Chlorite de sodium

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Contexte

Le chlorite de sodium est un composé utilisé pour la désinfection et la purification de l'eau. Il est produit en grande quantité sous forme de flocons ou de solution à partir de dioxyde de chlore et d'hydroxyde de sodium. Son utilisation comme agent de blanchiment pour les textiles a été découverte pour la première fois dans les années 1920. Aujourd'hui, le chlorite de sodium est une spécialité chimique importante avec des ventes annuelles de plus de 18 millions de dollars.

A l'état sec, le chlorite de sodium (NaClO ₂ ) est un solide blanc ou jaune-vert clair. La teinte verdâtre provient de traces de CdO2 ou de fer, qui sont des résidus de production. Le chlorite de sodium a un poids moléculaire de 90,44 et se décompose à environ 392°F (200°C). Il est généralement soluble dans l'eau, mais sa solubilité augmente à mesure que la température de l'eau augmente. Le chlorite de sodium est un oxydant puissant qui n'explosera pas à la percussion. Le sel anhydre n'absorbe pas l'eau et est stable jusqu'à dix ans.

Le chlorite de sodium est utilisé pour une variété d'applications. Il est utilisé comme désinfectant et produit chimique de purification de l'eau. Il est également utilisé comme agent de blanchiment des textiles et antisalissure de l'eau. De plus, il est utilisé dans les industries de fabrication du papier et de l'électronique comme agent de blanchiment.

Lorsqu'il est mis dans une solution acide, le chlorite de sodium se décompose en dioxyde de chlore. Lorsqu'il est ajouté à un approvisionnement en eau municipal, le dioxyde de chlore aide à contrôler les goûts et les odeurs indésirables. Il aide également à éliminer les ions comme le fer et le manganèse. Un avantage supplémentaire est qu'il aide à éliminer les trihalométhanes dans l'eau potable.

En tant qu'agent de blanchiment des textiles, le chlorite de sodium est efficace avec diverses fibres. Il peut être utilisé sur coton, fibres libériennes et fibres synthétiques comme le nylon, le Perlon, le Dralon et le Rhovyl. Il a un effet oxydant sur de nombreuses cires et pectines naturelles présentes dans les fibres de cellulose. Il aide à les solubiliser et rend la fibre plus uniforme et plus maniable. Il a l'avantage supplémentaire de détruire la matière colorante naturelle sans attaquer les fibres elles-mêmes. Cela le rend utile pour fabriquer des tissus blancs permanents sans compromettre la résistance à la traction.

Le chlorite de sodium est également utilisé pour diverses applications industrielles. Il contrôle la contamination microbienne dans les systèmes de refroidissement industriels et les tours. Il est utilisé à la place du chlore dans les usines d'ammoniac industrielles car il ne réagit pas négativement avec l'ammoniac. Puisqu'il s'agit d'un oxydant, il fait souvent partie des systèmes d'épuration des gaz de combustion. Les entreprises agroalimentaires l'utilisent pour laver les fruits et légumes car c'est un fongicide. La viande et la volaille sont également lavées avec une solution, tout comme l'équipement de transformation des aliments. Enfin, c'est un agent anti-moisissure dans les compositions détergentes et a été utilisé dans les solutions de dentifrice et de lentilles de contact.

Historique

Le développement du chlorite de sodium en tant que produit chimique industriel a commencé en 1921 lorsque E. Schmidt a découvert que les fibres cellulosiques pouvaient être purifiées avec du dioxyde de chlore sans être sensiblement endommagées. Malheureusement, le dioxyde de chlore gazeux est extrêmement explosif à des concentrations élevées. Ces découvertes ont incité les chercheurs à rechercher des moyens sûrs et économiques de fournir du dioxyde de chlore à des fins de blanchiment. La première entreprise à introduire le chlorite de sodium à cette fin était la Mathieson Chemical Corporation.

En 1960, le chlorite de sodium est devenu le matériau standard pour les opérations de blanchiment en continu aux États-Unis, remplaçant l'hydrogène. Au cours des années suivantes, d'autres utilisations du chlorite de sodium ont été découvertes.

