"PROCEDE ET APPAREIL POUR LE TRAITEMENT DE PHOSPHATES"
La présente invention concerne un procédé et un
appareil pour le traitement de phosphates en vue d'en obtenir du phosphore, des acides phosphoriques ou d'autres
composés phosphorés.
Bien qu'il y ait une demande considérable de
phosphore élémentaire pour les allumettes, les acides phosphoriques dont on fait usage dans les préparations pour
cuissons, dans les compositions antirouille et dans le cota"' merce chimique en général, la matière phosphorée est surtout
demandée pour les engrais.
/ La forme ordinaire sous laquelle le phosphore se
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par suite, n'est paa utilisable comme aliment pour les plantes.
Le problème à résoudre est la production à bon marché de matière phosphatique sous une forme concentrée. A l'heure actuelle, la préparation d'engrais phosphatiques se fait habituellement en traitant la roche phosphatée ou phosphate minéral naturel par l'acide sulfurique en quantité suffisante pour convertir le constituant acide phosphorique en composés profitables aux plantes. Cela produit ce que l'on appelle le "phosphate acide" qui consiste essentiellement en
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nettoyage et la concentration qui sont praticables, n'est que du phosphate tricalcique à environ 70 %, le phosphate acide qui en sera fait ne montera pas à beaucoup plus de
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grais bon marché on n'enlève pas le sulfate de calcium qui est sensiblement inerte en tant que ce qui concerne la fertilisatioa. En conséquence, le cultivateur a à payer pour le transport et la manutention d'une grande quantité de matière inutile.
Les difficultés et la dépense qu'implique la préparation d'acide phosphorique sensiblement pur par l'action d'acide sulfurique sur du phosphate de calcium ont conduit à diverses propositions pour former, par des procédés pyrolytiques, de l'acide phosphorique en partant de cette matière.
Certains ont proposé l'action de chaleur seule. D'autres ont préconisé de décomposer le phosphate de calcium par la silice conformément à l'équation :
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Cette réaction nécessite l'application d'une chaleur suffi-
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façon que ce pentoxyde puisse être retiré continûment sous forme de vapeur en permettant à la réaction de procéder dans cette direction. On obtient le mieux, industriellement, des températures de 1800[deg.]C, ou plus, dans un four électrique; mais cela est coûteux. Toutefois, si l'on ajoute du carbone, du phosphore élémentaire peut se dégager à une température
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au lieu de 1800[deg.]C. Bien qu'il se produise, sans doute, un certain nombre de réactions, comprenant la formation de carbures, phosphures et fer libre, et la réaction subséquente entre ces produits et l'oxygène des phosphates ou du pentoxyde de phosphore, ou autre oxyde de phosphore, la réaction principale, au moins en tant que ce qui concerne les résultats finals parait être quelque chose comme la suivante :
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L'attention est appelée sur le fait que la proportion de silice est variable et peut être comprise entre deux et trois molécules, ou même se trouver en dehors de ces limites, bien que les meilleurs résultats soient habituelle-
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Bien que la réaction.ci-dessus commence à 1085[deg.]C, elle procède beaucoup plus rapidement à mesure que la tempe" rature augmente et, par conséquent, la température doit être
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température par combustion de combustible et il n'est point besoin d'un four électrique.
/ Un chauffage efficace de matières par combustion
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mum de chaleur par unité de combustible employée, mais aussi un transfert efficace et commode de chaleur des gaz de chauffage à la charge à chauffer.
Naturellement, une combustion partielle de combustible, pour donner une atmosphère réductrice consistant principalement en oxyde de carbone et un peu d'hydrogène et d'azote, produit bien moins de chaleur qu'une combustion sensiblement complète. Toutefois, la charge du four exige une atmosphère réductrice, de sorte que le problème se pose de maintenir des conditions réductrices dans la charge et des conditions oxydantes dans les gaz dont on fait usage pour chauffer cette charge.
Le simple exposé de ce problème élimine le fourneau à soufflerie puisque, dans un tel fourneau, les gaz de chauffage passent à travers la charge et, par conséquent, déterminent si les vides existant dans la charge seront remplis de gaz oxydants ou de gaz réducteurs. D'autres inconvénients du fourneau à soufflerie en tant que moyen de faire du pentoxyde de phosphore seront indiqués plus loin.
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maintenir une atmosphère réductrice dans la charge lorsque les gaz de chauffage sont d'une nature oxydante est de placer la charge dans des moufles ou cornues. Cette façon de faire entraîne des ennuis de tous genres fonctionnement intermittent, dû à la nécessité de charger et de recharger les cornues périodiquement, faible allure de transfert de chaleur
à travers les parois et à travers la masse elle-même jusqu'au coeur de celle-ci, dépense de remplacements de cornues et ainsi de suite.
