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Sodium

Qu'est-ce que le sodium ?

Métal alcalin mou, blanc argenté, le sodium est un élément chimique portant le symbole Na, le numéro atomique 11 et la masse atomique 23. Avec un seul électron sur sa couche externe, le sodium est hautement réactif.

Le sodium est présent dans de nombreux minéraux tels que les feldspaths, la sodalite, le sel gemme (NaCl), etc. Il s'agit du sixième élément le plus présent dans la croûte terrestre. Tous les sels de sodium sont fortement hydrosolubles. Les ions sodium et chlorure sont les éléments dissous les plus courants dans les océans en termes de poids.

Pourquoi mesurer le sodium ?

Constitué de composés hautement solubles, conducteurs et corrosifs, le sodium est un paramètre essentiel dans les tests de qualité de l'eau.

Procédés à vapeur / à eau pure et ultrapure

Aujourd'hui, la surveillance de la concentration de sodium à l'état de traces est devenue l'un des indices réels les plus importants de la qualité de l'eau, tout au long du cycle vapeur/eau dans les centrales électriques, ainsi que dans tout circuit de vapeur industrielle. La surveillance du sodium est essentielle pour le bon fonctionnement et les performances d'une usine génératrice de vapeur ainsi que pour la durée de vie de ses équipements.

Eaux de surface et souterraines

'Bien que le sodium soit naturellement présent dans les eaux souterraines, des concentrations élevées peuvent indiquer une pollution ou une intrusion d'eau salée. Il est possible d'identifier les dangers ou la contamination en mesurant le sodium.

Généralement présent dans le chlorure de sodium, ou sel de table, le sodium est un élément essentiel des liquides corporels. Cependant, en excès, le sodium peut présenter des risques pour la santé chez des personnes souffrant de certaines pathologies. Par conséquent, il faut surveiller les concentrations de sodium dans l'eau potable afin de préserver la santé des personnes.

Chez Hach®, vous trouverez l'équipement de test, les ressources, la formation et le logiciel qu'il vous faut pour surveiller et gérer avec succès les niveaux de sodium dans votre application de processus spécifique.

Produits pour la surveillance du sodium

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Quels sont les procédés qui nécessitent une surveillance du sodium ?

Secteur de l'énergie

Vapeur

La présence de sodium à une concentration de seulement quelques microgrammes, voire nanogrammes, par litre dans la vapeur en amont d'un surchauffeur peut entraîner une corrosion sous contrainte de ce dernier.

En raison des conditions de haute pression et des températures des centrales de production d'énergie actuelles, le problème de solubilité des composés inorganiques dans la vapeur devient de plus en plus important.

La solubilité (outre le primage) dans la vapeur des composés du sodium (chlorure de sodium [NaCl] et hydroxyde de sodium [NaOH], par exemple) est importante, à cause des risques de fissuration par corrosion sous contrainte dans le surchauffeur. La mesure du sodium directement dans la vapeur juste avant qu'elle ne pénètre dans le surchauffeur est désormais reconnue comme un indicateur important d'une possible corrosion sous contrainte dans le surchauffeur.

Il convient de noter que la corrosion ne se produit que si le sodium est présent avec des chlorures ou des anions d'hydroxyde et non, par exemple, avec des sulfates. Les chlorures et les hydroxydes sont corrosifs, mais pas le sodium. Ce dernier sert uniquement de vecteur. Plus particulièrement, pour les centrales dont la pression des chaudières est faible (40-80 bars). Dans la mesure où les traitements non volatils des chaudières sont généralement à base de sodium (c'est-à-dire un mélange de phosphate de sodium tribasique et de phosphate de sodium dibasique), la mesure du sodium dans la vapeur est un très bon indicateur du primage mécanique s'échappant du tambour jusqu'à la vapeur.

Condensats

La mesure du sodium doit être privilégiée pour déterminer rapidement l'excursion de condensats et minimiser les risques associés.

