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PROCEDE POUR L'OBTENTION D'UN PRODUIT CARBONIFERE TRES FINEMENT
DIVISE. --
La présente invention a pour objet un procédé pour l'ob- tention d'un produit oarbonifère à l'état très finement divisé.
Ce procédé consiste à partir d'une matière première car- bonifère, à faire subir à cette matière un traitement susceptible de l'amener, au moins partiellement, à un état de division extrême et à incorporer à cette matière en cet état un corps au sein duquel elle peut être séchée ou carbonisée sans danger d'agglomération.
Ce corps est choisi de manière à pouvoir être facile- ment éliminé, par exemple par évaporation ou par dissolution, afin d'obtenir après carbonisation un produit constitué seulement par du carbone finement divisé.
Voici, à titre d'exemple, quelques modes opératoizes basés sur ce principe :
1/ On prend du bols, des -roseaux ou analogues, divisas en copeaux qui peuvent être longs, mais doivent être fins. On
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les traite par de l'acide sulfurique à une concentration qui tarie de 1 à 2 % s'il s'agit de bois, à 10 % environ s'il s'agit de roseaux. On effectue ce traitement sulfurique dans un autocla- ve, sous une pression de 4 à 6 atmosphères. Il dure environ 1/2 heure. La masse de copeaux devient molle, les corps incrustants ayant subi une transformation. On la lave pour' éliminer l'acide sulfurique.
Une partie de la masse est déjà capable d'entrer en solution colloïdale et peut être utilisée pour être transformée en carbone à l'état très divisé comme il sera indiqué plus loin.
Mais comme la majeure partie de la matière reste non peptisable dans ces conditions, il conviant de lui faire subir le traitement suivant: Pour rendre la masse entièrement peptisable dans une liqueur alcaline, on lui fait subir un traitement oxydant, On la traite par exemple par l'acide nitrique ou l'eau régale concen- trée ou étendue d'eau jusqu'au demi (l'acide nitrique peut être récupéré pour être utilisé dans un nouveau,traitement). Il se pro- duit une réaction énergique, exothermique, et la masse prend une teinte rougeâtre. Lorsque la réaction est complète la masse se peptise entièrement dans l'ammoniaque. La solution colloïdale ainsi obtenue peut être filtrée pour la débarrasser des impuretés insolubles. On peut la coaguler ensuite par un acide.
Pour rendre le coagulum filtrable, on le chauffe avec son eau-mère dans un autoclave, sous 4 à 6 atmosphères par exem- ple, pendant un temps qui varie de 1/2 heure à 2 heures suivant les dimensions de l'autoelave. Le coagulum pout cosuite être sé- paré rapidement par filtration de la majeure partie de l'eau.
Si l'on veut un produit très pur, on peut traiter le coagulum filtré par de l'acide fluorhydrique par exemple à 5 %, avec lequel on le fait bouillir pendant une durée qui peut attein- dre 3 heures.
Le coagulum peut être de nouveau peptisé à l'aide d'une faible quantité d'ammoniaque pour donner une fausse solution assez concentrée.
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Pour qu'on puisse sécher le coagulant e.t le carboniser sans que ses particules s'agglomèrent, on l'incorpore dans un au- tre corps susceptible d'enrober les particules et d'empêcher leur agglomération, tout en étant facile à éliminer. On peut effectuer le séchage dans le soufre qui peut être enlevé ensuite par évapo- ration. On peut employer aussi des acides déshydratants,par exem- ple l'acide sulfurique qui présente toutefois l'inconvénient de se volatiliser à une trop basse température pour permettre d'ef- fectuer une carbonisation complète de la masse. L'acide phospho- rique est préférable, car il exeroe la même action déshydratante, mais peut supporter des températures très élevées sans se vola- tiliser.
Le produit peut être carbonisé complètement tout en res- tant très fin et l'acide phosphorique peut être éliminé par sim- ple lavage.
Le traitement oxydant de la masse de copeaux carbonisés comme indiqué ci-dessus peut être effectué également en utilisant le chlore gazeux. La réaction se produit énergiquement avec déga- gement de chaleur, si le chlore est bien réparti dans la masse à traiter. Sinon, son action est limitée à la surface. Pendant cetè te réaction, il se forme de l'acide chlorhydrique, qu'il faut éliminer, par exemple périodiquement par l'eau, après quoi on reprend le traitement par le chlore.
On peut effectuer l'opération dans un récipient compor- tant une surface filtrante sur laquelle repose la masse de copeaux à demi carbonisés. Cette surface filtrante laisse passer le chlore ainsi que l'eau destinée à l'élimination de l'acide chlo- rhydrique sous la forme d'une solution qu'on peut recueillir en qualité de sous-produit. La masse oxydée rougeâtre obtenue est plus ou moins identique à celle qui résulte du traitement nitri- que.
