BE386938A - - Google Patents

Description

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  "Procédé pour la préparation du carbonate de potasse". 



   La présente invention se réfère à un   procédé   pour la pré- paration du carbonate de potasse,à partir de sulfate de potassium. 



   Alors que l'on peut préparer avec une facilité relative la soude en partant des sels de sodium, il est très difficile d'ob- tenir du carbonate de potasse à partir des sels de potassium, par exemple à partir du sulfate de potassium, par double   déoompo-   sition avec d'autres   oombinaisoanorganiques,   On n'a pas encore réussi par exemple, jusqu'à présent, à transformer le sulfate de potassium en carbonate de potasse par l'action de la chaux 

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 vive et de l'anhydride carbonique. Des essais de préparation du carbonate de potasse par réduction de sulfate de potassium par le charbon, par un procéda de fusion analogue au   procède   leblane,   n' ont   pas non plus donné un résultat satisfaisant au point de vue économique. 



   A l'opposé de ce procédé de nature   purement   inorganique, l'invention permet d'obtenir du carbonata de potasse à  è l'inter-   vention de produits organiques intermédiarires. On forme tout d'a-   bord.,   comme produit intermédiaire, du formiate de potassium en partant du sulfate de potassium, d'un hydrate   alcalino-ter-   reux et de l'oxyde de carbone ou de gaz renfermant de l'oxyde de carbone; on transforme en--suite ce produit intermédiaire en carbonate de potasse et, à cet fet, on le   soumet à.   une calcina - tion qui   1'.oxyde.   



   On réussit de cette manière en accouplant   successivement   dans l'ordre logique des réactions connues on partie et en partant de matières premières peu coûteuses telles que la chaux, le char- bon et l'air à obtenir du carbortate de potasse pur et des produits secondaires importants, à partir du sulfate de potassium, avec un résultat satisfaisant au point de vue économique. 



   On   connaît   déjà le procédé qui consiste   à   transformer   direc-     tement   en carbonate de potasse un sulfate alcalin que l'on sou- met à cet effet à l'action de gaz renfermant de l'oxyde de car- bone, à des températures de 400 à 200 ; il s'échappe alors de l'anhydride sulfureux que l'on élimine par dépression. Il s'a- solide   git   en l'occurrence d'une réaction entre   une     phase/et   une phase gazeuse. Le nouveau procédé, lui, opère par contre en solution ou en suspension acquense et il passe tout d'abord par un produit intermédiaire organique (formiate de potassium) pour arriver en- fin au carbonate de potasse que l'on obtient par calcination de ce dernier corps. 



   Les conditions chimiques et les conditions physiques qui président aux deux procédés sont donc de principe essentiellement 

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 différentes. Il en est   de me   pour un autre vieux   procédé   dans lequel on transforme du sulfate de potassium en carbonate de potasse en passant par le cyanure de potassium. Tandis que, dans ce vieux procédé, on transforme le cyanure de potassium, avec des difficultés et en subissant des pertes, en carbonate de potasse, sous l'action de   l'anhydride   oarbonique , on prépare, conformément à l'invention,ce   produit à   partir de formiate de po- tassium avec un rendement quantitatif, par simple calcination oxy- dante. 



   On connaît aussi déjà le procédé de décomposition du sulfate alcalin par l'acétate de   alcium   et l'obtention de carbonate de potasse par décomposition de   l'acétate   alcalin ainsi formé. Mais dans ce procédé, on emploie, pour transformer le sulfate alcalin, une matière organique relativement coûteuse, notamment l'acétate de calcium. Le nouveau procédé , par contre, réussit en se servant de matières purement organiques à préparer le produit organique intermédiaire requis pour obtenir un résultat satisfaisant. Enfin, on a déjà aussi préparé du formate de sodium à partir de sulfate de sodium, d'hydrate calcique et d'oxyde de carbone; d'autre part, on a déjà transformé du formiate de sodium en le chauffant en présence d'une arrivée d'air avec dégagement d'oxyde de carbone, partiellement en carbonate de sodium.

   Mais le principe nouveau de l'invention , si l'on considère ces deux procédés, est Celui de leur combinaison et de leur emploi simultané pour opérer sur des sels de potassium. les équations qui suivent sont celles qui règlent la marche du nouveau procédé : 
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 (2) Ca (COOE) 2 + X2S04 = ùas04+±xC0oZ (3) 2 HCOOK + 02 .