Matières premières

Les principales matières premières utilisées dans la production de chlorite de sodium sont le dioxyde de chlore, l'hydroxyde de sodium et le peroxyde d'hydrogène. Le dioxyde de chlore est un gaz à température ambiante. Sa couleur est d'un jaune verdâtre intense. Le dioxyde de chlore fournit la source de chlore qui est converti en chlorite de sodium. En production, il est stocké sous forme de solution liquide dans des conteneurs en acier émaillé.

L'hydroxyde de sodium est un solide fondu avec une structure cristalline. Également connue sous le nom de soude caustique, elle est corrosive pour la peau et les tissus végétaux, provoquant de graves brûlures. Il est généralement produit par électrolyse de solutions de chlorure de sodium. Le peroxyde d'hydrogène est un liquide incolore qui est caustique et amer au goût. Pure H2 02 est un liquide épais et sirupeux qui se décompose rapidement en oxygène et en eau. Dans la nature, il ne se produit qu'en quantités infimes dans la neige ou la pluie. Il est naturellement généré lors des orages. Il est généralement utilisé dans des solutions diluées lors de la fabrication de chlorite de sodium.

D'autres matériaux sont généralement ajoutés aux poudres ou solutions de chlorite de sodium avant leur vente. Les solutions commerciales de blanchiment au chlorite de sodium contiennent des ingrédients spéciaux, notamment des agents anticorrosifs, des agents tampons, des contrôleurs de vapeur de dioxyde de chlore et des tensioactifs. Des agents anticorrosifs sont utilisés pour empêcher la corrosion des équipements de blanchiment en acier inoxydable. Les sels tampons aident à libérer le dioxyde de chlore produit pendant le processus de blanchiment. Les tensioactifs aident à stabiliser les solutions et permettent des effets de nettoyage et de pénétration. La solution de chlorite de sodium stabilisée peut être stockée pendant de longues périodes sans perte d'activité. Lorsque le chlorite de sodium est vendu sous forme solide, du chlorure de sodium est souvent inclus pour le rendre plus sûr à manipuler et à stocker.

Le processus de fabrication

Bien qu'une variété de chlorites soient disponibles, le chlorite de sodium est le seul produit commercialement. Il est vendu en solution ou sous forme solide. La qualité technique est composée d'environ 80% de chlorite de sodium et le reste est de chlorure de sodium. La production à grande échelle est basée sur une réaction de dioxyde de chlore dans une solution d'hydroxyde de sodium. Le peroxyde d'hydrogène est également présent comme agent réducteur. Le chlorite de sodium est fabriqué en trois phases :production de dioxyde de chlore, génération de chlorite de sodium et récupération.

Production de dioxyde de chlore

• 1 Bien qu'il existe cinq méthodes principales pour générer du dioxyde de chlore, la plus courante est le procédé Hooker R-2, qui génère du dioxyde de chlore à partir de chlorate de sodium. Pendant la production, des solutions de chlorate de sodium et de chlorure de sodium sont pompées dans un réacteur dans des proportions approximativement égales. De l'acide sulfurique concentré est également ajouté à la réaction. Ensuite, de l'air est injecté dans le fond du récipient pour créer une agitation et une dilution rapides du dioxyde de chlore produit. Au cours de ce processus, du dioxyde de chlore et du chlore gazeux sont créés.
• 2 Ces gaz sont séparés du réacteur. Le dioxyde de chlore est séparé en étant absorbé dans une tour classique refroidie à l'eau. Le chlore gazeux passe à travers des tours de séparation et est récupéré sous forme d'hypochlorite de sodium ou de calcium. Ce procédé produit un rendement d'environ 95 % en dioxyde de chlore.

Génération de chlorite de sodium

• 3 Le dioxyde de chlore gazeux est pompé dans un récipient contenant une solution refroidie en circulation d'hydroxyde de sodium. Ces composés réagissent pour former du chlorite de sodium et du chlorate de sodium en quantités approximativement égales. De l'eau et de l'oxygène sont également générés. Pour minimiser la production de chlorate de sodium, un agent réducteur est ajouté. Typiquement, le peroxyde d'hydrogène est utilisé, bien que le peroxyde de sodium et l'amalgame de sodium puissent également être employés. Cette étape est étroitement surveillée car le chlorate de sodium est hautement indésirable dans le produit final.

