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PROCEDE DE FABRICATION D'OXYDE DE SODIUM A PARTIR D'AMALGAME DE
SODIUM.
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'oxyde de sodium à partir d'amalgame de sodium.
On sait qu'il est possible d'obtenir un mélange de Na20 et de Na202 par oxydation du sodium métallique au moyen d'air ou d'oxygène. La réaction peut être limitée à la formation du monoxyde en opérant à une tem- pérature inférieure à 160 C ou bien en présence de Na2O utilisé comme diluant.
Ce mode opératoire est actuellement utilisé dans un premier stade du procédé de fabrication de peroxyde de sodium selon les réactions :
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Le prix de revient du peroxyde de sodium obtenu selon ce procédé est relativement élevé car le sodium métallique, utilisé comme matière pre- mière, ne peut être obtenu qu'au prix d'une consommation importante d'énergie, soit par électrolyse ignée des composés du sodium, soit par séparation du so- dium des amalgames obtenus par électrolyse des solutions aqueuses de NaCl dans des cellules à cathode de mercure.
Des essais ont déjà été tentés (Feldman - Giorn. Chim. ind. appli- cata 1927 - 9 - p. 455) pour effectuer l'oxydation du sodium dilué dans les amalgames obtenus par électrolyse, mais on n'a jamais pu tirer parti des o- xydes ainsi formés. On obtenait, en effet, un mélange de mercure et de pe- roxyde de sodium dont il était jusqu'ici impossible de récupérer le peroxyde par distillation du mercure.
Par ailleurs, en traitant ce mélange par un acide, il n'était pas possible d'obtenir de l'eau oxygénée avec un rendement et une concentration pouvant présenter un intérêt technique.
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La présente invention a pour objet un procédé permettant de valo- riser, avec un bon rendement, les produits d'oxydation des amalgames de sodium.
Elle fournit ainsi un moyen économique d'obtention d'oxyde de sodium et ensuite, de peroxyde de sodium, car l'oxyde de sodium obtenu peut être directement oxyde en Na2O2 par les procédés usuels.
Selon l'invention, l'amalgame de sodium est traité par de l'oxygène ou par un gaz en contenant, pour obtenir un mélange de monoxyde et de peroxyde de sodium et l'on utilise de l'amalgame non oxydé pour réduire le peroxyde en monoxyde. L'oxyde de sodium, exempt de peroxyde est alors séparé de l'a- malgame résiduaire.
Le taux d'oxydation n'est pas critique pour la réalisation du pro- cédé. D'après la réaction théorique
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il faut introduire au moins 0,25 mol. gr. d'oxygène par at. gr. de sodium pour transformer tout le sodium de l'amalgame en produits d'oxydation.
Si, dans l'exécution de l'invention le taux d'oxydation est main- tenu très faible, correspondant, par exemple, à moins de 0,15 mol. gr. d'oxy- gène par at. gr. de sodium; il se forme peu de peroxyde de sodium et la ré- duction par l'amalgame peut être très rapide. Tl peut alors suffire de lais- ser les produits d'oxydation quelques instants au contact de l'amalgame de sodium en excès pour que le peroxyde de sodium soit spontanément réduit à l'état de monoxyde.
On peut avantageusement adopter un taux d'oxydation plus élevé et procéder soit en interrompant périodiquement l'arrivée d'oxygène, soit en exécutant l'oxydation et la réduction dans des enceintes distinctes.
Dans la première façon d'opérer, l'arrivée d'oxygène est interrompue avant que tout le sodium soit oxydé de façon à --,-laisser un excès d'amalgame suffi- sant pour accomplir la réduction du peroxyde de sodium en monoxyde. Dans le second mode d'exécution, on,peut pousser l'oxydation aussi loin qu'on le désire et exécuter le procédé en continu.
La limite supérieure du taux d'oxydation est fixée théoriquement par la réaction
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et correspond à 0,5 mol. gr. d'oxygène par at. gr. de sodium.
Pratiquement, il s'avère très difficile de transformer complète- ment tout le sodium en Na2O2 car la fin de la réaction devient très laboriense. Une transformation de --1'ordre de 98-99% peut cependant être atteinte.
