BE1004073A3 - Evacuation aux immondices de solutions aqueuses usees de trifluorure de bore. - Google Patents

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Abstract

L'eau de lavage contenant du trifluorure de bore obtenue au terme d'un procédé d'oligomérisation d'oléfines peut être évacuée aux immondices de façon écologiquement sûre par hydrolyse en vue de l'élimination sensible des anions fluoroborate (BF4 -), par mélange avec du CaO et/ou du Ca(OH)2 et par concentration, dans un ordre quelconque, et enfin par mélange avec du ciment Portland et durcissement de la pâte résultante. Le ciment durci est très résistant à la lixiviation aqueuse des composés du bore et du fluor.

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Evacuation aux immondices de solutions aqueuses usées de trifluorure de bore
Les oligomères   d'a-oléfines   et leur utilisation comme liquides hydrauliques et lubrifiants synthétiques (lubrifiants de synthèse) sont bien connus. 



  Le brevet EUA 2.937. 129 décrit l'oligomérisation   d la-oléfines en C5-14 au   moyen d'un peroxyde de dialcoyle catalytique pour la production de lubrifiants de synthèse. Le brevet EUA 3.113. 167 décrit un procédé d'oligomérisation d'a-oléfines au moyen d'un halogénure de titane avec un composé de l'aluminium comme catalyseur d'oligomérisation. 



   Les catalyseurs préférés pour la production des oligomères d'a-oléfines sont les catalyseurs de   Friedel etCrafts tels que BF-, comme l'indique   le brevet EUA 3.149. 178. On arrive aux propriétés les plus favorables en partant du   l-décène,   mais des mélanges d'a-oléfines ont été utilisés aussi, voir brevet EUA 3.330. 883. 



   Le catalyseur de Friedel et Crafts préféré est le   BF-,. Le BF-pur   n'est pas un catalyseur d'oligomérisation efficace. Un composé polaire est nécessaire en faible quantité comme promoteur. Le brevet EUA 3.382. 291 décrit l'utilisation d'alcools promoteurs tels que le décanol. D'autres promoteurs mentionnés sont la mordénite (forme hydrogène), l'eau, l'acide phosphorique, les acides gras (par exemple l'acide valérique), les cétones, les esters organiques, les éthers, les alcools polyhydroxylés, le gel de silice et ainsi de suite. 



   Le catalyseur le plus courant, à savoir le   BF, peut   susciter un problème d'évacuation aux immondices. Différents procédés ont été conçus pour éliminer le   BF3   d'un mélange de réaction d'oligomérisation pour arriver à un résultat écologiquement acceptable. 

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  Vogel et al. décrivent dans les brevets EUA 4. 454. 366 et 4.384. 162 l'utilisation du poly (alcool vinylique) pour éliminer le BF3 d'un mélange de réaction d'oligomérisation. Suivant le brevet EUA 4.433. 197, Vogel et al. mettent le produit de réaction en contact avec de la silice pour éliminer le   BF3'Morganson   et al. dans le brevet EUA 4.429. 177 et Madgavkar et al. dans les brevets EUA 4.213. 001 et 4.308. 414 utilisent la silice comme agent d'absorption pour le   BF3 dans   un procédé d'oligomérisation. Dans le brevet EUA 4.394. 296, Madgavkar et al. décrivent l'utilisation de la silice humide comme co-catalyseur avec le   BF3   dans un procédé d'oligomérisation. La silice peut être séparée par filtration et recyclée comme catalyseur.

   Suivant le brevet EUA 4.263. 467, Madgavkar et al. éliminent le BF3 en faisant ruisseller le produit de réaction sur un lit métallique ou céramique inerte de façon que le   BF-s'évapore   et puisse être récupéré. 



   On peut déduire de ceci que de nombreux efforts ont été consacrés au développement d'un procédé pour éliminer le BF3 d'une façon écologiquement sûre dans un procédé d'oligomérisation des oléfines. 



