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"PERFECTIONNEMENTS AUX PROCEDES DE PRODUCTION D'UN ALUN BASIQUE PRECIPITE ".
La présente invention est relative à la production d'alun basique par un procédé dans lequel une solution d'un alun normal est'soumise à des températures supérieures à 140 C, et à des pressions correspondantes, de sotte qu'un alun basique à l'état finement divisé est formé et précipité et qu'il se forme une solution d'acide sulfurique et de sulfate alcalin et (ou) de sulfate d'ammoniaque qui a été éliminé de l'alun normal.
Par alun basique on entend un composé hydraté d'un sulfate alcalin et (ou) d'un sulfate d'ammoniaque et d'un sulfate basi- que d'aluminium.
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Ce procédé est avantageusement réalisé à une température d'environ 2000 C, et ne peut être utilement mis en oeuvre à des températures inférieures à 140 C. On sait également que, lors- que les solutions traitées consistent uniquement en une solution d'alun normal, environ 80 % seulement de l'alumine présente dans l'alun normal se retrouve dans le précipité d'alun basique, et qu'en incorporant à la solution une quantité de sulfate alcalin additionnel égale à celle présente dans l'alun normal, un alun basique peut être formé, renfermant environ 98 % de l'alumine présente dans la solution d'alun normal. Autant qu'on le sache, ce procédé de production d'un alun basique n'a pas été réalisé industriellement, probablement pour la raison qu'aucun moyen n'a été imaginé pour sa mise en oeuvre.
Du fait des fortes pressions résultant de la température élevée à laquelle on désire porter la solution, il est naturellement nécessaire que le récipient dans lequel la solution d'alun est traitée soit susceptible de résister à ces pressions, et également du fait que l'acide sul- furique éliminé au cours du procédé est contenu dans la liqueur mère de laquelle l'alun basique est précipité, il est en outre nécessaire que le dit récipient soit d'une nature telle qu'il ne réagisse pas avec l'acide.
Ceci obligerait, en pratique, à garnir un récipient en acier d'une matière ne réagissant pas avec l'acide contenu dans la solution, et, suivant l'invention, un récipient de ce genre est constitué par un corps extérieur en acier garni de plomb, mais on a constaté quelorsque le ré- cipient est chauffé extérieurement, une partie de l'alun basique précipité de la solution a tendance à adhérer au revêtement intérieur sous la forme d'une croûte fortement adhérente qui nuit considérablement à la conductibilité de la paroi du réci- pient, de sorte, que la température du garnissage en plomb peut
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être élevée à un point tel qu'elle atteigne même le point de fusion.
La conductibilité du récipient est faible, même dans les conditions normales, et, par suite de la résistance sup- plémentaire offerte par la croûte qui se dépose, elle devient encore plus faible, cet état de choses nuisant naturellement au chauffage convenable de la solution et entrainant également une élévation de température du corps extérieur en acier du récipient qui peut être dangereuse.
La présente invention a pour objet un procédé permettant de chauffer rapidement la solution d'alun à la température néces- saire pour assurer la précipitation rapide et effective de l'alun basique, régler le chauffage de la solution de manière à déter- miner la précipitation de l'alun basique sous la forme de parti- cules de la grosseur désirée, et, finalement, assurer le chauffage de la solution d'alun dans un procédé continu par lequel l'alun basique est précipité de cette solution lorsqu'on le fait passer sous la forme d'un courant continu à travers le récipient.
D'une manière générale, l'invention consiste à introduire la solution d'alun dans un récipient solide garni d'une matière non réactive, et à porter sa température au point désiré en injectant dans la solution contenue dans le récipient de la vapeur à haute pression à une température et en quantité suffisantes pour élever rapide- ment la température de la solution à un point assurant la réac- tion et dépassant 140 C.
