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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de B R E V E T D'INTENTION " Procède d'exécution de la réaction entre l'azotate d'ammonium et un chlorure d'un métal alcalin ".
On a déjà proposé de séparer par voie mécanique, par exemple au moyen d'une clarification par filtration, le mélange de chlorure d'ammonium et d'azotate alcalin obtenu par réaction du chlorure d'un métal alcalin avec de l'azotate d'ammonium.
Le succès et le rendement de ce mode de séparation mécanique dépendent, dans une forte mesure, de la nature de la matière cristalline et particulièrement de ce que les constituants se sont développée ou non ensemble et de ce que les cristaux d'azotate alcalin forment ou non des éléments grossiers.
Or, la Demanderesse a trouvé que, pour la formation la plus favorable des cristaux, il n'existe qu'un petit choix parmi les nombreuses concentrations sous lesquelles il est
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possible d'effectuer la réaction du chlorure d'un métal alcalin avec l'azotate d'ammonium. A une température de réaction qui, dans chaque cas, est déterminée exactement, une seule concen- tration des constituants salins dans le liquide dans lequel a lieu la réaction conduit à la formation optimum de cristaux.
Cette concentration est celle du système mono-variant que con- stitue la solution saturée des trois sels azotate alcalin, chlorure d'ammonium et ohlorure du métal alcalin. Par la suite on désignera cette solution sous le nom de "solution à trois sels".
Le mélange binaire des sels chlorure d'ammonium et azotate alcalin forme, comme on le sait, une solution incongruente, c'est-à-dire que lors de la dissolution du mélange dans une petite quantité d'eau, le chlorure du métal se sépare et une quantité correspondante d'azotate d'ammonium se dissout. La solution à trois sels est caractérisée analytiquement par le fait que sa teneur en azotate d'ammonium dissous dépend seule- ment de la température. Quand on introduit du chlorure du métal alcalin, il ne se produit d'abord pas de réaction parce que l'azotate d'ammonium dissous est en équilibre avec le chlorure du métal alcalin dissous . Ce fait est la base du procédé décrit ici.
On met en suspension en remuant bien du chlorure d'un métal alcalin broyé dans la solution à trois sels. Four effec- . tuer cette opération on peut introduire le chlorure du métal alcalin d'un seul coup ou au contraire l'ajouter par portions pendant la réaction. En tout cas, il faut veiller à ce que le constituant chlorure du métal alcalin soit toujours présent en excès -pendant la réaction. Au fur et à mesure de l'addi- tion de l'autre constituant, c'est-à-dire de l'azotate d'ammo- nium, la réaction et en conséquence la cristallisation de l'azotate alcalin se produisent. Pendant qu'on ajoute l'azotate
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d'ammonium, on peut régler de la manière usuelle la cristallisation en refroidissant graduellement la solution; de cette façon, on obtient des grains grossiers.
En outre, la Demanderesse a trouvé qu'il n'est pas approprié de faire réagir l'azotate d'ammonium à l'état solide.
Il est préférable de le dissoudre préalablement dans la solution à trois sels dont on a élevé la température avantageusement d'environ 10 à 20 pour éviter une précipitation. On introduit l'azotate d'ammonium ainsi dissous dans les vases de cristallisation qui sont munis d'un agitateur à action efficace pour maintenir à l'état de bonne suspension le chlorure du métal alcalin introduit ainsi que les produits de réaction ( azotate alcalin et chlorure d'ammonium ) et pour faire réagir l'azotate d'ammonium ajouté sur la quantité totale de chlorure du métal alcalin.
Il est recommandé d'éliminer continuellement pendant la réaction la chaleur de oristallisation au moyen de serpentins refroidisseurs afin que la cristallisation ait lieu à une température pratiquement constante. Cette température est sensiblement égale ou un peu supérieure à la température ordinaire et elle correspond automatiquement aux températures des différentes saisons.
Finalement,la Demanderesse a trouvé qu'il est avantageux, pour la qualité de la matière cristalline, de mettre en suspension, pendant la cristallisation, une quantité abondante de cristaux d'azotate alcalin dans l'unité de volume des eaux mères et de les récupérer. Avant le commencement d'une nouvelle réaction, il est, par conséquent, avantageux de mettre en suspension une grande quantité d'azotate alcalin à grains grossiers dans la vase de cristallisation. Il ne s'agit pas là de la simple inoculation de quelques cristaux provenant d'une opération préalable, parce qu'une addition de petites quantités
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de l'azotate alcalin produit.
