Brevet FR3130856A1 — publié le 20230623

Système électrolytique pour la synthèse du perchlorate de sodium L’invention concerne un système électrolytique (1) pour la synthèse de perchlorate de sodium par oxydation électrochimique du chlorate de sodium, ledit système comprenant au moins : - une cellule électrolytique (3) définissant un volume (V) de synthèse et comprenant une anode (5) ayant une surface externe en diamant dopé au bore et une cathode (7) ayant une surface externe en acier inoxydable ou en graphite ainsi qu’un joint d’étanchéité (9) entre l’anode et la cathode qui délimite le volume de synthèse, la cellule électrolytique présentant un orifice d’entrée (71) ménagé au travers de la cathode ou de l’anode et en communication avec le volume de synthèse, et un orifice de sortie (73) ménagé au travers de la cathode ou de l’anode et en communication avec le volume de synthèse, - un ensemble pour le stockage et la circulation d’un électrolyte, comprenant : • une cuve de stockage (10) contenant un électrolyte (12) comprenant du chlorate de sodium en communication avec l’orifice d’entrée par un conduit d’entrée (14) destiné à l’introduction de l’électrolyte dans le volume de synthèse, et • un conduit de sortie (40) en communication avec l’orifice de sortie destiné à l’évacuation de l’électrolyte du volume de synthèse, et - un générateur électrique relié à l’anode et à la cathode. Figure pour l’abrégé : Fig. 1. Système électrolytique pour la synthèse du perchlorate de sodium L’invention concerne un système électrolytique pour la synthèse du perchlorate de sodium par oxydation électrochimique du chlorate de sodium, ainsi que son utilisation. Le perchlorate d’ammonium (NH 4 ClO 4 ) est utilisé dans l’industrie spatiale en tant que constituant des chargements de propergol et peut être synthétisé à partir de perchlorate de sodium (NaClO 4 ). Le perchlorate de sodium peut, quant à lui, être obtenu par oxydation électrochimique du chlorate de sodium (NaClO 3 ). L’oxydation électrochimique du chlorate de sodium en perchlorate de sodium est réalisée avec un système électrolytique comprenant une anode en platine ou en plomb, et une cathode en acier présentes dans un bain comprenant du chlorate de sodium. Dans les systèmes électrolytiques existants, la réaction d’oxydation de l’ion chlorate à l’anode s’accompagne de réactions parasites à la cathode engendrant par exemple la formation de dichlore. Les techniques de l’art antérieur proposent, afin de limiter les réactions parasites, d’ajouter au bain un additif de type dichromate ou fluorure de métal alcalin. Lorsque cet additif est présent, il est nécessaire de réaliser, à l’issue de l’oxydation électrochimique, une étape visant à séparer le perchlorate de sodium formé de l’additif dichromate ou fluorure. Cette étape de séparation rallonge et complexifie le procédé d’obtention du perchlorate de sodium. Il serait souhaitable d’améliorer le rendement de l’oxydation électrochimique du chlorate de sodium en perchlorate de sodium tout en ayant une synthèse simplifiée. L’invention vise spécifiquement à répondre au besoin précité. L’invention propose, selon un premier aspect, un système électrolytique pour la synthèse de perchlorate de sodium par oxydation électrochimique du chlorate de sodium, ledit système comprenant au moins : - une cellule électrolytique définissant un volume de synthèse et comprenant une anode ayant une surface externe en diamant dopé au bore et une cathode ayant une surface externe en acier inoxydable ou en graphite ainsi qu’un joint d’étanchéité entre l’anode et la cathode qui délimite le volume de synthèse, la cellule électrolytique présentant un orifice d’entrée ménagé au travers de la cathode ou de l’anode et en communication avec le volume de synthèse, et un orifice de sortie ménagé au travers de la cathode ou de l’anode et en communication avec le volume de synthèse, - un ensemble pour le stockage et la circulation d’un électrolyte, comprenant : • une cuve de stockage contenant un électrolyte comprenant du chlorate de sodium en communication avec l’orifice d’entrée par un conduit d’entrée destiné à l’introduction de l’électrolyte dans le volume de synthèse, et • un conduit de sortie en communication avec l’orifice de sortie destiné à l’évacuation de l’électrolyte du volume de synthèse, et - un générateur électrique relié à l’anode et à la cathode. Le système électrolytique décrit ci-dessus confère un rendement amélioré à l’oxydation électrochimique du chlorate de sodium en perchlorate de sodium tout en permettant de s’affranchir de la mise en œuvre d’additif dichromate ou fluorure de métal alcalin dans l’électrolyte. Le système proposé permet de supprimer la réduction du perchlorate (réaction parasite) à la cathode. En outre, la circulation de l’électrolyte au travers de l’anode ou de la cathode permet de s’affranchir d’une introduction par le cadre ou le joint et permet de réduire la distance entre les électrodes, réduisant ainsi la résistance et la consommation énergétique du système. Dans un exemple de réalisation, le système comprend plusieurs cellules électrolytiques chacune de ces cellules étant telle que définie plus haut, la cuve de stockage étant en communication avec l’orifice d’entrée de chaque cellule électrolytique par un conduit d’entrée correspondant, et chaque orifice de sortie étant en communication avec un conduit de sortie correspondant, le générateur électrique étant relié à l’anode et à la cathode de chaque cellule. Une telle caractéristique permet avantageusement de diminuer la tension dans chaque cellule et permet une maintenance plus simple en permettant le remplacement d’une cellule défaillante en cas de besoin plutôt que de l’intégralité du système. En particulier, les cellules électrolytiques peuvent être disposées les unes à la suite des autres le long d’un axe et le système peut en outre comprendre un élément conducteur de l’électricité favorisant l’homogénéité de la distribution du