Le polissage de condensats joue un rôle primordial dans le traitement chimique du cycle d'une centrale de production d'énergie, car il permet de réduire la transmission d'oxyde de métal et d'impuretés ioniques vers le générateur de vapeur durant tous les modes de fonctionnement et particulièrement lors des démarrages et des perturbations. Les avantages du polissage des condensats sont les suivants :

  • réduction des délais de mise en service et de démarrage grâce aux transitoires chimiques ;
  • protection du générateur de vapeur lors de l'apparition des impuretés telles que les fuites internes du condenseur ;
  • réduction des impuretés apparaissant dans les générateurs de vapeur, diminuant ainsi la fréquence de nettoyage des produits chimiques ;
  • amélioration de la pureté de la vapeur provoquant moins de dépôt sur les turbines et de corrosion de la zone de transition ;
  • élimination quasi-complète des pannes chimiques du tube de la chaudière ;
  • haut degré de pureté de l'eau d'alimentation nécessaire aux produits chimiques, tels que le traitement par oxygénation, et nécessaire aux chaudières tambours et à passage unique.

Une gestion minutieuse des systèmes de polissage des condensats est essentielle, sinon les unités de polissage peuvent devenir une source de pollution continue pour les systèmes d'alimentation. Tirer le maximum d'avantages des systèmes de polissage des condensats reste une priorité absolue pour de nombreuses centrales électriques.

Bien que la conductivité cationique et spécifique soit fréquemment utilisée pour détecter les excursions dans la boucle eau/vapeur, elle n'est plus assez sensible pour mesurer les très petites fuites du condenseur, qui ont pris une plus grande importance dans les conceptions d'installations modernes. Dans des conditions habituelles (avec des perturbations possibles de température, de pression et de débit ou des niveaux de conductivité de fond élevés), la variation minimale significative est de 0,02 mS/cm. Cela correspond à 11 ppb de sodium.

L'analyse du sodium est beaucoup plus sensible. Un analyseur de sodium Hach NA5600 peut mesurer avec précision des concentrations inférieures à 0,1 ppb. Cette mesure est 100 fois plus sensible qu'une mesure de la conductivité. Si la qualité de l'eau est primordiale, les premiers signes d'excursions sont également critiques. La mesure du sodium doit être l'option privilégiée pour minimiser le risque.

La pureté de la vapeur peut être évaluée avec plus de précision en mesurant la concentration de sodium à la fois dans la vapeur et dans les condensats, ce qui permet de déterminer « l'équilibre de sodium ». Les deux concentrations doivent être égales. Un niveau plus élevé de sodium dans les condensats indique une fuite du condenseur. Un niveau plus faible de sodium dans les condensats indique un dépôt de sodium dans le circuit de vapeur (sur les surfaces de transfert de chaleur, sur les aubes de turbine, etc.).

La mesure du sodium est la seule technique en ligne qui permette d'obtenir une réponse précise et rapide à tout moment pour détecter des traces d'hydroxydes et de chlorures, dont on sait qu'ils sont des facteurs contribuant à la corrosion sous contrainte de l'acier austénitique.

L'eau de condensation provient de l'eau de désurchauffe. La qualité de l'eau de désurchauffe doit être irréprochable. Si l'eau est contaminée, cette contamination sera directement introduite dans la vapeur désurchauffée. La section la plus susceptible d'en être affectée est la section du surchauffeur, immédiatement en aval du point de pulvérisation de l'eau de désurchauffe. Elle est fabriquée en acier austénitique pour son comportement mécanique (faible coefficient de dilatation thermique), mais elle est plus sensible à la corrosion (pourcentage accru de fer par rapport au carbone). Pour éviter les effets catastrophiques des impuretés dans l'eau de désurchauffe, toute excursion doit être détectée aussi rapidement que possible.

La mesure du sodium en ligne est la seule technique permettant une détection précise des excursions. Un analyseur de sodium Hach NA5600sc garantit une réponse rapide à tout moment grâce à une réactivation régulière de l'électrode.

Station de déminéralisation

Pour une unité de déminéralisation, la mesure en ligne du sodium repose sur la gestion des résines échangeuses d'ions. (En savoir plus sur la dureté). Les avantages pour le client sont les suivants :

  • Meilleure utilisation de la capacité de la résine
  • Réduction des détections de sodium
  • Optimisation du rinçage de l'acide
  • Optimisation des cycles de régénération

L'épuisement des lits de résine cationique ainsi que la durée de leur régénération peuvent être contrôlés avec une sensibilité et une fiabilité élevées grâce à des analyseurs de sodium en ligne. Les résines cationiques éliminent les cations tels que le sodium (Na +). Le sodium est le premier cation à se convertir lorsque les lits de résine cationique s'épuisent.

