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PROCEDE DE FABRICATION DE PHOSPHATES CONDENSES.
La présente invention se rapporte à la fabrication de phosphates condensés et plus particulièrement à la fabrication de tripolyphosphate de sodium à l'état polymère possédant les caractéristiques voulues de solubilité, et elle a notamment pour but de créer un procédé perfectionné donnant un produit plus pur et de meilleures propriétés physiques qu'il n'était possible d'obtenir jusqu'ici, et d'une mise en oeuvre facile et économique.
Il est connu de fabriquer le tripolyphosphate de sodium en mélangeant en proportions convenables des solutions de phosphate monosodique et de phosphate disodique ou de sels similaires dans les rapports nécessaires pour obtenir le produit final désiré, et en soumettant la solution à 1' état finement divisé à un séchage instantané ou séchage "éclair", puis en chauffant le produit obtenu dans le même four rotatif pour compléter la réaction des matières mélangées avec formation de tripolyphosphate de sodium.
On a également proposé de sécher la solution, par exemple dans un séchoir à tambour., puis de la soumettre à un traitement thermique dans un four séparé. Un autre procédé est basé sur le chauffage à haute température, avec fusion, d'un mélange de phosphates monosodique et disodique.
On a constaté que les procédés ci-dessus présentent un certain nombre d'inconvénients,et un autre but de l'invention est de remédier à ces inconvénients. Le procédé par fusion, tout en ayant le mérite d'assurer un mélange satisfaisant, ne donne que la forme monomère, moins intéressante, du tripolyphosphate de sodium.
Quand on effectue le séchage "éclair" de la solution en la projetant en pluie dans un four rotatif, on constate que le séchage n'est pas absolument total avant que la pluie de
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solution atteigne la base du four, sur laquelle le produit s'accumule sous forme de lite,, Celui-ci se trouve donc à l'état plus ou moins humide et les particules formées par le séchage "éclair" tendent à s'agglomérer, de sorte que le séchage se fait d'une manière relativement lente et qu'il se produit une séparation nette des phosphates mono-sodique et di-sodique avec forma- ' tion de phosphates condensés indésirables à titre de sous-produit, par exemple de pyrophosphate.
Même sur un séchoir à tambour, il se produit une séparation suffisante pour qu'il en résulte la formation de quantités notables de pyrophosphates et de métaphosphateso
Le fonctionnement d'un four rotatif présente également un certain nombre d'inconvénients économiques, car les gaz quittant le four doivent avoir une température d'environ 350 C. Ceci cause la perte d'une quantité très importante de chaleur et, de plus, les gaz évacués du four entraînent une proportion importante de tripolyphosphate finement divisé.
La présente invention se propose de rendre le procédé plus économique en utilisant la chaleur perdue provenant du stade final du procédé et d'éviter, sans augmenter le coût de l'opération la perte de produit final causée par entraînement dans les gaz perdus.
Dans les qualités courantes de tripolyphosphates de sodium du commerce, la teneur en métaphosphate peut atteindre 3% et la teneur en pyrophosphate 5 ou même 6% La qualité désirable, que la présente invention cherche à atteindre, est un produit extrêmement soluble dans lequel les proportions des méta- et pyro-phosphates indésirables ne dépassent guère 1%; ce pourcentage'étant partiellement obtenu grâce à une proportion correcte des matières premières nécessaires, mais surtout aux nouveaux processus de séchage appliqués, qui comportent deux stades distincts utilisant chacun des chambres et des traitements thermiques différents.
Un autre but de l'invention est de réaliser, par séchage par pulvérisation, un mélange intime de phosphates mono- et di-sodiques en proportions correctes, dans des conditions s'opposant à l'agglomération avant passage au four et conduisant donc à l'obtention d'un produit polymère sensiblement exempt de méta-et de pyro-phosphates, en un temps nettement moindre qu'avec les procédés connus.
