<Desc/Clms Page number 1>
" Perfectionnements relatifs à la conversion de ferrophos- phore en produits phosphatés ".
La présente invention est relative à un procédé per- fectionné pour la conversion'de ferrophosphore en phosphate trisodique.
Le principal objet de l'invention est de contrôler efficacement au point de vue chimique le procédé de fabri- cation pour la conversion de ferrophosphore en phosphate trisodique.
Un autre objet de l'invention est de fournir un prooé- dé pour la fabrication de phosphate trisodique, dans lequel l'alcalinité de l'agent de lixiviation est contrôlée d'une manière définie/de façon qu'il ne se produise pas d'indési- rables réactions de rétrogradation.
Un autre objet de l'invention est de fournir un phos- phate trisodique de composition chimique constante produit par conversion de ferrophosphore.
Dans la fabrication de phosphate trisodique à partir de ferrophosphore, la pratique consistait à chauffer un mélange de oarbonate de soude anhydre commercial et de fer- rophosphore, humecté d'une solution de phosphate de sodium,
<Desc/Clms Page number 2>
dans un four convenable à une température inférieure au point de fusion. Les produits de cette réaction sont du phosphate trisodique et de l'oxyde magnétique de fer obtenus sous la forme d'un olinker (matière pierreuse vitrifiée). Ces deux produits sont ensuite séparés en dissolvant les phosphates solubles et en les séparant de l'oxyde de fer insoluble, avan- tageusement en laissant d'abord déposer, ensuite par clari- fication centrifuge de la liqueur décantée, et finalement par filtration.
Au cours de ce procédé, le olinker est éteint dans de la faible liqueur phosphatée et après qu'il a été porté à une force d'environ 36 Bé, on laisse reposer le mélange. La solution de phosphate trisodique est séparée du résidu par décantation et ensuite, avant la clarification et la filtration, de l' aloali additionnel esajouté afin d'ac- oéler la olarifioation. En pratique, on ajoute une quantité d'alcali équivalente à 1 à 2 % calculée sur le poids de la solution.
Par la mise en oeuvre du procédé susmentionné, on obtie@@ parfois des/résultats variables à cause de variations dans la oomposition chimique du clinker qui est produit et de réac- tions de rétrogradation indésirables dans l'agent de lixi- viation, ce qui retarde les opérations subséquentes de olari- fication et de filtration. On a oonstaté que les variations susmentionnées se manifestent le plus clairement par des dif- férenoes dans la quantité de solides finement divisés restant en suspension dans la liqueur qui est séparée du résidu d'oxy- de de fer par décantation. Une méthode pour éprouver la olar- té de la lessive décantée consiste à déterminer le pouroen- tage de solides contenu dans un volume déterminé de la li- queur décantée.
Dans des conditions d'opération normales, ce pourcentage s'élèvera à 10-15 grammes de solides par 250 oentimètres cubes de liqueur ayant une force d'environ 36 Bé. Toutefois, dans des conditions opératoires moins sa-
<Desc/Clms Page number 3>
tisfaisantes, la teneur en solides peut être portée à 30-40 grammes par 250 oentimètres cubes de liqueur.Les variations sont oausées dans une mesure considérable au moins par des variations inévitables dans le fonotion- nement du four et dans les proportions relatives de car- bonate de sodium et de f err opho spho re passant à travers le four.
Par exemple, quand il y a un excès de ferrophosphore dans le four, il se forme, en plus du mélange de phospha- te trisodique et d'oxyde magnétique de fer, une certaine quantité de phosphate ferrique. Quand du clinker contenant ce composé est dissous dans le procédé de lixiviation pré- cédemment décrit, le phosphate ferrique réagit avec de l'alcali caustique contenu dans la liqueur lixiviante, formant de l'hydroxyde ferrique et réduisant ainsi l'aloa- linité de la liqueur lixiviante.
Quand l'alcalimté de la liqueur lixiviante est réduite excessivement, l'oxyde ma- gnétique de fer s'hydrate et forme du phosphate ferrique par une indésirable réaction de ré trogradation. Cette réac- tion réversible provoque un épaississement du mélange trai- té et rend difficile de produire un dépôt satisfaisant des charges lixiviantes, ce qui complique les opérations subséquentes de clarification et de filtration. Par consé- quent, un moyen pratique d'empêcher que la réaction sus- mentionnée se produise est extrêmement désirable.
