la couche de soude par une épaisse capsule en fonte reposant sur le massif de maçonnerie).

On brûle du coke dans le foyer L ; les produits gazeux sont utilisés de nouveau en passant sous les chaudières J, I (pi. X, fig. 6 bis). Lorsque la température atteint dans le four le rouge naissant, on fait couler la solution saturée, de la chaudière Q dans le four, par un robinet R (fig. 107) et un conduit en fonte traversant l'extrémité de la voûte. Dès que ce liquide arrive sur la sole de sel de soude, l'ébullition vive le boursoufle et la matière étendue se dessèche; on l'agite alors avec un râble en fer, afin de diviser et de granuler le sel. On cesse momentanément de faire couler ta solution, puis ou extrait le sel de soude dès

qu'il est sec, pulvérulent ou granuleux et blanc (*), puis on commence une Opération semblable.

Parfois des matières organiques interposées laissent le produit grisâtre ; on peut parvenir à les faire brûler et à blanchir le sel de soude, en faisant dégager pendant quelques minutes une fumée intense par la projection de la houille grasse dans le foyer. Le noir de fumée ou charbon fin qui se dépose brûle dès que la fumée cesse, et facilite la combustion de ces matières organiques.

4. Fabrication et propriétés du carbonate de sonde cristallisé,

ou des cristaux de sonde.

Cette opération, fort siniple, est facile surtout durant les saisons froides; on peut la faire directement. Dans ce cas, on prépare la soude brute avec la dose utile de charbon fin, mais sans excès ; la quantité de carbonate de chaux doit être un peu plus forte que pour les sels de soude ordinaires. On laisse la soude brute se déliter en s'hydratant, arrosée, ou bien humectée à l'aide d'injections de vapeur pendant plusieurs jours. Elle est lessivée comme nous l'avons dit, et les solutions sont évaporées jusqu'à 32° et bien éclaircies par le repos ; on les décante alors dans des cristallisoirs en fonte ou en tôle, sortes d'auges à angles arrondis, isolés par des tasseaux à 38 ou 40 centimètres au-dessus du sol, ayant de 1 à 2 mètres de longueur, 0m,5 à 1 mètre de large et 25 à 33 centimètres de profondeur.

La cristallisation commence lorsque le liquide est refroidi, et elle s'achève d'autant plus vite que la température de l'atelier est plus basse. Des arrosages sur le sol dallé en pierres dures ou en briques solides peuvent, en été, hâter cette cristallisation.

Lorsqu'on veut extraire les cristaux, on enlève l'eau mère à l'aide d'un puisoir, ou, plus facilement, en ôtant une bonde de fond en plomb, fixée au bout d'une tige de fer qui dépasse le niveau du liquide.

L'eau mère s'écoule dans un réservoir d'où on peut la reprendre pour l'évaporer par les moyens décrits ci-dessus, et en

(*) A la température rouge et en sortant du four, il a une teinte jaune prononcée (comme plusieurs sels de soude et de potasse dans les mêmes conditions). Celte teinte disparait lorsque la température s'abaisse.

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extraire le produit vendable alors sous le nom de sel caustique ou demi-caustique.

Les cristaux adhérents aux parois des auges s'en détachent à l'aide d'un ciseau ou d'un ringard; on achève de les faire égoutter dans une trémie. On peut les vendre dans cet état pour la plus grande partie des besoins du commerce ; mais si Ton veut obtenir une cristallisation plus belle, incolore, on doit faire redissoudre le carbonate dans de l'eau bouillante, puis ajouter un millième de chaux qui, formant du carbonate calcaire, éclaircit le liquide en se déposant ; on soutire dans les cristallisoirs, on laisse cristalliser, puis après l'égouttage des cristaux, on expose ceux-ci à l'air sur des tringles de bois blanc au-dessus de nappes de plomb. Aussitôt que leur superficie a perdu tout l'excès d'humidité, on se hâte de les embariller afin de prévenir l'efflorescence. On obtient une cristallisation plus prompte en employant pour cristallisoirs des marmites en fonte mince, ayant environ 40 centimètres de diamètre et 20 centimètres de profondeur.

On prépare quelquefois ces cristaux en faisant dissoudre à chaud le sel de soude, riche en carbonate, dans l'eau, jusqu'à ce que la solution marque 31 ou 32° Baume; on laisse déposer en ayant le soin de maintenir la température, puis on soutire au clair dans des cristallisoirs de fer, marmites en fonte ou terrines de grès, et l'on achève l'opération comme nous venons de le dire (*).

Composition et propriétés des cristaux de carbonate de soude. — Les cristaux en prismes rhomboïdaux ainsi obtenus contiennent 1 équivalent de carbonate de soude NaO,CO* (387, 5-H275 =662,5), plus lOéquivalents d'eau (11 25); le poids équivalent total est donc représenté par 1787,5 : leur saveur est acre et un peu caustique : exposés à l'air, ils perdent graduellement une partie de l'eau de cristallisation et deviennent pulvérulents, leur composition est alors NaO,CO',HO : c'est le carbonate de soude effleuri dont le poids équivalent = 775 : si la

(*) Si l'on emploie des marmites ou des terrines, on les met en égout en décantant d'abord l'eau mère, et les posant ensuite verticalement appliquées Tune contre l'autre entre des traverses en bois : un caniveau doublé de plomb reçoit le liquide de l'égouttage ; on détache le pain de cristaux en plongeant un instant les parois extérieures de chaque terrine dans de l'eau chaude. On renverse alors tes pains et on les laisse sécher à l'air, mais sans attendre que l'efflorescence se manifeste, puis on les casse et on les embarille.

dessiccation est très-lente, les cristaux absorbent en même temps de l'acide carbonique, et il se forme plus ou moins de sesquicarbonate (intermédiaire entre le carbonate simple et le bicarbonate : 2NaO,3CO,,4HO).

Les cristaux à 10 équivalents d'eau chauffés fondent partiellement, se dessèchent et éprouvent la fusion ignée. Le carbonate de soude est insoluble dans l'alcool, tandis que la soude caustique y est soluble, de là un moyen facile de séparation entre eux.

Les cristaux de soude (carbonate de soude cristallisé à 10 équivalents d'eau) sont solubles dans des proportions d'eau variables suivant la température. Voici les résultats de plusieurs déterminations que j'ai faites à cet égard :