Brevet FR2476148A1 — publié le 19810821

Procédé pour la production d'une solution aqueuse d'hydroxyde de métal alcalin ta présente invention a pour objet un procede pour la production de solutions aqueuses d'hydroxyde de métal alcalin, par exemple de chlorure de sodium, par décomposition d'amalgame de métal alcalin, par exemple de sodium. La production de solutions aqueuses d'hydroxyde de métal alcalin par décomposition d'amalgame de metal alcalin est généralement effectuée dans des enceintes de grande étendue, parfois dénommée "piles de décomposition". Dans celles-ci, l'amalgame est mis à circuler å l'état d'une nappe mince sur une sole horizontale ou légèrement inclinée, au contact d'eau ou d'une solution aqueuse, généralement une solution aqueuse diluée d'hydroxyde de métal alcalin. ta réaction est accélérée par la présence d'un catalyseur qui peut souvent consister en des éléments en graphite immergés à la fois dans la nappe d'amalgame et dans la solution aqueuse. Le fonctionnement des piles de décomposition d'amalgame, du type décrit plus haut, est souvent entravé a la longue par la présence d'amas visqueux sur la sole des piles, denommés habituellement "gros mercure" ou "beurre de mercure". t'origine de ces amas de gros mercure est mal connue. Ils sont parfois formés in-situ dans la pile de décomposition ; dans d'autres cas, ils sont introduits dans la pile avec le courant d'amalgame et proviennent alors, en général, d'une cellule d'électrolyse cathode de mercure, dans laquelle l'amalgame de métal alcalin est produit par électrolyse d'une solution aqueuse d'halogénure de métal alcalin. Cas amas de gros mercure, qui souvent adhérent a la sole des piles, perturbent l'écoulement de l'amalgame sur celle-ci et nuisent aux contact triples optimum entre l'amalgame, la solution aqueuse d'hydroxyde de métal alcalin et les éléments catalyseurs. Ils imposent dès lors des arrêts périodiques des piles de décomposition, pour les vidanger et débarrasser la sole des amas de gros de mercure. Ces arrêts périodiques des piles de décomposition sont défavorables à leur productivité et ils contribuent en outre à entraver le fonctionnement régulier des cellules à cathode de mercure où l'amalgame est généralement produit de manière continue. Le nettoyage de la sole des piles nécessite par ailleurs une main d'oeuvre supplémentaire, grevant les coûts de fabrication. L'invention remédie à ces inconvénients, en fournissant un procédé amélioré pour la production d'hydroxyde de métal alcalin au départ d'amalgame de métal alcalin, qui ne nécessite plus un nettoyage périodique de la sole des piles de décomposition. L'invention concerne dès lors un procédé pour la production d'une solution aqueuse d'hydroxyde de métal alcalin, dans lequel une nappe d'amalgame de métal alcalin en écoulement continu sur une sole, est décomposé en présence d'un catalyseur ; selon l'invention, on fait vibrer la sole. Dans le procédé selon l'invention, la sole peut être verticale ou inclinée. On préfère toutefois faire usage d'une sole horizontale ou légèrement inclinée sur l'horizontale, par exemple d'un angle de l'ordre de 2 à 10 degrés. Dans cette forme de réalisation de l'invention, la sole constitue avantageusement le fond d'une enceinte pour l'amalgame et la solution aqueuse d'halogénure de métal alcalin, analogue aux piles de décomposition d'amalgame communément utilisées (chlorine - Its manufacture, properties and uses -J.S.Sconce - Reinhold Publishing Corp - 1962, p.189 ; brevet belge 525 535 du 6 janvier 1954, au nom de la demanderesse). Le catalyseur peut être tout matériau non amalgamable, capable d'accélérer la décomposition de l'amalgame en présence d'eau ou d'une solution aqueuse, généralement une solution diluée d'hydroxyde de métal alcalin. Il peut être tout matériau communément utilisé dans le même but dans les piles connues de décomposition d'amalgame de métal alcalin, par exemple des plaques ou des barreaux en graphite, immergés dans l'amalgame et en contact avec la solution aqueuse. Dans l'exécution du procédé selon l'invention, les vibrations mises en oeuvre doivent être à la fois suffisantes pour permettre l'entratnement des amas de