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PHOCEEN POUR ELIMINER LA SILICE DE L'EAU.
Le brevet principal décrit un procédé pour éliminer la silice de l'eau, qui est caractérisé en ce que l'eau est mise en contact avec de la magnésie oaloinée en grains, de préférence à chaud, et suivant le principe de l'écoulement à travers la matière active, cette dernière, après épuisement de sa capacité d'absorption de la silice, étant régénérée par traitement par des soldes maréraux de préférence en solution diluée, particulièrement de l'acide chlorhydrique, puis étant utilisée à nouveau.
Suivant ce brevet principal, on peut soumettre de l'eau préalablement décarbonatée ou adoucie au traitement d'élimination de la silioe. et le traitement par la magnésie calcinée peut être combiné avec un autre procédé d'élimination de la silice
Il a été maintenant trouvé que pour la régénération de la matière active on peut employer non seulement de* acide* miné- raux, mais aussi des acides organique*.
On peut par exemple employer de l'aoide chlorhydrique, de l'acide nitrique ou de l'acide sulfurique, ou bien de l'acide acétique ou de l'acide lactique, ou de l'acide carbonique.
Par magnésie calcinée il faut entendre une magnésie
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qui a été chauffée à un point tel que sa solubilité dans les aci- de. dilués, particulièrement les acides forts tels que l'acide chlorhydrique, a été réduite dans de très fortes proportions. les acides, minéraux ou organiques, peuvent être oon- duits de manière à traverser de bas en haut les grains épuisés de magnésie calcinée.
On peut employer de la magnésie activée par un traite- ment préliminaire à l'aoide. On peut oombiner avec le filtre de désilicatissation proprement dit, un filtre de neutralisation, par exemple un filtre chargé de magnésie calcinée.
Par exemple, on peut ajouter à l'eau, avant de la con- duire au filtre à magnésie, des composés basiques, ou rendus basi- ques, de magnésium, tels que MgO et Mg(OH)2, par exemple sous for- me de lait de magnésium ou de carbonate de magnésium ou de carbo- nate basique de magnésium, soit en solution, soit à l'état finement divisé, ou bien on peut adjoindre avant le filtre de désilioatisa- tion proprement dit, un filtre à magnésie ayant pour mission prin- aipale de neutraliser l'eau.
Par ls régénération avec des acides, la capacité de la magnésie d'enlever la silice augmente. On peut utiliser ce fait, en soumettant au préalable la magnésie, avant de l'utiliser pour l'élimination de la silice, à un traitement acide, éventuellement à un traitement répété par l'acide, afin de l'activer. De l'eau renfermant de l'acide Carbonique peut être utilisée dans ce but.
Dans la réalisation pratique du procédé, on peut utiliser deux ou plusieurs filtres pouvant être régénérés alternativement. Un tel dispositif peut être préférable lorsqu'il est nécessaire d'avoir de l'eau désilicatisée sans interruption ou seulement avec de faibles interruptions.
Il a été également constaté qu'alors que l'élimination à chaud de la silice ne rencontre pas de difficulté,, cette élimination à la température ordinsire offre certaines difficultés car
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l'eau qui traverse la masse filtrante de suite après la régénération est très riche en silice et peut mime posséder une teneur en silice plus élevée que celle de l'eau brute. Ce n'est qu'après quelque temps que la teneur en silioe descend à la teneur Toulue.
Il a été maintenant trouvé que ces difficultés peuvent être évitées en prenant des mesures spéciales après la régénération, plus spécialement lorsqu'on utilise de l'eau à température ordinaire, afin de coaguler la silioe ou les silioates. Ainsi il a été constaté qu'en laissant au repos pendant un temps relativement long après la régénération, on évite dans une grande mesure le dit inconvénient. Par exemple, un filtre régénéré le soir de la manière décrite dans le brevet principal donne au lendemain matin une eau répondant aux desiderata d'une faible teneur en silice. Ici il est à recommander de laisser le filtre au repos pendant un temps assez long après la régénération, afin que l'eau filtrée lors de la reprise, ait la teneur en silice voulue ou même une teneur plus faible.
Ce mode de travail est facile à réaliser dans les entreprises qui n'ont pas besoin d'une manière continue de l'eau désilioatisée. si on dispose de deux filtres, on peut travailler de la manière déorite, même si on veut avoir une alimentation continue en eau désilioatisée, en maintenant toujours l'un des filtres en fonctionnement. Naturellement on peut anssi emmaga- siner de l'eau désilioatisée dans un réoipient de stockage pendant la période de repos du filtre.
