CARBONATES DE SODIUM

Cliaufté, le horax commence par fondre dans son eau de cristallisation, puis perd cette eau en se boursouflant beaucoup, et en donnant une masse spongieuse légère qui, à une température beaucoup plus élevée, éprouve la fusion ignée. Le produit fondu constitue après refroidissement une masse vitreuse incolore et transparente.

Le borax fondu possède la propriété de dissoudre les oxydes métalliques avec quelques-uns desquels il donne des verres d’une couleur caractéristique; c’est pouj^^quoi le borax desséché est utilisé pour les analyses au chalumeau. Pour cela on emploie un fil de platine recourbé en boucle à son extrémité, qu’on garnit de borax desséché et que l’on porte dans la flamme du chalumeau. En déposant sur la perle ainsi produite une parcelle d’un oxyde métallique, obtenu par exemple par précipitation, et en la reportant dans le dard du chalumeau, soit dans la flamme oxydante, soit dans la flamme réductrice, on produit une perle caractérisant le métal. Voici quelques-unes de ces réactions :

Flamme d’oxydatiou. Flamme de réduction.

Cuivre Perle verte. Perle rouge-brun.

Fer — jaune ou rouge — vert bouteille.

(suivant la quantité).

Cobalt — bleue. ■ — bleue.

ÎS’ick-el — violette — incolore ou grise.

(r. brun à froid).

Manganèse — violette. — incolore.

Chrome — jaunâtre. — verte.

C’est par la même raison que le borax est employé pour la préparation de verres et d’émaux colorés, pour la peinture sur porcelaine. Il sert encore à faciliter la soudure des métaux soit en dissolvant les oxydes qui les recouvrent, soit en empêchant leur oxydation. Pour préserver les métaux en fusion contre l’oxydation, on les recouvre de même d’une couche de borax.

Le borax est doué de propriétés antiseptiques (Dumas) et peut servir à la conservation des substances alimentaires.

CARBONATE DE SODIUM. — G03Na2.

Le carbonate de sodium est un des sels les plus importants au point de vue industriel. Il porte dans le commerce les noms de soude, sel de soude, cristaux de soude. La soude naturelle est celle qu’on retire des cendres des plantes marines. La soude arti-

SELS OXYGÈNES DU SODIUM

flcielle est produiLu iiiduslriellcMneiit par des réactions ciiimiqucs.

728. État naturel. — On rencontre le carbonate neutre de sodium dans la vallée du Nil sur les bords de certains lacs qui le tiennent en dissolution et d’où il se sépare en croûtes salines de 40 à 50 centimètres d’épaisseur; c’est de l’bydrate CO'^Na'-i-ll^O. Il porte le nom de natron. Le dépôt est quelquefois formé de ses-

(CO^)^Na'll" H- 311“0 et porte alors le nom de trôna. On rencontre des lacs à natron en Arabie, au Tliibet, dans les steppes de Russie, au Mexique, en Colombie. Dans ces dernières contrées le produit, qui est aussi du sesquicarbonate, porle le nom i)^urao. Il est quelquefois accompagné d’un minéral que M. Boussingault a nommé Gay-Lussite et qui a pour composition CO^'Ca.COW-fStPO.

Le carbonate de sodium existe enlin dans un grand nombre d’eaux minérales (Vichy, Vais, Carlsbad, etc.), généralement à l’état de bicarbonate.

729. Soude naturelle. — Tandis que les cendres des végétaux terrestres contiennent du carbonate de potassium (alcali végétal), celles qui croissent au bord de la mer sont riches en carbonate de sodium (alcali marin). Il est à remarquer pourtant que celles qui croissent au fond de la mer, les varechs et les fucus, renferment de préférence de la potasse et sont exploitées pour l’extraction du chlorure et du sulfate de potassium, indépendamment de l’iode.

Les plantes qui produisent la soude (diverses variétés Atriplex de Chenopodium, de Sassola, de Salicornia) en fournissent des quantités très différentes. Leur exploitation, qui a perdu toute importance depuis la fabrication de la soude artificielle, était surtout active en Espagne, notamment à Alicante. En France on la produisait surtout à Narbonne et à Aigues-Mortes.