   Même avec ces procédés déjà connus pour séparer le   Bu 31 il   n'est pas toujours possible d'abaisser la teneur en bore et en fluorure de l'oligomère au point que celui-ci puisse être traité sans autre épuration. Un lavage à l'eau est nécessaire à l'un ou l'autre stade. Tout lavage à l'eau extrait du bore et du fluorure du mélange contenant l'oligomère même si l'un des procédés précités a été appliqué pour éliminer une partie du   BF. Le   bore et le fluorure sont considérés comme étant des polluants écologiques et dans de nombreuses régions, des limites strictes ont été imposées aux quantités de bore et de fluorure que peuvent contenir les eaux usées 

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 évacuées d'une usine chimique.

   Le procédé de l'invention constitue un moyen écologiquement sûr pour se débarrasser de solutions aqueuses de   BF3 sans   que du bore et du fluorure s'échappent dans l'environnement. 



   Les courants d'eaux usées contenant du   BF3   peuvent être évacués avec sûreté en hydrolysant les anions fluoroborate contenus dans la solution en HF et en anions borate, en mélangeant la solution avec du CaO ou du Ca (OH) 2 pour faire précipiter du CaF2 et en évaporant l'eau pour obtenir un concentré. Les opérations ci-dessus peuvent se faire dans un ordre quelconque. Le concentré aqueux est mélangé ensuite avec du ciment Portland jusqu'à une consistance pâteuse et est mis à durcir au site d'évacuation des déchets. 



   Suivant une forme de réalisation préférée, l'invention a pour objet un procédé pour évacuer aux immondices une solution aqueuse de BF3 d'une façon écologiquement acceptable, lequel procédé comprend : 
 EMI3.1 
 (A) l'hydrolyse de la solution de BF3 pour abaisser sensiblement la quantité d'anions fluoroborate (bof.) dans la solution aqueuse de   Bof3,   (B) le mélange de la solution de   Bu 3 hydrolysée   avec du ciment pour former une pâte et (C) le durcissement de la pâte de ciment en un produit solide qui est hautement résistant à la lixiviation aqueuse des composés du bore et des fluorures. 



   Les solutions aqueuses de BF3 contiennent des anions fluoroborate   (BF.'). Des   expériences ont montré que lorsque ces solutions sont mélangées avec du ciment qui est mis à durcir, le ciment durci ne retient pas le bore et le fluorure lorsqu'il est soumis à une lixiviation aqueuse. La Demanderesse a découvert que la raison pour laquelle ce ciment durci ne retient pas adéquatement le bore et le fluorure est la présence des anions fluoroborate dans la solution 

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 aqueuse. Elle a découvert aussi que ces anions fluoroborate peuvent être hydrolysés en chauffant la solution aqueuse jusqu'à des températures élevées. 



  Une température d'hydrolyse utile est de 60 à 200 C. 



  Les températures supérieures ont pour effet que l'hydrolyse progresse plus rapidement, de sorte qu'une température d'hydrolyse préférée s'échelonne de 80 à 200 C. Il est évident qu'aux températures supérieures au point d'ébullition normal, l'hydrolyse nécessite un autoclave fermé. 



   L'hydrolyse progresse plus rapidement si la solution reste acide (par exemple à un pH de 1 à 3). 



  Suivant une forme de réalisation préférée, de la chaux (du CaO, du Ca (OH) 2 ou des mélanges des deux) est ajoutée à la solution aqueuse de   BF. Suivant   un autre mode opératoire, le   BF3 est   extrait d'un mélange de réaction, après achèvement d'une oligomérisation catalysée par le   Bu 3'avec   de l'eau de lavage alcaline (par exemple avec du NaOH à 3-10% en poids). Dans de tels cas, la solution devient sensiblement neutre ou faiblement alcaline. Ces solutions neutres ou alcalines sont plus difficiles à hydrolyser et exigent des températures minimales plus élevées. Lorsque la solution est neutre ou alcaline, un intervalle utile 
 EMI4.1 
 s'étend de 100 à 200 C, de préférence de 120 à 175 C et plus avantageusement de 120 à 150 C. 