La mesure du sodium immédiatement après l'utilisation de résines cationiques donne un avertissement précoce en cas de détection. Le fait de retirer le lit de résine saturé et de le remplacer par un nouveau lit (régénéré) permet de protéger la capacité d'échange d'ions des résines à lits mélangés installées plus loin en aval.

La qualité de l'eau entrante, la qualité de la résine elle-même et la température modifient la capacité d'échange d'ions du lit de résine cationique. Cela influence le délai avant la prochaine régénération. Lorsque ce délai est indiqué par un simple volume d'échantillon passant à travers la résine, il s'agit d'une estimation qui peut entraîner une saturation et une pénétration, ou une sous-utilisation de la capacité de la résine. La mesure en ligne du sodium permet la régénération de la résine cationique.

Après le mélange des lits de résine, l'analyse du sodium en ligne assure la validation de la qualité de l'eau déminéralisée fournie à l'usine d'appoint. La résine à lits mélangés contient un mélange de résines d'échange de cations et d'anions pour un polissage fin de l'eau pure. Cela réduit toute trace de contaminant restant dans l'eau pure.

Au cours de la dernière décennie, des progrès remarquables ont été faits pour réduire les niveaux d'ions contaminants dans l'eau traitée provenant des lits mélangés. Plus précisément, dans les centrales nucléaires (PWR), la pureté de l'eau traitée en lits mélangés est signalée dans des valeurs à l'état d'équilibre de 25 à 35 ppt pour le sodium. Ici, les analyseurs de sodium sont utilisés pour surveiller la qualité finale de l'eau, servant ainsi de contrôle final de la qualité. Les analyseurs de sodium Hach NA5600 sont utilisés pour vérifier la qualité de l'eau finale jusqu'à des niveaux de 20 ppt.

En outre, un dysfonctionnement du cycle de régénération de la résine à lits mélangés est détecté grâce à la surveillance du sodium. La libération de sodium peut se produire par libération caustique accidentelle lorsqu'il n'y a pas suffisamment de rinçage de la résine anionique à lits mélangés. Là encore, l'avertissement est plus précoce et plus précis avec un analyseur de sodium qu'en mesurant la conductivité.

Plage de mesure

Des niveaux de sodium inférieurs à 1 ppb sont généralement détectés à la sortie du lit mélangé, à la fois dans le circuit de vapeur et dans les condensats. Des niveaux de 0 à 10 ppb peuvent être identifiés dans des conditions de travail normales à la sortie des échangeurs de cations, mais ces niveaux peuvent atteindre 100 ppb à la sortie de la résine ou dans l'eau de chaudière.

Les cheminées des chaudières d'une centrale électrique dégagent de la vapeur dans le ciel nocturne. La production d'énergie est une industrie qui nécessite une surveillance étroite de la concentration de sodium dans l'eau.

Fabrication industrielle

Les condensats des chaudières à vapeur combinée et de cogénération de l'industrie lourde (produits chimiques et pétrochimiques, pâtes et papiers, métaux, etc.) peuvent représenter une économie importante grâce à la grande qualité des condensats de vapeur utilisés dans les chaudières à haute pression. Comme la vapeur et/ou les condensats sont souvent utilisés pour transférer de la chaleur dans le procédé, leur récupération dépend de leur niveau de qualité. Toute dégradation de leur qualité indique une pénétration des liquides de procédé dans les condensats et nécessite par conséquent un entretien des circuits.

Dans les procédés où de la soude caustique ou des solutions concentrées de sel de sodium sont susceptibles d'être présentes et en contact avec la vapeur et/ou les condensats, l'analyse du sodium représente une alternative à la mesure habituelle de la conductivité avec une sensibilité plus élevée pour une détection précoce.

La conductivité des condensats haute pression est généralement supérieure à 1 μS et les seuils sont fixés entre 5 et 10 μS afin de décider ou non de la récupération, et ainsi éviter l'épuisement précoce des demi-résines de polissage. Une telle conductivité correspond à la présence d'environ 2 à 5 ppm (parties par million) de sel de sodium.

