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Na
Sodium
Produit minéral

L’hydroxyde de sodium est coproduit avec le dichlore par électrolyse de saumures de chlorure de sodium. Il est employé dans de nombreux procédés chimiques. En particulier, dans la fabrication des pâtes à papier chimiques, dans l’élaboration de l’alumine, dans celle de l’eau de Javel, des savons, dans le traitement des eaux usées.

Données physico-chimiques

Données atomiques

Formule Masse molaire
NaOH 40,00 g.mol-1

Données physiques

Masse volumique Dureté Température de fusion Température d’ébullition Solubilité dans l’eau
2,13 g.cm-3 2 à 2,5 318,4°C 1 390°C
  • à 0°C : 42 g/100 g d’eau
  • à 100°C : 347 g/100 g d’eau

Données chimiques

pKa : Na+aq/NaOHaq
14,8

Données thermodynamiques

Hydroxyde de sodium cristallisé :

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : -426,9 kJ.mol-1
  • Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 7,1 kJ.mol-1

Données industrielles

Matières premières

Principalement le chlorure de sodium, NaCl dans des saumures à 300 g/L.

Énergie : la consommation électrique est de 2 350 à 3 100 kWh/t de NaOH à 100 %.

Fabrication industrielle

L’hydroxyde de sodium est principalement coproduit avec le dichlore par électrolyse de saumures dans divers types de cellules (voir le chapitre consacré au dichlore) :

  • Les cellules à cathode de mercure donnent, en général, des solutions pures de NaOH à 500 g/L. Des concentrations de 700 g/L peuvent être obtenues. A compter du 11 décembre 2017, dans l’Union européenne, ce type de cellule n’est plus utilisé sauf exemption. En général, la conversion des usines se fait par utilisation de membranes.
  • Les cellules à diaphragme donnent des solutions de NaOH, à environ 140 g/L, en présence de NaCl, à environ 160 g/L. Les solutions doivent être purifiées par précipitation de NaCl et concentrées par évaporation. Les solutions finalement obtenues, à 500 g NaOH/L, contiennent de 1 à 2 g/L de NaCl. En France, les diaphragmes en amiante ont été supprimés depuis 2003. Les diaphragmes utilisés à la place de l’amiante sont en fibres recouvertes de PTFE, avec présence de résines échangeuses d’ions et dispersion de particules de zircone, ZrO2 ou de dioxyde de titane, TiO2.
  • Les cellules à membrane donnent des solutions pures de NaOH de concentrations limitées à des valeurs comprises entre 150 et 350 g/L selon la nature de la membrane. Ces solutions doivent être concentrées à 500 g/L par évaporation.

En 2016, les cellules à membrane représentent mondialement 78 % de la production, celles à diaphragme, 14 %, celles à mercure, 4 %. Dans l’Union européenne les cellules à membrane représentent 65,3 % des capacités de production, celles à mercure, 18,1 %, celles à diaphragme, 14,5 %. A compter de fin 2017, la part des cellules à cathode de mercure devrait être, dans l’Union européenne, quasi nulle.

Périodiquement, la demande en NaOH est supérieure à celle en dichlore. Pour répondre à ce déséquilibre, l’hydroxyde de sodium peut être produit à partir de carbonate naturel de sodium selon la réaction de caustification :

Na2CO3 + Ca(OH)2 = CaCO3 + 2 NaOH

Cette réaction qui n’était plus utilisée depuis 1950-60 était d’un emploi courant avant le développement de la production de dichlore et des installations d’électrolyse.

En 2000, aux États-Unis, les capacités de production de NaOH à partir de carbonate naturel étaient de 240 000 t/an soit environ 2 % des capacités totales. Les unités de production sont situées à proximité des gisements de carbonate de Green River dans le Wyoming et ne fonctionnent que lorsque les prix de vente de l’hydroxyde de sodium sont élevés.

Par ailleurs, lorsque la demande en NaOH devient importante et que les prix augmentent, un certain nombre de consommateurs utilisent directement, à la place de l’hydroxyde de sodium, du carbonate de sodium. Ceci concerne, surtout aux États-Unis, de 500 000 à 1 million de t/an.