Quand la quantité de chlorure du métal alcalin présent a été transformée complètement en azotate alcalin, la concentra- tion en azotate'd'ammonium augmente naturellement au delà de la composition de la solution à trois sels quand on ajoute une nouvelle quantité de liquide contenant de l'azotate d'ammonium.
On peut s'assurer facilement de ceci par analyse. Le mélange salin d'acotate alcalin et de chlorure d'ammonium est mainte- nant prêt pour la séparation mécanique.
EXEMPLE.
La solution à trois sels nécessaire à la transformation du chlorure de sodium en azotate de sodium a la composition suivante quand on l'utilise à 20 : pour 1000 kilogrammes d'eau environ 1010 kilogrammes d'azotate de sodium, 370 kilogrammes de chlorure d'ammonium et 370 kilogrammes d'azotate d'ammonium.
On obtient cette solution automatiquement en dissolvant de l'azotate de sodium et du chlorure d'ammonium jusqu'à ce que eu la saturation ait/lieu. Pendant cette opération, du chlorure de sodium se sépare de sorte que la solution est saturée de la manière nécessaire d'azotate de sodium, de chlorure d'ammonium et de chlorure de sodium et elle laisse intacte toute quantité ultérieure de ces substances que l'on peut introduire.
Dans un vase muni d'un agitateur et d'un serpentin réfrigé- rant et ayant une capacité de 12 m3 on introduit 3 m3 de solu- tion à trois sels de la composition décrite ci-dessus et l'on ajoute ensuite environ 1 t. d'azotate de soude grossier et 1 t. de chlorure de sodium moulu. Il ne doit pas se produire d'azota- te alcalin à ce stade. En remunant vigoureusement, on met en suspension fine ces substances additionnelles dans la solution à trois sels. On fait couler ensuite en un courant lent (envi- ron 1 m3 par heure ) une solution à trois sels chauffée à envi- ron 10 à 20 au-dessus de la température ordinaire et contenant
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de l'azotate d'ammonium à l'état dissous, de sorte qu'environ 600 kilogrammes de ce dernier corps sont introduits dans la réaction par heure.
Au bout de la première heure et de la se- oonde heure on ajoute chaque fois 1 t. de sel gemme de sorte qu'au total 3 t. de chlorure de sodium sont transformées en 4,4 t. d'azotate de sodium et 2,7 t. de chlorure d'ammonium.
Au bout d'environ 6 heures, la quantité nécessaire d'azotate d'ammonium a été ajoutée et la transformation du chlorure de sodium est ainsi terminée. On peut constater la fin de la réaction soit au microscope, soit analytiquement en examinant la teneur des liquides en azotate d'ammonium. De cette manière, on obtient des cristaux d'azotate de sodium dont la grandeur des grains est de 1 à 2 mm. On peut séparer extrêmement bien de la manière connue les cristaux du chlorure d'ammonium.
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DESCRIPTIVE MEMORY filed in support of an application for B R E V E T INTENT "Procedure for carrying out the reaction between ammonium nitrogenate and a chloride of an alkali metal".
It has already been proposed to separate by mechanical means, for example by means of clarification by filtration, the mixture of ammonium chloride and alkali nitrogen obtained by reaction of the chloride of an alkali metal with nitrogen nitrogen. ammonium.
The success and efficiency of this mode of mechanical separation depend, to a large extent, on the nature of the crystalline material and particularly on whether or not the constituents have grown together and whether the crystals of alkali nitrogen form or not coarse elements.
However, the Applicant has found that, for the most favorable formation of crystals, there is only a small choice among the many concentrations in which it is
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possible to carry out the reaction of the chloride of an alkali metal with ammonium nitrogenate. At a reaction temperature which in each case is determined exactly, a single concentration of the salt constituents in the liquid in which the reaction takes place results in optimum crystal formation.
This concentration is that of the mono-variant system consisting of the saturated solution of the three salts of alkali metal azotate, ammonium chloride and alkali metal chloride. Hereinafter, this solution will be referred to as the “three-salt solution”.
