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Floculation des suspensions.
La présente invention se rapporte à la floculation de suspensions de solides dans des liquides telles par exemple que des suspensions de charbon, des eaux d'égout, des eaux de lavage de charbon, et des suspensions aqueuses de fins solides telles qu'il s'en produit industriellement. Elle se rapporte aussi 4 la production d'agents de floculation amylacée destinés à être additionnés à de telles suspensions dans le but de floculer celles-ci.
Il a déjà été proposé d'utiliser des dispersions d'amidon produites par le traitement d'amidon avec des solutions de sel à chaud ou 4 des températures de 5000 et au-dessus pour la floculation de matières solides en suspension dans des liquides. La présente invention est basée sur l'emploi comme agent de floculation de dispersions amylacées dont il a été trouvé, en pratique, qu'elles possèdent plusieurs avantages par rapport à celles proposées, ces avantages comprenant une plus grande efficacité des agents,
une plus grande stabilité des agents et aussi une augmentation dans la facilité avec laquelle ils peuvent être dilués pour l'usage. Les dispersions proposées pour l'usage d'après la présente
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invention sont préparées par l'action sur une matière amylacée telle que de l'amidon d'une solution relativement concentrée d'un sel fortement soluble à froid ou à une température n'excédant pas 45-50 C. Les agents de floculation ainsi produits sont particulièrement efficaces et peuvent être utilisés en plus petites proportions que les agents proposés jusqu'ici.
Les sels fort solubles qui peuvent être utilisés pour provoquer la dispersion de la matière amylacée comprennent le chlorure de calcium, le chlorure de magnésium, le thiocyanate de potassium et l'acétate de potassium soit seuls ou comme mélanges en comprenant deux ou davantage ou des mélanges d'un ou plusieurs de ceux-ci avec du chlorure de zinc. Au lieu du sel soluble, de l'alcali caustique et des solutions diluées d'acide hy- drochlorique peuvent être utilisées, suivies de neutralisation quand l'amidon a été ainsi suffisamment dispersé.
Il a été trouvé que les dispersions produites selon la présente invention peuvent être stabilisées par certains sels.
Ceux-ci comprennent le chlorure de calcium, le chlorure de magnésium et le chlorure de zinc qui peuvent être ajoutés après dispersion, simples ou comme mélanges de deux de ceux-ci ou davantage si l'agent de dispersion ne les comprend pas.
Dans la fabrication de l'agent de floculation ou de dispersion, de l'amidon ou matière amylacée similaire suspendue dans l'eau est traité avec une solution froide modérément forte d'agent de dispersion et de gélatinisation.
La masse épaissit d'abord en une matière fortement visqueuse, et si l'amidon est en quantité suffisante en un produit caoutchouteux qui est sensiblement clair et a une apparence opalescente. Cette matière caoutchouteuse s'est révélée être très grumeleuse et pas du tout homogène, mais quand elle est vigoureusement agitée la viscosité vient progressivement à mesure que se poursuit l'agitation, les caractères caoutchouteux et
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non-homogènes disparaissent et le produit devient une matière moelleuse collante fortement visqueuse mais liquide, qui est sensiblement dépourvue de grain et est stable pour de longues périodes de temps.
Ces caractéristiques sont distinctement différentes de celles des pâtes d'amidon préparées par cuisson avec de l'eau, qui ne sont stables que pour de courts laps de temps, les pâtes d'amidon à l'eau tendent à s'altérer ou à séparer l'eau après un certain temps et n'ont d'ailleurs que de faibles propriétés de conservation.
La matière amylacée qui peut être utilisée dans la fabrication des agents de floculation à utiliser avec l'invention, peut par exemple être de l'amidon de blé, de l'amidon de maïs, de l'amidon de riz, de la fécule de pomme de terre, de l'amidon de manioc ou autre matière amidoneuse. D'une façon générale dans le but pour lequel il est envisagé d'utiliser ces dispersions, notamment à la floculation de suspensions de charbon, d'eau de lavage de charbon, d'égouts et rebuts industriels, les amidons qui peuvent être le plus facilement obtenus et au plus bas prix sont les plus convenables et de tous les amidons, l'amidon de pommes de terre est en somme le plus satisfaisant.