Conditionnement :

  • à 98 % sous forme de lessives à 50 % de NaOH (500 g de NaOH/L de solution).
  • à 2 % anhydre sous forme de pastilles ou de paillettes.

Productions

Production mondiale, en 2016 : 72 millions de t pour une capacité de production de 94 millions de t/an. L’hydroxyde de sodium est fabriqué dans plus de 500 sites de production, disséminés dans 85 pays. En Chine, fin 2015, la capacité de production de 38,73 millions de t/an, à 98,6 % à partir de membranes, est assurée par 163 unités de production.

La production de la Chine, en 2014, est de 30 millions de t, celle des États-Unis, en 2016, de 11,659 millions de t, celle du Japon, en 2017, de 3,99 millions de t, celle de l’Allemagne, en 2016, de 3,320 millions de t, celle de la Corée du Sud, en 2016, de 2,815 millions de t, celle de l’Inde, en 2016, de 2,504 millions de t.

Principaux producteurs mondiaux :  en 2017.

en milliers de t/an de capacités mondiales de production
Olin (États Unis) 6 380 Dow Chemical (Allemagne) 2 474
Oxy (États Unis) 4 000 Covestro (Allemagne) 1 891
Westlake Chemical (États-Unis) 2 655 Inovyn (Royaume Uni) 1 839
Formosa Plastics Group (Taïwan) 2 600 Akzo Nobel (Pays Bas) 1 475

Source : Olin

460 autres producteurs détiennent 73 % des capacités mondiales de production.

  • Olin, en octobre 2015, a acquis les activités de Dow Chemical dans les solvants chlorés dans le monde et les produits chlorovinyliques aux États-Unis. Les unités de production d’hydroxyde de sodium sont situées aux États-Unis, à Freeport, au Texas, avec 3,618 millions de t/an, Plaquemine, en Louisiane, avec 1,177 million de t/an, Saint Gabriel, en Louisiane, avec 271 000 t/an, Mc Intosh, dans l’Alabama, avec 856 000 t/an, Niagara Falls, dans l’État de New-York, avec 330 000 t/an, Charleston, dans le Tennessee, avec 240 000 t/an et au Canada, à Becancour, au Québec, avec 192 000 t/an. Dow Chemical a conservé, en Europe, ses unités de production d’Allemagne (voir ci-dessous).
  • OxyChem exploite des unités de production aux États-Unis à Wichita, dans le Kansas, Convent, Taft et Geismar en Louisiane, Niagara Falls dans l’État de New-York.
  • Westlake a acquis, en août 2016, Axiall qui avait regroupé, en janvier 2013, les activités dans le dichlore de Georgia Gulf et PPG. Les unités de production d’hydroxyde de sodium sont situées aux États-Unis à Calvert City, au Kentucky, Lake Charles, Plaquemine et Geismar en Louisiane, Natrium, en Virginie Occidentale, Longview, dans l’État de Washington, au Canada, à Beauharnois, au Québec et à Taïwan, à Kaohsiung, avec 60 % d’une joint venture. En Allemagne, produit de l’hydroxyde de sodium via sa filiale, Vinnolit, à Gendorf avec 198 000 t/an et Knapsack avec 275 000 t/an.
  • Formosa Plastics, possède des capacités de production de 789 000 t/an aux États-Unis à Point Comfort, au Texas et Baton Rouge, en Louisiane et de 403 400 t/an à Taïwan.
  • Dow Chemical produit de l’hydroxyde de sodium dans l’Union européenne (voir ci-dessous) et au Brésil, à Aratu, dans l’État de Bahia.
  • Covestro produit de l’hydroxyde sodium en Allemagne (voir ci-dissous), aux États-Unis, à Baytown, au Texas et en Chine à Shanghai.
  • Inovyn produit de l’hydroxyde de sodium dans l’Union européenne (voir ci-dessous) et en Norvège, à Rafnes avec 308 000 t/an.

