<Desc/Clms Page number 1>
Procédé de production de carbonate de sodium dense-
La présente invention concerne un procède de transforma tion de carbonate de sodium léger en carbonate de sodium dont* et en particulier en carbonate de sodium dont* convenatn pour la fabri- cation du verre.
Une grande quantité de carbonate de sodium dense produi- te est destinée à l'industrie du verre qui utilise du sable fin pour que le mélange fonde rapidement et il en est résulté une grande consommation de carbonate de sodium d'une granulome trie correspon- dante. La vitesse de fusion est d'autant plus grande et la ségré- gation des matières mélangées avant ou pendant la fusion est d'au-
<Desc/Clms Page number 2>
tant plus faible que la granulométrie du carbonate de sodium se rapproche plus de 'celle des sables fin* utilisés. On a noté qu'une teneur élevée en chlorure de sodium du carbonate de sodium dense a un effet défavorable sur la durée de service des ouïes et peut être considérée de façon générale comme
indésirable en raison de l'abaissement du titre en Na2CO3 du carbonate de sodium dense.
Le carbonate de sodium léger qui est un produit ordi- naire du commerce est une matière pulvérulente de bas poids spéci- tique (environ 500 g par litre) qui contient des quantités appré- ciables d'impuretés et en particulier de chlorure de sodium et qui ne convient pas pour la fabrication du verre.
Un procédé classique de transformation du carbonate de sodium léger en carbonate de sodium dense consiste à mélanger un excès d'eau chaude avec le car- bonate de sodium léger chaud pour provoquer la formation de cristaux de monohydrate. Cette masse humide est alors transférée dans un séchoir où l'eau libre et l'eau de cristallisation s'éli- minent en abandonnant du carbonate de sodium anhydre.
Ou point de vue chimique. le carbonate de sodium dense obtenu n'est pas meil- leur que le carbonate de sodium léger et vu que diverses matières sont ajoutées habituellement au mélange comme agents de cristalli- sation, le carbonate de sodium dense obtenu est souvent moins pur que le carbonate de sodium léger dont il provient. De même, les propriétés physiques du carbonate de sodium dense laissent beaucoup à désirer, parce que ses cristaux sont sujets à rupture et attrition avec formation de poussières et de fines et paroe qu'il contient souvent des impuretés occluses.
L'invention a pour objet un procédé de transformation de carbonate de sodium léger en carbonate de sodium dense ayant une haute pureté ainsi que des dimensions et un habitua cristallin le rendant éminemment apte à la fabrication du verre.
Le procédé de l'invention consiste à mélanger, dans une zone de mélange, du carbonate de sodium léger avec une solution aqueuse à 4-16 et de
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
préférence à 10-14% en poids do chlorure dit 1041Wft et à 10"2? et de préférence 12-21?S en poids de carbonate de sodium pour formai une suspension de carbonate de sodium dispersé dans le liquida aqueux où les particules solides représentent 10 à 20 et de préfé-
EMI3.2
ronce 13 à 17$ en poids de la suspension,
à maintenir la solution aqueuse pendant le Mélange avec le carbonate de sodium léger à une température inférieure de 5 C au maximum et de préférence de
EMI3.3
1 à 300 à la température de transition du carbonate de sodium monohydraté en carbonate de sodium, .
soutirer la suspension de la zone de mélange, de préférence après un temps de séjour de moins de 5 minutes, à introduire la suspension dans un or1.ta111- soir, à maintenir le cristallisoir k une température de 7 à 10*0 et de préférence de 7 à 900 au-dessous de la température de transi* tion pour former du carbonate de sodium monoh1dratd cristallin, à séparer le carbonate de sodium monohydraté cristallin de la liqueur- mère, à le laver pour éliminer les Impuretés adhérentes, à le sécher pour obtenir du carbonate de sodium anhydre dense et à renvoyer
EMI3.4
la liqueur-mare avec un supplément d'eau a la sono de Mélange pour les mélanger avec un supplément de carbonate de sodium léger.