   Suivant une forme de réalisation préférée, la quantité de CaO et/ou de Ca (OH) 2 ajoutée à la solution aqueuse de   BF3 est   suffisante pour apporter 0, 5 à 2,5 moles, de préférence 1 à 2 moles et plus avantageusement environ 1,5 mole de CaO et/ou de Ca (OH) 2 par mole de   BF3 que   contient la solution aqueuse initiale de   BF-.. L'expression"solution aqueuse   de BF3" est prise dans un sens générique, du fait que le   BF3   de ces solutions pourrait ne pas exister à l'état de 

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 molécules de BF3 distinctes, mais se trouver sous d'autres formes telles que BF3. 2H20, BF4 et ainsi de suite. 



   Suivant une autre forme de réalisation préférée, une base de métal alcalin est ajoutée à la solution aqueuse de   BF3 pour   former une solution sensiblement neutre ou faiblement alcaline. Les solutions aqueuses de BF3 de départ sont acides (pH inférieur à 2, 0), sauf si le   Bof 3 a   été isolé suivant une technique d'extraction en milieu aqueux alcalin, auquel cas la solution est moins acide et éventuellement neutre ou alcaline suivant la quantité de base que contient l'eau de lavage. Les solutions acides de BF3 suscitent de graves difficultés de corrosion. 



  Par conséquent, si la solution aqueuse de BF3 de départ est acide, il est préféré d'ajouter initialement une base de métal alcalin, par exemple NaOH, KOH, Na2CO3 ou analogues, pour former une solution neutre ou faiblement alcaline. Ceci nécessite 1,1 à 1,75 mole et plus souvent 1,2 à 1,6 mole de base (par exemple NaOH) 
 EMI5.1 
 par mole de Bu 3 dans la solution aqueuse de BF , indépendamment de la forme sous laquelle le BF3 peut se trouver. 



   Lorsque le   BF3 aqueux   est obtenu par lavage à l'eau d'un mélange de réaction après l'achèvement d'une oligomérisation d'oléfines catalysée par le   Bu 31 la   base peut être introduite aisément à ce stade en utilisant une eau de lavage alcaline. La quantité de base préférée pour obtenir un extrait neutre est la même, à savoir de 1, 1 à 1,75 et plus souvent de 
 EMI5.2 
 1, 2 à 1, 6 mole par mole de BF3 que contient le mélange d'oligomérisation des oléfines. Les promoteurs hydro- solubles que contient éventuellement le mélange d'oligomérisation, par exemple les alcools, sont extraits conjointement avec le   Bu 31 mais   ils n'ont pas d'effet 

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 nuisible sur le procédé d'évacuation aux immondices faisant l'objet de l'invention. 



   L'application du procédé de la présente invention à des solutions diluées de   BF3 conduit   à une dispersion contenant beaucoup plus d'eau qu'il n'en est nécessaire. Celle-ci à son tour nécessite une grande quantité de ciment pour fixer le bore et le fluorure. Cela peut être évité en éliminant par distillation l'excès d'eau de la solution aqueuse de   BF3   pour former un concentré. Cette opération peut être effectuée avant, pendant ou après l'hydrolyse. Le concentré présente de préférence un rapport pondéral H20 :   BF3 de   l'intervalle de 5 à 15 : 1 et plus avantageusement de 6 à 13 : 1.

   Le   terme"BF-"désigne   la quantité de BF3 qui a participé à la formation de la solution aqueuse initiale de   Bu 31 mais   ne signifie pas que le BF3 se trouve encore sous cette même forme. 