The binary mixture of ammonium chloride and alkali nitrogen salts, as is known, forms an incongruous solution, that is, when dissolving the mixture in a small amount of water, the chloride of the metal is separates and a corresponding amount of ammonium nitrogen dissolves. The three-salt solution is analytically characterized by the fact that its dissolved ammonium nitrogen content depends only on the temperature. When the chloride of the alkali metal is introduced, at first no reaction occurs because the dissolved ammonium nitrogenate is in equilibrium with the chloride of the dissolved alkali metal. This fact is the basis of the process described here.
Ground alkali metal chloride is suspended with good stirring in the three-salt solution. Oven effec-. To kill this operation, the chloride of the alkali metal can be introduced all at once or, on the contrary, added in portions during the reaction. In any case, care must be taken that the chloride component of the alkali metal is always present in excess during the reaction. As the addition of the other component, i.e. ammonium nitrogenate, the reaction and consequently crystallization of the alkali nitrogen occurs. While adding nitrogen
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ammonium, the crystallization can be regulated in the usual manner by gradually cooling the solution; in this way, coarse grains are obtained.
In addition, we have found that it is not appropriate to react ammonium nitrogenate in the solid state.
It is preferable to dissolve it beforehand in the three-salt solution, the temperature of which has preferably been raised by about 10 to 20 to avoid precipitation. The ammonium nitrogen thus dissolved is introduced into the crystallization vessels which are fitted with a stirrer with effective action to maintain the chloride of the alkali metal introduced in the state of good suspension as well as the reaction products (alkali nitrogen and ammonium chloride) and to react the added ammonium nitrogenate with the total amount of alkali metal chloride.
It is recommended to continuously remove the heat of oristallization during the reaction by means of cooling coils so that the crystallization takes place at a practically constant temperature. This temperature is substantially equal to or a little higher than the ordinary temperature and it automatically corresponds to the temperatures of the different seasons.
Finally, the Applicant has found that it is advantageous, for the quality of the crystalline material, to suspend, during crystallization, an abundant quantity of alkali nitrogen crystals in the unit of volume of the mother liquors and of them. recover. Before starting a new reaction, it is therefore advantageous to suspend a large amount of coarse-grained alkali nitrogenate in the crystallization slurry. It is not a question there of the simple inoculation of some crystals resulting from a preliminary operation, because an addition of small quantities
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of the alkali nitrogen produced.
When the amount of alkali metal chloride present has been completely transformed into alkali azotate, the concentration of ammonium azotate naturally increases beyond the composition of the three-salt solution when a further amount of liquid containing sodium is added. ammonium nitrogenate.
This can easily be ascertained by analysis. The salt mixture of alkali acotate and ammonium chloride is now ready for mechanical separation.
EXAMPLE.
The three-salt solution required for the conversion of sodium chloride into sodium azotate has the following composition when used at 20: for 1000 kilograms of water about 1010 kilograms of sodium nitrogen, 370 kilograms of sodium chloride ammonium and 370 kilograms of ammonium nitrogenate.
This solution is obtained automatically by dissolving sodium nitrogenate and ammonium chloride until saturation takes place. During this operation, sodium chloride separates so that the solution is saturated as necessary with sodium nitrogenate, ammonium chloride and sodium chloride and it leaves intact any subsequent amount of these substances which the we can introduce.
Into a vessel fitted with a stirrer and a cooling coil and having a capacity of 12 m3, 3 m3 of three-salt solution of the composition described above are introduced and then approximately 1 t. . coarse soda nitrogen and 1 t. of ground sodium chloride. Alkaline nitrogen should not occur at this stage. With vigorous stirring, these additional substances are finely suspended in the three-salt solution. A three-salt solution heated to about 10 to 20 above room temperature and containing 3 salts is then run in a slow stream (about 1 m3 per hour).
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of ammonium nitrogen in a dissolved state, so that about 600 kilograms of the latter body are introduced into the reaction per hour.
After the first hour and the second hour, 1 t is added each time. of rock salt so that in total 3 t. of sodium chloride are converted into 4.4 t. of sodium nitrogenate and 2.7 t. of ammonium chloride.
After about 6 hours, the necessary amount of ammonium nitrogenate was added and the conversion of the sodium chloride was thus completed. The end of the reaction can be seen either under a microscope or analytically by examining the ammonium nitrogen content of the liquids. In this way, sodium nitrogenate crystals are obtained, the grain size of which is 1 to 2 mm. The crystals of ammonium chloride can be separated extremely well in the known manner.