   KC03 + 002 H20 
On recommande de préparer les quantités de sels formiques nécessaires pour le processus, selon le procédé connu par l'action de l'oxyde de carbone ou de gaz renfermant de l'oxyde de   oarbone   sur des bydroxydes alcalino-terreux   à   température élevée et à pression élevée : 

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 (1) Ca (OH)2+ 200   =la   (COOH)2 
On réunit   opportunément   les réaction 1 et 2 en un seul processus et l'on fait réagir de la chaux vive et du sulfate de potassium, en suspension   aoqueuse,   avec des gaz renfermant de l'oxyde de carbone. 



   Ce processus se passe conformément à l'équation ci-après: 
2 CO= (4) K2SO4+Ca (OH)2+/2 HCOOK+CaSO4 
On sépare par filtration le gypse difficelement soluble, et on cencentre le formiate de potassium formé, éventuellement a- près épuration de la solution pour, finalement, le calciner. On forme ainsi le carbonate de potasse pur conformément à l'équa- tion 3. 



   EXEMPLE I 
On traite 300 kgs. de sulfate de potassium et 120 Kgs. de chaux vive en solution diluée aqueuse dans des autoclaves en fer munis   d'un   dispositif agitateur à la température de 200 Cet sous une pression de 15 atm. effectives par du gaz de   générateur   épuré pendant un temps suffisant pour que le solution n'absorbe plus l'oxyde de carbone. On sépare de la solution par filtration le gypse qui s'est formé et   l'on   concentre jusqu'à siccité le fil- trat opportunément débarrassé de la chaux et du sulfate. On cal- cine le reliquat obtenu dans un four à réverbération ou dans un appareil de Thelen à flamme oxydante.

   La calcination fournit environ 200 Kgs. de carbonate de potasse. le formiate de potassium qui se   forme   dans ce procédé de préparation de carbonate de potasse, comme produit   intermédiaire,   n'est tout d'abord pas obtenu à l'état de pureté parfaite. En effet, il contient encore des sels de potassium, de   l'alumine,   du fer   etc..   qui passent ainsi dans le carbonate de potasse   ce   qui a pour conséquence de diminuer fortement la   valeur   de celui- ci.

   En outre, quand on porte à incandescence pour oxyder, on se heurte à d'autres inconvénients enoore, car les réactions qui se produisent sont trop rapides et   tumulteuses.   Il se produit ainsi 

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 facilement des pertes et/l'on ne peut observer les conditions nécessaires de la réaction qu'avec une difficulté extrême. Le carbone séparé au cours de ces réactions ne brûle que très dif-   ficelemnt.   



   Conformément à l'invention, on traite la solution de for- miate de potassium séparée du sulfate alcalino-terreux de ma-   nière   à préciser tout d'abord les impuretés, par exemple les sels de chaux, les combinaisons d'alumine et de fer, sous l'ac- tion de carbonate ou de bicarbonate potassique que l'on y   ajou-   te, en ajoutant de nouvelles quantités de carbonate ou de bi- carbonate potassique, on prépara une solution de formiate potas- sique contenant du potassium que l'on concentre jusque siooi- té et qu'enfin on calcine.

   On peut aussi, après précipitation des impuretés par le carbonate ou le bicarbonate de potassium concentrer tout d'abord la solution   jusqutà   siccité et ensuite seulement ajouter de nouvelles quantités de carbonate ou de bi- carbonate de potassium au formiate de potassium, avant l'accom- plissement du processus de la calcination. l'emploi de ces carbonates comme agent de précipitation est particulièrement oppurtun parce que de cette manière, on n'introduit en solution que des cations potassium. Après préoi- pitation de tous les constituais étrangers et particulièrement du carbonate de chaux, de l'hydroxyde de fer et de l'alumine, on obtient de la sorte une solution épurée qui donne après é- vaporation et calcination un carbonate de potasse à 90% qui donne une solution claire. 



   L'action de l'apport des quantités supplémentaires de car- bonate ou de bicarbonate de potassium est avantageuse pour plu- sieurs raisons. lors de la calcination du formiate de potassium il se passe plusieurs réactions.Quand le produit incandescent est chauffé à environ 350 , il se produit un vif dégagement d'hydrogène en même temps que la masse se boursoufle. En outre, il se sépare en même temps du carbone à l'état extrêmement dis- 

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 perse. Ces deux produits brûlent directement en présence de l'ap- port d'air avec un fort dégagement de chaleur, pour donner nais- sance à de l'eau et à de l'acide carbonique. Il résulte de ceci que la conduite de la réaction est difficile et qu'il n'est pas sussi facile d'empêcher les pertes.