Le demandeur a trouvé que les difficultés éprouvées quand on fait usage de cornues ou de moufles peuvent être évitées, et qu'on peut brûler d'une façon sensiblement complète le combustible de chauffage, en faisant usage de fourneaux à réverbère à la condition qu'une atmosphère sensiblement exempte d'oxygène et d'anhydride carbonique soit maintenue dans la charge et au voisinage immédiat de celle-" ci. Dans ces conditions, du phosphore se dégage de la charge, passe à travers l'atmosphère exempte d'oxygène, etc. de la charge dans le courant de gaz de chauffage contenant des
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oxygène et, là, est oxydé en pentoxyde de phosphore. L'oxydation du phosphore loin de la charge ne cause aucun préjudice, car le pentoxyde de phosphore est emporté du fourneau pour être recueilli subséquemment.
Si, d'un autre coté, il est permis à l'oxydation du phosphore de se produire sur, ou dans, les couches super". ficielles de la charge, le pentoxyde de phosphore peut alors réagir avec la chaux présente pour reformer du phosphate de calcium qui, comme cela a déjà été expliqué, ne subit pas l'action de silice seule à une température de 1300[deg.] à 1400[deg.]C.
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du carbone ou de l'hydrogène soit une réaction endothermique, l'oxydation de phosphore élémentaire par de l'anhydride carbonique et la formation résultante d'oxyde de carbone est une réaction exothermique. Par suite, pour effectuer l'oxydation du phosphore, il n'est pas nécessaire d'avoir une quantité équivalente d'oxygène libre dans les gaz de fourneau. Comme le phosphore est facilement oxydé par l'anhydride carbonique, il est évidemment important que les gaz qui se trouvent dans la charge et l'entourent immédiatement soient non seulement exempts d'oxygène mais, aussi, sensiblement exempts dtanhydride carbonique.
Le maintien de cette enveloppe de gaz réducteurs autour de la charge fait qutil est bon d'introduire celle-ci en un courant ou nappe uniforme le long des côtés du fourneau à réverbère. De cette façon la charge, avant fusion, se trouve le long des côtés du courant de gaz de chauffage et ces derniers ne frappent point dessus et, par cela même, n'écartent pas l'enveloppe de gaz réducteurs comme cela se présenterait avec un chargement central. De plus, dans ce dernier cas, les gaz réducteurs pourraient se perdre en
une partie quelconque de la charge, ou tantôt à un endroit et tantôt à un autre, les vides offrant un espace plus que suffisant pour le mouvement de ces gaz. S'il y avait un mouvement temporaire dans une direction, ce qui permettrait ainsi un échappement d'un des côtés de la pile ou tas, il pourrait y avoir pénétration de gaz de combustion oxydants dans la même direction dans le côté opposé de la pile ou tas avec annulation, qui en serait la conséquence, de la réduction de phosphore.
Bien que le courant général des gaz soit de l'extrémité de chauffe du fourneau à réverbère au carneau de sortie, dans un chargement soit latéral ou cen- tral il y aura un passage modéré à mouvement lent, dans le premier cas, et un déplacement d'un côté à l'autre à un plus ou moins grand degré, dans le second cas, tendant ainsi, dans ce second cas, à retarder dans une notable mesure la réduction finale du phosphore présent, en raison d'une série de réductions et d'oxydations, et nécessitant également l'usage d'une plus grande quantité de matière réductrice.
On notera que l'écoulement régulier de gaz réducteurs de la charge dans le fourneau et la réduction d'une partie, au moins, de l'anhydride carbonique contenu dans les gaz de chauffage en oxyde de carbone par l'oxydation du phosphore ont pour résultat un gaz de carneau qui, après
la séparation de l'acide phosphorique, à la composition de gaz de gazogène faible et peut être utilisé comme tel.
On a déjà mentionné un des inconvénients qu'il y
a à faire usage d'un fourneau à soufflerie pour amener la décomposition des phosphates, à savoir l'inefficacité dans la consomption du combustible en raison de la nécessité de maintenir des conditions réductrices, surtout que des conditions réductrices dans la décomposition de phosphates impliquent une absence importante d'anhydride carbonique et non pas la simple présence de petites quantités de gaz réducteurs comme l'oxyde de carbone ou l'hydrogène.