L'adoption d'un taux d'oxydation aussi élevé exige que l'on tienne compte de l'oxygène consommé pour l'oxydation éventuelle du mercure qui accompagne généralement la formation de peroxyde de sodium. Les ocydes de mercure ainsi formés sont d'ailleurs réduits ultérieurement.
L'amalgame utilisé comme matière première peut avoir une concen- tration en sodium quelconque, pour autant, qu'il soit liquide sous les con- ditions opératoires d'oxydation. Cependant, étant donné qu'il est de grande importance de pouvoir établir un contact intime entre les gaz oxydants et l'amalgame au moyen d'un dispositif d'agitation approprié, il est préférable d'utiliser un amalgame relativement dilué. Les amalgames obtenus directement par voie électrolytique dans des cellules à cathode de mercure conviennent très bien à cet effet.
L'oxydation du sodium de l'amalgame peut déjà être effectuée avec de l'air à température ambiante; toutefois, la réaction est plus rapide à température plus élevée et lorsqu'on utilise de l'oxygène pur. On commence avantageusement l'oxydation avec de l'air ou un gaz enrichi en oxygène et on termine par de l'oxygène pur, éventuellement sous pression.
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Lorsque, après oxydation, il subsiste encore du sodium non oxydé, ce dernier peut être utilisé, éventuellement après adjonction d'une nouvelle quantité d'amalgame frais, pour la réduction des faibles quantités de peroxy- de de sodium formées. Il y a cependant intérêt à pousser l'oxydation de l'a- malgame jusqu'à disparition complète du sodium métal car, par simple filtra- tion, on sépare alors une fraction importante du mercure à l'état pur.
Une grande partie de ce mercure peut être envoyée aux cellules d'électrolyse, l'autre partie est utilisée au lavage de l'oxyde de sodium dans le deuxième stade du procédé décrit plusloin.
L'oxydation incomplète du sodium de l'amalgame présente d'autre part l'avantage de réduire les opérations de filtration. En effet, après avoir supprimé l'arrivée d'oxygène, il suffit de laisser l'amalgame en excès au contact du peroxyde de sodium, d'augmenter éventuellement la température ou de rajouter un peu d'amalgame concentré pour réduire le peroxyde de sodium en Na2O. Dans ce cas, il faut dispqser d'une source extérieure de mercure pur pour laver le précipité de Na20. Le mercure des appareils de décomposi- tion des amalgames en soude caustique et hydrogène peut servir à cet usage, néanmoins du mercure plus pur peut être exigé pour effectuer le dernier la- vage.
Les cellules modernes d'électrolyse à cathode de mercure permet- tent l'obtention directe d'amalgames dont la concentration en sodium peut atteindre 0,3 % en poids. Ces amalgames donnent, par oxydation, des produits pâteux dans lesquels il est relativement malaisé de maintenir une agitation efficace. Pour cette raison, on choisira de préférence des amalgames dilués à 0,1-0,3 % de sodium, la dilution pouvant résulter du cycle de fabrication comme indiqué ci-dessous.
Le procédé cyclique de fabrication d'oxyde de sodium à partir d'a- malgame des cellules d'électrolyse est représenté schématiquement au dessin annexé.
L'électrolyse (I) de solutions aqueuses de chlorure de sodium dans des cellules à cathode mobile de mercure fournit un amalgame relativement con- centré contenant 0,5 à 0,8 % de sodium. Cet amalgame n'est pas directement utilisé comme matière première dans la phase d'oxydation. Une partie est utilisée à l'opération de réduction (4) du peroxyde de sodium, formé lors de l'oxydation (2) d'un amalgame dilué à 0,1-0,3% de Na, l'autre partie est destinée à constituer cet amalgame après mélange avec de l'amalgame très di- lué provenant de la filtration (5) et du lavage de l'oxyde de sodium (6).
L'oxygène est introduit dans l'amalgame à 0,1-0,3 % en quantité suffisante pour oxyder (2) tout le sodium qu'il contient. Lorsque l'opération est terminée, les produits d'oxydation sont séparés par filtration (3).
Le filtrat est constitué de mercure pur dont la fraction la plus importante est recyclée aux cellules d'électrolyse (I). Le gâteau de filtration est traité par de l'amalgame des cellules pour réduire (4) le peroxyde de sodium et le transformer intégralement en oxyde Na2O. Les oxydes de mercure sont réduits de la même manière par le sodium de l'amalgame.