   De préférence, la distillation est exécutée 
 EMI6.1 
 sur une solution sensiblement neutre de BF3 obtenue en extrayant le BF3 au moyen d'une eau de lavage alca- line ou bien en ajoutant une base de métal alcalin à une solution acide de   BF-.. Après   cette concentration, le CaO et/ou le Ca (OH) 2 sont ajoutés en quantité de 1 à 2 moles par mole de BF3 de départ. Le mélange est ensuite hydrolysé à   100-200 C,   de préférence à 120- 175 C et plus avantageusement à 120-150 C. 



   En variante, le CaO et/ou le Ca (OH) 2 peuvent être ajoutés avant le stade de concentration. 



   Le concentré résultant est une dispersion principalement de CaF2 dans une solution aqueuse contenant des ions de métal alcalin (par exemple Na+), calcium et borate. Cette dispersion est ensuite mélangée avec du ciment Portland pour former une pâte. Un ciment Portland quelconque peut être utilisé, notamment des types   I-V   (Norme ASTM C150-76). Le ciment Portland 

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 préféré est de type I. 



   Une pâte de ciment peut être préparée en mélangeant le   BF3 aqueux hydrolysé   avec le ciment Portland Un rapport préféré est de 100 à 150 parties en poids de ciment Portland pour 100 parties en poids de mélange aqueux de BF3 hydrolysé. La pâte de ciment peut être transportée vers un crassier et mise à durcir. En variante, des mélanges de sable et de gravier peuvent être incorporés à la pâte de ciment et le produit résultant peut être utilisé comme béton sur des chantiers de construction. 



   L'exemple suivant illustre l'exécution du procédé d'évacuation aux immondices. 



  EXEMPLE
Initialement, on exécute une oligomérisation d'oléfine en introduisant du   l-décène   dans un récipient de réaction et en ajoutant suffisamment de n-butanol pour apporter 0,6 % en poids de ce dernier. On agite cette solution à   30 C   dans le récipient de réaction fermé et on commence l'injection de BF3 gazeux. Après un premier temps, la pression dans le récipient s'élève à cause de la tension de vapeur du   BF-. On   procède à un refroidissement pour maintenir la température à 30-35 C. On maintient la pression du   BF3 à   138 kPa (20 livres par pouce carré) au manomètre tandis que la réaction progresse à 30-35 C pendant 2 heures. A ce moment, celle-ci est sensiblement achevée comme le montre l'analyse par chromatographie gazeuse révélant moins de 1% en poids de monomère.

   On relâche la pression régnant dans le récipient et on détermine le   BF3   par analyse d'un échantillon. Ensuite, on ajoute du NaOH aqueux à environ 7% en poids en une quantité apportant 1,4 mole de NaOH par mole de   BF3 que   contient 
 EMI7.1 
 1'oligomere. On agite ce mélange pendant 15 minutes pour extraire pratiquement tout le BF3 dans la phase 

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 aqueuse en formant une solution sensiblement neutre (pH 6 à 7). 



   On évacue la phase aqueuse du récipient et on la concentre dans un évaporateur jusqu'à ce que le rapport   H-0   :   BF- soit   de 12. On transfère le concentré dans un autoclave et on y ajoute 1,5 mole de   Ca   (OH) 2 par mole de   BF-. On   ferme l'autoclave et on le chauffe à 150 C tandis que la pression s'élève jusqu'à 345 kPa (50 livres par pouce carré) au manomètre. On poursuit l'hydrolyse pendant 1,5 heure à 150 C, puis on refroidit la dispersion (pH 13). L'analyse révèle que la teneur en anions fluoroborate est inférieure à 100 ppm. 



  On ajoute un supplément de 0,5 mole de Ca (OH) 2 par mole de BF3 et on transfère la dispersion dans un malaxeur à ciment. On ajoute ensuite 125 parties en poids de ciment Portland de type I pour 100 parties en poids de dispersion et on transforme le mélange en une pâte. 



  On coule ensuite la pâte en un bloc qu'on laisse durcir pendant 3 semaines à 15-25 C. 