La demanderesse a trouvé que, dans ces conditions, il est possible d'élever rapidement la température de la solution au point nécessaire ou désiré, de sorte que l'a- lun basique est précipité de cette solution sans avoir tendance à adhérer, d'une manière préjudiciable, aux parois du récipient, bien que,par le présent procédé de chauffage de la solution par introduction de vapeur à haute pression, une croûte adhérente
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d'épaisseur modérée ne serait pas nuisible et pourrait même être avantageuse en ce sens qu'elle diminuerait la vitesse de conduo- tion de la chaleur à travers les parois du récipient, et qu'en réglant le chauffage de la solution par une admission réglée de vapeur, il est possible de contrôler, dans de certaines limites, la groqseur des particules du précipité.
Ainsi, d'une manière générale, plus la température de la solution est augmentée gra- duellement, plus sera forte la grosseur des particules du préci- pité, alors que par un chauffage plus rapide il est possible de produire de l'alun basique sous la forme d'un précipité extrê- mement fin.
Bien que la présente invention puisse être mise en oeuvre par un procédé dans lequel la solution traitée est admise et maintenue dans le récipient sous la forme d'une seule et même charge, le récipient étant alternativement rempli et vidé, on a trouvé qu'il était nettement avantageux de réaliser l'invention dans un récipient dont la longueur est égale plusieurs fois son diamètre et dans lequel la solution d'alun est introduite à une extrémité et chauffée au degré désiré pendant son passage à tra- vers le récipient, la liqueur mère produite et contenant le pré- cipité d'alun basique en suspension étant distribuéeà l'autre extrémité du récipient.
Lorsque l'invention est réalisée de cette manière, il est éminemment désirable, et en réalité très impor- tant, que la vapeur soit amenée en contact avec la solution qui s'écoule en différents points de la longueur du récipient, deux ou un plus grand nombre d'arrivées de vapeur étant prévues et cette vapeur venant en contact avec la solution qui s'écoule en diffé- rents points de la longueur du dit récipient.
Il est préférable d'introduire la vapeur dans le courant qui s'écoule à une cer- taine distance de l'entrée du courant dans le récipient, de façon
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'que la partie du courant en avant de l'arrivée de vapeur soit graduellement chauffée et qu'il se forme de petits cristaux d'alun baqique qui, à mesure que la température du courant est augmentée lorsque celui-ci approche de l'arrivée de vapeur et passe en regard de cette dernière, augmenteront de grosseur. Si on désire obtenir des particules de faible grosseur, il est pré- férable que la vapeur soit admise plus près de l'entrée du courant dans le récipient, de façon qu'une plus grande quantité de cris- taux de grosseur plus faible soit formée.
L'utilisation de plu- sieurs arrivées de vapeur espacées l'une de l'autre est importan- te, pour la raison que la réaction par laquelle l'alun basique est produit est endothermique, et, de la manière décrite, la tempéra- ture élevée nécessaire est rapidement atteinte et est maintenue dans toute la masse de la solution qui s'écoule.
Dans la mise en oeuvre du procédé continu que l'on a dé- crit comme étant celle que l'on préfère, on a constaté que,lors- que le récipient, à travers lequel on a fait passer la solution, est entièrement rempli de solution, des arrêts dans la continuité de l'écoulement de cette dernière sont susceptibles de se produire, ces arrêts étant dus, autant qu'on a pu le déterminer, à la forma- tion de grosses bulles de vapeur qui ne se condensent pas facile- ment. On a réussi à rémédier à cette difficulté en maintenant dans la partie supérieure du récipient, au-dessus du niveau du courant ou colonne de solution qu'il contient, un gaz inerte, de préférence de l'air, dont la présence empêche les arrêts que l'on a indiqué comme se produisant lorsqu'aucun corps gazeux de ce genre n'est maintenu dans l'appareil.
Une variante du présent procédé (variante qui est par- ticulièrement précieuse en ce sens qu'elle assure le chauffage très rapide de la solution d'alun pour la porter, lorsqu'on le .
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.désire, à la température propre à assurer la réaction et qu'elle permet en même temps d'effectuer le réglage facile de la durée de chauffage de la solution est un meilleur contrôle de la gros- seur des particules d'alun basique produit par la réaction) con- siste à maintenir dans la partie supérieure du récipient de la vapeur à haute pression, et à injecter la solution d'alun dans le récipient, de préférence à l'aide de plusieurs ajustages ou tuyères, de sorte que la solution sous la forme de globules ou fi- lets plus ou moins finement divisés, traversera cette vapeur et sera chauffée par celle-ci jusqu'à la température de réaction avant de venir en contact et de se mélanger avec la masse liquide contenue dans la partie inférieure du récipient.
