Brevet FR2261224A1 — publié le 19750912

La presente invention concerne la production de l'azoture de sodium et en particulier un procédé pour séparer l'azoture de sodium de son milieu de réaction. Traditionnellement, les azotures de métaux alcalins sont préparés par le procédé Wtslicenus,suivant lequel on chauffe un tal alcalin Jusqutà fusion et on y fait barboter de l'ammoniac sec pour former l'amidure de métal alcalin avec dégagement d'hydrogène en phase gazeuse. On fait réagir l'amidure résultant alors avec de l'oxyde nitreux pour obtenir un mélange équimoléculaire d'hydroxyde de métal alcalin et d'azoture de métal alcalin. On décompose ce mélange d'azoture et d'hydroxyde en le dissolvant dans de l'eau de manière à obtenir une solution basique contenant environ 26g en poids de solides dissous se répartissant en environ 15$ en poids d'azoture et environ 11% en poids d'hydroxyde.On évapore alors la solution basique Jusqu7au moment où la concentration en hydroxyde de la phase liquide est d'environ 35% en poids et où la maJeure partie de l'azo- ture précipite. Par refroidissement, on fait précipiter une nouvelle quantité d'azoture,puis on sépare tout le précipité par centriu- gation ou filtration. On concentre la liqueur mère résiduelle davantage jusqu'au moment où sa teneur en hydroxyde est d'environ 50 en poids et où par refroidissement la majeure partie de l'azoture restant précipite avec un peu d'hydroxyde et de carbonates de métal alcalin comme impuretés.Après avoir séparé ce précipité impur, on le dissout dans de l'eau et on ajoute de la chaux a' la solution pour convertir les carbonates dissous en hydroxyde. Apuras refroidissement, on recueille par filtration l'azoture précipité qu'on renvoie au premier -stade de dissolution du procédé. La solution collectée après la filtration contient environ 50 en poids d'hydroxyde de métal alcalin et l à 2% en poids d'azoture de métal alcalin. A cause de la présence de l'azoture, la solution n'a pasd'applicaticns industrielles et doit subir un traitement détruisant l'azoture et neutralisant l'hydroxyde avant de pouvoir être rejetée dans les effluents.Ce procédé classique expose aux inconvénients d'une perte d'azoture, d'un gaspillage d'hydroxyde qui est un sous-produit et d'une dépense supplémentaire pour la neutralisation et la destruction. La présente invention a pour objet un procédé perfectionné d'isolement de l'azoture de sodium de solutions basiques qui supprime tous les inconvénients ci-dessus. De manière générale, suivant le procédé perfectionné de l'invention, on soumet la solution aqueuse d'azoture de sodium et d'hydroxyde de sodium à une extraction par l'ammoniac liquide de manière à isoler de l'hydroxyde de sodium sensiblement pur dans une fraction exempte d'azoture. Suivant le procédé de l'invention, on met une liqueur mère contenant environ 3SP en poids d'hydroxyde de sodium et enl ron i à 10% en poids d'azoture de sodium en contact avec de l'am- moniac liquide dans un réacteur pour le travail par charges séparées ou de façon continue. Après un certain temps de repose sue mé- lange se divise en une couche supérieure et en une couche inférieure liquides. La couche supérieure contient de l'eau, de l'amnoniac, de azoture de sodium et de lshydroxyde de sodium.La couche inférieure contient pour beacuoup de l'hydroxyde de sodium et de l'eau, outre de faibles quantités d'ammoniac. Apres la séparation des couches, on chasse l'ammoniac de la couche supérieure et on recycle la solution aqueuse d'azoture et d'hydroxyde exempte d'ammoniac résultante dans le procédé pour la combiner avec la solution basique ini- tiale d'azoture de sodium. On débarrasse la couche inférieure de son ammoniac pour obtenir une solution caustique contenant environ 50% en poids d'hydroxyde de sodium sensiblement exempte tant d'azo- ture de sodium que d'ammoniac et pouvant donc trouver de nombreu- ses applications industrielles.Suivant