La présente invention couvre encore d'autres mesures en vue de la coagulation de la silice ou du silioate, permettant de mettre le filtre en état de livrer de l'eau pauvre en silice, dans un temps plus réduit.
Lorsque conformément au procédé du brevet principal on régénère avec de l'acide et lorsqu'on a rincé l'acide avec de l'eau, il se forme sur le filtre la solution d'un sel par lequel les silicates sont coagulés, et qui par conséquent enlève l'état
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colloïdal. Dans ce but, des solutions salines de bases mono- et bivalentes se sont montrées avantageuses, par exemple dea solutions de sel de cuisine en concentration d'environ 5 ou 10 %, ou des solutions de sulfate de magnésium d'approximativement la même concentration. Il s'agit la principalement de solutions salines neutres. Les sels dont la solution présente par hydrolyse une réaction aoide et qui sont par conséquent désintégrés par la magnésie sé sont montrés les plus favorables.
Par exemple les sels des bases trivalentes, plus spécialement ceux de l'aluminium et du fer se sont montrés favorables. Les solutions de ces sels peuvent également être beaucoup plus dilués que les solutions des sels neutres, de sorte que des concentrations de seulement environ 1 ou 1/2 % améent déjà le résultat désiré. la quantité de ces sels peut aussi être beaucoup moindre, par exemple 10 gr, de sulfate d'aluminium par litre de magnésie seront suffisants. Apparemment pour ces sels il y a non seulement coagulation par l'effet d'électrolyte, mais aussi par l'effet des hydrates métalliques formés lors de la traversée du filtre en magnésie. D'autres sels trivalents, par exemple les sels de ohrome, pourront être utilisés.
Pour la marche industrielle cependant, il y lieu surtout de oonsidérer les sels d'aluminium et de fer nommés en premier lieu, surtout à cause de leur prix bon marché, mais aussi à cause de leur efficacité qui est exoellente. Des sels d'autres métaux d'autres valences peuvent aussi être utilisés, par exemple des sels du zino, de l'étain ou du cuivre. On peut aussi choisir la quantité des sels qui ont une réaction acide par hydrolyse de telle manière qu'une régénération acide préalable soit inutile, car les solutions salines désagrègent les carbonates, eto, à cause de leur réaction acide. Les hydrates séparés sont éliminés par rinçage, autant que nécessaire.
Il a été de plus trouvé que la coagulation des silicates peut être également produite par l'effet de la chaleur, et
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cela de la façon la plus simple en faisant traverser le filtre, après la régénération par l'acide, par une certaine quantité d'eau chaude, de préférence à température d'abullition, ou bien quand on travaille sous pression, à la température d'ébullition oorrespondant à la pression de travail, de telle sorte qu'il y ait un chauf. f age suffisant de la masse filtrante par l'eau chaude. Il suffit en général d'utiliser pour cela environ 2,5 jusque 4 fois en volume la quantité d'eau chaude par rapport au volume de la masse filtrante. Mais on peut aussi employer plus d'eau, par exemple 8 fois en volume.
L'effet de l'eau chaude est encore renforcé lorsqu'on dissout dans cette eau des éleotrolytes comme ceux mentionnés cidessus, quoique dans la plupart des cas l'utilisation d'eau chaude seule sera suffisante. Le chauffage peut aussi se faire d'une autre manière, par exemple par une chemise de chauffage placée autour du filtre et traversée par de l'eau chaude ou par de la vapeun L'eau chaude, utilisée pour la coagulation, contient le plus souvent seulement une quantité si faible de silice qu'elle peut sans inconvénient être conduite vers l'utilisation.
De plus, il a été montré que la coagulation désirée peut aussi être réalisée en traitant la masse de désilioatisation avec de l'ammoniaque, éventuellement sous forme de solution aquensa
Comme la régénération à l'acide avec le lavage des soides qui s'y rattaohe, et la coagulation par la chaleur et/ou autres substances d'addition spéciales ne réolament qu'un temps relativement court, -en général pour tout le prooédé des durées d'environ 1 - 11/2 heure sont nécessaires- ce procédé présente par rapport aux procédés déjà protégés, -notamment ceux qui réalisent la coagulation en laissant au repos pendant assez longtemps-, l'avantage qu'il ne nécessite qu'une courte interruption dans l'emploi du filtre pour la livraison d'eau pauvre en silice.