   Il est difficile/d'obtenir un pro- duit Calciné qui soit complètement exempt de carbone.On évite toutes ces difficultés, de façon   extrêmement   simple en traitant été le formiate de potassium, dela manière qui a/exposée, après addi- tion de   carbonate   ou de bicarbonate de potassium. la réaction marche alors tranquillement et sans danger. A titre d'exemple, on dira que l'on ajoute une partie de carbonate à 3 parties environ de formiate de potassium. Avec cette méthode de travail on évite toute perte de potassium et en outre, en opérant la dilution par les carbonates , on réussit à brûler intégralement le carbone, à la température d'environ 700 . dans un laps de temps très court. On obtient ainsi un produit absolument blanc. 
 EMI6.1 
 a,2.'iL 2. 



   La solution formée lors de la préparation du formiate de potassium à partir de lait de chaux, de sulfate de potassium et de gaz de générateur a, après séparation du sulfate de calcium, à peu près la composition suivante : 
148   grs/litre   acide formique fixé = 270   grs/litre   HCOOk 
 EMI6.2 
 18 t1 1T K2S04 .ruz Il Il CaO Traces F0203 et A,205 
On Chauffe cette solution dans un dispositif d'agitation et de précipitation, opportunément en yfaisant passer de la vapeur, à la température de 90  et on y ajoute du carbonate de potasse solide ou dissous ou du bicarbonate de potassium. la quantité de 
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 earboté de potasse ajouté est, par litre do solution en réaction, de 18,5 grammes de K2CO 3.

   Ce carbonate de potasse que l'on ajoute provoque la précipitation d'environ 8,8 grammes/litre de carbonate de chaux (en termes de poids sec) pollué par une pe- tite quantité d'oxyde de fer et d'alumine. Après séparation du carbonate calcique par filtration, filtration qui se fait oppor- 

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 tunément à chaud, on obtient une solution de formiate de po- tassium à environ 27%. très pure et concentrée qui ne renferme plus qu'un peu de sulfate de potassium. On concentre cette solu- tion aussi fortement que possible. On peut employer à cet effet les évaporateurs à multiple effet ordinaires, soit évaporateurs sous vide, soit évaporateurs sous pression.

   En concentrant à la température de 140 C sous une pression de   760m/m   de mercure, on obtient une solution de formiate de potassium concentrée à 1100gr./ KHCO2 par litre de laquelle le sulfate de potassium se sépare presque complètement. Un litre de la solution ci-des- sus, qui contient 18 grammes de K2SO4 ,donne par précipitation sous l'effet de l'évaporation 17,4: grammes de K2SO4 qui se sé- parent. Le sulfate de potassium précité rentre dans la   proees-   sus de la réaction de formation du formiate. 



   La suite des opérations que subit la solution de formiate de potassium, à présent très pure et très concentrée, avant de la calciner pour en obtenir du carbonate de potasse, consiste à la déshydrater aussi fortement que possible. On y arrive en continuant à la soumettre   à   l'action de la chaleur, soit à la pression atmosphérique soit sous vide. Une solution de formiate de potassium chauffée à 210 à la pression atmosphérique oon- tient encore, par exemple, environ 3,5% d'eau. On peut également faire ruisseler la solution chaude et concentrée de formiate de potassium dans une tour où cheminent des gaz chauds en contre- courant. On peut se servir à cet effet, comme gaz chauds, des gaz résiduaires des fours de calcination, ce qui rend le bilan thermique du procédé très économique.

   On a   constaté   qu'il est avantageux de choisir comme matière première pour la construc- tion de ces appareils à déshydrater des matières résistant   à   l'action de la chaleur et à celle des aloalis, par exemple de la fonte au nickel, des aciers au   nickel-chrome,     eto.   



    @   
Pour calciner, on ajoute, dans un malaxeur   ,au   form iate      de potassium déshydraté et aussi chaud que possible, du carbo- 

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 nate de potasse moulu. Par kilo de formiate de potassium à 96-97%. on ajoute, par exemple, 0,8 Kilo de carbonate de potasse. On in- troduit ce mélange dans un four à flamme directe. L'hydrogène et de le carbone qui se   séparent/la   masse ont ainsi l'occasion de brû- ler. On retourne la masse de temps en temps.Quand la température du four a atteint 700   à   750 , on laisse le mélange pendant 30 à, 60 minutes à Cette température; on le retire ensuite, puis on ré- introduit directement une nouvelle charge. Il ne se produit pas de pertes de potasse lors de la calcination.