un procédé efficace pour exécuter la mise en contact continue de la liqueur mere contenant l'azoture et l'hydroxyde, on utilise une colonne d'extraction à contre-courant dans laquelle la liqueur mère est admise à la par tie supérieure et l'ammoniac liquide pénètre à la partie inférieure. L'ammoniac utilisé peut être l'ammoniac anhydre liquide, ais il peut comprendre jusqu'à 25% en poids d'eau. Le choix de la forme physique de l'ammoniac dépend de la concentration. désirée pouf la solution caustique qui est le sous-produit. tn agissant sur la concentration et/ou sur la quantité de l'ammoniac, on peut augmenter la concentration de la solution caustique finale jusqu'à environ 50% en poids. Le procédé perfectionné de purification et de sépara- tion faisant l'objet de l'invention est décrit ci-après avec rdfé- rence au dessin annexé qui est un tableau de marche schématique. Comme le montre le dessin, une solution aqueuse contenant environ 15g d'azoture de sodium et environ 11% en poids d'hydroxyde de sodium, qui est représentative des solutions obtenues à l'échelle industrielle dans la production de l'azoture de sodium, est évaporée dans le cristallisoir 1 jusqu > au moment où le mélange, refroidi à 38 C, se sépare en une phase solide d'azo ture de sodium et en une phase liquide contenant norralecent 2+$ d'hydroxyde de sodium et 32% d'azoture de sodium. La suspension d'azoture passe alors par 12 conduite 2 dans la centrifugeuse ou dans le filtre 3 où le précipité d'azoture est séparé en vue de subir d'autres traitements.La liqueur mère résultante, qui con tient 2 à 10% en poids d'azoture en solution ou en suspension et 35% en poids d'hydroxyde de sodium est pompée par la conduite 4 au sommet de la colonne d'extraction 5. De l'ammoniac liquide est introduit par pompage au bas de la colonne d'extraction 5 et s'y élève dans le courant descendantrde liqueur mère. De cette façon, l'ammoniac extrait la majee partie de l'azoture et, Si la chose est désirée, une fraction de l'eau de la liqueur mère. La fraction soutirée en tête de la colonne d'extraction est une liqueur riche en ammoniac contenant normalement 66% d'ammoniac, 28% d'eau, 4% d'azoture de sodium et 2% d'hydroxyde de sodium.Ce courant par vient par la conduite 6 au distillateur d'ammoniac 7 où l'ammoniac est séparé et d'où le produit, à savoir une solution aqueuse d2azo- ture de sodium et d'hydroxyde de sodium,est renvoyée par la conduite te 8 au cristallisoir 1. La fraction soutiree au bas de la colonne d'extraction 5 est amenée par la conduite 9 à l'évaporateur d'am Ammoniac 10. Ce produit est fort avantageusement une solution compre nant 45% d'eau, 45% d'hydroxyde de sodium et lOfi d'ammoniac.L'am moniac peut être chassé dans l'évaporateur 10 de l'une ou l'au- tre manière courante dans l'industrie, par exemple par chauffage ou par contact avec de l'air ou par mise sous vide. Après évapo ration de l'ammoniac dans l'évaporateur 10, le produit consti tue une solution sensiblement pure d'hydroxyde de sodium utile du point de vue industriel qui contient moins de 100 PRJm et de préfé- rence moins de-t-ppm d'azoture de sodium. Le procédé de l'invention est davantage illustré par les exemples suivants. EXEMPLE 1 On prépare une liqueur more typique de celles obtenues dans la production industrielle de l'azoture de sodium-en mélan geant 120 g d'hydroxyde de sodium avec 13,6 g d'azoture de sodium et 206,7 g d'eau. On introduit le mélange dans un réacteur en acier muni de deux regards et on le chauffe à 600C sous agitation jusqu'à dissolution de tous les solides. On ferme ensuite le réacteur et on y admet 336 g d 'ammoniac anhydre liquide. On agi 2 te le mélange à 600C sous une pression d'environ 19,3 kg/cm2 au ma nometre pendant 5 minutes au terme desquelles on le laisse sddimen- ter.Après 2 minutes, on obtient deux couches lflquideslimpides dont l'analyse donne les résultats mentionnés en pourcentages pondéraux