En tout cas, 11 s'est montré avantageux, même dans ce procédé de coagulation rapide, de laisser un court repos de par
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exemple 1 heure, de sorte que la régénération, y compris cette durée de repos, peut se faire en tout en environ 2 21/2 heures.
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De plus, il est également possible de rendre utilisables des masses de désilioati- sation qui même à température élevée n'effectuent plus une désili- catisation suffisante, par traitement avec d'autres agents de coagulation que l'eau chaude. Par exemple, pour une masse de filtrage de 2,5 litres de magnésie employée plusieurs fois pour éliminer la silice, qui après la régénération lors de l'élimination de la silice à température ordinaire, débitait finalement une eau oontenant 4 milligr. de sio2 au litre, alors que l'eau brute contenait 14 milligr. de sIO2.
au litre, on pouvait obtenir 400 à 500 litres ou plus, d'eau d0silicstisés par simple traitement avec 10 litres d'eau bouillante si après chaque 55 ou 60 litres environ d'eau, on laissait au repos pendant quelques heures, ou si le traitement par l'eau chaude était répété plus souvent.
Plusieurs des moyens ci-dessus peuvent être employés ensemble. Il est à recommander plus spécialement de oombiner la régénération sous n'importe quelle forme avec une certaine durée de repos, même si on a employé une température élevée et/ou des agents d'addition spéciaux lors de la régénération. Dans le cas ou la régénération est conduite comme expliqué ci-dessus avec de l'eau chaude seule et après avoir répété cette régénération, si on n'obtient plus de l'eau suffisamment désilicatisée ou si on
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n'obtient plus une quantité suffisante d'eau désilicatisée, on fera une régénération à l'acide afin de pouvoir régénérer à nou- veau plusieurs fois à l'eau chaude.
A l'appui de la théorie qu'une colloïdisation de sili- cates est responsable de la séparation de la silice après la régénération, se trouve le fait que lors de l'utilisation de magnésie à teneur beaucoup plus faible en silicates, par exemple ayant seulement 1 à 2 % contre 5,5 % de silioates il y avait une quantité de silice plus faible dans le filtrat même avant l'utilisation d'agents de ooagulation de sorte que l'utilisation de magnésie dépourvue de silice ou presque dépourvue de silice est à recommander.
11 a été observé lors de ces nouveaux essais qu'après régénérations répétées, la magnésie augmente en activité au point de vue élimination de silice, de sorte qu'une magnésie qui au commencement n'était que relativement peu efficace au point de vue de l'élimination de la silice, montrait une activité considérable après plusieurs régénérations.
Si on emploie pour l'élimination de la silice de l'eau déoarbonatée, c'est-à-dire une eau qui ne contient que la quantité de carbonate de calcium qui correspond à l'équilibre du carbonate oaloique de la solution, on peut avec emploi d'agents de régénération moins actifs, tels que par exemple de l'acide acétique et/ou de l'eau chaude ou d'autres agents de coagulation, employer une magnésie qui n'est pas calcinée à une si haute température, et qui par conséquent ne doit pas être considérée comme magnésie calcinée, mais qui correspond plut8t à la magnésie caustique usuelle. L'utilisation d'eau déoarbonatée convient dans ce cas pour empêcher que la magnésie à l'état obtenu par cuisson à plus basse température, ne soit convertie en quantité appréciable en carbonate de magnésium.
Mais dans ce cas on peut aussi ne pas employer de l'eau déoarbonatée.
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Lorsqu'on travaille suivant le brevet principal en vue de la régénération de la magnésie, on constate des chutes de rendement dues au fait que les filtres de désilicatisation donnent des signes d'épuisement uvant la fin de leur durée normale, ce qui nécessite une régénération prématurée de oes filtres.
Il a été constaté que ces Inconvénients sont dùs à une régénération incomplète des couches de magnésie mises en contact en dernier lieu avec la solution de régénération, qui ne convenaient plus pour être reutilisées pour l'élimination de le silice et qui avaient une influence défavorable sur l'utilisation complète de la charge de filtrage.
En partant de ces constatations on parTient à éviter le dit inconvénient et à assurer ainsi pour chaque période de désilicatisation dans le cadre du procédé suivant le brevet principal, l'utilisation la plus complète de la magnésie calcinée ainsi qu'un travail parfaitement constant, en effectuant la régénération par des acides dont le volume, la oonoentration et la vitesse de passage sont réglé. de telle manière que le liquide de régénération qui sort contient encore au moins des traces d'acide libre.