L'invention est matérialisée dans un procédé de fabrication de tripolyphosphate de sodium'consistant essentiellement à neutraliser de l'acide phosphorique obtenu par voie humide à l'aide de carbonate de sodium de manière à produire du phosphate monosodique, à filtrer le mélange liquide pour en enlever les impuretés, à diviser le filtrat en deux parties sensiblement dans le rapport de 2/1, à neutraliser la partie du filtrat la plus importante pour former du phosphate disodique, à mélanger la solution de phosphate disodique avec la solution de phosphate monosodique résiduaire de manière à obtenir une solution mixte dans laquelle le rapport des constituants est de 2 molécules-grammes de phosphate disodique pour 1 molécule-gramme de phosphate monosodique, à clarifier la solution par filtration sl désiré,
à sécher cette solution mixte par pulvérisation, et à chauffer la matière sèche ainsi obtenue dans un four séparé de manière à la convertir en tripolyphosphate de sodium que l'on peut refroidir et, si désiré, broyer.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, les gaz chauds utilisés pour la canalisation de la matière sèche sont utilisés pour effectuer le séchage préliminaire de la solution mixte dans un séchoir par pulvérisation, ce qui permet de récupérer le tripolyphosphate entraîné dans les gaz perdus au cours du stade final du procédé.
Les réactions que comportent les stades du procédé sont les suivantes:
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1) 3 C03Nz + 6 PC H = 6 P04NaH + 3 0 02 + 3 H0 2) 6 4'2" ' NaOH = 4 P04Na2H + 2 PûlaH2 + 4 H20 ou 2a) 6 PO!aH2 + 2 003Na. = 4 P04Na2H ... 2 PO!aH2 + 2 H0 + 2 C02 3) 4 P04I1aH + 2 P04NaH2 = 2 P30lcPa5 + 4 H20
Il est bien entendu que, dans la présente description, le terme de "tripolyphosphate de sodium" comprend également les polymères qui; sans nuire à son utilisation, apparaissent au cours du stade final du traitement thermique.
On se reportera maintenant aux dessins annexés, qui représentent schématiquement la mise en oeuvre du procédé conformément à un mode opératoire préférée
La fig. 1 est un schéma de circulation montrant les divers stades du procédé.
La fig. 2 est une vue de détail schématique montrant la construction de l'appareil de chauffage ou du four utilisé au cours des stades finaux du procède.
La fig. 3 est une vue en coupe suivant la ligne A-A de la fig. 2
La fig. 4 montre le détail des palettes inclinées.
La fig. 5 est une représentation schématique d'une des au-
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ges du four avec leurs orifices de charge et dedéchargeo
Pour la réalisation de l'invention suivant l'un de ses modes de mise en oeuvre préférés. on introduit par le tuyau 1 et l'appareil jaugeur M1 de l'acide phosphorique obtenu par le procédé par voie humide
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et contenant environ 3(je d'anhydride phosphorique P205 dans une chambre z,, chauffée par exemple au moyen d'un serpentin à vapeur 3 Le chauffage peut également être effectué par chemise chauffée par de la vapeur,injection directe de vapeur ou plusieurs de ces moyens.
Le carbonate de sodium indiqué par le chiffre ¯4 est amené par un élévateur 2. qui le décharge en 6¯ (qui peut désigner une bande transporteuse ou une goulotte) et par un dispositif jaugeur M.2 dans la chambre , le carbonate de sodium et l'acide phosphorique étant mélangés au moyen de l'agitateur mécanique 7, Au cours de cette opération, le carbonate de sodium est en léger excès relativement à la quantité théoriquement nécessaire à la conversion de l'acide phosphorique en sel monosodique, la valeur finale du pH étant de 4.3 à 4.5 et la température finale étant d'environ 85 C Ceci permet d'obtenir une précipitation à peu près complète de la totalité des impuretés présentes dans le mélange liquide sous une forme facile à filtrer.
L'anhydride carbonique dégagé au cours de ce traitement est évacué par le haut de la chambre 2 au moyen du ventilateur 8.