au tableau I ci-apres. TABLEAU I Couche supérieure Couche Inférieure Hydroxyde de sodium 3X75 44,22 Azoture de sodium 3,09 0,35 Ammoniac 57,20 11,53 Eau 35,90 43,90 EXEMPLE 2 Pour démontrer l'efficacité de l'extraction par l'ammoniac de l'azoture de sodium en très faible concentration dans une solution d'hydroxyde de sodium, on introduit un mélange de 120 g d'hydroxyde de sodium, de 0,1 g d'azoture de sodium et de 206,7 g d'eau dans un réacteur qu'on chauffe à 600C et dont on agite le contenu jusqu'à dissolution de tous les solides. On ferme le réacteur et on y admet 340 g d'ammoniac anhydre liquide.On agite le mélange à 600C sous une pression de 19,3 kg/cm2 au manomètre pendant 5 minutes au terme desquelles on le laisse sédimenter. Après 2 minutes, on obtient deux couches liquides limpides dont l'analyse donne les résultats mentionnés-en pourcentages pondéraux au tableau I'. TABLEAU Il Couche supérieure Couche Inférieure (%) (%) Hydroxyde de sodium 4,19 45,580 Azoture de sodium 0,03 0,009 Ammoniac 62,11 8,490 Eau 36,94 47,921 Après avoir chassé l'ammoniac de la couche inférieure dont la composition est précisée au tableau II et avoir ajusté la concentration en alcali caustique à 50%, on obtient un hydroxyde de sodium suffisamment pur pour de nombreuses applications indus trilles. Pour la conduite du procédé de l'invention, la tenpéra- ture est de préférence de 600C et la pression de 21 kg/cm2 au mano mètre. Une telle combinaison de paramètres établit t un domaine d'existence des phases relativement étendu dans lequel une fraction liquide riche en azoture et une fraction liquide riche en hydroxyde peuvent subsister simultanément. Une élévation de la temperature étendrait le domaine d'existence des phases et accélérerait la séparation des fractions, mais conduirait à des pressions plus élevées requérant des installations onéreuses pour le travail sous haute pression. Le procédé perfectionné de pur.ification de l'azoture de sodium qui fait l'objet de l'invention constitue donc un moyen efficace pour isoler sensiblement tout l'azoture de sodium avec un rendement plus élevé que suivant les procédés classiques. Le procédé donne simultanément comme sous-produit de l'hydroxyde de sodium sensiblement pur qui peut trouver de nombreuses applications flndus- tri elles. R E v z. N D I C A T I O N S. 1 - Procédé perfectionné de séparation de l'azoture de sodium et de l'hydroxyde de sodium d'une solution aqueuse d'azoture de sodium et dahydroxyde de sodium, caractérisé en ce qu'on met la solution en contact avec de l'amnoniac liquide de maniere à isoler une fraction d'hydroiyde de sodium sensiblement exempte d'azoture. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que: A. on met la solution d'azoture de sodium et d'hydroxyde de sodium en contact avec de l'ammoniac liquide pour obtenir une fraction riche en azoture contenant de l'ammoniac et une fraction riche en hydroxyde contenant de l'ammoniac; B. on sépare les deux fractions; C. on chasse le résidu d'ammoniac des eux fractions, et D. on recueille les deux fractions. 3 - Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'ammoniac liquide est de l'ammoniac anhydre. 4 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on met la solution d'azoture et d'hydroxyde en contact avec l'ammoniac liquide à une température d'environ 60 C sous une pression d'environ 21 kg/cm2 au manomètre. 5 - Procédé de séparation de l'azoture de sodium et de l'hydroxyde de sodium d'une solution aqueuse d'azoture de sodium et d'hydroxyde de sodium en substance comme décrit avec référence par ticulière à l'exemple 1 ou 2. 6 - Procédé pour produire de l'azoture de sodium,carac térisé en ce qu'on traite la liqueur mère comprenant une solution aqueuse d'azoture de sodium et dshydroyde de sodium par un procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5 pou-i cn séparer l'azoture de sodium et l'hydroxyde de sodium qu'elle contient.