On a constaté, suivant l'invention, que ces oondi- tions d'opération indésirables peuvent être empêchées et que de larges variations dans la oomposition du olinker peuvent être compensées en ajoutant suffisamment d'alcali, avantageusement sous forme de soude caustique, à un mélan- ge d'eau mère de phosphate et de liqueur faible, de façon que l'alcalinité de la solution lixiviante ainsi formée
<Desc/Clms Page number 4>
soit plus grande que l'alcalinité du phosphate trisodi- que formé quand le mélange de phosphate et d'oxyde magné- tique de fer est ajouté à la solution lixiviante,et, de préférence, la quantité d'aloali employâmes! telle que, quand la lixiviation de la charge est oomplète,
la li- queur contiendra un excès d'alcali dépassant avantageuse- ment de 1 à 2 % dans le cas de la soude caustique, celui oontenu dans une solution de phosphate trisodique ordinai- re de la même teneur en P2O5.
On a oonstaté , par expérience, que l'aloali néces- saire doit être ajouté aux charges lixi viantes de façon telle que la liqueur, après que la charge est complète, ait un facteur d'alcalinité excédant 1. 06, et de préfé- renoe égal à environ 1. 075 à 1.10, comme déterminé par la méthode décrite oi-après.
On a trouvé commode d'exprimer l'alcalinité d'une so- lution de phosphate alcalin en termes d'un fauteur qui peut être déterminé au moyen d'un titrage acide de la so- lution aloaline , en employant de la phénolphtaléine et du méthylorange comme indicateurs, comme suit. Un échantil- lon de la solution claire est titré avec N/5 HC1, en uti- lisant d'abord la phénolphtaléine comme indicateur et en employant le méthylorange comme seoond indioateur quand le point final a été atteint. Par exemple, l'on peut sup- poser que le titrage d'un échantillon de solution alcali- ne au point final de la phénolphtaléine a donne de 17.0 oen- timètres cubes et que le titrage total au point final du méthylorange était de 30.5 centimètres cubes.
Le facteur d'alcalinité auquel on s'est référé jusqu'ici est donné par la formule suivante:
EMI4.1
F = 2 (T - Ph + Ph , dans laquelle T représente 3 T - Ph le titrage total au méthylorange et Ph désigne le titra-
<Desc/Clms Page number 5>
395485 ge à la phénolphtaléine. Dans l'exemple cité ci-dessus, Ph = 17. 0 et T 30.5. Par conséquent ,
EMI5.1
Quand les oristaux de phosphate trisodique sont dissous dans de l'eau et titrés, suivant cette méthode, ils donnent habituellement un facteur de 1.06 . On a constaté que des variations dans la composition chimique du clinker produisent des variations d'une importance correspondante dans le facteur d'aloalinité.
Par exemple, on a constaté qu'en oas de mise en solution dans de l'eau chaude, le facteur d'alcalinité variait de 0. 75 à 0. 90 dans le cas de clinker contenant un grand excès de ferrophosphore à des valeurs allant de 1.12 à 1.15 pour du clinker contenant un grand excès de carbonate de soude. En général, toutefois, il est désirable de oontrô- ler le procédé de fabrioation décrit oi-après de façon qu'on puisse obtenir des clinkers de composition aussi normale que possible, o'est-à-dire , ayant un facteur d'aloalinité allant de 0. 98 à 1. 00 .
Conformément à la présente invention, le ferrophosphore dont la teneur en phosphore peut varier de 10 à 30 % et qui en général oontient , de préférenoe, de 22 à 25 % de phospho- re, est¯broyé très finement, par exemple à environ 200 mail-
EMI5.2
( M'.. C4.0: z /ne*, les e est ensuite mélangé avec un oarbonate \\1. \-m aloalin, tel que le oarbonate de potassium, le oarbonate de sodium ou analogue, ce dernier étant de préférence, en pro- portions de réaction, par exemple, 44 % de ferrophosphore oontenant 25 % de P et 56 % de carbonate de sodium.
On a constaté que la ségrégation des constituants du mélange,qui tend normalement à se produire, peut être évitée en humectant le mélange avec de pétâtes proportions, allant, par exemple, jusqu'à 10 ou 15 % du poids du mélange, d'eau ou de solu-
<Desc/Clms Page number 6>
tion diluée de phosphate alcalin telle qu'elle est obtenue dans les derniers stades du prooédé. Quand on emploie de l'eau, bien que le ségrégation des oonsti- tuants du-mélange soit efficacement évitée, il se manifes- te une tendance du mélange à former un gâteau et à durcir, qui est désavantageuse dans les autres phases de l'opéra- tion.