La somme de chaleur transmise de cette manière à la solution variera, pour toute température à laquelle la vapeur est maintenue, avec la distance sur laquelle les filets ou particules de solution sont en contact avec la vapeur ; distance est facilement réglée en réglant la hauteur du niveau du liquide maintenu dans le réci- pient, et, naturellement, avec réglage correspondant de la hau- teur de la masse de vapeur maintenue au dessus du niveau du liquide.
Bien qu'il soit possible, dans cette variante du pro- cédé, d'obtenir une réaction pratiquement complète pendant le passage de la solution à travers la masse de vapeur, il est également possible et désirable que la réaction sur la solution que d'alun ne soit que partiellement effectué lors du passage de cette dernière à travers la vapeur et soit achevée après s'être mé- langée avec le contenu liquide du récipient; dans ce but, on injecte de la vapeur dans le contenu liquide du récipient, au- dessous de sa surface supérieure, de façon à maintenir la masse liquide à une température de réaction et à achever ainsi, au- tant qu'il est possible, la réaction par laquelle l'alun basique
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est produit.
La grosseur des particules précipitées formées dans les globules de la solution d'alun pendant qu'elle passe à travers la vapeur, sera faible, mais, lorsque la réaction n'est pas ter- minée lors de cette phase de l'opération,elle est achevée dans le contenu liquide du récipient. En poursuivant la production d'alun basique, la grosseur des particules aura tendance à augmenter, et en réglant la hauteur de la colonne de vapeur, il est parfaite- ment possible d'obtenir des particules d'aluh basique, produit par le présent procédé, ayant, dans de certaines limites, la grosseur désirée.
Dans le dessin annexé,.on a représenté un appareil pour la mise en oeuvre de l'invention suivant un mode de réalisation considéré comme étant le plus efficace.
Dans ce dessin : La fig. 1 est une coupe longitudinale centrale faite par le récipient suivant un plan dans lequel se trouve les tuyères par lesquelles la vapeur est admise.
La fig. 2 est une coupe transversale faite suivant la ligne 2-2 de la fig. 1.
La fig. 3 est une élévation d'un appareil qui, d'une manière générale, est analogue à celui de la fig. 1, mais modi- fié.pour réaliser la variante du présent procédé dans laquelle la solution d'alun est projetée, sous la forme de jets, dans et à travers une colonne de vapeur à haute pression maintenue dans la partie supérieure du récipient formant conduit.
La fig. 4 est une coupe transversale faite suivant la ligne 4-4 de la fig. 3.
A désigne l'enveloppe extérieure du récipient ou auto- clave, qui est de préférence en acier et d'une solidité suffi- sante pour supporter la pression à laquelle il est soumis.
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A1 désigne la culasse supérieure de l'autoclave et A2 la culasse ou extrémité inférieure. B désigne le garnissage en métal non réactif, de préférence en plomb, et C le revêtement intérieur en matière inerte refractaire non réactive, telle que des plaques ou carreaux résistant à l'attaque des acides. Dans la fig.l, D dé- signe le conduit d'admission par lequel la solution d'alun est in- troduite d'une manière continue dans l'autoclave sous une pression dépassant quelque peu celle existant dans ce dernier, D désigne une pompe pour envoyer la solution dans le récipient, et D2 un robinet pour régler l'admission de la solution dans le dit autoclave ou récipient.
E désigne un conduit de sortie s'étendant à partir du fond de l'autoclave, et F un robinet pour régler la section de passage du conduit de sortie par lequel le liquide est évacué du récipient. G désigne un récipient dans lequel la solution et le précipité obtenu de cette dernière sont amenés par le conduit de sortie venant de l'autoclave, la vapeur pouvant s'échapper de ce récipient G (de préférence en réglant cet échappement) ce qui a pour effet de réduire rapidement la température de la solution,
H désigne un collecteur de vapeur relié à une source de vapeur sous une pression dépassant celle existant dans l'autocla- ve, et H1, H2, H , H (fig.