2/ Le charbon brun, après avoir été séché s'il y a lieu, est broyé, puis tamisé. Il' est ensuite oxydé par l'acide nitrique de la façon décrite précédemment. Suivant une autre forme de réa- lisation il peut être mélangé avec du quartz mouillé, dont les
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grains ont par exemple 4 à 5 m/m de diamètre, dans la proportion de 1 kg de charbon brun séché à l'air pour 12 kgs de quartz. Ce mélange est mis dans un espace clos dans lequel on fait passer un courant de chlore pendant un.temps suffisant pour que la masse carbonifère devienne complètement peptisable dans l'ammoniac.
Le charbon brun qui est devenu rouge est séparé par décantation ou sur un tamis. La masse en suspension dans l'eau est filtrée.
Le produit filtré contient environ 15 % de Cl, qu'on peut enlever par de la chaux; celle-ci est éliminée à son tour par un lavage acide. Une autre méthode consiste à ajouter de l'am- moniac de manière à neutraliser la masse à chaud. L'AzH4Cl qui se forme empêche la peptisation; il est enlevé par filtration et peut être traité par la chaux pour récupérer l'AzH3qui peut ainsi être utilisé plusieurs fois.
Le produit ainsi neutralisé et débarrassé de AZH4Cl est peptisé par l'ammoniac. La peptisation s'effectue à chaud avec agitation; elle dure 2 à 3 heures.
La masse peptisée peut être filtrée ou décantée pour sé- parer les impuretés et tout ce qui n'est pas peptisé, mais l'ex- périence a montré que dans la majorité des cas cette opération n'est nullement nécessaire.
La masse peptisée est ensuite coagulée par un acide, CH1 ou H2S04 par exemple. Il est préférable d'opérer à chaud dans un autoclave à 4-6 atm.pour que la masse devienne bien fil- trable. Les sels ammoniacaux sont séparés par filtration. On lave par HCl de préférence à chaud.
Après avoir déterminé sur une petite portion la teneur en matière sèche, on mélange la masse coagulée avec de l'acide phosphorique, de préférence dans la proportion de 1 kg. de matière sèche pour 10,5 - 11,5 kgs. d'acide H3PO4. Le mélange est d'abord soumis à une température suffisante pour évaporer l'eau. La mas- se foisonne, puis on la soumet à une température de 400-500 C,pen-
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dant 2-3 heures. Après refroidissement, on dilue la masse dans l'eau, on la lave et on la sèche. Le produit séché est, s'il y a lieu, soumis à une désintégration pour enlever les agglomérations qui ont pu se produire, puis est tamisé. Il peut être avantageux de le soume,ttre à une température de 800-900 .
En carbonisant le produit dans H3PO4 à 530 et en chauffait ensuite le produit final à 900 , on a obtenu un carbone de densité apparente 0 ¯ = 0,078 et de densité réelle - 2,225.
On admet que le rapport # exprime la finesse du produit. Dans le cas considéré # # = 0,034 alors que pour le carbone black le même rapport est de 0,062, ce qui :tend à prouver que le produit obtenu est extrêmement fin. De même des essais @ sur le pouvoir obscurcissant du produit obtenu ont montré que ce pouvoir est encore deux fois plus grand que celui du carbon black. Or on considère que le pouvoir obscurcissant est d'autant plus grand que la finesse est plus grande.
L'acide phosphorique employé pour empêché l'aggloméra- tion pendant le séchage et le chauffage à 400-500 0 peut être ré- cupéré à raison de 98 % par les méthodes connues.
3/ Lorsque la masse est plus complètement carbonisée que dans les cas précédents, s'il s'agit par exemple de charbon de bois, on n'obtient pas aussi facilement le même résultat et l'aci- de nitrique même concentré, ne produit aucun effet. Toutefois, la réaction souhaitée peut se produite quand même si l'on observe certaines conditions. Par exemple, si le traitement nitrique est précédé d'un traitement alcalin, l'acide nitrique peut attaquer le charbon avec formation d'un colloïde ayant les mêmes caractè- res que celui qu'on obtient dans les cas précédents. Si l'acide n'attaque qu'une partie de la masse, on répète le traitement alca- lin un glus grand nombre de fois, suivant la matière première uti- lisée et on arrive finalement à transformer toute cette matière en colloïde. L'agitation favorise l'opération.
4/ L'oxydation peut aussi être effectuée électrolyti- quement. Etant donné que le chlore naissant est particulièrement
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satisfaisant comme oxydant, on peut opérer dans une cuve électro- lytique à diaphragme renfermant comme électrolyte du chlorure de sodium ou un autre chlorure. La masse qu'il s'agit d'oxyder est placée dans le compartiment anodique où se dégage le chlore.