Un second inconvénient que présente l'usage d'un fourneau à soufflerie est qu'il ne convient pas pour des opérations exigeant un temps considérable pour être menées à
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flerie est un traitement "passager" tandis qu'on peut dire que le traitement au fourneau à réverbère est un traitement "pénétrant". Dans un fourneau à soufflerie, la charge, consistant en roche phosphatée, ou phosphate minéral naturel,
en fondant et en matière réductrice, forme une colonne verticale dans laquelle des gaz chauds passent. Même lorsqu'on procède à un briquettage, toute la scorie fondue, aussitôt qu'elle se forme, s'écoule rapidement de la matière réductrice et de la roche et de la silice non encore fondues. Lorsque cette scorie fondue arrive au bas du fourneau, elle forme une mare relativement profonde avec, seulement,une petite surface supérieure exposée. De plus, comme cette surface exposée est adjacente aux tuyères, elle n'est point soumise
à des conditions réductrices et, par suite, toute matière phosphatique qui y reste n'a point l'occasion d'être réduite.
Lorsqu'on emploie un fourneau à réverbère, le lac de scorie peut être exposé à la pleine température du fourneau aussi longtemps qu'on le désire et, en faisant usage d'assez de matière réductrice pour laisser des particules de carbone flotter sur la surface de la masse de charge fondue et de scorie, on peut maintenir, pendant ce traitement thermique, les conditions réductrices désirées. Le carbone qui reste flottant sur la masse fondue de charge et de scorie agit tant comme réducteur que comme agent protecteur et, éventuellement, aussi comme source supplémentaire de chaleur. Ce carbone se déplace avec la scorie, sur une certaine distance, vers l'extrémité de coulée du fourneau, en étant éventuellement brûlé par l'excès d'oxygène, 3 à 5 pour cent par exemple, existant dans les gaz de fourneau contenant normalement 13 à 15 pour cent d'anhydride carbonique, ou
par l'anhydride carbonique avec formation d'oxyde de. carbone.
Dans la pratique, le demandeur a trouvé avantageux de faire usage d'un long fourneau, ayant par exemple 18 à
20 mètres de long et 4 mètres et demi à 6 mètres de large,
de façon que, la plus grande partie de la réduction et de
la fusion se faisant dans la moitié de chauffe du fourneau, la masse fondue ait à parcourir au moins douze mètres, en moyenne, avant d'être retirée. Par une telle opération, on est à même de produire des scories ne contenant pas plus de 0,5 % de pentoxyde de phosphore.
Un autre inconvénient' du fonctionnement de fourneaux à soufflerie est qu'on ne peut faire usage de matières très fines sans les briquetter d'abord en masses de grosseur considérable; autrement, les gaz de chauffage ne peuvent pas pénétrer la charge. Le briquettage doit être bien fait, puisque les briquettes ont à supporter, sans s'écraser, le poids de la charge surnageante. Naturellement, c'est là une opération coûteuse aussi bien qu'ennuyeuse.
Dans un fourneau à réverbère, on peut faire avec avantage usage de matière fine sans briquettage, car le
seul mouvement de gaz nécessaire dans la charge est une filtration lente d'oxyde de carbone et d'hydrogène, de dedans en dehors, dans le fourneau, ces gaz entraînant avec eux les vapeurs de phosphore.
Un autre inconvénient encore du fonctionnement de fourneaux à soufflerie est la production excessive de poussières de carneau. Le vent à haute pression joint au passage des gaz sous pression à travers la charge produisent
de bien plus grandes quantités de poussières de carneau que, ce n'est le cas avec un fourneau à réverbère, où les gaz de chauffage ne sont pas sous une pression prononcée et ne passent ni à travers la charge ni à travers la scorie qui en est formée.
Comme l'emploi de températures relativement élevées, 1200[deg.]C ou plus, est nettement indiqué dans la pratique du procédé de l'invention, la chauffe du fourneau est le mieux effectuée par la combustion dtun combustible convenable, avec l'aide d'air de combustion réchauffé. Cela s'effectue le plus avantageusement en utilisant les gaz, chargés de poussière, intensément chauds, sortant du fourneau pour réchauffer l'air pour la combustion.
Les régénérateurs de chaleur sont de deux types. Le premier type comprend ceux dans lesquels le flux des
gaz de chauffage et des gaz à chauffer à travers la structure est continu et où le transfert de chaleur se fait par conduction à travers une paroi séparatrice. Ce mode d'échange de chaleur est connu sous le nom de système à double surface. Le second type implique le flux intermittent des gaz de chauffage et des gaz à chauffer, alternativement, à travers la même structure, habituellement un empilage de briques réfractaires..Ce type d'échangeur de chaleur dépend
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dissantes, de matière réfractaire. Quand on fait usage du premier type de régénérateur, il est très désirable que les parois séparatrices aient une haute conductibilité calorifique par unité de surface exposée. Or, des parois en matière réfractaire, comme la brique réfractaire, doivent avoir une épaisseur relativement grande, pour donner une résistance mécanique adéquate, et cette épaisseur, jointe à une très basse conductibilité calorifique spécifique, a pour résultat un mauvais échange de chaleur par conduction à travers ces parois.