gros mercure dans la nappe d'amalgame vers l'extrémité d'aval de la sole, mais insuffisantes pour provoquer des projections de gouttelettes d'amalgame. Le choix de la fréquence et de l'amplitude des vibrations dépend dès lors dtun grand nombre de facteurs, parmi lesquels figurent notamment la nature du matériau de la sole et sa rugosité, la viscosité de la nappe d'amalgame, ainsi que son épaisseur et sa vitesse d'écoulement sur la sole, la direction des vibrations. Il doit être établi dans chaque cas particulier par un travail de routine. Les vibrations peuvent être parallèles à la sole ou présenter une composante perpendiculaire à celle-ci. Dans le cas de vibrations présentant une composante parallèle à la sole, cette composante vibratoire peut être parallèle, perpendiculaire ou oblique par rapport à la direction d'écoulement de la nappe d'amalgame. On préfère toutefois, selon l'invention, utiliser des vibrations ayant une composante verticale ou perpendiculaire à la sole. D'une manière générale, la méthode mise en oeuvre pour faire vibrer la sole n'est pas critique. On peut par exemple faire usage indifféremment de vibrateurs à fonctionnement mécanique ou électromagnétique, tels que ceux communément utilisés dans les techniques de criblage des minerais et charbons. Les vibrateurs peuvent être noyés dans la nappe d'amalgame et appliqués contre la face supérieure de la sole. Pour des raisons de commodité, on préfère toutefois disposer les vibrateurs contre la face inférieure de la sole. D'une manière générale, dans le cas d'installations industrielles, on obtient habituellement de bons résultats avec des vibrations verticales développant des efforts sur la sole, de l'ordre de 10 000 a 150 000 N, de préférence de 20 000 à 75 000 N, à une fréquence comprise entre 50 et1000 H , de préférence entre 150 et 300 H . z Selon une première forme de réalisation de l'invention, on fait vibrer simultanément la totalité de la sole. Dans cette forme de réalisation de l'invention, on peut faire vibrer la sole de manière périodique, en fonction de la vitesse de formation de gros mercure. Selon une variante particulière de cette forme de réalisation; on préfère toutefois faire vibrer la totalité de la sole en permanence. Cette variante de l'invention présente en effet l'avantage supplémentaire d'accélérer la décomposition de l'amalgame et de rendre celle-ci uniforme au cours du temps. Selon une autre forme de réalisation du procédé selon l'invention, on fait vibrer séparément des zones distinctes de la sole. On entend désigner par "zone de vibrations", une zone de la surface de la sole, que l'on soumet, indépendamment de la surface restante de la sole, a des vibrations d'intensité et de fréquence suffisantes pour detacher les amas de gros mercure qui pourraient adhérer en un endroit quelconque de ladite zone et permettre leur entratnement dans la nappe d'amalgame, hors de ladite zone. Dans cette forme de réalisation particulière de l'invention, le nombre de zones de vibrations doit de préférence etre suffisante pour qu'ensemble, celles-ci recouvrent la totalité de la sole. En variante, plusieurs zones peuvent éventuellement se chevaucher. Le choix optimum du nombre et des dimensions des zones de vibrations dépend de divers facteurs, parmi lesquels figurent notamment la longueur de la sole, l'épaisseur de la nappe d'amalgame ainsi que sa viscosité et sa vitesse d'écoulement sur la sole, la nature du matériau de la sole ainsi que sa rugosite et son élasticité, la pente de la sole, l'importance de la formation d'amas de gros mercure et le choix de la fréquence et de l'intensité des vibrations. Il peut etre établi facilement dans chaque cas particulier par un travail de routine. Selon une première variante de cette forme de réalisation de l'invention, on fait vibrer simultanément plusieurs zones distinctes de la sole en utilisant des caractéristiques de vibrations qui varient d'une zone è l'autre, par exemple des fréquences ou des amplitudes de vibrations différentes. Selon une autre variante de cette seconde forme de réalisation de l'invention, on préfère faire vibrer successivement plusieurs zones distinctes de la sole, qui sont