La qualité des résines échangeuses d’ion standard utilisées dans les processus de déminéralisation de la plupart des centrales électriques ou de cogénération leur permet généralement de produire une eau dont les concentrations en sodium sont inférieures à 5 ppb (parties par milliards) en conditions normales. Une augmentation de 1 à 10 ppb est déjà importante et une augmentation de 10 à 100 ppb révèle sans équivoque un problème majeur nécessitant une intervention immédiate.

Au cours de la dernière décennie, les analyseurs de sodium ont été utilisés avec une satisfaction totale et peu d'entretien dans la plupart des centrales nucléaires dont les concentrations en ppb et même en ppt sont faibles.

La mesure de la conductivité peut détecter de manière fiable 2 à 5 ppm de sodium, tandis que la mesure du sodium détecte de 2 à 5 ppb. C'est 1 000 fois plus petit. Cette sensibilité permet aux chimistes de suivre les changements de tendance avant qu'une fuite ne nécessite une action importante et immédiate. Cet avantage de sensibilité peut être exploité au fil du temps pour analyser l'origine de la fuite et pour planifier une réduction de la production, ou même pour arrêter la production suffisamment à l'avance pour éviter des arrêts d'urgence coûteux.

Ces condenseurs de chaudières à vapeur combinée et de cogénération doivent surveiller la présence de sodium dans l'eau pour garantir l'efficacité de la station.

Eaux souterraines

Toutes les eaux souterraines contiennent du sodium en raison des roches et des sols contenant des composés de sodium. Toutefois, des taux élevés de sodium peuvent indiquer une contamination nécessitant un traitement :

  • érosion des dépôts de sel
  • infiltration d'eau dans les puits (dans les zones côtières)
  • contamination des eaux de surface par le sel de voirie
  • irrigation et lessivage des précipitations à travers des sols riches en sodium
  • pollution par les effluents d'eaux usées
  • infiltration de lixiviats provenant de décharges ou de sites industriels
Une piscine souterraine illuminée scintille en bleu. L'eau souterraine contient généralement du sodium en raison de la présence de minéraux rocheux dans l'eau.

Eau potable

L'adoucissement de l'eau par échange d'ions ou par la soude de chaux peut augmenter la teneur en sodium de l'eau potable. (En savoir plus sur la dureté de l'eau.)

Bien que le sodium aide à maintenir l'équilibre en eau dans le corps humain, un excès de sodium a des effets négatifs sur la santé, en particulier chez les personnes souffrant de problèmes cardiaques, de maladies circulatoires ou rénales, ou d'une cirrhose du foie. Par conséquent, les concentrations de sodium dans l'eau potable sont réglementées afin de protéger la santé humaine.

Un verre d'eau claire contient de petites traces de sodium, généralement introduites au cour de l'adoucissement de l'eau. L'excès de sodium a des effets négatifs sur la santé.

Industrie de pâtes et papiers

Le sulfite ou le bisulfite de sodium peut être utilisé comme agent éliminateur d'oxygène pour traiter l'eau acheminée vers les chaudières à vapeur, afin de prévenir la corrosion. Dans ce cas, la surveillance du sodium aidera à optimiser le procédé et permettra de réaliser des économies sur les produits chimiques.

Une usine de papier s'allume la nuit. Les usines de papier utilisent le sulfite de sodium comme agent d'évacuation de l'oxygène pour traiter l'eau acheminée vers les chaudières à vapeur, afin de prévenir la corrosion.

Industrie métallurgique et minière

Pendant le traitement de l'eau en vue de sa réutilisation, le sodium et d'autres paramètres sont surveillés afin de maximiser le rendement des procédés hydrométallurgiques et pyrométallurgiques.

Les mines de cuivre utilisent des procédés hydrométallurgiques pour extraire les métaux du minerai, dissolvant ainsi le métal précieux avec des aérosols de lixiviation comme le cyanure de sodium.

Comment le sodium est-il surveillé ?