   On exécute des essais de lixiviation du bore et du fluorure suivant le procédé d'épreuve de la toxicité par extraction (EP) et le procédé d'épreuve de l'intégrité de structure (procédé EPA 1310). 



   Le tableau ci-après précise les conditions d'une série d'essais, de même que les quantités de fluorure et de bore révélées par les épreuves cidessus dans le liquide de lixiviation résultant. 

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 EMI9.1 
 
<tb> 
<tb> 



  Essai <SEP> Rapport <SEP> Rapport <SEP> Hydro-Rapport <SEP> Rapport <SEP> Procédé <SEP> EPA
<tb> 2 <SEP> 3
<tb> n  <SEP> NaOH/Ca <SEP> (OH) <SEP> 2/@ <SEP> lyse@ <SEP> pondéral <SEP> pondéral <SEP> 1310
<tb> BF3@ <SEP> BF3 <SEP> ciment/ <SEP> H2O/ <SEP> Liquide <SEP> de <SEP> lixiviation
<tb> 3 <SEP> 3 <SEP> 2
<tb> BF3 <SEP> ciment <SEP> F <SEP> (ppm) <SEP> B <SEP> (ppm)
<tb> 1 <SEP> 1, <SEP> 7-non <SEP> 9,6 <SEP> 0,39 <SEP> 200 <SEP> 74
<tb> 2-2, <SEP> 0 <SEP> non <SEP> 7,8 <SEP> 0,83 <SEP> 366 <SEP> 114
<tb> 3 <SEP> 1,96 <SEP> 1,6 <SEP> oui <SEP> 11, <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 54 <SEP> < 3, <SEP> 8 <SEP> 10,5
<tb> 4 <SEP> 1,0 <SEP> 1,5 <SEP> oui <SEP> 7,0 <SEP> 0, <SEP> 59 <SEP> < 4, <SEP> 8 <SEP> 13,1
<tb> 5 <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> 1,5 <SEP> oui <SEP> 12,0 <SEP> 0, <SEP> 47 <SEP> 3, <SEP> 8 <SEP> 7,5
<tb> 6 <SEP> 2,0 <SEP> 1,5 <SEP> oui <SEP> 12,0 <SEP> 0, <SEP> 59 <SEP> < 3,

   <SEP> 8 <SEP> 9,6
<tb> 7 <SEP> 1,0 <SEP> 2,0 <SEP> oui <SEP> 12,0 <SEP> 0, <SEP> 56 <SEP> < 3, <SEP> 8 <SEP> 5,6
<tb> 8 <SEP> 2,0 <SEP> 2,0 <SEP> oui <SEP> 20,0 <SEP> 0, <SEP> 52 <SEP> < 3, <SEP> 8 <SEP> 0,1
<tb> 
 1. Rapport molaire NaOH/BF3 dans la solution aqueuse de NaOH. 



  2. Rapport molaire Ca (OH) 2/BF3 du Ca (OH) 2 ajouté à la solution de   BF3/NaOH.   



  3. Indique si le mélange est chauffé pour provoquer l'hydrolyse des anions fluoroborate. 

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   Ces résultats montrent clairement que lorsque le stade d'hydrolyse est omis, le liquide de lixiviation contient une quantité excessive tant de bore que de fluorure. L'exécution de l'hydrolyse aux fins d'hydrolyser les anions fluoroborate fait baisser nettement les quantités de bore et de fluorure jusqu'à des valeurs très basses dans le liquide de lixiviation résultant.