1) désignent des tuyaux de branche- ment s'étendant à partir du collecteur de vapeur H, et auxquels on donne de préférence la forme d'une couronne à l'intérieur du récipient ou autoclave, comme indiqué en H5. Des ouvertu- res, dirigées vers le bas, sont formées dans ces couronnes et sont de préférence pourvues de courts ajutages, comme indiqué 6 1 3 4 en K . Chacun des tuyaux H , H2, H, H , est pourvu d'un robinet de réglage, comme indiqué en J, et une soupape de réglage de la pression, indiquée en K, est prévue dans le conduit aboutissant au collecteur de vapeur. L désigne un robinet monté à la base
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du collecteur et destiné à permettre l'échappement de l'eau de condensation pouvant se trouver dans le collecteur.
M (fig. 1) désigne un compresseur d'air, duquel partun tuyau M1 débouchant dans la partie supérieure du récipient formant conduit. Ce tu- yau est pourvu d'un robinet, indiqué en 2. N désigne la masse de liquide maintenue dans le dit récipient et 0 une masse d'un gaz inerte, de préférence de l'air, maintenu dans la partie su- périeure de ce récipient. Le récipient représenté dans le dessin a une hauteur de 6 mètres et un diamètre intérieur de I mètre 20.
Dans la construction modifiée représentée figs. 3 et 4, le conduit par lequel la solution d'alun normal est introduite dans le récipient, est indiqué en d, la pompe et le robinet étant indiqués en d1 et d2, respectivement, et, après être entré dans la partie supérieure du récipient, le tuyau d est pourvu d'un dispositif de pulvérisation indiqué en d3.
Dans cette cons- truction, un tuyau à vapeur h s'étend à partir du collecteur h et débouche dans la partie supérieure du récipient qui est desti- née à être maintenue remplie de vapeur à haute pression ; autre tuyau à vapeur h2 s'étend à partir du collecteur h et entre dans la partie inférieure du récipient, c'est-à-dire la partie des- tinée à être maintenue remplie de liquide. Sous tous les autres rapports, les appareils sont pratiquement identiques.
Dans le fonctionnement, l'espace indiqué en P (fig. 3) est maintenu rempli de vapeur à haute pression, par exemple à une température de 2000 C, le volume de vapeur étant réglé par le niveau du liquide indiqué en Q et qui, évidemment, peut être modifié à volonté.
Afin de mettre en marche l'appareil suivant la fin. 1, pour la mise en oeuvre du procédé, le robinet de sortie F est fermé, ainsi que l'arrivée de vapeur. Le récipient est alors
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rempli de liquide, de préférence d'eau, à peu près jusqu'au niveau du tuyau D d'admission de la solution. De l'air est envoyé dans la partie supérieure du récipient jusqu'à ce que sa pression atteigne de llkgs. 200 à 12 kgs. 600 par centimètre carré; de la vapeur est alors admise par les tuyaux H1, H2, H3, H, jusqu'à ce que la température du contenu liquide du récipient atteigne, dans sa couche supérieure, de 130 à 170 C.
On ouvre le robinet de sortie F et le robinet D2 d'admission de la solution, l'orifice de distribution étant réglé de façon que, aux pressions existant à l'intérieur du récipient, le liquide soit distribué de ce dernier à la même vitesse que la solution est admise dans le dit récipient, plus la quantité d'eau condensée de la vapeur employée pour chauffer la solution lors de son passgge à travers le récipient. L'admission de vapeur/réglée de façon à augmenter la température de la solution passant à travers le récipient et à maintenir cette température au degré désiré qui, pour l'obtention de résultats d'ordre pratique, doit dépasser 140 C. et qui, en vue d'obtenir les meilleurs résultats, doit 'être maintenu à 186- 200 C.