En employant un liquide dilué de phosphate de so- dium, tel qu'il est dérivé dans les derniers stades du pro- cédé, la ségrégation des constituants du mélange de ferro- phosphore et de carbonate de alcalin est efficace- ment empêchée t, en même temps, le mélange résultant ne manifeste aucune tendance à former un gâteau et à durcir.
La solution ainsi employée peut être d'une force allant de 1 à 5 Bé, ou même plus forte, bien que des concentrations supérieures à 3 - 5 Bé ne soient pas nécessaires. On em- ploie de préférence des liqueurs phosphatées faibles,déri- vées du procédé comme décrit ci-après, effilant de 1 à 3 Bë, parce que leur emploi, en plus des avantages susdits, a pour autre avantage d'empêcher les accumulations d'eau dans le système opératoire.
Le mélange est ensuite chauffé ou grillé dans une atmosphère oxydante à une température de réaction inférieu- re au point de fusion du mélange, dans tout dispositif con- venable tel qu'un four à foyer ouvert, un four rotatif ou analogue. La température à laquelle le mélange est chauffé est de préférence comprise entre 1000 et 1100 C., bien que des températures plus basses, par exemple descen- dant jusqu'à 900 C., ou des températures un peu plus éle- vées ne causant pas la fusion du mélange puissent être employées. Le chauffage du mélange est continué,de préfé- renoe sans fusion appréciable ou apparente , jusqu'à ce que la réaction soit achevée.
Une liqueur lixiviante alcaline ayant l'alcalinité vou-
<Desc/Clms Page number 7>
lue, comme exposé ci:-dessus, est ensuite préparée dans un réservoir de décantation, avant qu'on y déverse le olinker ou mélange ¯de réaction chaud. Le liquide lixiviant peut être préparé en ajoutant la quantité d'aloali voulue à de l'eau ou à une solution diluée de phosphate de so- dium, telle qu'elle est obtenue dans les derniers stades du procédé ; par exemple, en mélangeant les ingrédients suivants:
1571 parties, en volume, de liqueur phosphatée faible ayant une force d'environ 14 Bé., et un facteur d'aloalinité de 1.03, 1197 parties, en volume, d'eau mère ou de liqueur phosphatée concentrée ayant une force d'en- viron 22 Bé., et un facteur d'alcalinité de 1. 08, et 77.3 parties, en volume, de solution de soude caustique conte- nant 5.43 livres anglaises d'hydroxyde de sodium par gal- lon et- ayant une force de 47 Bé. Ces ingrédients sont mélangés par agitation, et, à la liqueur lixiviante ré- sultante , on peut ajouter 3. 10 à 3.15 livres anglaises de clinker par gallon.
De cette manière, le olinker est toujours en présenoe d'une quantité de soude caustique au moins plus gainde que celle nécessaire pour produire du phosphate trisodique.Avec un olinker typique contenant 24.1 à 24.3 % de P2O5 total et ayant un facteur d'alcalinité de 0.98 à 1.00, la li- queur résultante avait un facteur d'alcalinité de 1. 08.
La mise en contact du mélange de réaction encore chaud aveo le liquide lixiviant modifie à la fois les caractéris- tiques physiques et chimiques du résidu insoluble du mélan- ge, ledit résidu étant dans une large mesure de l'oxyde de fer. Toutefois, si le mélange de réaotion est mis en oon- tact pendant qu'il est encore chaud en sortant du four,avec le liquide lixiviant, le résidu d'oxyde de fer est noir et se dépose mieux et plus rapidement que le résidu d'oxyde de
EMI7.1
fer brun obtenu par la Mise en contaot ou la "xviation -7- son
<Desc/Clms Page number 8>
opérées à froid.
L'opération de mise en oontaot ou de lixi- viation à chaud aveo une solution fortement alsaline a en autre l'avantage d'empêcher la formation de ferrohydroxyde, empêche sensiolement l'épaississement du mélange pendant sa lixiviation, et facilite les opérations subséquentes de clarification et de filtration.