Production de l’Union européenne :

Capacités de production dans l’Union européenne, début 2018 : 10,666 millions de t. Les capacités en hydroxyde de sodium sont calculées à partir de celles de dichlore, en comptant 1,1 t d’hydroxyde de sodium pour 1 t de dichlore et en ne prenant pas en compte les productions issues de l’électrolyse de HCl , de NaCl fondu, de solutions de KCl ou de cellules à cathodes de mercure, fermées ou converties souvent en production de KOH.

en milliers de t
Allemagne 5 111 Belgique 896
France 1 408 Royaume Uni 498
Pays Bas 932 Pologne 400
Source : d’après Eurochlor

Dans l’Union européenne, de 96 à 97 % de la production de dichlore est associée à celle d’hydroxyde de sodium. Sur les 70 usines produisant du dichlore, 5 produisent exclusivement de l’hydroxyde de potassium, 4 produisent les deux hydroxydes, une, en France, produit du sodium, deux, en Allemagne, produisent également des alcoolates et thiosulfates et 3, deux en Allemagne et une au Portugal utilisent l’électrolyse de HCl. En conséquence, 61 usines produisent de l’hydroxyde de sodium.

Productions de l’Union européenne, en 2016.
Sous forme de solutions, la production est de 7,474 millions de t de NaOH contenu et sous forme solide de 286 920 t.

en milliers de t
Allemagne 3 320 Espagne 460
France 1 224 Pologne 307
Royaume Uni, en 2014 552 Italie 281
Belgique 513 Roumanie 191

Source : Eurostat

En 2016, les productions des Pays Bas et du Royaume Uni sont confidentielles.

Principaux producteurs de l’Union européenne, principaux sites et capacités de production : en 2017, en t/an de NaOH et ( ) type de cellules utilisées. Hg : mercure, D : diaphragme, M : membranes. Les capacités en hydroxyde de sodium sont calculées à partir de celles de chlore, en comptant 1,1 t d’hydroxyde de sodium pour 1 t de chlore et en ne prenant pas en compte les productions issues de l’électrolyse de HCl, de NaCl fondu ou de solutions de KCl. Les unités de production à l’aide de cellules à mercure ayant été arrêtée ou converties avant le 11 décembre 2017 n’apparaissent pas dans ce tableau sauf pour celle de Stenungsund, en Suède, qui bénéficie d »une exemption jusqu’en mai 2018.

  • Dow Chemical avec 2,02 millions de t/an, en Allemagne, à Stade (1 745 000 (D-M)) et à Schkopau (275 000 (M)).
  • Inovyn avec 1,531 million de t/an, en Belgique à Anvers (405 000 (M)) et Jemeppe (191 000 (M)), en Suède à Stenungsund (132 000 (Hg)), en Allemagne à Rheinberg (242 000 (D-M)), en France à Tavaux (396 000 (M)) et en Italie à Rosignano (165 000 (M)). Les sociétés Ineos Chlorovinyls et Solvay ont, le 1er juillet 2015, mis en commun dans Inovyn, leurs activités dans la chaîne de production de chlorovinyles et en particulier leurs principales unités de production de dichlore et d’hydroxyde de sodium.
  • Akzo Nobel avec 1,218 million de t/an, en Allemagne à Bitterfeld (109 000 (M)) et Frankfurt  (275 000 (M)) et aux Pays Bas à Botlek (701 000 (M)) et Delfzijl  (133 000 (M)).
  • Covestro avec 1,155 million de t/an, en Allemagne à Dormagen (440 000 (M)), Leverkusen (429 000 (M)) et Uerdingen (286 000 (M)). La société Covestro est issue, au 1er septembre 2015, de la branche matériaux de Bayer.

Commerce international, en 2016 : il a porté sur 9,1 millions de t.

Situation française

En 2016.

Production d’hydroxyde de sodium : 1 223 639 t de NaOH contenu en solution. La production sous forme solide est confidentielle.