Le carbonate de sodium dense de haute qualité doit satisfaire a certains critères de composition chimique, de gratta*
EMI3.5
losltr1., de densité apparente et de géométrie des grains, tue proue cédé de l'invention a permis d'obtenir du earbonate de sodium dense satisfaisant de ces quatre points de vue. Il en est résulté
EMI3.6
une amélioration nette du titre, la teneur moyenne en X*2CO3 du produit obtenu suivant l'invention étant de 99,an - lieu de 99,72]1: pour la carbonate de sodium léger et de 9962% pour le car. bonate de sodium dense ordinaire, La teneur de ce sel en chlorure de sodium et en sulfate de sodium est particulièrement 1ço"t.lnte pour sa qualité.
Le carbonate de sodium dense ordinaire contient O,p3e de gaGl et le carbonate de sodium léger servant à le préparer contient habituellement 0,2$ de JUC1, tandis que le produit da.
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
procédé de l'invention contient d'habitude 0#04% de ohloruet de sodium ou bien moine. Le sulfate de sodium est également une :trapu- reté normale du carbonate de sodium et représente habituellement
EMI4.2
0*0l± du carbonate de sodium donne et du carbonate de sodium léger ordinaire.. Le produit de l'invention contient moins de
EMI4.3
O,004 de sulfite de sodium. De mène, la quantité de carbonate de magnésium dans le produit suivant l'invention est environ la soi fie de celle qui est généralement présente dans les carbonates de sodium denses et légers ordinaires.
La granulométrie du carbonate de sodium dense obtenu doit être approximativement celle du sable utilisé en verrerie,
EMI4.4
c'est-à-dire que le spectre granulométrique du carbonate de sodium dense doit être raisonnablement proche de celui du sable. Le ta- bleau ci-après compare le spectre granulométrique du carbonate de sodium dense obtenu par le procédé suivant l'invention avec celui de sables provenant de deux origines.
Spectres granulome triques (% restant sur chaque tamis)
EMI4.5
Taais Tyler n* Carbonate de Sable de Sable de (ouverture en sodium dense H<ml<y Pem microns) #20 (840) , 30% (5") (420) 1 z 2sa)
EMI4.6
<tb> (il?) <SEP> "
<tb>
EMI4.7
as> * (7,4)
<Desc/Clms Page number 5>
EMI5.1
Le carbonate de sodium dense noia pas un spectre granulowetrique identique à celui des sables, malt on considère quli est suffisast- ment proche de celui de chacun des sables.
Des poids spécifiques apparents pour 19 eâfbca* de sodium anhydre compris entre environ 950 et 1079 a/litre sent on* sidérés oeoaa't wxo<H<mt< pour la fabrication du verra* tue earbongte de sodium donne obtenu par le proo4di de l'1nY",t1on a un poids spécifique apparent comprit entre 975 et 1050 a/l1tr.. tit poids spécifique apitrent ne doit pas ttre considéré stul, mais an apport avec la tome ot la dimension moyenne dit grains qui ont un effet sensible sur le poids xpdoifique résultant. tiaigl 4r*tîon pendant la cristallisation ou le séchage affecte d'fayorab1811ent le poids spécifique. Les particules de petite dimension tendent à augmenter le poids spécifique Une matière non anguleuse tend également à avoir un poids spécifique apparent élève.
La qualité du carbonate de sodium dense est déterminée également par la géométrie des
EMI5.2
grains, a'est-à-dire leur aspect et leur forme* Le carbonate de sodium dont* obtenu par cristallisation par le procédé suivant l'invention est constitué par les squelettes qu'abandonne le monohydrate par déshydratation. Extérieurement, les cristaux pré-
EMI5.3
tirés ressemblent à des prismes rectangulaires a arêtes intactes.
Le produit obtenu par le procédé de l'invention a normalement un rapport hauteurtiargeunlongueur de 18182-3, mais la longueur peut être accrue si on le désire. La ségrégation du produit dans des mélanges aveo du sable est minimum et est très proche de celle que donne le carbonate de sodium cubique.