Claims (14)

EMI11.1 R E V E N D I C A T I O N S REVENDICATIONS 1-Procédé pour évacuer aux immondices une solution aqueuse de BF3 d'une façon écologiquement acceptable, caractérisé en ce qu'il comprend : (A) l'hydrolyse de la solution de BF-pour abaisser sensiblement la quantité d'anions fluoroborate (BF.) dans la solution aqueuse de Bu 31 (B) le mélange de la solution de BF3 hydrolysée avec du ciment pour former une pâte et (C) le durcissement de la pâte de ciment en un produit solide qui est hautement résistant à la lixiviation aqueuse des composés du bore et des fluorures.
1, (D) le chauffage du concentré résultant à 120-175 C sous une pression suffisante pour maintenir une phase liquide pendant une durée suffisante pour hydrolyser le concentré au point que la concentration en anions fluoroborate (BF.) soit inférieure à 300 parties par million en poids, aux fins d'obtenir un mélange hydrolysé, (E) l'incorporation d'environ 100 parties en poids du mélange hydrolysé à 100-150 parties en poids de ciment Portland pour former une pâte et (F) le durcissement de la pâte pour la formation d'un produit solide qui est hautement résistant à la lixiviation aqueuse des composés du bore et des fluorures.
2-Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la solution aqueuse de BF3 est concentrée avant, pendant ou après l'hydrolyse de fa- EMI11.2 çon que le rapport pondéral H20 : BF-,, sous quelque forme que le BF3 puisse exister, se situe dans l'in- tervalle de 6 à 13 : 1.
3-Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'hydrolyse est exécutée à une température de 60 à 200 C.
4-Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'hydrolyse est exécutée à une température de 120 à 175 C.
5-Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'hydrolyse est exécutée à une température de 120 à 150 C.
6-Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'hydrolyse est exécutée en présence d'oxyde de calcium, d'hydroxyde de calcium ou d'un mélange de ceux-ci de façon que le produit d'hydrolyse du BF3 forme du fluorure de calcium et du borate de calcium.
7-Procédé suivant l'une quelconque des <Desc/Clms Page number 12> revendications 1 à 5, caractérisé en ce que de l'oxyde de calcium, de l'hydroxyde de calcium ou un mélange de ceux-ci est ajouté à la solution aqueuse hydrolysée de Bof3.
8-Procédé suivant la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la quantité de CaO et/ou de EMI12.1 Ca (OH) 2 apporte 1 à 2 moles de CaO et/ou de Ca (OH) 2 par mole de BF3 de départ dans la solution aqueuse de BF-.
9-Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la solution aqueuse de BF3 est une solution sensiblement neutre résultant de l'utilisation d'une solution EMI12.2 aqueuse alcaline pour extraire le BF3 lors de la formation de la solution aqueuse de BF-ou bien de l'ad- dition d'une base de métal alcalin à une solution aqueuse acide de BF-.
10-Procédé suivant l'une quelconque des EMI12.3 revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la solution aqueuse de BF3 est la solution de lavage obtenue en soumettant un mélange de réaction, après achèvement de l'oligomérisation d'une oléfine aliphatique catalysée par le BF-, à un lavage aqueux pour extraire le Bof3.
11-Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que la solution de lavage est sensiblement neutre en conséquence de l'utilisation d'une base aqueuse pour laver l'oligomère ou en conséquence de l'addition d'une base de métal alcalin à la solution de lavage aqueuse acide de Bof3.
12-Procédé suivant la revendication 11, caractérisé en ce que la base de métal alcalin est l'hydroxyde de sodium.
13-Procédé pour éliminer et évacuer aux immondices le BF3 d'un mélange de réaction obtenu <Desc/Clms Page number 13> après achèvement d'une oligomérisation d'une oléfine catalysée par le BF-, caractérisé en ce qu'il comprend : (A) le lavage du mélange de réaction avec une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium contenant 1, 1 à 1, 75 mole de NaOH par mole de BF3 dans le mélange de réaction, pour former une solution de lavage pratiquement neutre, (B) l'addition de 1,3 à 1,7 mole de CaO et/ou de EMI13.1 Ca (OH) (C) la distillation d'une certaine quantité d'eau la solution de lavage pour former un concentré dans lequel le rapport pondéral H2O : Bu 31 sous quelque forme que le BF3 puisse se trouver, se situe dans l'intervalle de 10 à 13 :
14-Procédé suivant la revendication 13, caractérisé en ce que la succession des stades (B) et (C) est inversée.
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