Par filtration (5), on sépare un amalgame dilué que l'on recycle à l'oxydation (2) après avoir ajusté la concentration en Na avec une partie de l'amalgame provenant des cellules (I).
L'oxyde de sodium, imprégné d'amalgame dilué, est lavé (6) par du mercure pur, après quoi, ce mercure de lavage est mélangé à l'amalgame dilué séparé lors de la filtration (5) de l'oxyde de sodium.
Du gâteau lavé], ne contenant plus que de l'oxyde de sodium et du mercure, on sépare ce dernier par distillation (7) et on le recycle dans la conduite de mercure pur en vue de sa réutilisation ultérieure.
Ci-après sont décrits deux exemples de réalisation du procédé se- lon l'invention. Ces exemples ne sont pas limitatifs et peuvent notamment être réalisés en continu par application des techniques industrielles usuelles.
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EXEMPLE I.
Le cycle des opérations nécessaires à la production unitaire de 100 Kgr. d'oxyde de sodium est représenté schématiquement à la figure an- nexée.
Le sodium utilisé pour cette fabrication est fourni par des cel- lules à cathode de mercure sous la forme de 12365 Kgr. d'amalgame à 0,6 %.
Dans une chambre d'oxydation, on introduit 21573 Kgr. d'amalgame à 0,2 % préparé comme il sera indiqué ci-après. Dans cet amalgame maintenu sous forte agitation, on fait barboter, à température ambiante, de l'oxygène industriel à 97-98 % jusqu'à ce que 18,1 m3 d'oxygène pur (mesuré aux condi- tions normales) aiant été absorbés. On obtient alors un produit semi-pâteux constitué de mercure, d'oxyde de sodium., de peroxyde de sodium et de faibles quantités d'oxydes de mercure. Par filtration, on sépare 15451 Kgr. de mer- cure pur et il reste sur le filtre un gâteau contenant les produits d'oxydation et 6079 Kgr. de mercure.
Ce gâteau est ensuite mélangé à 6772 Kgr. d'amalgame à 0,6 %, pré- levés sur la production des cellules, et le mélange ainsi préparé est porté, sous bonne agitation, à 100 C pendant 2 heures. Après réaction, le mélange est filtré et le gâteau obtenu est levé, en trois fois, par 3386 Kgr. de mer- cure pur. On obtient ainsi, sur le filtre, un produit ne contenant plus que 100 Kgr. d'oxyde de sodium et 226 Kgr. de mercure pur. Ce produit est dis- tillé sous vide, ce qui permet de séparer l'oxyde de sodium et le mercure.
Le filtrat et le mercure de lavage de l'oxyde de sodium représen- tent 15980 Kgr. d':amalgame à 0,06 % de Na. Par adjonction de 5593 Kgr. d'a- malgame à 0, 6 %, on obtient les 21573 Kgr. d'amalgame à 0,2 % de Na utilisés dans la phase d'oxydation.
EXEMPLE II.
Dans 100 Kgr. d'amalgame à 0,1 % de sodium, portés à la tempéra- ture de 40 C, on fait barboter de l'air chaud jusqu'à ce que 20 litres d'oxy- gène (ramené aux conditions normales', soient absorbés. On ajoute ensuite 10 Kgr. d'amalgame à 0,6 % et on porte le mélange pendant 3 heures à 75 C.
Après ce temns, la réduction est terminée et on filtre. Après 3 lavages du gâteau avec..une quantité totale de 15 Kgr. de mercure pur, on obtient un pro- duit contenant 110,7 gr. d'oxyde de sodium et 400 gr. de mercure. Le filtrat, rassemblé avec le mercure de lavage, présente 124,5 Kgr. d'amalgame à 0,0625%.
Le produit obtenu sur filtre est traité, à 300 C, par un courant d'azote de manière à entraîner les vapeurs de mercure et laisser finalement un résidu de 110,7 gr. de Na2O.
REVENDICATIONS.
1. Procédé de fabrication d'oxyde de sodium à partir d'amalgame de sodium, caractérisé en ce que l'on traite l'amalgame par de l'oxygène ou par un gaz en contenant, pour obtenir un mélange de monoxyde et de peroxy- de de sodium, et que l'on utilise de l'amalgame de sodium pour réduire le peroxyde en monoxyde de sodium.