Multimètre de laboratoire Hach HQ440D

Méthode ISE Sodium directe

L'électrode sélective d'ions sodium (ISE) est un élément de détection de sodium qui est lié à un corps en époxy. Lorsque l'élément de détection touche les ions sodium dans une solution, un potentiel se développe à travers l'élément de détection. Le potentiel est proportionnel au niveau d'ions sodium dans l'échantillon. Le potentiel est mesuré par rapport à un potentiel de référence constant à l'aide d'un multimètre pH/mV ou ISE.


Sonde Sodium Hach Intellical ISE

Sodium Intellical ISE

L'électrode Intellical ISENa381 est une électrode combinée sélective d'ions de sodium (ISE) disposant d'une référence à double jonction rechargeable et d'un capteur de température intégré. Cette électrode mesure la concentration en sodium dans des échantillons d'eau. Un flacon de 59 mL de solution de remplissage de l'électrode 0,02 M NH 4Cl est inclus avec la sonde. La version pour laboratoire de cette électrode ISE résiste aux chocs grâce à son corps en plastique Zeonor. La sonde Intellical ISENa381 est disponible avec un câble de 1 ou 3 mètres et est destinée à un usage en laboratoire. L'électrode ISENa381 est idéale pour mesurer les concentrations en sodium dans les eaux usées et l'eau potable ainsi pour les applications générales de qualité de l'eau.


Analyseur de sodium Hach NA5600sc

Analyse en ligne ou en continu

L'analyseur de sodium NA5600sc utilise une électrode sélective d'ions pour les mesures après conditionnement du pH. Le conditionnement du pH de l'échantillon est primordial pour réduire les interférences liées à la température ou à d'autres ions pour la mesure du sodium. Un effet-tampon constant avec compensation de température est assuré par l'ajout de réactif, lequel est régulé en fonction des variations de la température et du pH de l'échantillon. Pour une version multicanal, la séquence de rinçage « intelligente » entre les canaux garantit un temps de cycle minimum de 10 minutes et l'absence d'effet de report.

Plages:

  • Analyseur sans pompe cationique : de 0,01 à 10 000 ppb
  • Analyseur avec pompe cationique : de 0,01 ppb à 200 ppm

Foire aux questions

Quel est le temps de réponse de l'électrode sélective d'ions sodium (ISE) IntelliCAL® ISENa381 ?

L'électrode sélective d'ions sodium (ISE) IntelliCAL ISENa381 avec câble de 1 ou 3 mètres (produit n° ISENA38101 ou ISENA38103) a un temps de réponse de 1 à 2 minutes dans les échantillons dont la concentration est > 1,4 mg/L.

Quelle est la bonne façon de stocker l'électrode sélective d'ions sodium (ISE) IntelliCAL ISENa381 ?

Pour un stockage bref, placez le capuchon du trou remplissage dans le trou de remplissage et stockez la sonde dans 25 mL de solution standard à 100 mg/L de Na+ avec un sachet de poudre ISA (ajustage de la force ionique) (produit n° 4451569).

Pour un stockage prolongé :

  1. Placez le capuchon du trou de remplissage dans le trou de remplissage.
  2. Rincez la sonde avec une solution de rinçage ISA (une solution Sodium ISA pour 25 mL d'eau désionisée). Ne rincez jamais la sonde avec de l'eau désionisée pure.
  3. Remplissez à moitié le flacon de trempage de la sonde avec la solution de remplissage de l'électrode, 0,02 M NH 4Cl (produit n° 2965126).
  4. Desserrez le bouchon du flacon de trempage et placez le flacon de trempage sur la sonde. Tournez le bouchon du flacon de trempage dans le sens des aiguilles d'une montre pour le serrer.
  5. Assurez-vous que la solution dans le flacon de trempage recouvre complètement l'ampoule en verre et les orifices de jonction de référence.
  6. Avant d'utiliser la sonde après un stockage prolongé, conditionnez la sonde dans 25 mL de solution standard à 100 mg/L de Na+ avec une solution Sodium ISA pendant au moins 8 heures.

Pour la sonde IntelliCAL Sodium ISENa381, quelle est la plage de pH requise de l'échantillon ?

La plage de pH de l'échantillon est comprise entre 4 et 14 et doit être ajustée à > pH 9 avec la solution Sodium ISA (ajustage de la force ionique).

Les Polymetron 9240 et 9245 sont-ils toujours disponibles ?

Le modèle NA5600sc a remplacé les modèles Polymetron.