La liqueur phosphatée sodique mixte employée avec l'aloali caustique dans la liqueur lixiviante susmention- née, peut être obtenue en mélangeant de l'eau mère prove- nant de l'opération subséquente de cristallisation pour le produit phosphaté avec des liqueurs de lavage dézivée@ du procédé, telles que la première liqueur provenant du la- vage du résidu d'oxyde de fer de l'opération de lixivia- tion initiale. L'eau mère@ainsi employée sera comprise
EMI8.1
....t. -ta. 9tM- au¯ +n(lfe 7 -"/"'- v 5 er entre 20 et 25 Bé., les deux étant mélangées avec l'al- oali oaustique pour donner une liqueur lixiviante conte- nant les proportions voulues d'alcali en excès, comme ex- posé ci-dessus.
Après la mise en contact aveo là liqueur phosphatée contenant de la soude caustique, du mélange de réaction provenant de la réaotion entre le ferrophosphore et le car- bonate de sodium, on laisse se déposer le résidu d'oxyde de fer et la liqueur est décantée, cette dernière ayant, après clarification, une fooe de 30 à 40 Bé., et, de pré- férenoe, d'environ 36 Bé. et un facteur d'aloalinité supé- rieur à 1.06, et avantageusement compris entre 1. 075 et 1. 10. Cette solution ou liqueur concentrée oontenant du phosphate trisodique est ensuite clarifiée,filtrée et cristallisée.
L'eau mère séparée des oristaux par dé- cantation, qui peut avantageusement être comprise entre 20 et 25 Bé, est utilisée dans la préparation de la li- queu@ lixiviante pour lixivier le produit de réaction provenant du chauffage du ferrophosphore et du oarbonate alcalin.
<Desc/Clms Page number 9>
Le résidu d'oxyde de fer séparé, par dépôt, de la solution formée en lixiviant le clinker ou mélange de réac- tion provenant du four) est lavé avec de l'eau ou, de préfé-
EMI9.1
renoe, aveo la liqueurVdérivée d'un lavage ultérieur du e résidu d'oxyde de fer, <MMM on peut ajouter la liqueur diluée obtenue en lavant la matière répétée dans le clari- ficateu@ centrifuge susmentionné. La liqueur de lavage est employée dans des proportions telles qu'après l'opéra- tion de lavage elle ait une densité Baumé allant de 10 à 15 et généralement comprise entre 12 et 14 . Cette pre- mière liqueur de lavage est mélangée aveo l'eau mère et de la solution de soude caustique, comme décrit oi-dessus,pour former la liqueur pour lixivier le mélange de réaction provenant du four.
Après le premier lavage, le résidu d'oxyde de fer est de nouveau lavé avec une petite quantité d'eau pour élimi- ner tout/phosphate résiduaire avant que l'oxyde de fer soit écarté du système. Le second liquide de lavage ou'liquide faible peut avoir une densité Baumé allant jusqu'à 5 et va en général de 1 à 3 . Une partie de cette seconde liqueur de lavage ou liqueur faible peut être utilisée,comme déorit oi-dessuspour être mélangée avec le ferrophosphore et le carbonate de sodium afin d'empêcher leur ségrégation. Toute- fois,la majeure partie de laseconde liqueur de lavage ou liqueur faible est employée dans le premier lavage de rési- du d'oxyde de fer provenant de la lixiviation initiale du mélange de réaction provenant du four.
Bien que référence ait été faite ici à l'utilisation de carbonate de sodium, dans le mélange de réaction,d'autres carbonates alcalins, tels que le carbonate de potas- sium, peuvent être employés,comme le peuvent des composés alcalins équivalents qui cèdent de l'oxygène ou forment des phosphates,tels que les alcalins caustiques ou
<Desc/Clms Page number 10>
les sulfates alcalins, qui peuvent être substituées en partie ou en totalité aux carbonates alcalins, en apportant aux tem- pératures dans le four les changements qui peuvent être né- oessaires.
Par l'emploi du procédé perfectionné, suivant l'inven- tion, pour la conversion de ferrophosphore en phosphate triso- dique, on peut sensiblement améliorer le contrôle chimique du. prooédé de fabrication et empêcher des réactions réversibles indésirables pendant l'opération de lixiviation.
En outre, on obtient un procédé qui est propre à oomperr ser de larges variations dans la composition du mélange de réaction ou olinker.
Bien que l'invention ait été décrite très en détail et que des exemples spécifiques aient été donnés, il est enten- du que ces exemples doivent être considérés comme explica- tifs et non comme limitatifs . D'autres modifications de l'invention sembleront évidentes aux hommes de métier sans que, pour cela, elles se départissent de l'esprit et de la portée de oelle-oi. C'est pourquoi, il est désiré que seules les limitations indiquées dans les revendications annexées soient imposées .
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.