Des électrolytes mentionnés ci-dessus. pour lemploi à la préparation d'agents de floculation, les plus convenables sont le chlorure de calcium et le chlorure de magnésium, ils peuvent être utilisés soit seuls soit en mélange. Le chlorure de zinc seul ne produit pas très rapidement le genre de dispersion désiré aux températures ordinaires, même avec des solutions très concentrées, mais comme pour des raisons commerciales il est désirable que les dispersions soient fortement stabilisées, l'emploi de chlorure de zinc en combinaison avec les autres sels est à recommander puisque sa présence confère de la stabilité et de la fluidité.
La limite inférieure approximative de concentration en poids des sels pendant la période de gélatinisation, qui permettra pratiquement la production satisfaisante de dispersion de
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ce genre, est en poids d'environ 19-22% de chlorure de calcium (Ca Cl2), 17-20% de chlorure de magnésium (Mg Cl2) ou 20% de thiocyanate de sodium. La limite supérieure est représentée par la solubilité maximum de ces sels aux températures ordinaires.
La limite inférieure dépend dans une certaine mesure de la natu- re de l'amidon. Pour cette raison les concentrations utilisées dans les exemples suivants sont sensiblement en excès sur ces chiffres. On doit remarquer que le chlorure de zinc s'il est requis comme stabiliseur peut être ajouté au sel ou au mélange de sels de gélatinisation, l'incorporation de ce stabiliseur étant parfois convenable à ce moment. Le chlorure de calcium et le chlorure de magnésium sont cependant tous deux non seule- ment des disperseurs d'amidon mais aussi bien des stabiliseurs adéquats, et maintiendront la stabilité pour plusieurs semaines.
La stabilité considérée au point de vue du temps, augmente avec l'augmentation dans la concentration des stabiliseurs. L'addi- tion de chlorure de zinc cependant, stabilise le produit même pour une plus grande période de temps considérable.
Il apparait préférable, quoique non essentiel, d'utiliser les solutions de sel soit très légèrement acides, ou très légè- rement alcalines parce qu'il y a un point isoélectrique auquel est produite une matière gélatineuse et grumeleuse difficilement agitable. L'acidité ou l'alcalinité ne doit pas aller au-delà du degré nécessaire pour éviter cet état.
La matière telle qu'ainsi obtenue est visqueuse mais elle peut être rapidement diluée à toute consistance voulue par exem- ple à une concentration d'amidon d'environ 20% en poids. Il n'y a pas d'objection à ce que la matière soit utilisée à tou- utre te concentration appropriée, soit plus haute ou plus basse.
Une partie de la dispersion diluée avec quatre parties d'eau forme une dispersion mince, fluide, coulant facilement, de grande activité de floculation, qui peut être ajoutée direc-
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tement par tout moyen approprié 4 une suspension, par exemple de fin charbon dans de l'eau, de matière argileuse, d'égout ou autre suspension qu'il est envisagé de traiter avec ces matières.
En raison des basses températures utilisées dans la fabrication, tout l'amidon est disponible pour le but de la floculation et la très complète dispersion de l'amidon obtenue rend la matière très active.
D'une façon générale le temps d'agitation nécessaire pour produire une dispersion homogène est d'environ 1,30 2 heures, mais par temps très froid celui-ci peut être prolongé et, de même, le temps peut être raccourci par temps chaud ou si on le désire en élevant la température du produit pendant la période d'agitation, à des températures ne dépassant pas 45 C-50 C.
Les dilutions d'une partie d'une dispersion à 15 à 25% d'amidon pour quatre parties d'eau sont stables pour de très longs temps, et même des concentrations aussi basses que 1% ou 2% des dispersions concentrées dans l'eau sont stables pour 24 heures au moins, et leurs propriétés de floculation ne sont pas sérieusement réduites. Cela n'est pas vrai de dispersions faites à plus hautes températures, qui tendent rapidement à séparer l'amidon si elles sont conservées pendant plus que quelques heures.