   Après broyage du pro- duit   calciné   refroidi, on a un carbonate de potasse très pur, blanc et qui donne des solutions claires; il a la composition suivante 99,5% de K2CO3, O,   15% de   K2SO4, 0,02% de KC1 et0,008% de matières insolubles. 



   On peut aussi ajouter le carbonate de potasse au formiate de potassium de manière à effectuer la précipitation des sels de chaux dissous, par un exoès de carbonate do potasse. 



   On peut aussi déshydrater le formiate do potassium par cris- tallisation; on laisse,   à.   cet effet, cristalliser la solution pure qui a été concentrée à environ 1,100 gr. / 1tr.KHCO2. On cen- trifuge éventuellement les cristaux et on les calcine après leur avoir ajouté du carbonate de potasse. 



   Dans la pratique , la calcination se fait oppertunément en continu. Ceci présente plusieurs avantages, En effet, tout   d'abor   les réactions secondaires dont il a été question plus haut et no- tamment la brusque libération de H2, s'accomplissent de façon beaucoup moins   tumultueuse, étant   donné que dans l'unité de temps, il ne réagit plus que de petites quantités [le substances; la sé-   ourité   du processus se trouve donc accrue. En ou.tre, quand le pro-   cessus   est continu , l'utilisation de la chaleur est meilleure et la surveillance plus simple. 



   Ce procédé continu peut pratiquer dans des fours à plateaux, dans des cuves Tbelen, dans des tambours rotatifs à chauffage in- 

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 térieur ou à chauffage extérieur. Ce sont toutefois les fours tournants qui conviennent la mieux; dans ceux-ci on peut opérer à flamme directe et avec courant de même sens que les gaz de combustion ou courant de sens contraire. On opère de préférence dans un courant de même sens, car dans ce cas, on évite les ag- glomérations et la formation de nodules dans le four et en outre, on assure une meilleure utilisation de la chaleur. On peut aussi empêcher l'agglomération de la matière en faisant agir un dis-      positif agitateur, par exemple une chaîne remorquée, au point d'alimentation du four.

   On a constaté que le réchauffage de la charge avant son entrée dans le four est extrêmement opportun, car ainsi la matière est portée, dans le four, avec toute la ra-   pidité   désirable, à sa température de décomposition; elle ne reste que peu de temps dans l'état fluide qui lui est néfaste. 



    REVENDICATIONS.   



   1. Procédé pour la préparation du carbonate de potasse, caractérisé par le fait que l'on prépare comme produit inter- médiaire à partir du sulfate de potassium, d'hydrate   aloalino-   terreux et d'oxyde de carbone ou de gaz renfermant de l'oxyde de carbone, du formiate de potassium que l'on transforme ensuite en carbonate de potasse par calcination.

Claims (1)

1. 2. Prioédé pour la préparation du carbonate de potasse conforme à la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on précipite de la solution de formiate de potassium séparée du sulfate alcalino-terreux tout d'abord les impuretés par addi- tion de carbonate de potassium ou de bicarbonate de potassium, par exemple les sels de chaux et les combinaisons da fer et d'a- lumine, après quoi en ajoutant de nouvelles quantités de car- bonate de potassium ou de bicarbonate de potassium, on prépare une solution de formiate de potassium contenant du carbonate de potassium, puis on évapore jusqu'à siccité et enfin on cal- cine.

   3. Procédé pour la préparation du carbonate de potasse <Desc/Clms Page number 10> conforme aux revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'après précipitation daa impuretés par le carbonate de potas- sium ou le bicarbonate de potassium, on évapore tout d'abord la solution jusqu'à siccité et qu'ensuite seulement, on ajoute au formiate de potassium, avant le processus de la calcination, de nouvelles quantités de carbonate de postessium ou de bicarbonate de potassium.

   4. Procédé pour la préparation du carbonate de potasse conforme aux revendication 1 à J, caractérisé par le fait que l'on effectue le processus de la calcination en continu.

   5. Procédé pour la préparation du carbonate de potasse conforme aux revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que tournant l'on effectue le processus de la calcination dans un four/dans le même sens de courant que celui des gaz de la combustion.