L'empilage de briques a l'avantage que, seul,
un chauffage superficiel des briques réfractaires est nécessaire; mais, lorsqu'on fait usage d'un empilage de briques, il se présente des difficultés dans des cas où les gaz de chauffage entraînent de grandes quantités de matière en suspension. Dans des cas de ce genre, l'empilage agit comme un collecteur et les espaces entre les briques s'obstruent rapidement.
On peut éviter l'inconvénient, relativement à l'obstruction, auquel on se heurte avec un empilage de briques en faisant usage de régénérateurs de chaleur du premier type avec parois réparatrices en métal, habituellement du fer ou de l'acier, et grands espaces ou passages pour les gaz chauffants. Toutefois, dans le cas de la fabrication d'acide phosphorique, de nouveaux problèmes se posent, principalement le fait que, dans cette fabrication, la température des gaz chauffants est de 1100[deg.] à 1200[deg.]C, ou plus, et que le fer ne peut être chauffé, sans destruction, à plus de 800[deg.] à 900[deg.]C. Cependant, le demandeur a découvert un fait remarquable qui permet un usage parfaitement satisfaisant
de tuyaux à air en fer dans l'échangeur de chaleur. Ce fait est que, en opérant lentement et avec soin, au début, il peut se former autour du fer un revêtement qui assure à celui-ci la protection nécessaire sans empêcher le transfert désiré de chaleur des gaz chauffants à l'air.
La formation d'une telle couche est surprenante pour cette raison que le pentoxyde de phosphore fond à
800[deg.]C, c'est-à-dire à une température inférieure d'au moins
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ce que les globules liquides de pentoxyde de phosphore tenues en suspension dans les gaz de carneaux se condensent sur la surface du fer et coulent.
L'examen du revêtement formé a révélé le fait qu'il est constitué par un mélange de poussière de carneau et de pentoxyde de phosphore, bien que sa composition finale soit incertaine et puisse comprendre des phosphates de calcium, de l'acide métaphosphorique et d�autres produits. La poussière seule n'est pas adhérente, de sorte que le revêtement est produit par l'action combinée de deux matières dont ni l'une.ni l'autre, seule, ne sont capables de produire un tel revêtement.
Le revêtement exerce son action protectrice comme résultat de sa faible conductibilité calorifique, comparé
au métal qutil protège. En supposant que la température finale de l'air dans le tuyau soit 500[deg.]C, avec la surface inter-. ne du métal à 600[deg.]C tandis que la température de gaz de car" neau autour de ce tuyau est 1200[deg.]C, il est clair qu'avec
des épaisseurs égales de métal et de revêtement et un rapport de conductibilité calorifique de 10 1 1 pour le métal et le revêtement, respectivement, la chute de température entre la surface externe du revêtement et la surface interne du tuyau sera divisée à peu près dans le même rapport, de sorte que la température de la surface externe du fer sera d'environ
660[deg.]C, c'est-à-dire bien au-dessous du point de ramollisse*" ment ou de destruction du fer ou de l'acier.
La composition de la charge exige que-les ingrédients soient convenablement proportionnés pour, d'une part, former une scorie facilement fusible et, d'autre part, libérer le phosphore sous forme de phosphore élémentaire. La condition de première part impliqué l'observation de la proportion convenable des constituants acides et basiques de la charge et celle de seconde part, l'addition d'une quantité de matière réductrice suffisante pour libérer le phosphore élémentaire.
Pour proportionner les constituants basiques et acidiques de la charge, on doit prendre en considération
la composition de la matière traitée. Bien des roches phosphatées, ou phosphates minéraux naturels, contiennent de la silice, des silicates, du carbonate de calcium et d'autres substances formant scorie. Une des formes de roche phosphatée essayée s'est trouvée être de nature à entrer d'elle-même en fusion et n'a exigé aucune addition de silice pour donner une scorie facilement fusible à une température de
1300[deg.] à 1400[deg.]C. Un échantillon de cette roche a donné, à l'analyse, la composition suivante
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Pour déterminer la composition de la charge, on considère toute alumine comme se .combinant.', avec la chaux
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duit par cela même la quantité de silice nécessaire pour former la scorie. On prend une molécule de magnésie comme équivalent de 1,4 molécule de chaux. On n'a pas àconsidérer la teneur en fer, puisque le fer forme du phosphure de fer et ne se combine pas avec la silice et va dans la scorie. Sur cette base, dans la roche ci-dessus, il y a, pour chaque
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seule molécule ne donne qu'une scorie fortement basique, très difficilement fusible. Quatre molécules donnent une
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de. Il va sans dire qu'aux endroits où, dans le présent mémoire, il est question de la relation entre la CaO et la
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ment. Il va également sans dire qu'avec une matière fortement siliceuse ou fortement alumineuse il peut être nécessaire d'ajouter de la chaux pour assurer l'équilibre désiré entre
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englobe le traitement de matière brute qui est de nature à entrer d'elle-même en fusion ou qui exige l'addition soit de silice ou de chaux.