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De la base de la chambre 2, la liqueur parvi1Bftt vpaïJ:\ vanne 9,une pompe 10 et le tuyau 11. dans un filtre 12 qui sépare les impuretés de la liqueur, ces impuretés sont déchargées dans la chambre 13 par le tuyau 14; dans cette chambre , elles sont mélangées avec de l'eau provenant du conduit 16 au moyen de l'agitateur 15 et renvoyées par la pompe 17 à un lieu d'utili-
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sation ou d'évacuation. Le filtrat sortant du filtre 12 est envoyé par la pompe 18. à travers le tuyau 19. dans une autre chambre 20 munie d'un agitateur 21 et d'un ventilateur 22 destiné à évacuer l'anhydride carbonique éventuellement dégagé lors de cette opération.
Le carbonate de sodium est introduit dans la chambre 20 par le tuyau 6¯ (ou de la soude caustique est déversée par un dispositif séparé) et le réglage de la charge de carbonate ou d'hydroxyde de sodium ainsi que de la quantité de liquide filtré par la pompe 18 sont réglés par le jaugeur M.3. de manière que la première des deux parties du filtrat soit neutralisée complètement dans la chambre 20 à l'état de phosphate disodique, dans des conditions déterminées de pH;, et que cette liqueur neutralisée, déchargée dans la cham- bre 22 par la vanne 23. soit mélangée avec la partie résiduaire du filtrat ( c'est-à-dire la liqueur de monophosphate partiellement neutralisée provenant du filtre 12), le mélange étant fortement agité.
Le mélange de liqueurs présent dans la chambre 22. qui contient du phosphate disodique et du phosphate monosodique dans le rapport désiré de 2/1 est alors déchargé par la vanne 40 et la pompe 24 par l'intermédiaire du tuyau 25.dans le séchoir par pulvérisation 26, dans lequel des gaz chauds sont injectés par le tuyau 27 Le séchoir par pulvérisation est de préférence étudié de manière à fonctionner avec des gaz chauds dont la température d'admission est voisine de 450 C.
et des gaz d'échappement dont la température est voisine de 150 C. La liqueur pénètre dans le séchoir sous forme d'une pluie fine, et, après passage dans l'atmosphère de gaz chauds qu'il contient, elle est convertie en une poudre légère formée d'un mélange intime de phosphates mono- et di-sodiques dans les proportions désiréeso Le séchoir peut bien entendu fonctionner dans une gamme de température plus vaste que celle indiquée ci-dessus. Les gaz d'échappement quittent le séchoir par le tuyau 28 et la poudre de phosphates monosodique et disodique entraînée par le gaz en est extraite par le cyclone 29 et le sac filtrant 30 relié au cyclone par le tuyau 31.
Le mélange de phosphate mono sodique et disodique venant de la chambre 26 passe par le tuyau 41. avec la matière récupérée du cyclone 29 et du sac filtrant 30. dans 1' installation 32 de traitement thermiquedont un mode de réalisation préféré est représenté en détail dans les figs. 2, 3, 4 et 50
L'installation de traitement thermique 33 (fig.s 2. 3.4 et 5) est constituée de préférence par un four muni d'une série d'auges 34 pourvues de couvercles amovibles 35 et d'axes 36 portant des palettes réglables 37.
Les auges 34 sont munies d'un orifice d'entrée G et d'un orifice'de sortie B, et elles sont disposées de manière telle que les orifices de décharge B soient reliés aux orifices d'admission G entre les auges intermédiaires 34. la disposition étant telle que le mélange en poudre de la charge de phosphates qui se trouve dans la première auge, en provenance de la trémie 50 soit déplacé par les palettes 37 le long de l'auge jusqu'à ce qu'il atteigne la palette finale 37a. qui fait un angle droit avec le parcours de la matière et en assure la décharge, par l'orifice B, dans l'orifice d'entrée C de l'auge suivante, et ainsi de suite., jusqu'à ce que la matière ait traversé toute la longueur du four 32 et soit déchargée par l'orifice B de l'auge finale en passant par le dispositif de refroidissement 38.
Les arbres 36 sont munis de pignons 51 disposés à l'extérieur du four 32 et actionnés par des moyens connus. Le four 32 est muni de couvercles amovibles 52 formés de briques réfractaires sur châssis en fer cornière avec oeilleton 53 permettant de les enlever facilement.