disposées l'une derrière l'autre entre l'extrémité d'amont et l'extrémité d'aval de la nappe d'amalgame. Cette variante de l'invention présente généralement l'avantage de permettre une évacuation plus aisée et plus régulière du gros mercure vers l'extrémité d'aval de la sole. Dans l'exécution de cette variante de l'invention, l'intervalle de temps optimum qu'il convient de respecter entre la vibration d'une zone et la vibration de la zone suivante est celui mis par les amas de gros mercure pour passer de la zone qui vient d'être vibrée à la zone suivante. D'une manière générale, on choisit avantageusement un intervalle de temps approvimativement égal au temps mis par la nappe d'amalgame pour parcourir la longueur de la zone que l'on vient de faire vibrer. Un premier mode d'exécution de cette variante de l'invention consiste par exemple à faire vibrer les zones de la sole, successivement depuis l'extrémité d'amont jusqu'à l'extrémité d'aval de la nappe d'amalgame. En pratique, on a toutefois observé qu'il était préférable de faire vibrer les zones de la sole, successivement depuis l'extrémité d'aval jusqu'a l'extrémité d'amont de la nappe d'amalgame. Dans un mode d'exécution particulier du procédé selon l'invention, on fait vibrer les zones de la sole successivement depuis l'extrémité d'aval jusqu'à l'extrémité d'amont de la nappe d'amalgame puis on les fait vibrer successivement depuis l'extrémité d'amont jusqu'à l'extremité d'aval. Toutes autres choses étant égales, ce mode d'exécution préféré du procédé selon l'invention permet d'optimaliser l'évacuation du gros mercure hors de la sole. Outre qu'il apporte une solution aux difficultés occasionnées habituellement par la présence de gros mercure sur la sole des piles de décomposition d'amalgame, le procédé selon l'invention procure l'avantage supplémentaire d'accélérer la décomposition de l'amalgame, grâce è la turbulence que les vibrations engendrent au niveau des points de contacts triples entre les éléments catalyseurs, la nappe d'amalgame et la solution aqueuse d'hydroxyde de métal alcalin. Il peut arriver qu'en cas d'anomalie fortuite dans le fonctionnement des piles de décomposition d'amalgame, on observe une formation intempestive d'hydroxyde de métal alcalin solide dans la pompe de circulation servant è recycler le mercure provenant de la pile, vers une cellule a cathode de mercure pour l'électrolyse de solutions aqueuses d'halogénure de métal alcalin. Pour éviter cet inconvénient inhérent a une décomposition incomplète de l'amalgame de métal alcalin dans la pile, il peut s'avérer souhaitable de faire vibrer une partie au moins du collecteur de jonction de la pile a la pompe. Des particularités et détails de l'invention ressortiront de la description suivante de quelques formes de réalisation particulière de l'invention, en référence au dessin annexé. La figure 1 est une vue schématique en élévation longitudinale, avec arrachement partiel, d'une pile de décomposition d'amalgame de sodium conçue pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La figure 2 est une représentation schématique en plan de la distribution de zones de vibration de la sole de la pile de la figure 1, dans la mise en oeuvre d'une forme de réalisation particulière du procédé selon l'invention. Dans ces figures, des mêmes notations de référence désignent des éléments identiques. La pile de décomposition représentée è la figure 1 comprend une enceinte 1 obturée par un couvercle 2. L'enceinte 1 est délimitee par des piedroits longitudinaux 3, des parois transversales d'extrémité 4 et une sole 5 en acier présentant une pente modérée, par exemple de l'ordre de 6 mm par mètre courant. t'enceinte 1 repose, par l'intermédiaire de la sole 5, sur des supports élastiques 18 fixés à une embase 19, généralement en béton. L'enceinte 1 est raccordée à un conduit 6 d'admission d'amalgame de sodium près de l'extrémité d'amont de la sole 5 et à un conduit 7 d'évacuation de mercure près de l'extrémité d'aval de la sole 5, de manière à former une nappe d'amalgame 11 en écoulement continu sur la sole 5. L'enceinte est en outre en communication avec un conduit 13 d'admission d'eau ou d'une solution