L’incinération des plantes s’effectue après dessiccation dans des fosses de 1 mètre de profondeur et offrant une surface de 3 à 4 mètres. Après y avoir mis le feu, on l’entretient par l’addition de plantes sèches jusqu’à ce que la fosse soit presque remplie. Les cendres à moitié fondues sont soumises à un violent brassage, et après refroidissement elles constituent une masse compacte, dure, semi-vitreuse, noire ou grise.

La meilleure soude, celle d’Alicante, contenait 20 à 25 p. 100 de carbonate sodique sec.

SOUDE ARTIFICIELLE

730. Soude artificielle. Procédé Leblanc. — L'impurelé des soudes arlilicielles et rinsuffisance de leur production conduisirent, au siècle dernier, à rechercher des procédés pour rohtenir à l’aide du sel marin qui, ainsi que l’avait reconnu Duhamel en 1730, renferme la meme hase que la soude. L’Académie des sciences institua en 1773 un prix de 2400 livres pour la découverte d’un procédé applicable à cette transformation.

Malherbe proposa deux ans plus tard de convertir le sel marin en sel vitriolique (sulfate), et de calciner celui-ci avec du charbon et du fer. De la Mélherie en 1789 espérait transformer le sulfate en sel de soude en le calcinant avec du charbon, mais il n’obtenait que du sulfure de sodium plus ou moins carbonaté par l’acide carbonique de l'air. Néanmoins la tentative de de la Métherie devait être féconde, car elle suggéra l’idée de son procédé à Nicolas Leblanc, qui résolut le problème en adjoignant de la craie au mélange de sulfate et de charbon. Le duc d’Orléans, Philippe Egalité, ayant fourni les capitaux nécessaires, une usine fut établie à Saint-Denis pour exploiter le procédé de Leblanc, breveté en 1791. Le séquestre mis sur les biens du duc d’Orléans ruina cette industrie naissante. De plus, les guerres de cette époque ne permettant plus l’importation des soudes d’Espagne, le comité de salut public décréta la publicité de tous les brevets se rapportant à la fabrication de ce produit. Leblanc rentra en possession de l’usine de Saint-Denis en 1800, mais il mourut en 1806. Son procédé ne farda pas à se répandre.

La réaction à température élevée du carbonate calcique seul sur le sulfate de sodium fournit du carbonate de sodium et du sulfate calcique ; mais en lessivant le produit par l’eau, il s’établit une décomposition inverse, et le sulfate de sodium se trouve régénéré. En adjoignant du charbon au mélange, le produit calciné cède du carbonate de sodium à l’eau. La réaction ne réussit bien qu’avec l’emploi d’un excès de carbonate de calcium. Dumas ayant observé que lorsqu’on traite un mélange à molécules égales de sulfure de calcium et de carbonate de sodium par l’eau, il se produit une double décomposition, tandis que celle-ci n’a pas lieu en présence de chaux, avait admis qu’il se produit dans la fabrication de la soude un oxysulfure de calcium insoluble, qui ne réagit pas sur le carbonate de sodium :

2S0 LNa2 H- 3C03Ca -h 9C = 2C0W 4- Ca0.2CaS + 1 0C( ).

SELS OXYGÉNÉS UU SODIUM

Les proportions qu’indique celle équalion sonl celles qui sont observées dans la pralique. Ung-er a aussi admis l’existence d’un oxysulfure do calcium, pensant que dans une première phase il se forme simultanément de la chaux et du sulfure de sodium; que ces composés réagissaient ensuite pour donner de l’oxysulfure de calcium et de l’oxyde de sodium qui se carbonatait sous l’inOuence de l’acide carbonique produit en môme temps; la présence de soude caustique dans la soude brute semblait donner raison à cette interprétation. Les expériences de Dubrunfaut, de M. J. Kolb et de M. Scheurer-Kestner, ont montré que l’hypothèse d’un oxysulfure de calcium n’est pas nécessaire, le sulfure de calcium étant lui-même insoluble, surtout dans une lessive de carbonate de sodium. Quant à la présence de la soude caustique dans la lessive de soude, elle s’explique par l’action ultérieure, durant le lessivag'e, de la chaux en excès sur le carbonate de sodium, car la soude brute solide n’en cède pas à l’alcool; cette chaux est donc inutile dans la réaction principale qu’on peut écrire en principe : SO^Na^ + CO^Ca + 2G = GO^Na^ -f- GaS -f- 2COK M. Mac Tear a prouvé que cette réaction est possible industriellement en l’effectuant au four tournant, où le brassag-e de la masse se fait beaucoup plus intimement que dans les fours à soude ordinaires. Si g’énéralement un excès de craie est nécessaire, c’est donc en quelque sorte pour des raisons purement physiques. Cet excès a pour effet, entre autres, de fournir de l’oxyde de carbone qui en se dégageant à la fin de l’opération rend la masse spongieuse, ce qui facilite son lessivage.