Pour éliminer l'acide chlorhydrique qui se forme pendant la réaction.et qui la gêne, on peut se servir de l'alcali formé dans le compartiment cathodique, en le transvasant par exemple de temps en temps dans le compartiment anodique.
Ainsi que le montrent les exemples décrits ci-dessus, la matière première carbonifère est d'abord soumise à un trai- tement susceptible de la transformer, au moins partiellement en un produit peptisable en milieu alcalin et coagulable par un acide.
Pour obtenir à partir du produit colloïdal un produit sec à l'état très divisé, on a recours à des moyens qui consistent en principe à incorporer le dit produit colloïdal quand il est humide, à un autre corps au sein duquel il peut être séché sans danger d'agglomération. Le corps étranger est ensuite éliminé soit par évaporation, soit par dissociation ou par tous autres artifices.
Il est quelquefois utile d'ajouter un colloïde protec- teur tel que l'oléate d'ammonium par exemple.
Dans les exemples qui précèdent on a recommandé l'em- ploi dans ce but de l'acide phosphorique qui permet d'opérer le chauffage de la masse à température élevée sans qu'il se volati- lise. On peut encore opérer comme il suit :
Par exemple, on mélange le colloïde humide avec du sou- fre en fleur et l'on sèche à 105 0, de préférence dans le vide.
On dissout ensuite le soufre dans le sulfure de carbone et l'on obtient le produit pur à l'état sec et très divisé.
On peut aussi incorporer le colloïde humide à du car- bonate de soude anhydre qui s'hydrate de sorte que le mélange forme une.poudre bi,en sèche qu'on peut facilement broyer dans un mortier.
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On chauffe ensuite cette poudre à 300-500 C et,après dissolution du carbonate de soude, on obtient le charbon à un état de très grande division. Le chlorure de sodium donne des résultats équivalents.
Dans le cas de carbonate de sodium, le procédé peut être notablement simplifié.
La masse oxydée, après avoir été suffisamment humidi- fiée, est mélangée avec du carbonate de sodium, qui peptise la masse in situ. L'addition de quantités supplémentaires de carbo- nate de sodium transforme cette masse en une pâte épaisse, qui se liquéfie par chauffage et devient homogène. On peut parfois ajou- ter avantageusement de petites quantités d'alcalis caustiques au commencement, pour faciliter la peptisation et dissoudre la si- lice. Pour obtenir un produit fin, on peut employer par exemple 5 kg de Na2CO3 pour 1 kg de carbone obtenu. On évapore d'abord le mélange jusqu'à siccité et on le carbonise à environ 500 C.
On dissout alors le carbonate de sodium dans de l'eau et on peut l'utiliser à nouveau pour un traitement ultérieur.
Suivant une autre variante, on peut utiliser avantageu- sement du chlorure de calcium comme agent pour sécher et carbo- niser la masse.
Dans ce cas, on peut mélanger le chlorure de calcium au produit coagulé, ou bien d'abord peptiser le produit oxydé avec une petite quantité d'ammoniaque et le mélanger ensuite avec le chlorure de calcium. Dans ce dernier cas, le produit contiendra plue do silice. Le charbon brun, oxydé pur de l'acide nitrique, est déjà débarrassé de toute matière soluble et ne contient sensible- ment plus que de la silice. Comme les meilleures sortes de charbon brun ne contiennent que 2 à 3 de cendre et un faible pourcentage de silice, le traitement décrit ci -dessus peut être suffisant en pratique. Le produit obtenu doit être exempt de matière soluble, mais la présence de silice n'a qu'une faible importance dans la plupart des cas.
Si le charbon brun contenait un peu de sable ou d'impuretés semblables, le procédé tel que décrit peut être suivi
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d'un traitement dans un séparateur cyclone, pour enlever les im- puretés mentionnées ci-dessus.
Suivant une autre modification, on peut utiliser, de manière semblable, d'autres genres de matières carbonifères so- lubilisées. Par exemple, en traitant des sucres, ou une matière carbonifère transformée en sucres inférieurs par l'un des procé- dés connus, et en les traitant de la même manière que décrit ci- dessus, on peut obtenir de très bons résultats.
Le produit obtenu peut être utilisé en particulier dans toutes les applications où l'on emploie du carbon black, plus spécialement dans l'industrie du caoutchouc .
REVENDICATIONS
1 - Procédé pour l'obtention d'un produit carbonifère à l'état très finement divisé consistant à faire subir à la matière première carbonifère un traitement susceptible de l'ame- ner, au moins partiellement, à un état de division extrême et à incorporer à cette matière en cet état un corps au sein duquel elle peut être séchée ou carbonisée sans danger d'agglomération.