La production industrielle rationnelle du carbonate de sodium exige non seulement la préparation d'un produit de haute qualité mais également l'application d'un procédé efficace et évitant les difficultés d'exécution habituelles d'une telle fabri- cation. La difficulté habituelle de la production du carbonate de sodium dense est "l'entartrage" ou dépôt de sol sur les surfaces
<Desc/Clms Page number 6>
EMI6.1
de l'installation, et qui entraîne son 0011lata.1 et nécessite des arrêts fréquents qui réduisent la production, Dans le procédé de l'invention, l'entartrage est tellement faible qu'il n'a pas d'effet sensible.
EMI6.2
Une tome de réalisation préférée du prooédé de lbînVD- tison est décrit* ci-aprês avec référence au dessin annexé qui est un tableau de marche
Dans le destin, une solution aqueuse de chlorure de sodium et de carbonate de sodium est introduite par le tuyau 1
EMI6.3
dans un réservoir de préaélangt 2 muni d'un dispositif 4'ae1tat1oQ approprié 3 permettant d'en agiter énergiquement le contenu.
La solution aqueuse contient 4 à 16 et de préférence 10 à 14% en poids de chlorure de sodium. le chlorure de sodium en excès sur
EMI6.4
les z environ tend à se séparer de la solution par cristallisa- tion et sa présence doit ttre évitée, tandis que des quantités tntbrieurea $ 1,, environ donnent des résultats médiocres* Le chlo. rure de sodium permet de travailler à des températures moins il*-
EMI6.5
veea d'induire une bonne cristallisation rapide et d'empêcher l'entartrage.
La solution aqueuse, qui est de la liqueur-mere- r.0101é., contient du carbonate de sodium dissous qui est normale- ment à la saturation ou à peu près, La solution aqueuse entrant dans le réservoir de primêlange 2 par le tuyau 1 contient$ de pré- férencop une quantité faible ou nulle de carbonate de sodium mono- hydraté solide parce qu'on a trouvé que la présence de cristaux
EMI6.6
de monohydrate pénétrant ainsi dans le réservoir de prfm61tnl' tend à y provoquer une transformation prématurée et l'entartrage.
Le carbonate de sodium léger est introduit par le
EMI6.7
tuyau 4 dans le réservoir de prmé.angs et le mélange est agite énergiquement par un dispositif d'agitation approprié par exemple un agitateur Cowles. Les températures régnant dans le réservoir de prémélange sont critiques et doivent être maintenues inférieures, mais d'environ 5 C au maximum, à la température de transition de
<Desc/Clms Page number 7>
EMI7.1
la réaction Ua,00,*HPO ssssaa: lta200, + 82 .
Aux températures in- férieures à la température de transition l'entartrage est rapide Toutefois, on a découvert que la présence du chlorure de sodium à la concentration requise dans la solution aqueuse évite l'en-
EMI7.2
tartrage si la température est maintenue à 5"C au maximum au. dessous de la température de transition. Il est donc important que la concentration en sel de la solution aqueuse conserve sa valeur et que la température soit maintenue entre les limites cri- tiques qui sont une valeur juste inférieure à la température de
EMI7.3
transition et une valeur de 500 au maximum et d'environ 300 de préférence au-dessous de la température de transition.
La tempéra- ture de transition d'une solution aqueuse sensiblement saturée en carbonate de sodium dépend de sa concentration en chlorure de
EMI7.4
sodium* Pour une concentration en chlorure de sodium de J.1., la température de transition est d'environ 14"1'C et cette valeur di minue à mesure que la concentration augmente, de sorte qu'à une concentration d'environ 16% en chlorure de sodium, la température de transition est d'environ 102S*C.
