Le procédé Solvay : la soude à partir de saumure
Suivre les cinq étapes du cycle ammoniac–soude : épuration de la saumure, ammonisation, carbonatation, filtration du NaHCO₃ et calcination en Na₂CO₃ — l’ammoniac étant recyclé.
Objectif
Suivre le flux de NaCl, NH₃ et CO₂ dans l’usine, expliquer pourquoi NaHCO₃ précipite sélectivement et identifier le rôle de la boucle de recyclage de l’ammoniac.
Matériel et réactifs
Un schéma de procédé plutôt que de la verrerie : saumure concentrée, ammoniac et dioxyde de carbone (issu de la calcination du calcaire), colonnes de carbonatation, filtres et four de calcination.
Procédure
- Lire le flux de gauche à droite : saumure épurée, ammonisation, carbonatation, filtration et calcination. Chaque colonne est une étape, les particules mobiles suggèrent le passage de la matière.
- Faire varier le curseur de débit : un débit plus rapide signifie moins de temps de contact par étape — dans la vraie usine chaque colonne est dimensionnée pour que la réaction reste quasi complète.
- Suivre la chimie : NaCl + NH₃ + CO₂ + H₂O → NaHCO₃↓ + NH₄Cl, puis 2 NaHCO₃ → Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O par chauffage.
- Identifier le recyclage : l’ammoniac libéré du NH₄Cl (par la chaux) retourne à la colonne d’ammonisation, et une partie du CO₂ de calcination alimente la carbonatation.
À observer
- Seule l’étape 4 produit un solide : NaHCO₃ est la seule espèce peu soluble dans la saumure ammoniacale, d’où la possibilité de le filtrer.
- La dernière étape chauffe : la calcination libère le CO₂ capté lors de la carbonatation, fermant une partie de la boucle de gaz.
Explication
L’ammoniac élève l’alcalinité de la saumure, si bien que le CO₂ est absorbé en bicarbonate ; NaHCO₃ est le sel le moins soluble, il cristallise et se filtre. La calcination (environ 200 °C) le convertit en Na₂CO₃. L’apport net est le sel et le calcaire — l’ammoniac sert de vecteur recyclable — et le CaCl₂ est le principal sous-produit.
Histoire de l’expérience
Chimistes associés
Sujets liés
Expérience virtuelle : un modèle simplifié pour construire l’intuition. Elle ne remplace ni le travail réel en laboratoire ni la formation à la sécurité ; ne la reproduisez pas chez vous sans encadrement.