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Procédé de production de nitrophosphates pauvres en eau.
On sait que les nitrophosphates ne donnent des engrais utilisables, c'est-à-dire pouvant être répandus et conservés en magasin, que lorsque leur teneur en eau ne dépasse pas 2 à 3 molécules-grammes d'eau par molécule-gramme de nitrate de calcium. Pour la préparation de produits de ce genre, pauvres en eau, à partir d'acice nitrique et de phosphorite, on a employé jusqu'ici en pratique un acide nitrique concentré, par exemple à 70-75 %, dont la teneur en eau est précisément cal- culée de façon que l'on obtienne directement, par son action sur les phosphates, les nitrophosphates pauvres en eau que l'on désire, sans que l'on soit obligé de sécher et d'essorer les produits ultérieurement.
Toutefois, l'emploi d'acides nitriques concentrés rend l'application du procédé plus diffi- cile et moins économique, non seulement parce que leur fabri- cation est très coûteuse, mais aussi parce qu'on ne peut pas toujours se les procurer.
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Or, on a proposé, de différents cotés, d'employer, pour le traitement des phosphorites, l'acide nitrique usuel, à 50-60 %, qu'il est facile de se procurer. Toutefois, ces procédés n'ont généralement pas donné de résultats pratiques satisfaisants. C'est ainsi, par exemple, qu'on a proposé de traiter les phosphates bruts au moyen d'oxydes d'azote, et de combiner la réaction, le cas échéant, avec l'emploi d'un acide étendu, les phosphates ou la masse en réaction étant trai- tés au moyen d'acide nitrique dans l'une des deux phases et au moyen d'oxydes d'azote dans l'autre phase. En employant des oxydes d'azote, qui ont besoin d'eau pour former des nitrates, on peut régler à volonté la teneur en eau des produits obtenus.
Enfin, on a proposé aussi de traiter les phosphates bruts complètement au moyen d'un acide nitrique à 60 % ou même encore plus faible, puis de reprendre le produit ainsi obtenu et de le dessécher par de l'air, à des températures inférieures à 40 C jusqu'à la teneur requise. Ce dernier procédé, qui, à cause de sa simplicité peut être considéré comme le plus pratique, a toutefois des inconvénients techniques et économiques. La température de séchage inférieure à 40 C, c'est-à-dire infé- rieure à la température de ramollissement, à laquelle la matiè- re est largement solidifiée et divisée ou granulée, est relati- vement basse par suite de la basse température de ramollisse- ment des produits.
A ces basses températures la latitude pour l'absorption de l'humidité de l'air est très faible, par suite de la basse pression partielle de la vapeur d'eau et le séchage exige par conséquent de longues durées de traitement et de trop grands séchoirs. c'est pourquoi on a proposé d'opérer avec de l'air sec; mais le séchage de l'air étant très coûteux, l'opéra- tion n'est pas économique.
Un séchage de la masse à des températures plus élevées n'a pas paru techniquement praticable jusqu'ici, ou bien il a été'. jugé impossible, parce que les produits de la réaction, les nitrophosphates, forment à chaud des masses denses et tenaces,
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et aussi parce qu'à de telles températures élevées, une régres- sion de l'acide phosphorique soluble dans l'eau et le dégage- @ ,/ ment d'oxydes d'azote sont à craindre, par exemple suivant les équations de réactions :
EMI4.1
1) ca(H2Po4)2 ............... CaHP04 + H3P04 3) H3P04 + Ce(N03)2....."". CaHP04 + ZHN03
3) 2 HNO3 ................... N2O + N2O3 + O2
On sait en outre que l'on rencontre de très grandes diffi- cultés pour le séchage de la masse pâteuse ou liquide, par suite du mauvais échange de chaleur.
Or, des recherches ont montré que ce séchage peut être effectué avec une très bonne efficacité, lorsqu'il est effectué dans la phase pâteuse chargée de bulles et au-dessus de la température de ramollissement des nitrophosphates, c'està dire à des températures de plus de 40 C. Pour effectuer le séchage, le produit de la réaction, de densité 0,6 à 0,8 qui est liquide, chaud et non débarrassé des gaz, contenant des bulles, est versé par exemple, dans des récipients garnis de fonds constitués par des tamis ; on insuffle à travers la. masse chargée de bulles un courant d'air à 50 à 120 C. Par suite de la présence de bulles dans la masse, le courant d'air qui traverse la masse elle-même est finement divisé.
Ceci assure un large contact entre le nitrophosphate et l'air de séchage et, par conséquent, une puissance de séchage relativement grande.