La quantité et la nature de matière réductrice dont on fait usage doivent être suffisantes non seulement pour réduire le P <2> 0 de la charge en phosphore élémentaire et réduire tous autres composés réductibles, mais aussi pour produire et maintenir une atmosphère réductrice, consistant principalement en oxyde de carbone et hydrogène et sensiblement exempte d'oxygène et d'anhydride carbonique, dans la charge et dans le voisinage immédiat de celle-ci.
La production de cette atmosphère non oxydante protectrice sur la surface de la charge s'obtient commode**
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ducteurs dans la charge et, en second lieu, en faisant usage d*un excès de matière réductrice de façon que cet excès,
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rie après que la charge a fondu. Ce carbone flottant confia nue à réagir avec tous phosphates non réduits et (ou) tout pentoxyde de phosphore qui peut encore subsister et, comme résultat de cette action réductrice, du phosphore élémentaire se volatilise de la masse fondue, est oxydé plus tard et devient alors partie de la matière quittant le fourneau avec les gaz de cerneau.
Le dégagement de gaz réducteurs à l'intérieur de la charge est aidé par l'usage de houille bitumineuse ou de houille semi-bitumineuse (toutes deux appelées ci-après houille bitumineuse), ou d'autre matière réductrice contenant de la matière combustible volatile, au lieu de coke. La première action de la chaleur sur la charge est de cokéfier cette houille, ou son équivalent, et l'hydrogène ainsi que les hydrocarbures passent à travers la charge qui se trouve dans le fourneau, en enlevant par cela même l'air des vides. En outre, les hydrocarbures sont largement décomposés, par la chaleur des couches superficielles de la charge et du fourneau, en carbone et hydrogène. Le carbone formé se dépose sur la surface des particules solides de la roche phosphatée et est ainsi amené en contact intime avec la matière à réduire.
L'hydrogène vient également en contact avec la roche phosphatée et exerce sur elle une action réductrice.
On a obtenu de bons résultats, dans la pratique, en faisant usage de roche de la composition sus-indiquée, en employant 15 % du poids de la roche de houille bitumineuse broyée à la grosseur de 6 mm ou plus fine.
Le carbone et l'hydrogène contenus dans cette quantité de houille excède de presque 100 % ce qui est théoriquement nécessaire pour la réduction du pentoxyde de phosphore en phosphore. Une partie de cet excès est consumée pour réduire le fer présent en phosphure de fer. Une autre partie est employée à former une couche flottante de coke sur le dessus de la scorie, pour assurer l'atmosphère sensiblement exempte d'oxygène et d'anhydride carbonique désirée dans la charge et la scorie qui en est faite et dans le voisinage immédiat de ces dernières.
L'usage de houille comme agent réducteur pour la charge a cet autre avantage que de la vapeur est formée par
Il la combustion de l'hydrogène de la houille. Habituellement, lorsque des valeurs sont entraînées en suspension dans les gaz de carneau, comme elles le sont dans la présente invention, la présence de grandes quantités de vapeur d'eau
dans les gaz de carneau provenant du fourneau est à éviter, car elle gêne la séparation des valeurs et donne un produit humide et collant qui exige un séchage. Toutefois, le demandeur a trouvé que, dans le présent cas, une teneur considérable en humidité dans les gaz de carneau constitue un avantage marqué. Cette teneur en vapeur ou en humidité peut être utilisée pour former des acides phosphoriques, ou des solutions de ceux-ci, en refroidissant simplement les gaz de fourneau. De la vapeur est également introduite comme résultat de la combustion du combustible dont on fait usage pour chauffer le fourneau.