La température dans le 1'4..1'. voir de prêmêlange doit être maintenue soigneusement, de façon à ne pas être inférieure de plus de 5$C à la température de transi- tion et elle ne peut tomber au-dessous d'environ 102*C lorsque la solution aqueuse contient 4% de chlorure de sodium ni au-dessous
EMI7.5
d'environ 97,5.C lorsqu'elle contient 16% de chlorure de sodium# En pratique, on obtient d'excellents résultats en maintenant la température dans le réservoir de prdedlxage à une valeur de 2 3*C inférieure à la température de transition*
Le réglage de la température dans le réservoir de pré- mélange 2 peut être obtenu en agissant sur la température de la
EMI7.6
liqueur de mise en suspension entrant par le tuyau 1,
par ozmple en la préchauffant à la température requise avant qu'elle n'entre dans le réservoir de prêm4lange 2* On réglage J\lpplé8et&1r. de la t.88p4.rata.r. de la liqueur dans le réservoir de prAtéleate 2 peut
<Desc/Clms Page number 8>
être assuré en insufflant de l'air par le tuyau 5 à la surface du liquide ce quia par évaporation, entraîne un refroidissement de la masse de liquide ou bien en réduisant la pression dans le réser- voir, ce qui provoque une évaporation et un refroidissement du liquide.
La température du carbonate de sodium léger entrant par le tuyau 4 n'est pas critique et peut varier entre une valeur n'atteignant qu'environ 30 C et une autre pouvant atteindre 180 C.
En pratique, cela offre l'avantage de permettre l'utilisation de carbonate de sodium léger provenant de sources à diverses tempéra- tures. La mise en suspension du carbonate de sodium léger dans la liqueur aqueuse du réservoir de prémélange 2 se fait en un temps très courte de l'ordre de 0,5 à environ 5 minutes, ce qui est évi- demment intéressant en raison des grands débits possibles. On peut recourir à des temps de séjour de plus de 5 minutes dans le réser. voir de prémélange, mais ils ne sont pas avantageux parce qu'ils tendent à induire l'entartrage et à donner un produit de qualité .oins bonne.
La liqueur contenant les solides en suspension est transférée du réservoir de prémélange 2 par le tuyau 6 au cristal. llsoir 7 qui peut être un cristallisoir ordinaire ianni d'un cylindre 8 et d'un agitateur 9 qui fait circuler la suspension vers le haut dans le cylindre. La concentration des solides en suspension dans le eristallisoir peut varier entre environ 5 et 25% en volume de solides déposés.
La température de la suspension circulant dans le eristallitoir 7 est critique et doit être maintenu* entre environ 7 et 10 et de préférence entre ? et 9 au-dessous de la température de transition, et varie évidemment avec la concentration en chlo- rure de sodium de la solution, Par exemple, pour une concentration en chlorure de sodium de 12%, l'intervalle est de 94,5 à 97 C.
Au-dessous de ces températures, les cristaux deviennent trop joncs et trop fins et au-dessus de cet intervalle la vitesse de transfor-
<Desc/Clms Page number 9>
mation diminue ce qui provoque l'entartrage des parois du cristal- lisoir et de l'installation en aval du cristallisoir. Le chlorure de sodium présent à la concentration désirée favorise la formation de cristaux ayant une géométrie utile et inhibe l'entartrage* Il est étonnant que mime lorsque des quantité* relativement impor- tantes de chlorure de sodium sont dissoutes dans la phase liquide,
celui-ci ne précipite pas et que les cristaux de carbonate de sodium monohydraté obtenus soient denses, durs et à surface unie et ne contiennent pas de chlorure de sodium occlus,
La température régnant dans le cristallisoir peut être réglée à l'aide d'un courant d'air variable Introduit par le tuyau 11 au sommet du cristallisoir 7 et passant à la surface de la li- queur.
D'autres moyens de réglage de la température peuvent être utilisés$ par exemple un vide réglable régnant dans un tuyau de sortit de vapeur et maintenant constante la température d'ébulli- tion de la liqueur en surface* La formation des cristaux est rela. tivement rapide et des cristaux ayant le spectre granulométrique requis sont produits normalement en un temps de séjour d'environ 7 à 10 minutes, mais des temps plus longs ou plus courts, par exemple de 5 à 30 minutes, peuvent être utilisés pour arriver à d'autres spectres granulométriques.