Isolement et purification

• 4 Même si des mesures sont prises pour minimiser sa production, le chlorate de sodium doit encore être réduit avant que le chlorite de sodium puisse Une réaction chimique qui crée du chlorite de sodium. être isolé. Ceci est accompli en ajoutant du peroxyde d'hydrogène supplémentaire.
• 5 La solution réactive usée est ensuite pompée à travers une tour de cristallisation fractionnée pour purifier le chlorite de sodium. Cette méthode tire parti des grandes différences de solubilité entre le chlorite et les autres sels apparentés qui peuvent se former. Après purification, la solution de chlorite de sodium est évaporée et séchée au tambour. Si un produit anhydre (dépourvu d'eau) est souhaité, la poudre évaporée est mélangée avec de l'eau à lOO°F (38°C). La solution est saturée et refroidie à 77°F (25°C). Lorsque cela se produit, le sel anhydre cristallise spontanément hors de la solution. Un séchoir à tambour rotatif et chauffé à la vapeur est utilisé pour isoler les cristaux, ce qui donne des flocons ou une poudre fine. Parfois, plusieurs étapes de séchage sont nécessaires.
• 6 Le sel anhydre peut ensuite être transformé en poudre, en granulés ou en solution. Les granulés sont utilisés plus souvent car ils sont plus sûrs, avec moins de risques de toxicité et d'incendie, et une composition homogène peut être créée. En utilisant des méthodes typiques, la taille des particules des granulés peut être étroitement contrôlée. Avant l'emballage, le chlorite de sodium solide est mélangé avec du chlorure de sodium pour le rendre plus sûr à manipuler.
• 7 Les solutions sont préparées en mélangeant du chlorite de sodium en poudre avec divers agents anticorrosifs, agents tampons et tensioactifs dans un récipient de mélange. Ces solutions sont utilisées pour les processus de blanchiment commerciaux et peuvent être formulées pour être extrêmement stables.
• 8 Selon l'utilisation finale, la solution de chlorite de sodium est conditionnée dans des conteneurs en plastique, des fûts, des citernes et des camions-citernes. Aux États-Unis, le chlorite de sodium en poudre ou en flocons est expédié dans des fûts doublés. Le transport en vrac du solide n'est pas autorisé pour des raisons de sécurité.

Contrôle qualité

Afin de garantir la qualité du chlorite de sodium produit, le processus de fabrication est contrôlé à chaque étape. Les matières premières de départ et le produit final sont tous soumis à une variété de tests chimiques et physiques pour déterminer qu'ils répondent aux spécifications requises. Certaines des caractéristiques couramment testées incluent l'apparence, l'odeur, le pH, la densité, la densité et le point de fusion. Si le produit final est une solution, son activité chimique est testée pour s'assurer qu'il a la bonne concentration. Pour les granulés solides, la granulométrie est déterminée et modifiée si nécessaire.

Sous-produits/Déchets

La fabrication de chlorite de sodium produit des sous-produits indésirables, tels que le dioxyde de chlore, qui ne peuvent pas être libérés dans l'environnement immédiat. Les vapeurs concentrées de dioxyde de chlore sont toxiques et provoquent des nausées, des malaises et une perte d'appétit chez les opérateurs de ligne. Dans l'usine de production, la circulation d'air frais est essentielle. Le dioxyde de chlore gazeux est également très corrosif. Pour cette raison, les solutions de chlorite de sodium doivent être stockées dans des conteneurs spécialement revêtus. Des matériaux tels que le verre, la porcelaine, certains plastiques ou la faïence sont généralement utilisés. Le titane est le métal le plus résistant utilisé aujourd'hui. Dans l'industrie textile, des aciers inoxydables alliés au molybdène sont utilisés pour stocker les solutions de blanchiment au chlorite de sodium.

Le futur

Avec l'augmentation des applications pour le dioxyde de chlore, des améliorations dans la production de chlorite de sodium sont actuellement à l'étude. La recherche sur le chlorite de sodium est axée sur la réduction de l'impact environnemental des systèmes de blanchiment et sur la recherche de méthodes de production plus rapides et moins coûteuses. De nouvelles formulations de blanchiment sont constamment développées par des chimistes formulateurs.