Dans la pratique réelle, le demandeur a trouvé qu'environ 5 % ( de la roche traitée) de houille suffit pour chauffer le fourneau, si l'on fait usage d'air préalablement réchauffé. La teneur en hydrogène des 15 % de houille ajoutés à la charge et des 5 % dont il est fait usage pour chauffer le fourneau est amplement suffisante pour offrir toute la vapeur requise. Avec de la houille contenant 5 % d'hydrogène, il se forme 9 % de vapeur d'eau, en poids, basés sur la roche traitée. 9 parties d'eau se combinent avec 35,5 parties de P<2>05 pour former de l'acide
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ge du mélange de roche et de houille sus-mentionné, il y a par conséquent, dans les gaz tirés du fourneau, plus qutassez de vapeur d'eau pour se combiner avec tout le pentoxyde de phosphore formé et entraîné avec ces gaz afin de former de l'acide soit pyro-ou ortho-phosphorique.
Il est, naturellement, évident que si l'on chauffe le fourneau au pétrole ou au gaz naturel, la quantité de vapeur d'eau formée sera beaucoup plus grande puis-
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usage de tels combustibles pour chauffer le fourneau, il peut se former assez de vapeur même lorsque l'on ajoute du coke à la charge comme réducteur.
Une seule molécule de pentoxyde de phosphore peut se combiner avec une, deux ou trois molécules d'eau pour former des acides méta-, pyro� et ortho-phosphoriques, respectivement. Le premier ressemble à du verre, comme caractéristiques physiques, et ne forme pas un liquide mobile lorsqu'on le chauffe aux pressions atmosphériques. Toutefois, l'acide pyrophosphorique fond à 61[deg.]C pour former un
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me façon à 38[deg.]C. On peut utiliser cette propriété, suivant le présente invention, pour être à même d'obtenir l'un ou l'autre de ces derniers acides, ou les deux, sensiblement purs et exempts d'eau autre que l'eau de combinaison. Si
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contenant de la vapeur d'eau et du pentoxyde de phosphore, on obtient un condensé liquide consistant en acide phosphorique ayant moins d'eau de composition que l'acide orthophosphorique et consistant, probablement, principalement en aci-
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sensiblement anhydre se condense sous une forme liquide. Plus la température est basse et plus l'acide contient des quantités croissante. d'eau, la teneur en eau dépendant de la température tant qu'un excès quelconque de vapeur d'eau est présent dans les gaz.
/ On peut collecter de diverses façons le pentoxyde de phosphore et (ou) les acides phosphoriques finement divisés. On peut, par exemple, faire usage d'une précipitation électrique par le procédé Cottrell soit seule soit comme
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Un autre procédé, présentant certains avantages sur le procédé électrique en ce sens qu'il offre le moyen de refroidir aussi bien que de collecter les valeurs prove-
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cide pyrophosphorique que l'acide orthophosphorique sont liquides à la température de leur condensation, de sorte que ces acides peuvent être employés pour refroidir les gaz soit totalement ou en partie et, en même temps, produire la collecte et la condensation de leur constituant acide. Cela peut se faire de diverses façons, dont une consiste à faire passer les gaz chauds, de bas en haut, à travers une colonne dans laquelle descend l'acide phosphorique, l'acide qui se rassemble au bas étant passé à travers une chambre de refroidissement puis ramené par une pompe au sommet de la colonne.
En réglant les allures relatives d'écoulement des gaz chauds et de l'acide le long de la colonne, ainsi que les températures des gaz chauds et de l'acide ramené dans le cycle, on peut obtenir tout produit désiré, allant de l'acide pyrophosphorique, avec un peu d'acide métaphosphorique, jusqu'à une solution aqueuse d'acide orthophosphorique. On peut retirer le condensé, de temps à autre ou continûment, en prenant soin, bien entendu, de laisser suffisamment d'acide pour le ramener dans le cycle à travers la colonne et la chambre de refroidissement.
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en pratique dans des appareils de diverses dispositions, on
a représenté sur le dessin ci-joint une disposition d'installation qui convient à cet effet.
r Sur ce dessin Fig. 1 représente, schématiquement, la première portion de cette installation; Fig. 2 représente la seconde portion de la dite installation; Fig. 3 représente, à grande échelle et en élévation latérale, le fourneau à réverbère; <EMI ID=34.1> respectivement, fig. 3.
L'installation comprend un fourneau à réverbère,
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chaque côté. Toutes les trémies reçoivent la charge type régulière de roche phosphatée et de houille, avec ou sans silice ou chaux additionnelles. La charge ainsi introduite se-
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re du fourneau en chaque point. En un point voisin de l'extrémité de chauffe, la réduction et la fusion de la charge s'effectueront à l'allure maximum, de sorte que bien que le chargement se fasse sur toute la longueur du fourneau, la plus grande partie de la scorie est formée dans la moitié de chauffe de celui-ci et, par conaéquent, la distance moyenne que cette scorie a à parcourir avant d'être déchargée est d'environ 12 mètres pour un fourneau de 20 mètres de long.