On peut aussi employer de plus hautes températures pour le séchage, par exemple des températures de 170 C pour l'air chaud, si l'on augmente la vitesse du courant gazeux de telle façon que la température de la-masse ne dépasse pas 60 C, de préférence 40 C.
Malgré l'augmentation de la température de l'air de séchage jusqutà 120 C, il n'en résulte aucun échauffement de la masse au-dessus de la température de réaction d'environ 50 C, parce que le courant d'air chaud qui traverse la masse vaporise
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continuellement une quantité d'eau telle que la chaleur de vaporisation nécessaire à cet effet est empruntée au courant d'air, de sorte que la messe ne s'échauffepas. La température de la masse à sécher est presque toujours comprise entre 40 et 60 C. Si l'on évite le séchage au delà de la phase de dihydrate, on peut empêcher largement la régression de l'acide phosphorique soluble dans l'eau et le dégagement d'oxydes d'azote.
Le présent procédé de préparation de nitrophosphates pauvres en eau sous forme granulée, se caractérise en conséquen- ce en ce qu'on prend des phosphates bruts, c'est-à-dire des phosphorites, qu'on les traite par un acide nitrique étendu à 50-60 %, en agitant fortement, et qu'on sèche la masse obtenue, masse qui est pâteuse et chargée de bulles, au-dessus de la température de ramollissement, c'est-à-dire à "40-60 C"; en insufflant à travers cette masse un courant d'air chaud de 50 à 1700 C par exemple, jusqu'à ce que la teneur en eau de la masse soit de 2 à 3 molécules-grammes d'eau par molécule-gramme de nitrate de calcium, après quoi l'on reprend la masse ainsi obtenue, masse qui est séchée et chargée de bulles, et on lui donne la forme de granulés, en la malaxant et en la condensant, par un traitement de division et de granulation.
Ce mode d'ap- plication du procédé permet d'obtenir pendant le séchage un durcissement graduel des masses sous forme de masses chargées de bulles, et d'éviter par conséquent toute concrétion et for- mation d'une masse compacte, dense et tenace. Le traitement peut être effectué par exemple dans des tambours rotatifs comprenant des organes diviseurs à mouvement libre, ou par émiettement dans des diviseurs à vis, le cas échéant, après avoir fait passer la masse sous pression à travers des tamis, des plaques perforées, etc....
La gamme de températures avantageuses à envisager pour les gaz de séchage est celle comprise entre 50 et 100 C, et / l'on ira jusqu'à 70 à 1000 C pour obtenir la meilleure produc- tion. La masse de réaction elle-même doit se trouver à une température supérieure à la température de ramollissement du
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produit final. Cette température varie suivant la qualité du phosphate brut et la concentration de l'acide employé. La tempé- .-rature de la masse doit être supérieure à 40 C, mais il convient qu'elle ne dépasse pas 60 C. Dans ces conditions, le produit de la réaction est toujours une masse pâteuse chargée de bulles n'opposant qu'une faible résistance au passage de l'air chaud, de sorte qu'il est facile de faire passer à travers la masse un courant d'air relativement intense.
La quantité d'air que l'on peut insuffler à travers la masse poreuse est remarquable et l'on peut employer par exemple des vitesses de 0,05 m par seconde ou davantage. Par suite de l'élimination de IL,0 la température de ramollissement du produit de la réduction s'élève; la masse chargée de bulles se solidifie à vue d'oeil, tout en conservant sa porosité.
Le produit n'est pas absolument homogène après le séchage, car la quantité d'eau empruntée aux parties les plus basses qui se trouvent du côté de l'entrée de l'air est forcément plus grande que celle qui est empruntée aux parties les plus hautes du côté de la sortie de l'air. Il faut donc d'abord malaxer et condenser la masse avant la granulation dans un malaxeur ou un diviseur de construction appropriée. Cette opération peut avoir lieu avanta- geusement dans l'appareil de division et de granulation lui-même.
Exemples.
1. La production et le séchage de nitrophosphate ont lieu par exemple de la façon suivante.
La masse obtenue par réaction du phosphate tunisien sur HNO3 à 50 %, masse qui contient, pour une teneur totale d'environ 13,0 % de P2O5, 10,7 % de P2O5 soluble dans l'eau, 6,3 % d'azote et 30 % d'eau, est séchée au moyen d'air chaud dans des récipients dont le fond est constitué par un tamis. On fait passer l'air à 100 C à travers la masse poreuse chargée de bulles, d'où il sort à une température de 47 C; la température de la matière séchée est de 40 C. Après un séchage d'une durée de 3 heures 1/2 le produit contient en tout environ 15,6 % de P2O5 dont 12,9 % de
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P2O5 soluble dans l'eau, 7,6 d'azote et 16,5 % d'eau.