aqueuse diluée d'hydroxyde de sodium et avec un conduit 14 d'évacuation d'une solution aqueuse concentrée d'hydroxyde de sodium, contenant habituellement de l'ordre de 35 à 50 Z en poids d'hydroxyde de sodium. Des auvents 15 assurent l'évacuation de l'hydrogène produit par la réaction de l'eau avec l'amalgame de sodium. Des plaques de graphite 8 immergées à la fois dans la nappe d'amalgame 11 et dans le bain 16 de solution aqueuse d'hydroxyde de sodium servent de catalyseur pour la décomposition de l'amalgame. Une série de vibrateurs 20, 21, 22, 23,..., 24, 25, 26 sont alignés entre l'extrémité d'aval et l'extrémité d'amont de la sole 5 et appliqués contre la face inférieure de celle-ci. teurs positions respectives et leur orientation sont choisies en fonction de leur puissance, de manière que lorsqu'ils sont actionnés simultanéments ils soient capables de soumettre la totalité de la sole 5 à des vibrations verticales d'intensité suffisante pour détacher des amas de gros mercure adhérant normalement à la sole, mais insuffisante pour provoquer des projections de gouttelettes d'amalgame dans le bain 16. Pris isolément, chaque vibrateur 20, 21, 22, 23,..., 24, 25, 26 contrôle de la sorte une zone limitée de la sole 5 de l'enceinte 1. Ces zones, qui sont contiguës, sont schématisées respectivement en 27, 28, 29, 30,..., 31, 32, 33 à la figure 2. Par définition, chacune de ces zones, par exemple la zone 29, est la partie de la surface de la sole de laquelle des amas de gros mercure peuvent normalement être détachés et évacués par entratnement dans la nappe d'amalgame 11, par actionnement uniquement du vibrateur disposé è l'aplomb de ladite zone, en l'occurrence le vibrateur 22 dans le cas de la zone 29. Les vibrateurs 20, 21, 22, 23,..., 24, 25, 26 peuvent avantageusement etre des vibrateurs à fonctionnement mécanique, capables de soumettre la sole 5 de la pile a des efforts verticaux de bas en haut par exemple des percussions de l'ordre de 40 000 è 60 000 N, à une fréquence de 11 ordre de 140 à 250 H . En variante, z on peut également faire usage de vibrateurs è fréquence plus élevée, par exemple de l'ordre de 300 H , développant des efforts z moins élevés, par exemple de l'ordre de 25 000 N.Des vibrateurs à fonctionnement mécanique utilisables dans le cadre de l'invention sont ceux du type à excentrique ou à balourd, équipant généralement les cribles vibrants (Techniques de l'ingénieur, Généralités, A 904-5, juillet 1964, parag. 4,72). Une autre catégorie de vibrateurs a fonctionnement mécanique qui conviennent bien dans le cadre de l'invention est formée de ceux qui équipent habituellement les cribles à chocs, et dans lesquels des masses de percussion sont projetées de bas en haut contre la sole 5 de la pile par des mécanismes à cames ou à rochets (dito, parag. 4,6). Les vibrateurs tels que 20, 21, 22, ..., 26 peuvent être tous identiques ou, en variante, ils peuvent être-de puissance différente. Dans ce dernier cas, les zones de vibrations de la sole, telles qu'elles sont définies plus haut, ont des longueurs différentes. Selon une première forme de réalisation de l'invention, tout en maintenant l'écoulement normal de la nappe d'amalgame de sodium 11 et de la solution aqueuse d'hydroxyde de sodium 16 dans l'enceinte de la pile, on actionne périodiquement et simultanément l'ensemble des vibrateurs 20, 21, ..., 26, de manière è détacher les amas de groa- mercure qui pourraient adhérer à la sole 5 et a la faire cheminer vers l'extrémité d'aval de la sole 5 où ils sont évacués avec le mercure via le conduit 7. Selon une variante de cette forme de réalisation de l'invention, les vibrateurs 20, 21, ..., 26 sont maintenus en activité en permanence. Cette variante de l'invention présente l'avantage d'assurer un nettoyage efficace de la sole, d'activer la décomposition de l'amalgame et de rendre celle-ci uniforme dans le temps. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, on actionne séparément les vibrateurs 20,..., 26 selon un cycle bien défini. A cet effet, on actionne d'abord le vibrateur 20 localisé près de l'extrémité d'aval de la sole 5, par exemple pendant une durée de 15 à 30 secondes, les autres vibrateurs étant è 1' arrêt, de sorte que seule la zone d'aval 27 de la sole soit le siège de vibrations d'intensité suffisante pour en détacher les amas de gros mercure qui pourraient y adhérer et permettre leur entratne- ment par l'amalgame. Après arret du vibrateur d'aval 20, on actionne le vibrateur 21 qui le précède immédiatement, également pendant 15 à 30 secondes, de sorte que ce soit cette fois la zone 28 de la sole 5 qui soit le siège de vibrations d'intensité suffisante pour en détacher d'éventuels amas de gros mercure.On procède ensuite d'une manière identique et de proche en proche, pour tous les autres vibrateurs 22, 23,..., 24, 25 jusqu'au vibrateur d'amont 26. Cette manière de procéder a pour résultat que toutes les zones 27, 28, 29, 30,..., 31, 32, 33 de la sole 5 sont mises à vibrer successivement et dans l'ordre depuis l'extrémité d'aval jusqu'à l'extrémité d'amont de la sole. tes amas de gros mercure adhérant à la sole 5 de la cellule sont de la sorte détachés progressivement et de proche en proche depuis l'extrémité d'aval jusqu'à l'extrémité d'amont de la sole et évacués hors de l'enceinte 1 de la pile par entratnement dans la nappe d'amalgame il, vers le conduit 7. A l'issue du cycle de vibrations d'aval en amont qui vient d'etre décrit, on peut recommencer un cycle identique de vibrations, d'aval en amont. te délai a respecter entre l'arrêt du vibrateur d'amont 26, à la fin d'un cycle, et le démarrage du vibrateur d'aval 20 au début du cycle suivant dépend notamment de la longueur de la sole 5, du nombre de vibrateurs, de la durée globale dfun cycle de vibrations et de la vitesse de formation des amas de gros mercure sur la sole. Selon les cas, il peut varier de quelques minutes à plusieurs heures. En variante, dans les cas critiques de piles qui sont le siège d'une formation importante d'amas de gros mercure, il peut parfois s'avérer nécessaire de démarrer un nouveau cycle de vibrations d'aval en amont, avant que le cycle précédent soit terminé. Selon une variante de cette forme de réalisation du procédé à l'issue du cycle de vibrations de l'aval vers l'amont de la sole 5, on démarre un cycle de vibrations de l'amont vers l'aval; à cet effet, après avoir actionné séparément et successivement les vibrateurs 20, 21, 22, 23,..., 24, 25 puis 26, on actionne séparément et dans l'ordre suivant les vibrateurs 26, 25, 24..., 23, 22, 21 puis 20. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour la production d'une solution aqueuse d'hydroxyde de métal alcalin, dans lequel une nappe d'amalgame de métal alcalin en écoulement continu sur une sole, est décomposée en présence d'un catalyseur, caractérisé en ce qu'on fait vibrer la sole. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait vibrer la sole transversalement à celle-ci. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on fait vibrer simultanément la totalité de la superficie de la sole. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on fait vibrer la sole de manière ininterrompue. 5 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on fait vibrer séparément des zones distinctes de la sole. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les zones distinctes de la sole sont disposées l'une à la suite de l'autre entre l'extrémité d'amont et l'extrémité d'aval de la nappe d'amalgame et on fait vibrer lesdites zones successivement depuis une extrémité de la nappe d'amalgame jusqu'à l'autre extrémité de ladite nappe. 7 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on fait vibrer les zones successivement depuis l'extrémité d'aval jusqu'à l'extrémité d'amont de la nappe d'amalgame. 8 - Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'entre la vibration d'une zone et la vibration de la zone suivante, on maintient un intervalle de temps égal au temps mis par la nappe d'amalgame pour parcourir la longueur de la zone que l'on vient de faire vibrer. 9 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on fait vibrer la sole à une fréquence comprise entre 150 et 300 H z 10 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce qu'on fait vibrer la sole en développant des efforts verticaux compris entre 20 000 et 75 000 N.