Les solutions de soude caustique ou de potasse caustique quand on les fait agir sur une suspension de matière amylacée dans l'eau, produisent comme il est bien connu pratiquement, des produits visqueux et caoutchouteux similaires à ceux obtenus quand de l'amidon est traité avec un sel. Si on fait agir la soude caustique indéfiniment ou à une concentration trop élevée, la matière amylacée se dégrade et devient finalement inutilisa- ble pour la floculation, Si cependant l'action de la matière caustique est arrêtée aussitôt qu'une masse moelleuse homogène est obtenue, par l'addition, par exemple, d'acide hydrochlorique pour neutraliser la soude caustique;
une dispersion moelleuse,
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fluide et fortement active est obtenue, Ni la dispersion d'alcali caustique, ou les dispersions neutralisées d'alcali caustique n'ont de bonnes propriétés de conservation. Des produits stables peuvent cependant être obtenus par addition aux dispersions neutralisées d'alcali caustique d'un ou plusieurs sels stabiliseurs exposés. Des dispersions neutralisées et stabilisées d'amidon ainsi produites sont stables et fortement actives pour de longues périodes. Les alcalis caustiques produisent des dispersions qui sont moins visqueuses pour une quantité donnée d'amidon.
Des solutions diluées, par exemple d'acide hydrochlorique ajouté lentement à des suspensions, par exemple de fécule de pommes de terre, dans de l'eau et la masse agitée, donnent naissance à la gélatinisation qui se produit très rapidement jusqu'à obtention d'un produit moelleux visqueux. Si maintenant ce produit est immédiatement neutralisé par de la soude caustique et stabilisé par l'addition, par exemple, de chlorure de calcium, de chlorure de magnésium et de chlorure de zinc, seuls ou en mélange, on obtient des produits de floculation fortement actifs, stables et coulant librement.
De façon générale des divers sels mentionnés, le chlorure de calcium, le chlorure de zinc et le chlorure de magnésium sont les plus appropriés en raison non seulement de leur action satisfaisante, mais aussi de leur innocuité presque complète, de leur nature non caustique, ainsi qu'à cause de leur prix et de leur miscibilité facile.
En utilisant ces dispersions pour obtenir la floculation de suspensions colloïdales, ou quasi-colloïdales de charbon, ou de charbon et d'argile dans l'eau, d'eaux d'égout ou autres suspensions suceptibles de floculation par ces dispersions d'amidon, on a trouvé qu'il est difficile de prévoir la quantité de dispersion d'amidon ou floculateur à ajouter. Ceci peut cependant
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être rapidement trouvé par essais. En général'une quantité de floculateur à partir de 1 à 10 livres par tonne de matière solide dont il faut opérer la floculation, est un chiffre usuel,
Il est connu depuis longtemps que dans certaines suspensions ou dispersions une certaine floculation peut être déterminée en rendant la suspension ou dispersion alcaline jusque une concentration pH à partir de 10-12.
Dans toutes les suspensions ou dispersions, mais particulièrement dans celles du premier genre, la floculation au moyen de dispersions amylacées de la présente invention est favorisée en rendant la suspension alcaline avec de la soude caustique, de la chaux ou de la potasse caustique.
L'alcalinité peut être rapidement et économiquement obtenue par traitement par le lait de chaux. La quantité de chaux et la concentration pH dépendent de la nature et de l'origine de la suspension, mais en général à partir d'une demi-livre à 5 livres de chaux par 1000 gallons de suspension donne satisfaction. En tous cas elle peut être aisément déterminée par l'expérience.
Les exemples suivants serviront à illustrer l'invention :
Exemple 1 -
107 livres de fécule de pommes de terre sont mises en sus- pension dans
102 livres d'eau et
288 livres d'une saumure préparée comme suit sont rapide- ment ajoutées, la gélatinisation commence au bout d'un temps très court, et après agitation de la masse jusque ce qu'elle soit moelleuse et exempte de grain,
136 livres d'eau sont ajoutées et y sont mélangées.