Ceci correspond à une teneur en eau d'eniriron 3 molécules-grammes d'eau par molécule-gramme de nitrate de calcium. Le rendement en N a été de 97 % de l'azote de l'acide nitrique employé.
Le séchage du nitrophosphate a été terminé en 3 heures 1/2.
La perte en H2O a été de 240 Kgs. pour une consommation totale d'air de 12.000 m3/t de nitrophosphate séché, c'est-à-dire que 16,6 g de H2O ont été éliminés par mètre cube d'air dans les conditions indiquées. La vitesse de l'air traversant la masse poreuse de nitrophosphate a été de 0,05 m/sec.
Pour le séchage on peut employer utilement des récipients munis de fonds constitués par des tamis. Les récipients remplis de matière poreuse provenant de la réaction sont poussés par charges intermittentes sur un ruban transporteur sans fin perforé et soumis au séchage dans un séchoir constitué par une sorte de four tunnel, dans un courant d'air insufflé de bas en haut à travers les fonds à tamis. Les gaz d'échappement, qui sont acides, sont évacués à une température d'environ 40 à 50 C.
Après une durée de séchage d'environ 4 à 8 heures, après laquelle la masse a une température d'environ 40 C, on vide les récipients également par charges, puis on les remet en circulation.
Le même mode opératoire peut aussi être employé avec un séchoir rotatif à fonctionnement continu.
Le ruban transporteur peut aussi être un fond perforé, à tamis, sur lequel la masse poreuse de nitrophosphate est versée directement et à travers lequel on insuffle l'air chaud. La masse séchée est enlevée continuellement à l'extrémité du ruban trans- porteur et à son arrivée à l'autre extrémité, ce ruban transpor- teur est chargé d'une nouvelle quantité de masse fraiche prove- nant de la réaction.
2.- La masse obtenue par réaction de phosphate tunisien sur HNO3 à 50 %, masse dont la composition est par exemple la suivante :
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<tb> P2O5 <SEP> total <SEP> 13,0 <SEP> % <SEP>
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<tb>
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<tb> P2O5 <SEP> total <SEP> soluble <SEP> dans <SEP> l'eau <SEP> la,7 <SEP> ± <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
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<tb> Rendement <SEP> de <SEP> la <SEP> dissolution
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<tb>
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<tb>
<tb> de <SEP> P2O5 <SEP> :
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> P2O5 <SEP> soluble <SEP> H2O
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> P2O5 <SEP> total <SEP> 82,5 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> N <SEP> 6,3 <SEP> % <SEP>
<tb>
est séchée au moyen d'air chaud dans des récipients munis de fonds à tamis.
La température de la masse est d'abord d'environ 50 Co L'air employé pour le séchage est insufflé au moyen de ventilateurs à une température de 150 C à travers la masse poreuse chargée de bulles, les conditions de température qui s'établissent étant les suivantes :
Masse de nitrophosphate :
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<tb> Température <SEP> avant <SEP> le <SEP> séchage <SEP> 50 <SEP> C
<tb>
<tb> " <SEP> après <SEP> " <SEP> " <SEP> 43 <SEP> C
<tb>
<tb> Température <SEP> de <SEP> l'air <SEP> :
<SEP>
<tb>
<tb> avant <SEP> l'entrée <SEP> dans <SEP> la <SEP> masse <SEP> de
<tb>
<tb> nitrophosphate <SEP> 150 <SEP> C
<tb>
<tb> à <SEP> la <SEP> sortie <SEP> de <SEP> la <SEP> masse <SEP> de
<tb>
<tb> nitrophosphate <SEP> 45 <SEP> C
<tb>
Après un passage de 6.500 m3 d'air sec par tonne de nitrophosphate, le séchage a été terminé au bout d'une heure.
La vitesse de l'air traversant la masse poreuse de nitrophos- phate d'épaisseur 500 m/m a été d'environ 0,2 m/sec.
La composition de nitrophosphate séché a été la suivante:
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<tb> P2O5 <SEP> total <SEP> 15,48 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> P205 <SEP> soluble <SEP> dans <SEP> l'eau <SEP> 13,la <SEP> µ <SEP>
<tb>
EMI8.4
P25 solà dans l'eau/P 205 total 8 7
EMI8.5
<tb> N <SEP> 7,73 <SEP> %
<tb>
<tb> HNO3 <SEP> libre <SEP> 1,26 <SEP> %
<tb>
La partie en eau, calculée d'après la différence entre la teneur en P2O5 du produit de départ et celle du produit séché, a été de 190 Kg par tonne de nitrophosphate séché. on a constaté que la perte en N a été de 2,8 % de la quantité totale de N.