courant sur la surface active des électrodes et situé entre deux cellules électrolytiques successives. Une telle caractéristique favorise la distribution du courant sur chaque volume de synthèse et participe ainsi à augmenter davantage encore le rendement de formation du perchlorate de sodium. Dans un exemple de réalisation, chaque orifice d’entrée et chaque orifice de sortie sont ménagés au travers de la cathode. Une telle caractéristique est avantageuse par rapport à une circulation de l’électrolyte au travers de l’anode car elle réduit le risque d’une corrosion localisée au niveau des orifices. Dans un exemple de réalisation, chaque orifice d’entrée et chaque conduit d’entrée présentent une section transversale d’introduction de l’électrolyte de forme oblongue. Une telle caractéristique est avantageuse par rapport à une section de géométrie circulaire afin d’améliorer l’hydrodynamique interne de l’électrolyte (limiter les chutes de pression en augmentant la section d’introduction). L’invention vise également un procédé de fabrication du perchlorate de sodium, comprenant au moins une oxydation électrochimique du chlorate de sodium en perchlorate de sodium par mise en œuvre d’un système telle que décrit plus haut avec circulation de l’électrolyte au travers de chaque cellule électrolytique durant cette oxydation. Dans un exemple de réalisation, le procédé comprend au moins : - une oxydation électrochimique du chlorate de sodium telle que décrite plus haut, - une séparation du perchlorate de sodium présent dans l’électrolyte utilisé lors de l’oxydation électrochimique du chlorate de sodium du reste de cet électrolyte, le reste de cet électrolyte formant après cette séparation un électrolyte mère, et - une oxydation électrochimique du chlorate de sodium résiduel, présent dans l’électrolyte mère, en perchlorate de sodium durant laquelle cet électrolyte mère est transféré au travers de chaque cellule électrolytique. Le système selon l’invention permet également de valoriser les électrolytes mères ayant déjà subi une ou plusieurs passages dans chaque cellule électrolytique de sorte à augmenter davantage encore le rendement de formation de perchlorate de sodium. La représente, de manière schématique, un exemple de système électrolytique selon l’invention. La représente, de manière schématique, un détail du système électrolytique de la . La est un ordinogramme d’un exemple de procédé selon l’invention. Système électrolytique (1) pour la synthèse de perchlorate de sodium par oxydation électrochimique du chlorate de sodium, ledit système comprenant au moins : - une cellule électrolytique (3) définissant un volume (V) de synthèse et comprenant une anode (5) ayant une surface externe en diamant dopé au bore et une cathode (7) ayant une surface externe en acier inoxydable ou en graphite ainsi qu’un joint d’étanchéité (9) entre l’anode et la cathode qui délimite le volume de synthèse, la cellule électrolytique présentant un orifice d’entrée (71) ménagé au travers de la cathode ou de l’anode et en communication avec le volume de synthèse, et un orifice de sortie (73) ménagé au travers de la cathode ou de l’anode et en communication avec le volume de synthèse, - un ensemble pour le stockage et la circulation d’un électrolyte, comprenant : • une cuve de stockage (10) contenant un électrolyte (12) comprenant du chlorate de sodium en communication avec l’orifice d’entrée par un conduit d’entrée (14) destiné à l’introduction de l’électrolyte dans le volume de synthèse, et • un conduit de sortie (40) en communication avec l’orifice de sortie destiné à l’évacuation de l’électrolyte du volume de synthèse, et - un générateur électrique relié à l’anode et à la cathode. Système (1) selon la revendication 1, dans lequel le système comprend plusieurs cellules électrolytiques (3) chacune de ces cellules étant telle que définie à la revendication 1, la cuve de stockage (10) étant en communication avec l’orifice d’entrée (71) de chaque cellule électrolytique par un conduit d’entrée (14) correspondant, et chaque orifice de sortie (73) étant en communication avec un conduit de sortie (40) correspondant, le générateur électrique étant relié à l’anode (5) et à la cathode (7) de chaque cellule. Système (1) selon la revendication 2, dans lequel les cellules électrolytiques (3) sont disposées les unes à la suite des autres le long d’un axe (X) et dans lequel le système comprend en outre un élément (6) conducteur de l’électricité favorisant l’homogénéité de la distribution du courant sur la surface active des électrodes (5 ; 7) et situé entre deux cellules électrolytiques successives. Système (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel chaque orifice d’entrée (71) et chaque orifice de sortie (73) sont ménagés au travers de la cathode (7). Système (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel chaque orifice d’entrée (71) et chaque conduit d’entrée (14) présentent une section transversale d’introduction de l’électrolyte de forme oblongue. Procédé de fabrication du perchlorate de sodium, comprenant au moins une oxydation électrochimique du chlorate de sodium en perchlorate de sodium par mise en œuvre d’un système (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 avec circulation de l’électrolyte (12) au travers de chaque cellule électrolytique (3) durant cette oxydation. Procédé selon la revendication 6, dans lequel le procédé comprend au moins : une oxydation électrochimique du chlorate de sodium telle que définie en revendication 6, une séparation du perchlorate de sodium présent dans l’électrolyte utilisé lors de l’oxydation électrochimique du chlorate de sodium du reste de cet électrolyte, le reste de cet électrolyte formant après cette séparation un électrolyte mère, et une oxydation électrochimique du chlorate de sodium résiduel, présent dans l’électrolyte mère, en perchlorate de sodium durant laquelle cet électrolyte mère est transféré au travers de chaque cellule électrolytique.