Les détails du fourneau à réverbère sont représen-
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descend dans le fourneau jusqu'à ce que les surfaces extérieures des piles ou tas résultants de matière désagrégée, audessous des trémies, aient atteint l'angle de repos; toute nouvelle descente ou écoulement de charge cesse alors. A mesure que la charge est réduite et fond pour former le lac de
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scorie 41 et la couche 42 de phosphure de fer située audessous, de la matière fraîche descend automatiquement des trémies vers la scorie de façon à maintenir un angle de re-
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langée. Il n'y a par conséquent pas de tas ou pile inerte de charge mais, au contraire, une masse constamment en mouvement.
Une très légère pression négative est maintenue dans le fourneau, de manière à empêcher des gaz combustibles de s'échapper à travers des fissures du fourneau et à travers les matières qui se trouvent dans les trémies, et de brûler. Pour empêcher un flux excessif d'air à travers la charge contenue dans les trémies, la charge doit être raisonnablement fine, de la grosseur de six millimètres environ, ou même moins, par exemple.
Le fourneau à réverbère peut être chauffé de tou-
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vérisée, ou à la houille en morceaux lorsqu'on fait usage d'une grille. Dans la disposition représentée, la chauffe est faite par de la houille pulvérisée venant d'une trémie
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l'air supplémentaire peut être fourni, si on le désire, par un by-pass 14, autour des brûleurs à poussier de houille. Pour produire un chauffage uniforme on peut faire usage de
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présenté cinq. Ces brûleurs sont tous reliés à une nourrice
44 et il est prévu des valves 45 pour permettre de mettre hors d'action un ou plusieurs des brûleurs si on le désire.
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pulvérisée est amenée au brûleur par une vis sans fin 46, mise en rotation de toute manière convenable.
La charge est réduite et fondue dans le fourneau et la scorie fondue formée est retirée à travers une ouver-
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expliqué, tout fer présent dans la charge forme du phosphure de fer et, comme celui-ci est plus lourd que la scorie, il forme une couche fondue au-dessous de la scorie et on peut le retirer de temps à autre par une ouverture 16. On notera que les orifices de sortie pour la scorie et le phosphure de fer sont chicanés l'un par rapport à l'autre (fig.
5), de sorte qu'une décharge peut s'effectuer par les deux orifices simultanément.
Les gaz de fourneau entraînant du pentoxyde de phosphore passent, par un carneau 17, à un échangeur de chaleur 18 (fig.l). On peut faire usage de diverses dispositions d'éohangeurs de chaleur, mais un des plus satisfaisants, pour des raisons déjà données, est le type à double surface. Dans la disposition représentée, l'échangeur comprend une
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tuyau de fer qui descendent du plafond et à travers lesquels
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née par un moteur gl. On peut prévoir un nombre quelconque de ces boucles de tuyau, leur disposition et leur longueur totale étant fonction de la quantité d'échange de chaleur
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le moyen de faire passer une partie des gaz venant du fourneau à réverbère autour de l'échangeur de chaleur, si on le désire, pour abaisser la température de l'air pour la combus-
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exemple; mais, en supposant que l'installation ait été mise préalablement en état de fonctionnement, ces tuyaux sont dé-
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que concentrée venant du fourneau, comme cela a été expliqué précédemment, et, par conséquent, les dits tuyaux peuvent être exposés, sans danger de destruction, à une température bien supérieure à la température destructive pour le fer. Suivant ltune des façons d'assurer préalablement ce revêtement protecteur des tuyaux de l'échangeur de chaleur, on peut, au début, faire fonctionner le fourneau à une allure réduite et de telle manière que les gaz de fourneau pénétrant dans l'échangeur de chaleur soient à une température inférieure à celle qui est destructive pour les tuyaux en fer, ce qui offre ainsi l'occasion à la quantité nécessaire de matière de se condenser sur les tuyaux pour former une couche protectrice.
Après le premier dépôt de poussière de carneau
et d'acide phosphorique sur les tuyaux, il y a beaucoup moins de tendance, de la part de ces matières, à adhérer et les particules plus lourdes, entraînées par les gaz de carneau, tombent simplement au fond de la chambre, d'où on peut les enlever de toute manière commode sans interrompre le fonctionnement du fourneau. Cette matière a ordinairement une teneur assez élevée en acide phosphorique pour donner, avec la poussière de carneau, un produit similaire au phosphate
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De l'échangeur de chaleur, les gaz passent à travers un refroidisseur par air .2.4 et, de là, à une ou plusieurs colonnes à acide, dont on a représenté trois àjtitre d'exemple, bien qu'on puisse en employer davantage.