La réduction du sulfate de sodium par le charbon fournit du sulfure et de l’acide carbonique ; le sulfure de sodium formé réagit ensuite sur le carbonate de calcium, donnant du sulfure de calcium et du carbonate de sodium. Lorsque tout le sulfate est décomposé et que le dégagement de gaz carbonique se modère, la température de la masse fondue augmente et le calcaire en excès commence à se décomposer en donnant, au contact du charbon, du gaz oxyde de carbone. La production de ce gaz est un indice de la fin de l’opération. D’après M. Scheurer-Kestner, à qui l’on doit cette explication, la réaction a donc lieu en trois phases :

1° 5SO^Na2+ loc =5Na2S-h lOGO^

2° f)Na*S -f-5G03Ga= 5GaS H-5GOW 3» 2GO»Ga -h 2G = 2GaO -H 4GO

SOUDE ARTIFICIELLE

Dans cette dernière phase, qui ne prend pas une part directe à la formation de la soude, la proportion de carbonate calcique et de charbon peut être autre que celle indiquée par Téquation.

Les proportions de matières à employer d’après les équations ci-dessus sont 5SO^Na^ 7CO^Ca et 12C, soit 1000 de sulfate, 986 de calcaire et 203 de charbon. Mais comme il doit nécessairement brûler beaucoup de charbon avant que la réaction ne s’établisse, on force beaucoup sa proportion théorique. Quant à la proportion de calcaire, elle correspond bien à la moyenne de celles employées dans la pratique (de 950 à 1050 pour 1000 de sulfate et 450 à 600 de charbon).

Fouk a soude a réverbère. — Le four à soude est un four à réverbère à voûte très surbaissée (fig‘. 178), divisé en trois com-

Fig. 178.

partiments A, B, G. Le mélange est introduit sur la sole B oû il se dessèche, puis porté en A où la cuite s’achève et où la température est beaucoup plus élevée. Le compartiment G est surmonté d’une chaudière en tôle dans laquelle on évapore les lessives de soude. Quand celles-ci ont atteint une concentration suffisante, on les fait écouler sur la sole G où s’effectue l’évaporation à sec et la fusion ou le frittage du sel de soude.

La masse une fois sur la sole A doit être brassée énergiquement à quelques minutes d’intervalle avec un ringard en fer aussitôt qu’elle commence à fondre à la surface ; après trois quarts d’heure environ la matière est très fluide, l’ouvrier la brasse sans interruption jusqu’à ce que la cuite soit à point, puis il la défournc dans un tombereau en tôle, où elle se moule en se solidifiant. Gc produit constitue la soude brute.

Four tournant. — Le travail manuel qu’exige la conduite du four à soude est des plus pénibles. Il est supprimé dans les fours tournants qui, en Angleterre surtout, tendent à se substituer aux

SELS OXYGÉNÉS DU SODIUM

fours à rovorbcre. Le four LouriiaiiL (lig. 179) est formé par uii cyliiulre liorizonLal A eu forte tôle, à revêtement intérieur en briques, ayant 3 mètres de diamètre intérieur et une longueur de 4 a 5 mètres. ïl est mobile autour de son axe et roule sur les galets mobiles à rainure GG sur lesquels il s’appuie par des bagues en acier EE. La rotation du four est obtenue par la roue dentée IJ actionnée par une machine à vapeur; elle peut attendre cinq tours

Fig. 179.

par minute. Le four est chargé par une ouverture de 0“,o de diamètre qu’on ferme à l’aide d’une plaque en tôle, sans garniture; la charge y est amenée par un vagonnet H ; le défournement se fait dans une série de vagonnets I.