Les cristaux de carbonate de sodium monohydraté de la liqueur mère sont amenés du cristallisoir 7 par le tuyau 12 dans un classificateur 13 qui peut être d'un type quelconque, par exemple un olassifioatéur Doorolone de la Dorr-Cliver Co., Stamford, Conn. Le classificateur opère une séparation des cristaux de monohydrate préalable à une séparation plus complète de la liqueur- mère dans la centrifugeuse.
Le classificateur sépare la majeure partie de la liqueur-mère (soutirée par le tuyau 14) des cristaux de carbonate de sodium monohydraté (qui sont soutirés par le tuyau 15) et, si on le désire, un troisième courant, non indiqué, contenant de fines particules de carbonate de sodium solide de
<Desc/Clms Page number 10>
Moins de 149 microns.. peut tire soutiré du classificateur et ren- voyé directement au cristallisoir 7.
La séparation des cristaux de carbonate de sodium mono- hydraté de la suspension dans la liqueur-mère s'écoulant par le tuyau 15 se fait dans une centrifugeuse ordinaire 16, par exemple une centrifugeuse Baker Perkins ter Meer Centrifugal. Les cristaux peuvent être lavés à l'aide d'eau de lavage entrant par le tuyau 17 et qui est de préférence chauffée à une température de 60 à 90 C. La quantité d'eau de lavage nécessaire est relativement petite et habituellement d'environ 0,1 à 0,2 partie en poids d'eau par partie en poids de tourteau pour donner des cristaux contenant moins de 0,05% de chlorure de sodium.
Les cristaux de carbonate de sodium monohydraté cen- trifugés et lavé. contenant,, moins de 5% d'eau libre sont amen'. par le tuyau 18 dans le séchoir 19 qui peut tire un séchoir tubu- laire à vapeur classique..
Les conditions les plus favorables de fonctionnement du séchoir tubulaire à vapeur sont celles assurant une température de sortie inférieure à 180 C et supérieure à 150 C, une température des gaz de sortie, mesurée au thermomètre sec et au thermomètre humide de plus de 98 C et de moins de 80 C respectivement, une vitesse périphérique du séchoir supérieure à 22,86 m/minute, un temps de séjour supérieur à 22 minutes, une teneur en humidité libre inférieure à 3% dans l'alimentation et une température d'alimentation supérieure à 60 C. Le carbonate de sodium anhydre dense obtenu est soutiré du séchoir par le tuyau 21.
La liqueur-mère séparée dans la centrifugeuse est ren- voyée par le tuyau 22 au réservoir 23 dans lequel pénètre également, par le tuyau 14, la liqueur issue du classificateur 13. Du chlo- rure de sodium (de préférence sous forme de saumure) est introduit dans le système par le tuyau 24.
Normalement, le chlorure de sodium est Introduit en quantité requise uniquement au début des opéra- tions. Pendant l'exécution du procédé, en particulier si le car-
<Desc/Clms Page number 11>
bonate de sodium léger contient une quantité sensible de chlorure de sodium,, la concentration de la liqueur-mère en chlorure de sodium peut atteindra une valeur trop élevée et la concentration requise peut être rétablie en soutirant une petite quantité de liquide au fond du réservoir 23 par le tuyau 25.
Des solides ou des impuretés éventuels se déposant au fond du réservoir 23 peuvent
EMI11.1
être soutirés également par le tuyau 259 La liqueur"Mere contenant un peu de particules fines de carbonate de sodium solide est .ou. tiré@ du réservoir 23 par le tuyau 26. De l'eau d'appoint est introduite par le tuyau 27 et mélangée à la liqueur-mère dans le tuyau 26 pour remplacer l'eau perdue dans le système. L'eau d'ap- point sert également à dissoudre les fines particules de carbonate de sodium solide éventuellement présentes* Le mélange de liqueur- mère et d'eau d'appoint est passé dans un filtre (non indiqué)
EMI11.2
pour éliminer tous les solides.
Le mélange d'eau et de liqueur-arbre passe alors par le tuyau 28 dans un réchauffeur 29 qui peut être un simple échangeur de chaleur où la liqueur s'échauffe par con- tact direct avec de la vapeur d'eau sous txna pression de 7,03
EMI11.3
à 2,1.1 kg/=2 au manomètre entrant par le tuyau 31 et soutirée par le tuyau 32. La liqueur préchauffée passe alors par le tuyau
EMI11.4
1 dans le réservoir de prim4lanc, 2.
