Hydroxyde de sodium

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Na

Sodium

Produit minéral

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 pour plus de détails).

• 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.
• 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 cathode de mercure donnent, en général, des solutions pures de NaOH à 500 g/L. Des concentrations de 700 g/L peuvent être obtenues. En 2019 aucune cellule de ce type fonctionne dans l’Union européenne. En général, la conversion des usines a été faite en utilisant des membranes.

En 2019, les cellules à membrane représentent mondialement 80 % de la production, celles à diaphragme, 15 %, celles à mercure, 4 %. Dans l’Union européenne, en 2019, les cellules à membrane représentent 87,8 % des capacités de production, celles à diaphragme, 12,2 %. En 2019, la part des cellules à cathode de mercure est, dans l’Union européenne, 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, car cette production n’est pas compétitive par rapport à celle obtenue par électrolyse.

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, en général, 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 2018 : 80 millions de t pour une capacité de production de 93,7 millions de t/an. L’hydroxyde de sodium est fabriqué dans plus de 500 sites de production, disséminés dans 85 pays. En Chine, en 2016, 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. En 2018, la capacité de production des États-Unis et du Canada est de 15,3 millions de t.

La production de la Chine, en 2014, est de 30 millions de t, celle des États-Unis, en 2019, de 11,629 millions de t, celle du Japon, en 2017, de 4,03 millions de t, celle de l’Allemagne, en 2019, de 3,155 millions de t, celle de l’Inde, en 2018-19 de 3,539 millions de t, celle de la Corée du Sud, en 2016, de 2,815 millions de t.

Principaux producteurs mondiaux : en 2019.

en milliers de t/an de capacités mondiales de production

Olin (États Unis)	6 380		Dow Chemical (Allemagne)	2 379
Westlake Chemical (États-Unis)	3 565		Inovyn (Royaume Uni)	1 839
Oxy (États Unis)	3 500		Covestro (Allemagne)	1 839
Formosa Plastics Group (Taipei chinois)	2 430		Shintech (États-Unis)	1 276

Sources : OWI et rapports des sociétés

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 3,334 millions de t/an, Plaquemine, en Louisiane, avec 1,176 million de t/an, Saint Gabriel, en Louisiane, avec 270 600 t/an, Mc Intosh, dans l’Alabama, avec 855 800 t/an, Niagara Falls, dans l’État de New-York, avec 264 000 t/an, Charleston, dans le Tennessee, avec 239 800 t/an et au Canada, à Becancour, au Québec, avec 177 100 t/an. Dow Chemical a conservé, en Europe, ses unités de production d’Allemagne (voir ci-dessous). En 2018, Olin possède 36 % des capacités de production des États-Unis et du Canada.
• 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, avec 302 500 t/an, Lake Charles, avec 1,513 million de t/an, Plaquemine, avec 517 000 t/an et Geismar, avec 385 000 t/an en Louisiane, Natrium, en Virginie Occidentale, avec 110 000 t/an, Longview, dans l’État de Washington, avec 84 700 t/an, au Canada, à Beauharnois, au Québec, avec 80 300 t/an et à Taipei chinois, 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. En 2018, Westlake possède 19 % des capacités de production des États-Unis et du Canada.
• OxyChem exploite des unités de production aux États-Unis à Wichita, dans le Kansas, avec 302 500 t/an, Convent, avec 427 900 t/an, Taft, avec 875 600 t/an et Geismar, avec 536 800 t/an en Louisiane, Ingleside, avec 734 800 t/an, La Porte, avec 638 000 t/an, au Texas, Mobile, avec 55 000 t/an dans l’Alabama, Niagara Falls, avec 369 600 t/an dans l’État de New-York, New Johnsonville, dans le Tennessee, avec 200 200 t/an. En 2018, OxyChem possède 24 % des capacités de production des États-Unis et du Canada.
• Formosa Plastics, possède des capacités de production de 1,102 million de t/an aux États-Unis à Point Comfort, au Texas et de 1,33 million de t/an à Taipei chinois. En 2018, Formosa possède 7 % des capacités de production des États-Unis et du Canada.
• 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 avec 375 100 t/an 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 346 000 t/an.
• Shintech, filiale du groupe japonais Shin-Etsu, produit de l’hydroxyde de sodium, aux États-Unis, à Plaquemine, en Louisiane, avec une capacité de production de 1,276 million de t/an. En 2018, Shintech possède 8 % des capacités de production des États-Unis et du Canada.