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ge de briques ou de tuiles ou une masse de matière inerte concassée, 27, supportée par une grille 28, et ils sortent par un tuyau 29.
Au bas de la colonne se trouve une mare, 30, d'aci-
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celle-ci à travers un serpentin contenu dans un refroidisseur <EMI ID=52.1>
de nouveau circuler rapidement l'acide phosphorique, en cycle fermé, de la manière indiquée, les gaz de carneau se trouvent complètement lavés et sensiblement toute la poussière de carneau qui ne s'est pas déposée dans l'échangeur de chaleur est enlevée/en même temps. L'acide condensé contenant la poussière de carneau enlevée par lavage peut
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La matière ainsi retirée, de même que celle obtenue par sédimentation dans l'échangeur de chaleur, convient comme engrais puisqu'elle contient assez d'acide
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ble comme aliment pour les plantes.
La collecte d'acide phosphorique par des liquides, que ce soit par de l'acide phosphorique ou par des solutions d'acide phosphorique ou par de l'eau, ne s'effectue pas aussi facilement que la collecte de matière étrangère solide, comme la poussière de carneau. Par suite, on peut employer cette première colonne pour extraire la plus grande partie de la poussière de carneau et, en même temps, permettre à une forte proportion de l'acide phosphorique tenu en suspension de passer aux autres colonnes pour le refroidissement et l'extraction de l'acide, y contenu, restant. Pour obtenir ce résultat, l'allure de la remise en circulation de l'acide dans la première colonne est maintenue relativement basse, comparée à l'allure de remise en circulation de l'acide dans la seconde et la troisième colonnes.
Les gaz de carneau, débarrassés de la poussière de carneau dans la colonne 25, mais contenant encore une quantité considérable d'acide phosphorique, passent par un
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sire, refroidis au cours de ce passage par un refroidisseur par eau 36'. Cette colonne, dans la disposition représentée,
1// a pour but de former de l'acide ayant moins dteau de combi-
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de de fonctionnement général de cette seconde colonne sont
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tion détaillée est inutile. Il- en est de même pour la troi� - sième colonne 36. La seconde et la troisième colonnes sont, toutefois, disposées de façon que l'acide condensé dans la troisième puisse déborder et revenir, par un tuyau 37 ' . au bas de la seconde colonne pour permettre à une partie de l'acide orthophosphorique formé dans la troisième colonne
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moins d'eau de composition, comme l'acide pyrophosphorique, par évaporation d'eau ou condensation d'acide.
Pour illustrer un des modes de fonctionnement de l'installation sus-décrite, on peut donner le tableau sui-
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La chaleur enlevée aux divers stades de l'opération n'est pas simplement la chaleur spécifique des gaz et de la matière tenue en suspension par eux, mais aussi la
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former d'abord de l'acide métaphosphorique, puis de l'acide pyrophosphorique et, finalement, de l'acide orthophosphorique.
On peut faire varier ces températures selon les produits désirés et les quantités relatives de chacun de ces produits. Il va également sans dire que, quand on emploi une précipitation électrique, comme le système Cottrell, il peut y avoir une série de chambres de précipitation dans lesquelles non seulement les températures mais aussi les voltages imprimés sont réglés de façon qu'on puisse obtenir une série de produits différenciés dans les diverses chambres. On peut faire usage d'une nouvelle précipitation électrique, après le traitement par les colonnes, pour faire subir aux gaz une action de nettoyage finale.
Bien que l'on ait décrit le procédé et l'appareil en ce qui concerne en particulier la production diacides phosphoriques, ils sont également applicables, avec les modifications convenables, à la production et à la collecte de phosphore élémentaire. Toutefois, dans ce cas, des conditions réductrices doivent être maintenues dans tout le fourneau et jusqu'au point en lequel le phosphore élémentaire se sépare. Quelles que soient les précautions prises, une certaine oxydation du phosphore se produira sans doute, de sorte que l'on pourrait avantageusement conduire ce procédé de manière à obtenir et collecter tant de phosphore élémentaire que de l'acide phosphorique.
Il va également sans dire que, comme la charge dégage des gaz combustibles, le chauffage aussi bien que la réduction de la charge peuvent être effectués par la matière réductrice introduits dans la charge, auquel cas, après que le fourneau a été mis en marche, on peut interrompre la fourniture de houille pulvérisée, ou son équivalent, et ne souffler que de l'air chaud dans le fourneau.