Le four peut être chauffé à l'aide de gaz oil ou d'un combustible solide; dans 1?exemple représenté, ce sont les brûleurs 54 qui fournissent la chaleur nécessaire, laquelle suit le parcours indiqué par les flèches et entoure complètement les auges 34 avant de s'échapper par la cheminée 55.
La ou les auges 34 est ou sont chauffées de manière que la matière atteigne aussi
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rapidement que possible une température d'environ 350 C. et cette matière est maintenue entre 350 et 4500C. pendant un laps de temps qui peut; être réglé en modifiant la disposition des palettes 37 et la vitesse de rotation de l'ar- bre 36 sur lequel elles sont fixéeso Si l'on utilise la matière séchée par pulvérisation comme spécifié, le laps de temps pendant lequel elle doit être maintenue à une température comprise entre 350 et 450 C. peut ne pas dépas- ser 15 minutes.
On peut commodément satisfaire aux exigences de température susdites en brûlant un combustible approprié d'une manière telle que les pro- duits de combustion obtenus aient une température comprise entre environ 800 et 850 C, et soient refroidis vers 4500 C.au cours de leur passage par les conduits du ou des fours. Dans ces conditions, il est possible d'obtenir la quantité de gaz de carneaux nécessaire pour chauffer la matière en poudre afin que le gaz quittant l'installation 32 de traitement thermique soit en une quantité telle qu'il fournisse la quantité de chaleur nécessaire au fonction- nement du séchoir par pulvérisation 26.
La matière déchargée par l'extrémité de sortie de l'installa- tion de chauffage 32 constitue le tripolyphosphate de sodium terminé; il suffit de la refroidir et, si nécessaire, de la broyer avant de l'empaqueter.
Il est commode, à cet effet, de la déverser de l'installation de traitement thermique 32 dans le dispositif de refroidissement rotatif 38 à refroidissement par eau, d'où elle est évacuée par la bande transporteuse 39. Le dispositif de refroidissement 38 représenté sur la fig. 1, qui refroidit la matière au moyen d'eau avant de la décharger sur la bande transporteuse 39. peut être remplacé par un transporteur pneumatique qui effectue en une seule opération le refroidissement et la décharge du produit terminé.
Le procédé'-ci-dessus décrit diffère à divers égards des procédés classiques de fabrication des tripolyphosphates et ces différences, avec les avantages qui en résultent, sont les suivantes :
La neutralisation de l'acide phosphorique en deux stades a en premier lieu l'avantage de provoquer la précipitation des impuretés qui existent toujours dans l'acide obtenu par voie humide sous une forme facilement filtrable. En outre, pour une forte concentration en P2O5. le liquide à filtrer ne possède pas la viscosité élevée d'une solution contenant une quantité appréciable de sel disodique, ce qui facilite encore la filtration.
En second lieu, l'utilisation de la neutralisation en deux stades permet de régler de manière continue, par détermination électrométrique du pH, le premier stade de conversion de la totalité de l'anhydride phosphorique en phosphate mono-sodique. Aucune mesure physique simple ne permettait de déterminer la fin de la neutralisation en un seul stade pour produiré le mlange désiré de 2 molécules de phosphate disodique et de 1 molécule de phosphate monosodique, la seule méthode de détermination étant l'analyse chimique qui, bien qu'assez simple, est lente et ne peut donc fournir d'indications continues.
La division de la solution en deux lots dans le rapport de 2/1 peut être effectuée par un dispositif mécanique simple tel que, par exemple, des conduits en V, des diaphragmes à course variable ou des pompes à mouvement alternatif,etc... deux parties étant envoyées dans une seconde chambre de neutralisation pour être neutralisées à l'état de phosphate disodique, neutralisation qui peut également être suivie d'une manière continue par détermination électrométrique du pH. On peut ensuite mélanger facilement les liqueurs partiellement neutralisées et totalement neutralisées, de manière à obtenir le mélange désiré de phosphates monosodiques et de phosphate disodique dans les proportions correctes.