Production de l’Union européenne :

Capacités de production dans l’Union européenne, début 2020 : 11,5 millions de t/an. 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.

en milliers de t

Allemagne	5 402		Royaume Uni	529
France	1 422		Hongrie	528
Pays Bas	932		Espagne	450
Belgique	881		Pologne	419

Les importations du Brésil proviennent à 95 % des États-Unis, 3 % du Pérou.

Hydroxyde de sodium solide :
Exportations : sur un total de 1,269 million de t.

en milliers de t

Chine	586		Pologne	64
Inde	155		Arabie Saoudite	45
Taipei chinois	83		Belgique	38
Russie	67		Thaïlande	35

Source : ITC

Les exportations chinoises sont destinées à 10 % au Vietnam, 7 % à l’Ouzbékistan, 6 % au Nigeria.

Importations : sur un total de 1,369 million de t.

en milliers de t

Vietnam	83		Brésil	46
Nigeria	65		Côte d’Ivoire	44
Ouzbékistan	52		Pologne	42
Indonésie	48		Tanzanie	38

Source : ITC

En 2019.

Production d’hydroxyde de sodium : 1,019 million de 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
7 usines productrices par 5 sociétés :

en milliers de t/an

Vencorex	Inovyn	Kem One	Kem One	Arkema	Arkema	Produits Chimiques de Loos
Pont de Claix (38)	Tavaux (39)	Lavera (13)	Fos (13)	Jarrie (38)	Saint-Auban (06)	Loos (59)
131 (D)	407 (M)	375 (M)	196 (D) 170 (M)	82 (M)	22 (M)	38 (M)

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

Commerce extérieur :

Exportations : confidentielles.

Importations, en NaOH contenu :

• Sous forme solide : 11 777 t à 33 % des Pays Bas, 25 % d’Espagne, 14 % de Belgique, 13 % d’Allemagne.
• Sous forme de solution : 388 763 t à 38 % de Belgique, 29 % d’Allemagne, 17 % des Pays Bas, 6 % d’Espagne.

Utilisations

Consommations : dans le monde : 78,3 millions de t en 2019, dont Chine, en 2014 : 28 millions de t, États-Unis, en 2018 : 9,903 millions de t, Europe, en 2017 : 9,836 millions de t, Japon, en 2017 : 3,385 millions de t.

Secteurs d’utilisation :
Répartition mondiale en %, en 2018 :

Autres produits organiques	18 %		Textiles	9 %
Alumine	18 %		Savons et détergents	6 %
Autres produits inorganiques	12 %		Traitement des eaux	5 %
Pâte à papier	9 %

Répartition en % en Europe (UE + Suisse + Norvège), en 2019 : sur une consommation de 9,265 millions de t.

Autres produits organiques	29,8 %		Alumine et métaux	4,1 %
Divers	18,0 %		Eau de Javel	3,4 %
Autres produits inorganiques	13,5 %		Savons et détergents	3,3 %
Pâte à papier	12,4 %		Textiles	2,4 %
Agroalimentaire	5,6 %		Huiles minérales	1,6 %
Traitement des eaux	5,0 %		Phosphates	1,0 %

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. Les solutions d’hydroxyde de sodium sont utilisées dans le traitement des olives vertes afin d’éliminer leur amertume due à l’oleuropéine soluble dans ces solutions. Le traitement dure 14 heures.
• 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