]En procédant de cette manière, on a la certitude que de la solution acide viendra toujours en oontaot avec les particules de magnésie à régénérer et que celles-ci recevront donc en entier le traitement qui leur convient et qu'on évitera ainsi des parties régénérées partiellement ou même non régénérées qui pourraient influence d'une manière défavorable le rendement de l'opération d'élimination de la silice.
Il a été dit oi-dessus que pour l'élimination de la silice on peut employer de la magnésie oaloinée activée au préalable, c'est-à-dire traitée une ou plusieurs fois avec des acides, donc corrodée. La régénération de la magnésie épuisée se fait alors par traitement avec des acides dilués, minéraux ou organiques
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employer comme magnésie activée une magnésie qui est activée par le fait que avant sa première utilisation elle est mise en contact avec de l'eau pendant un temps assez long et finalement régénérée.
Cette mise en contact de la magnésie calcinée avec de l'eau dans le but d'obtenir son activation peut se faire par exemple en la laissant dans un récipient appropriée, par exemple pendant un ou plusieurs jours, sous l'eau. Il est préférable de renouveler souvent l'eau car ce renouvellement a une influenoe favora- ble sur le processus d'activation* Dans le même sens on peut encore avantageusement faire passer l'eau en courant continu à travers la magnésie et mettre ainsi celle-ci constamment en contaot aveo de l'eau fraîche. Egalement on peut encore procéder en faisant circuler l'eau complètement ou en partie en circuit fermé à travers la magnésie calcinée.
Si on fait passer la totalité ou une partie de l'eau en oourant continu ou interrompu à travers la magnésie calcinée, on emploie de préférence un courant d'eau tellement rapide qu'il n'y ait pas de précipitation appréoiable de carbonate, plus spécialement de carbonate de calcium, sur la magnésie calcinée, car ces précipités influencent d'une manière défavorable l'activation envisagée, par exemple en la ralentissant. De même, on peut employer pour l'activation de la magnésie au moyen de l'eau, une eau déoarbonatée comme déorit ci-dessus.
Comme lors du traitement indiqué de la magnésie oaloinée avec de l'eau il pourrait y avoir séparation de matières flottantes ou autres hors de la magnésie calcinée, il est à recomman- der, pendant cette aotion de l'eau, d'effectuer au moins à des intervalles un rinçage, par exemple en faisant passer de l'eau d'en bas vers le haut à travers la magnésie calcinée en oourant relativement rapide, de sorte que les partioules de magnésie soient complètement ou en partie dans un état flottant, tourbillonnant, et les substances étrangères ainsi lavées sont enlevées
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avec l'eau de rinçage évacuée.
Pour autant que le traitement d'aotivation de la magnésie calcinée se fait avec de l'eau oourante, ce traitement peut naturellement se faire oomme rinçage de reflux en oombinant ainsi les avantages du traitement par l'eau courante avec ceux du rinçage à reflux.
La durée du traitement à l'eau dans le but de l'activa- tion peut naturellement dépendre de la nature de la magnésie utili. sée. Il est à recommander par conséquent de s'assurer par des essais préliminaires de la durée d'action conduisant chaque fois au degré d'activation désiré ou d'activation maxima pouvant être atteinte.
La régénération de la magnésie calcinée, qui doit être combinée avec le traitement par l'eau mentionné ci-dessus, peut se faire de toute manière indiquée dans le brevet principal ou ci-dessus, par exemple au moyen de solutions diluées d'acide.
Exemple :
Une magnésie orue, d'une grosseur de grains de 0,2 - 0,5 mm. traversée par de l'eau contenant 12 mg/litre de SiO2 donnait une diminution de la teneur en silice jusque 6 mg., tandis que la même magnésie traitée suivant l'invention avec de l'eau fraîche pendant deux jours et finalement régénérée, donnait d'abord une eau oontenant moins de 1 mg. de silice au litre. La teneur en silice augmenta jusque 3,5 mg. après le passage d'une quantité d'eau 300 fois plus grande, mesurée par rapport au volume employé de magnésie calcinée.
Dans ce cas également il a été montré que la capacité d'absorption en silice de la magnésie calcinée, aussi bien après le premier emploi et régénération y rattaohée, qu'après emplois et régénérations répétés, augmentait.
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Une autre constatation surprenante a été faite meinte- nant: de la magnésie calcinée destinée à l'élimination de la silice de l'eau, donc de la magnésie qui est si fortement chauf fée que sa solubilité dans des acides dilués, par exemple dans des acides forts dilués, tels que l'acide ohlorhydrique, est fortement diminuée, peut être beaucoup améliorée par une activation préliminaire, notamment dans sa capacité d'absorption de la silice;
p&r conséquent le rendement du procédé d'élimination de silice réalisé avec une telle magnésie peut augmenter dans de fortes proportions et notamment non seulement pour la première utilisation d'une telle magnésie activée mais encore pour son utilisation répétée après des régénérations intermédiaires, car cette activation non seulement n'est pas influencée de manière défavorable mais peut encore être augmentée, et cela d'une manière surprenante, par ces emplois et régénérations répétés.
Le procédé suivant la présente invention oonsiste en ce que le magnésie calcinée est traitée pendant un temps assez long, par exemple pendant une demi-heure jusque deux heures avec de l'eau chaude, éventuellement au point d'ébullition, ou par de la vapeur d'eau. Ce treitement est de préférenoe réalisé d'après le prinoipe du contre-courant et on peut éventuellement procéder de manière à diriger le f luide de traitement en oircuit fermé, de manière répétée à travers la megnésie calcinée en grains ou à travers le récipient contenant cette magnésie. Il est particulièrement avantageux, lors du traitement que l'eau ou la vapeur soit ohangée continuellement ou fréquemment, o'est- à-dire des quantités fraîches de l'agent de traitement devront être chaque fois mises en contact avec la magnésie calcinée.
Il a été également trouvé que le traitement d'active- tion suivant l'invention peut encore être complété d'une manière avantageuse en combinent le traitement par de l'eau chaude ou par le vapeur evec un traitement à l'acide, par exemple au moyen d'acide chlorhydrique, acide acétique ou éventuellement aussi avec de l'eau contenant de l'acide carbonique, car une
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telle magnésie, traitée à l'acide, surtout oelle associée au traitement à l'eau cheude ou à la vapeur peut 8tre activée d'une facor
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2<.i- trritt;;,:i combiné peut tre réalisé en effeo- tuant le traitement à l'acide en même temps qùe le traitement à l'eau chaude, en trevaillant par exemple cvec des solutions chaudes diluées d'acide, ou bien en effectuent le traitement à l'acide ce qui est e..core plus evantageux, séparément du traitement à l'eau chaude ou à la Tapeur, soit avant soit après ce dernier.
Il a été encore constaté qu'il était avantageux de réaliser les traitements ci-dessus avec de l'eau chaude ou avec de la vapeur d'une part et avec des acides d'une autre part, de manière répétée, ces traitements se suivant, par exemple à deux ou trois fois le traitement par de l'eau chaude avec traitement intermédiai- re à l'acide, ou vioe-versa.
La durée et l'intensité du treitement d'activation,par exemple la température, la concentration d'acide ou le nombre des traitements, doivent être ohoisis suivant la nature de la magnésie de départ disponible chaque fois, et qui de son côté dépend de la matière première dans chaque cas et de la nature du traitement de oalcination. Il semblerait qu'une magnésie fortement calcinée donne une activation plus forte qu'une magnésie calcinée plus faiblement, uant à l'utilisation et réalisation du procédé suivant l'invention, les durées de traitement et les quantités d'agents de traitement à utiliser ainsi que les avantages y rattachés peuvent être jugés d'après l'exemple de réalisation suivant:
On a employé oomme matière de départ une magnésie calot* née obtenue par un procédé de cuisson à environ 1750.
C en partant d'une magnésie autrichienne. Pour l'activation de cette magnésie calcinée on a employé de l'eau chaude en combinaison avec de l'aci. de chlorhydrique, en diluant de l'acide ohlorhydrique commercial avec de l'eau chaude de manière à former un liquide de traitement avec 17 kg. de HCl dans 900 litres d'eau. On fait passer ce liqide
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de traitement à une température d'environ 90 C à travers 300 li- très de magnésie granulée à 0,2 - 0,6 mm. pendant une demi-heure avec circulation répétée. Ce traitement fut répété trois fois, chaque fois avec du liquide frais ou rafraîchi, donc la durée totale a été de deux heures.
Après le traitement la magnésie activée possédait une augmentation de sa capacité initiale d'absorption de silice de 2,7 fois par rapport à oelle de la magnésie non activée, et une augmentation de sa durée c'est-à-dire de la durée pendant laquelle elle pouvait être utilisée sans diminution appréciable de sa capacité d'absorption de la silice, jusque approximativement 5 fois la durée de la magnésie non activée.