La flamme arrivant du foyer F pénètre, après avoir traversé le four, dans une chambre à poussière B, puis dessert les chaudières d’évaporation.

Le brassage du mélange dans le four est facilité par deux saillies longitudinales en briques, de 35 centimètres de hauteur.

Comme nous l’avons déjà fait remarquer, le travail au four tournant est beaucoup plus régulier et donne un produit plus homogène que le brassage manuel. C’est pourquoi M. Mac-Tear a pu réussir la fabrication de la soude brute en n’employant que l molécule de craie pour 1 de sulfate de sodium, soit un peu plus de 700 parties pour 1000.

Lessivage de la soude brute. — La soude brute bien préparée est une masse fondue brune, à texture poreuse d’un gris d’acier. Une soude trop cuite ou soude brûlée, qui est produite à une trop haute température, renferme toujours du sulfure et du sulfate de

SOUDE ARTIFICIELLE

prend par places une couleur rouge due, d’après M. Sclieurer- Kestuer, à du bisulfure de sodium. Les pains de soude des fours tournants sont plus denses, plus homogènes et moins poreux ])arce que les gaz s’échappent plus facilement du mélange par un brassage plus complet.

La composition de la soude brute est assez variable; nous nous contenterons de donner ici l’analyse d’une soude d’après M. Kolb :

CO'LXa- CaS CaO CO^Ca SO^Na- NaCl Charbon. Divers (I).

Lorsqu’on traite une soude brute par l’eau, elle lui cède les éléments solubles, mais il peut s’établir des réactions secondaires entre les parties dissoutes et les parties insolubles par un contact prolongé ; ces réactions secondaires, plus ou moins prononcées suivant la durée et la température, produisent surtout de la soude caustique et du sulfure de sodium. M. J. Kolb, qui a étudié avec une grande attention la question de la sulfuration des lessives de soude brute, a reconnu que' le sulfure de calcium, très peu soluble même dans l’eau bouillante fO®’’, 27 par litre), peut néanmoins se dissoudre en plus grande quantité ou se décomposer si l’ébullition dure plusieurs jours. La chaux n’a pas d’influence sur cette solubilité ; la soude caustique la diminue, surtout à la température ordinaire; le carbonate de sodium la diminue d’autant plus que la lessive est plus concentrée ; il résulte de là que le lessivage des soudes brutes doit se faire à basse température et avec le moins d’eau possible.

Pour effectuer le lessivage méthodique de la soude, on casse celle-ci en menus fragments et on l’introduit dans des paniers en tôle percés de trous aa que l’on plonge dans des cuves rectangulaires disposées en gradins (fig. 180). L’eau qui a épuisé la soude dans la cuve la plus élevée est déversée dans la suivante jusqu’à la dernière. Les paniers de la cuve supérieure étant épuisés, on , les remplace par ceux de la cuve inférieure et ainsi de suite.

Ce système de lixiviation, dû à Clément Desormes, est généralement abandonné et remplacé par le- lixiviateur Shanks (fig. 181) oii les cuves sont disposées sur un même plan liorizontal et oii le passage du liquide de l’une dans l’autre est basé sur ce

(!) Silicate et aluminate de sodium; oxyde de fer.

78 SELS OXYGÉNÉS DU SODIUM

double fait que la densité de l’eau augmente à mesure qu’elle se charge de plus de sel, et que dans des vases communicants les hauteurs des liquides sont en raison inverse de leurs densités.

Fig. 180.

La lessive qui sort des lixiviateurs marque de 2o à 30° Baumé, suivant les usines ; après clarification, elles sont portées dans les évaporateurs des fours à soude, puis dans le compartiment G (fig. 178). On obtient ainsi le sel de soude, qui est blanc et qui est mélangé d’un peu de sulfate et de chlorure de sodium et souvent de soude caustique. Une partie de ce sel est livrée au commerce;

Fig. 181.

une autre partie est convertie en cristaux de soude, qui est le carbonate à 10 molécules d’eau. Cette dernière opération a lieu en dissolvant le sel de soude dans l’eau chaude jusqu’à ce qu’elle marque 35° et en laissant refroidir après clarification.

Marcs de soude. — Le résidu de la lixiviation de la soude brute {charrées ou marcs de soude) se compose surtout de sulfure de