Producteurs, sites et capacités annuelles de production : ( ) type de cellules utilisées. D : diaphragme, M : membranes
6 usines productrices par 4 sociétés :

en milliers de t/an
Vencorex Inovyn Kem One Kem One Arkema Arkema
Pont de Claix (38) Tavaux (39) Lavera (13) Fos (13) Jarrie (38) Saint-Auban (06)
187 (D) 396 (M) 350 (M) 197 (D) 177 (M) 79 (M) 22 (M)

Source : Eurochlor
Kem One, a été créée, en juillet 2012, à partir des actifs d’Arkema dans la filière vinyliques.

Commerce extérieur : en 2017.

Exportations : confidentielles.

Importations, en NaOH contenu :

  • Sous forme solide : 11 883 t à 38 % d’Espagne, 19 % des Pays Bas, 13 % de Belgique, 12 % de Pologne, 9 % d’Allemagne.
  • Sous forme de solution : 395 941 t à 45 % de Belgique, 24 % d’Allemagne, 18 % des Pays Bas, 8 % d’Espagne.

Utilisations

Consommations : dans le monde : 70 millions de t en 2014, dont Chine : 28 millions de t, États-Unis, en 2016 : 10,440 millions de t, Europe, en 2016 : 9,385 millions de t, Japon, en 2014 : 3,199 millions de t.
Principaux pays consommateurs, en ordre décroissant : Chine, États-Unis, Union européenne, Japon, Inde, Brésil…

Secteurs d’utilisation :
Répartition en % aux États-Unis, en 2016 :

Autres produits organiques 27 % Textiles 3 %
Autres produits inorganiques 26 % Traitement des eaux 3 %
Pâte à papier 23 % Alumine 2 %
Savons et détergents

9 %

Source : Mexichem

Répartition en % en Europe (UE + Suisse + Norvège), en 2016 : sur une consommation de 9,385 millions de t.

Autres produits organiques 32,1 % Alumine et métaux 4,3 %
Divers 16,7 % Eau de Javel 3,8 %
Pâte à papier 13,2 % Savons et détergents 3,5 %
Autres produits inorganiques 12,1 % Huiles minérales 1,8 %
Agroalimentaire 5,5 % Textiles 1,3 %
Traitement des eaux 4,7 % Phosphates 1,0 %

Source : Eurochlor

Utilisations diverses :

  • Pâte à papier : NaOH est utilisé dans la fabrication des pâtes chimiques selon le procédé kraft (ou procédé au sulfate). NaOH a la propriété de dissoudre la lignite du bois et de libérer les fibres cellulosiques qui donnent le papier. La composition d’une solution de traitement du bois lors de sa cuisson, solution appelée liqueur blanche, est la suivante, pour 1 litre :
NaOH Na2S Na2CO3 Na2SO4 Na2S2O3 Na2SO3
100 à 110 g 30 à 50 g 30 à 40 g 5 à 10 g 3 à 5 g 0,5 g

NaOH est également utilisé lors du blanchiment de la pâte, à raison de 20 à 30 kg par t de pâte. Le blanchiment qui consiste à éliminer la lignite restante utilise principalement du dichlore qui forme des chlorolignites solubles dans NaOH.

  • Industrie de l’aluminium et des alumines : la consommation est de l’ordre de 30 à 100 kg de NaOH/t de Al pour élaborer l’alumine selon le procédé Bayer. Voir le chapitre aluminium.
  • Lutte contre la pollution : outre le traitement des eaux usées par précipitation d’hydroxydes de divers métaux polluants, NaOH est utilisé, en concurrence avec le lait de chaux, pour désulfurer les fumées. Une installation est en fonctionnement à l’usine Baïkowski Chimie d’Annecy (captage du SO2 produit lors de la calcination d’alun d’aluminium destiné à la fabrication d‘alumine ultra pure).
  • Additif alimentaire : E524.
  • L’eau de Javel est produite par dissolution de dichlore dans une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium (voir le chapitre eau de Javel).
  • Phosphates alimentaires et détergents : utilisé, par neutralisation de l’acide phosphorique, pour produire le tripolyphosphate de sodium employé dans la formulation de détergents et les phosphates alimentaires (voir le chapitre acide phosphorique).

Bibliographie

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