±' exemple suivant illustre l'invention.
EMI11.5
P!t1'Lf...: Dane une installation semblable à malt que reprisent@ le dessin, un courant de solution aqueuse (liqueur de recyclage) qui contient 13j.l% de ...CI et 16, de 1a03, est tdstis de façon continue avec un débit de 31,4 litres/minute dans tm réservoir de prlaw en Jl1ae teeps que du carbonate de sodium liger du com- merce admis par le somet du réservoir avec m débit de 7.966 lcdj minute. Le réservoir de préaélanjce a an volcoie efficace d'envi roc 151,2 litres et une agitation énergique est assurée par vta *41=w leur Copies. La teapérature 1IOft'm'1e 48n. le réservoir 4e P,.4Ia-, @
<Desc/Clms Page number 12>
EMI12.1
te est de 102*0# c'est-'a-dire environ 2*0 au-dessous 'de la tempéra* ture de transition.
De l'air est insufflé avec un débit d'environ 0,27 kg/minute sur la surface du liquide dans le réservoir de
EMI12.2
prémélange, afin de régler la température*
Une suspension ayant la composition suivante est ame- née de façon continue du réservoir de prémélange dans le cristal* liscir.
EMI12.3
Na2C03 1 l'état wolide 6,94 kg/minute NaC1 à l'état dissous 5,08 kg/minute Na2CO3 à l'état dissous 6,98 kg/minute
EMI12.4
sào 27,3 kg/minutes La vitesse de circulation dans le cristallinoîr est d'environ 3,66 à 4,26 */minute* La concentration en solides de la suspen- ,%Ion est d'environ 10 à 15% en volumes sédimentés. La température dans le eristallisoir est de 96,5 C en moyenne, c'est-à-dire 7 C au-dessous de la température de transition. On ne constate aucun colmatage à la sortie du eristallisoir, ni dans la classification se trouvant plus en aval.
Les cristaux de carbonate de sodium
EMI12.5
.onohy4raté et la liqueur-mère sont soutires de façon continue du eristallisoir avec un débit de 33,3 litres/minute et envoyés au classificateurs
EMI12.6
la2CO3*R,O à l'état solide 9 01 kg/minute !<aCl à l'état dissous 5jO8 ki/xi=te i t 2 Co 3 à l'état dissous 6,17 kg/minute
R20 25,0 kg/minute Du classificateur, on soutire une suspension de crie.
EMI12.7
taux de carbonate de Odlun monohydrate avec un débit de 15.,l 24.
"a/a1nu" et on l'envoie à une centrifugeuse. La liqueurnaere séparée des cristaux est soutirée du clestiticatonr avec un débit de l8j2 litres/minute et envoyée au réservoir 23. Dans la Il:ttmtr1. fugeuse, une nouvelle séparation de la llqueurH fcr du cr1sta1l1...
<Desc/Clms Page number 13>
soit a lieu et les cristaux sont lavés avec de l'eau chaude à
70 C introduit* avec un débit de 0,91 kg/minute.
Les on. taux contenant environ 4% d'eau libre sont alors sèches dans un se* choir tubulaire à vapeur d'eau, pour obtenir avec un débit d'en- viron 7,66 kg/minute des cristaux de carbonate do sodium anhydre contenant environ 0,04% de NaC1, ayant une tome rectangulaire un rapport moyen de dimensions de 1:1:2-" et un poids pacifique de 1050 g par litre. Ce* cristaux se prltent bien. être mélangés avec du sable, sans ségrégation* La liqueur-mère séparée dans la centrifugeuse est alors dirigée vers le réservoir 23 où elle est mélangée avec la liqueur-mère issue du classificateur.
La liqueur- mère est soutirée de façon continue de ce réservoir et additionnée de 1,82 kg/minute d'eau, puis le mélange est préchauffé dans un 'changeur de chaleur et envoyé au réservoir de prémélange.