En opérant aux températures mentionnées en dernier lieu, la vitesse d'écoulement du liquide à travers le récipient doit être telle que la solution et ses produits doivent être maintenus dans le récipient pendant huit à dix minutes, températures aux- quelles une solution d'un alun potassique normal donnera un préci- pité finement divisé d'alun potassique basique contenant approxi- mativement 80 à 85 % de la teneur en alumine que renferme l'alun formai et environ 28 % de la teneur en sulfate de potassium de l'alun normal; la teneur en acide sulfurique de l'alun basique sera environ 38% de celle de l'alun normal. La liqueur mère con- tiendra en solution l'acide sulfurique et le sulfate de potassium entrant dans la composition du précipité d'alun basique, ainsi que la quantité d'alun résiduaire injecté pendant la réaction.
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On comprendra qu'un rendement plus élevé en alun basique et une élimination plus complète de la teneur en alumine de l'alun normal peuvent être obtenus en ajoutant à la solution du sulfate de potassium, de préférence en quantité égale à celle contenue dans l'alun normal.
On comprendra également que le présent procédé peut être réalisé dans tout récipient formant conduit résistant à l'atta- que des acides, et bien que le procédé continu qui a été décrit présente de très grands avantages, beaucoup de ces avantages peu- vent être obtenus dans un traitement non continu d'une solution d'alun normal pour en précipiter un alun basique, traitement dans lequel la chaleur est obtenue au moyen de vapeur à haute pression injectée dans la solution contenue dans un récipient résistant à la pression, également
Il y a lieu/de faire remarquer que, dans le présent pro- cédé continu, l'injection de vapeur dans la solution traversant ledit récipient, à des niveaux différents ou en des points dif- férents dans le chemin suivi par la solution, est très avanta- geuse,
car cette injection de vapeur tend à maintenir la chaleur endothermique nécessaire à la réaction sur toute la longueur du récipient.
Dans la pratique, on a trouvé avantageux de maintenir la température de la partie supérieure de la colonne de liquide à environ 130 C., et de régler l'admission de vapeur de façon qu'une température d'environ 198 C. soit atteinte environ 60 cen- timètres au-dessous du niveau de la colonne de liquide. Dans ces conditions, les particules du précipité auront une grosseur telle que 99 % de ce précipité passera à travers un tamis à 300 mailles.
Un chauffage plus rapide de la solution donnera, dans le précipité des particules d'une grosseur plus faible, et un chauffage plus
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graduel permettra d'obtenir des particules d'une grosseur plus forte. Ce qui a été dit en ce qui concerne les températures et la grosseur des particules, vise particulièrement le traitement d'aluns de potassium et de sodium; dans le cas d'un alun d'ammo- nique, la grosseur des particules, dans les mêmes conditions, sera plus forte.
On compréndra que la réalisation du présent procédé dépend de l'utilisation de la chaleur latente de la vapeur à haute pres- sion employée pour chauffer la solution d'alun, et la quantité de vapeur, à une pression de 14 kgs. par centimètre carré, requise pour précipiter 450 grammes d'alumine d'une solution d'alun à 80 %, à une température initiale de 100 C., est de I kg. 900.
Ce qui a été dit en ce qui concerne la mise en oeuvre du procédé à l'aide de l'appareil représenté fig, 1, s'applique, d'une manière générale, à la variante du procédé réalisée au moyen de l'appareil montré fig. 3, sauf, naturellement, que de l'air com- primé n'est pas introduit dans la partie supérieure du récipient, mais qu'à la place de la vapeur à haute pression est directement admise dans la partie supérieure du récipient et y est maintenue sous un volume important et une grande hauteur, de préférence avec de la vapeur à haute pression également introduite, comme indiqué, au-dessous du niveau du liquide contenu dans le récipient.
En ou- tre, la solution d'alun qui, comme indiqué en référence à la fig. 1, est avantageusement introduite légèrement au-dessous du niveau du liquide maintenu dans le récipient, est, dans la mise en oeuvre de la dite variante du procédé, introduite à la partie supérieure du récipient et déversée, sous forme de pluie, dans la masse de vapeur à haute pression maintenue dans la partie supérieure du récipient, de façon que le chauffage de la solution à une tempé- rature de réaction se produise en grande partie lors du passage
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de ladite solution à travers la masse de vapeur et avant qu'elle se mélange avec la masse de liquide maintenue dans la partie in- férieure du récipient.