La saumure est préparée comme suit :
412 livres de CaCl2 commercial 70/75
102 livres de chlorure de magnésium commercial (MgCl2 6H20)
40 livres de chlorure de zinc (approximativement 100%) sont dissous dans 332 livres d'eau..On laisse refroidir la saumure à la température'normale avant l'usage.
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Exemple 2 -
A 108 livres d'amidon de manioc suspendues dans 112 livres d'eau est ajoutée une solution froide de 100 livres de (CaCl2 70/75%) chlorure de calcium commercial dans 100 livres d'eau.
Cette solution est normalement légèrement alcaline. L'ajoute doit être faite rapidement. La solution de chlorure de calcium entraine une élévation de tempéra,ture considérable et la solution devra être refroidie avant l'ajoute de la suspension d'amidon, Le mélange gonfle jusque former une masse caoutchouteuse et est alors agité jusqu'à ce qu'il soit moelleux et exempt de "grain" et une nouvelle quantité de 100 livres d'eau, dans laquelle ont été dissoutes 15 livres de chlorure de zinc (ZnCl2), est ajoutée et mélangée soigneusement.
Exemple 5 -
100 livres de fécule de pommes de terre ou d'amidon de ma- nioc sont mises en suspension dans 500 livres d'eau et traitées avec une solution de 20 livres de soude caustique (qualité commerciale 70%) dans 30 livres d'eau. On laisse la masse épaissir et on la mélange jusqu'à ce qu'elle soit homogène. La soude caustique est alors neutralisée par addition de la quantité équivalente d'acide hydrochlorique d'un poids spécifique 1.16. Environ 58 livres seront nécessaires. Quand le mélange sera neutre ou légèrement acide ou alcalin, 31 livres de chlorure de calcium (CaCl2 70/75%), 113 livres de chlorure de magnésium (MgCl2 6H20) et 37 livres de chlorure de zinc, dissous dans 100 litres d'eau, pourront être ajoutés.
Exemple 4 -
100 livres d'amidon sont mis en suspension dans 100 livres d'eau et de l'acide hydrochlorique d'un poids spécifique de 1.16 est ajouté en quantité suffisante pour produire une concentration finale d'acide hydrochlorique (HC1) qui ne soit pas moindre que 10%. 12 est un chiffre très satisfaisant. L'amidon dis-
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persé est alors agité pendant quelques minutes jusqu'à ce qu'il soit homogène. De la soude caustique 4 50% de concentration est alors ajoutée en quantité suffisante pour neutraliser l'acide.
Ceci élève considérablement la température et pendant le mélange 50 livres de chlorure de calcium et de chlorure de magnésium chacun.ou de chlorure de calcium et de chlorure de zinc, ou de chlorure de magnésium et de chlorure de zinc, sont ajoutés pour stabiliser le produit, qu'on laisse alors refroidir. Les quantités de stabiliseur ne sont pas de rigueur.
Exemple 5 -
100 livres d'amidon de grain ou d'amidon de manioc sont mis en suspension dans 100 livres d'eau et traités avec 300 livres d'une solution saturée à froid de chlorure de magnésium (MgCl2).
Après mélange jusqu'à homogénéité et absence de "grain" 50 livres de chlorure de calcium 70/75 dissoutes dans 25 livres d'eau sont ajoutées,
Dans chacun des exemples 1, 2 et 5 la masse doit être rendue faiblement acide avec de l'acide hydrochlorique dilué (juste assez pour l'amener au delà du point isoélectrique) ou la solution de sel ou les solutions peuvent être traitées avec de l'acide hydrochlorique avant l'usage pour donner le résultat désiré.
Habituellement ce traitement n'est pas nécessaire.
Dans ce qui précède on s'est référé à l'usage de réactifs commerciaux pour la production de la dispersion. Il doit être noté qu'autant que possible le fer et l'aluminium doivent être exclus parce que ces deux métaux montrent, en solution, une forte tendance à déterminer la gélatinisation des dispersions en produits insolubles.