Un autre avantage de l'application du procédé en deux stades réside dans le fait que l'utilisation de carbonate de sodium de qualité commerciale peut introduire certaines impuretés insolubles.
Ceci peut être évité en utilisant de la-soude caustique, mais ce moyen n'est pas économique si l'on utilise de la soude caustique au cours de la totali-
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té du procédé. La technique de neutralisation en deux stades permet d'utiliser le. carbonate de sodium meilleur marché au cours du premier stade, car les impuretés introduites peuvent être enlevées par filtration avec la matière précipitée à partir de l'acide.,
et d'effectuer l'autre stade de neutralisation à l'aide de soude caustique plus coûteuse si l'on attache de l'importance à obtenir un produit final entièrement exempt de matière insoluble dans l'eauo
Une autre distinction entre le procédé suivant l'invention et le procédé généralement utilisé jusqu'ici réside dans l'utilisation d'un. séchoir par pulvérisation en vue de pouvoir recueillir les phosphates à partir de la solution. Cette opération s'effectue commodément dans un séchoir à tambour ou un appareil analogue,. mais elle est moins satisfaisante que le séchage par pulvérisation car le phosphate monosodique a une solubilité plus élevée que le phosphate disodique.de sorte que le sel disodique cristallise en premier lieu au sein de la solution soumise à l'évaporation.
On a constaté que$ même sous forme de pellicules de solides relativement minces venant d'un séchoir à tambour,cette séparation des matières est appréciable; elle est plus prononcée dans les autres types de séchoirs.
Le séchage par pulvérisation amène la solution à la forme de très fines gouttelettes avant séchage, de sorte que le degré de séparation qui peut se produire au cours du séchage de chaque gouttelette est en fait négligeable. L'hòmogénéité du mélange constitue un facteur important au cours du procédé, le chauffage du sel disodique ou du sel monosodique pris isolément produisant respectivement du pyrophosphate ou du métaphosphate.
On a constaté que la matière séchée au tambour est exposée à une séparation suffisante pour entraîner la présence de plusieurs unités pour cent de pyrophosphate et de métaphosphate, que par ailleurs l'homogénéité du mélange avec une matière séchée par pulvéri- sation supprime cet effet et que le produit, après passage au four, est pr atiquement exempt de pyrophosphate et de métaphosphate,le traitement au four étant de plus réduit à une durée relativement faible.
Habituellement, le traitement thermique des matières est effectué dans un four rotatif à chauffage direct. Ce dispositif est indésirable dans le cas d'une matière séchée par pulvérisation, car l'entraînement de poudre, qui est très légère, serait excessif. Il est avantageux d'utiliser un four du type décrit en regard de la fig.2, qui permet de tirer parti des propriétés de réaction rapide de la matière et de réduire les dimensions et le-'coût du four qui, tel qu'il est utilisé pour la mise en oeuvre de l'invention, coûte moins de la moitié d'un four ordinaire pour effectuer le mê- me travail.
L'eau dégagée au cours du chauffage dans le four peut entraîner avec elle une petite quantité de poudre, mais cette vapeur d'eau peut être évacuée dans les conduits principaux sans que la poudre soit exposée à 1' action du courant gazeux total et., la construction du four permettant d'utiliser ces gaz de carneaux pour le chauffage direct du séchoir par pulvérisation, la matière entraînée de cette manière se trouve récupérée dans le séchoir par pulvérisation sans qu'il soit nécessaire d'utiliser un cyclone sup- plémentaire, des filtres à sacs, etc... La matière finale est à l'état de poudre fine et, bien qu'il puisse se produire un certain degré d'agglomération au cours du passage dans le four. le degré de broyage nécessaire est minimum.
Si l'on utilisait un tambour de séchage,le produit se présenterait sous forme d'écailles très denses qui exigeraient un degré de broyage beaucoup plus élevé. La matière finale broyée est sous forme polymère et se dissout plus rapidement que la matière polymère produite par les procédés courants, probablement à cause de la texture ouverte du produit.
Des modifications peuvent être apportées aux modes de mise en oeuvre et de réalisation décrits, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention.