CH322979A - Procédé de fabrication d'acide phosphorique en cristaux, pur et anhydre, et installation pour la mise en oeuvre de ce procédé. - Google Patents

Description

  <B>Procédé de</B>     fabrication   <B>d'acide</B>     phosphorique   <B>en</B>     cristaux,        pur   <B>et anhydre,</B>  <B>et</B>     installation   <B>pour la</B>     mise   <B>en</B>     aeuvre   <B>de ce procédé</B>    Jusqu'à maintenant l'acide phosphorique       cristallisé        titrant        au        moins        98        %        de        H3p04     n'a été qu'un produit de laboratoire coûteux  à préparer et difficile à obtenir en 

  quantités  industrielles. Or, de nombreuses industries ont  un très grand intérêt à pouvoir disposer, en  quantité importante, d'acide phosphorique en  cristaux, pur et anhydre (c'est-à-dire titrant       au        moins        98        %        de        H3p04),    à     un        prix        rentable     pour leurs fabrications.

   Parmi ces industries  on peut entre autres citer celles s'occupant du  polissage de     l'aluminium    et des métaux non  ferreux, de la synthèse de composés organi  ques, de la fabrication de phosphates desti  nés à l'alimentation, de la     préparation    de mé  dicaments (esters phosphoriques), etc.  



  Les procédés actuels de fabrication indus  trielle de l'acide phosphorique     donnent    des  produits où l'acide phosphorique est en so  lution dans l'eau. La concentration courante  en     H3P04    de ces produits varie de 75 à 84 %.  Pour obtenir des concentrations plus élevées  la méthode de concentration employée en gé  néral, qui consiste à dissoudre du     P205    dans  ces solutions d'acide, donne des mélanges  d'acides phosphorique, pyrophosphorique,     mé-          taphosphorique    dont la composition exacte  n'est pas constante et que l'on ne peut plus  appeler acide phosphorique;

   ce sont des mé  lasses très consistantes,     difficiles    à manipu-         ler    que l'on dénomme par des appellations  comme acide       superphosphorique        p,          tétra-          phosphorique        b,    etc...  



  L'acide phosphorique cristallisé ne peut  pas être extrait de ces acides sans frais sup  plémentaires élevés.  



  Si l'industrie n'a pu jusqu'à présent être  approvisionnée en acide phosphorique prati  quement anhydre à un     prix    restant intéres  sant, cela est dû au manque d'un procédé éco  nomique permettant de produire industrielle  ment l'acide phosphorique cristallisé, titrant  98     Vo    au moins.  



  La présente invention remédie à cette ca  rence. Elle comprend un procédé de fabrica  tion d'acide phosphorique en cristaux, pur et  anhydre, à partir de solutions aqueuses de cet  acide, et une     installation    pour la mise en       aeuvre    de     ce    procédé.  



  Ce procédé consiste à évaporer superficiel  lement une solution aqueuse d'acide phospho  rique de départ en chauffant     cette    solution  alors qu'elle se trouve sous forme d'une nappe  liquide, jusqu'à obtention d'une masse     titrant          au        moins        68        %        de        P205,        puis    à     faire        cristal-          liser    cette masse par refroidissement.

   Il est  caractérisé en ce que l'on effectue ledit chauf  fage en     surface,    au moyen de rayons infra  rouges, la solution soumise à l'évaporation  contenant un agent oxydant.      On a en effet constaté que la formation  d'acide pyrophosphorique et/ou     polyphospho-          rique,    lors de la concentration de la solution  de départ, est entravée lorsque cette solu  tion renferme un agent oxydant.

   L'adjonction  d'un agent oxydant à la solution de départ  est donc très avantageuse car d'une part elle  diminue la quantité d'acide     polyphosphorique     qui se forme par déshydratation et d'autre  part, elle permet de conduire l'évaporation à  une température plus élevée ; l'élévation de  température     étant    toutefois limitée par l'uti  lisation d'infrarouges. L'agent oxydant, qui  peut avantageusement être en partie ou en  totalité volatil, a encore l'avantage, le cas  échéant, de détruire tout ou partie des im  puretés oxydables que peut renfermer la so  lution de départ.

   Cet agent oxydant peut par  exemple être un chlorate, de l'eau oxygénée,  un permanganate, un     perphosphate,    un com  posé obtenu par oxydation anodique de la  solution de     départ.     



  Le dernier avantage mentionné est tout  particulièrement appréciable lorsqu'il s'agit de  concentrer des solutions renfermant des ma  tières organiques qui se carbonisent au cours  de la concentration, jusqu'à donner avec l'acide  un jus goudronneux noir. Il faut donc détruire  ces matières organiques sans introduire dans  l'acide une impureté gênante. L'addition de  chlorate de soude par exemple permet d'éli  miner complètement les matières organiques  qui sont oxydées, alors que le chlorate est ré  duit et s'élimine en partie sous forme de  chlore et d'acide     chlorydrique    et en partie  avec les eaux-mères.  



  Un agent oxydant est avantageusement  ajouté à la solution de départ, avant l'évapo  ration en surface de celle-ci, plusieurs heures,  voire plusieurs jours à l'avance. Il a ainsi le  temps d'agir et d'éviter la formation, au cours  de la concentration subséquente, d'acides     poly-          phosphoriques    dont la stabilité est telle que  pour les détruire, il faut diluer fortement les  solutions qui en contiennent et les laisser re  poser plusieurs semaines.  



  Les cristaux formés par refroidissement  peuvent avantageusement être débarrassés de    leur eau-mère par essorage. Il est à noter que  la séparation par essorage des cristaux de leur  eau-mère     entraîne    une purification, en sorte  que les solutions de     départ    ne doivent pas né  cessairement être pures ; elles peuvent très  bien être impures. En outre, la concentration  de celles-ci peut varier dans de grandes limi  tes. Il en résulte que le procédé de l'inven  tion est très souple et peut s'appliquer aux  produits des diverses fabrications industrielles  de l'acide phosphorique.  



  L'acide phosphorique obtenu, qui titre au  moins 98 0/0, est cristallisé, donc pur et sous  forme solide, ce que l'industrie ne connaissait  pas encore. Sous cette forme, l'acide phospho  rique ne contient pratiquement plus d'eau, il  est à sa concentration maximum, ce qui ouvre  de nouvelles possibilités d'emploi. On peut par  exemple, citer les bains de polissage où l'on  était obligé de mélanger de l'oléum aux solu  tions     d'H3P0.,    pour les     désydrater.     



  De plus, un produit cristallisé et ne fon  dant qu'au-dessus de     40,,    C est de manipula  tion facile<B>;</B> il peut être emballé dans des  sacs en papier avec un revêtement intérieur en  matière plastique, les frais de transport sont  réduits au minimum ;l'emploi des bonbonnes  de verre, toujours délicates et encombrantes,  est supprimé.  



  Lorsque l'on concentre des solutions  d'acide phosphorique, l'évaporation de l'eau  doit se faire à basse température, si l'on veut  éviter une déshydratation en acide     pyro    - ou  métaphosphorique. Il s'ensuit que cette opéra  tion ne peut pas se faire par les moyens ordi  naires de chauffage.  



  Le chauffage de la solution de départ est  réalisé à la surface de celle-ci et alors qu'elle  se trouve sous forme d'une nappe, on provo  que ainsi une évaporation superficielle de la  solution évitant ladite déshydratation. Sous  l'action des radiations infrarouges on ob  tient une concentration poussée de la solution,  laquelle devient alors une masse pouvant titrer       jusqu'à        71        %        de        P.05.     



  Une fois la cristallisation réalisée, il faut  pouvoir éliminer les eaux-mères du magna      cristallin. Comme ces     eaux-mères    sont très  sirupeuses (indice de viscosité cinématique 600       centistokes)    il est indiqué que les cristaux  d'acide atteignent au moins 1 mm et avanta  geusement dépassent 2 mm de longueur, sans  quoi l'essorage devient difficile, voire impos  sible. Cette condition peut être réalisée en  pratiquant la cristallisation dans un     cristalli-          soir    muni d'un agitateur dont la vitesse     cir-          conférentielle    ne dépasse pas 1 à 2 cm/sec.

    Si la vitesse est plus élevée, les cristaux se  brisent et l'essorage ne peut pas être suffisam  ment poussé.  



  Une fois essorés, les cristaux se conservent  à l'abri de l'humidité sans subir de transfor  mation ; ils peuvent être mis en sac ; ils cons  tituent un produit industriel de grande utilité.  



  L'acide cristallisé obtenu titre au moins       98        %        de        H;PO4,        le        solde        étant        essentielle-          ment        de        l'eau    à     raison        de        1,5        %        au        maximum,     les impuretés éventuelles     Na_,O    et     K,

  O        repré-          sentant        ensemble        au        maximum    1     %.     



  Le rendement du procédé de l'invention,  c'est-à-dire la quantité d'acide phosphorique  récupérée dans le produit final cristallisé par  rapport à celle contenue dans la solution de       départ,        varie        de        60    à     95        %.        Ce        rendement        est     principalement     influencé    par la pureté de la  solution de départ en ce sens que plus cette  dernière est pure, plus le rendement est élevé,

    car la quantité     d'eau-mère    nécessaire à l'élimi  nation des impuretés diminue en fonction de  la teneur en impuretés de la solution de dé  part.  



  L'installation, qui permet la réalisation du  procédé de la présente invention, est caracté  risée en ce qu'elle comporte un appareil éva  porateur constitué d'au moins un bac surmon  té d'une source de radiations infrarouges, un  dispositif     cristalliseur    muni de moyens de ré  frigération et une essoreuse.  



  Il peut être avantageux que ledit bac et la  source de radiations infrarouges soient enfer  més dans un caisson à dépression, car ainsi  l'évaporation superficielle de la solution de  départ, peut être réalisée à une pression in  férieure à la pression atmosphérique.  



  La figure unique du dessin annexé re-    présente schématiquement, à titre d'exemple,  une forme d'exécution de l'installation ci-des  sus définie, vue en élévation et avec parties  en coupe.  



  Cette installation va être décrite ci-après,  tout en suivant les différents stades du procé  dé de l'invention et en décrivant en même  temps celui-ci.  



  Un réservoir 1 contient la solution d'acide  phosphorique de départ. On ajoute à cette so  lution un agent oxydant, de préférence volatil.  La solution est alors prête à concentration et  on la laisse s'écouler par des conduits 2 dans  des appareils d'évaporation dont deux sont  représentés au dessin et fonctionnent en paral  lèle.  



  Ces appareils sont constitués chacun par  deux bacs 3 et 4 surmontés chacun d'un cais  son à dépression 5 et respectivement 6, dans  lesquels sont disposés des émetteurs 7 de ra  diations infrarouges. Les deux caissons 5 et 6  sont reliés à un ventilateur d'aspiration (non  représenté) par les tubes 8 et 9 et le conduit  10. Les bacs 3 et 4 font suite l'un à l'autre,  la solution de départ arrivant dans le bac 3  puis s'écoulant dans le bac 4 par le conduit 11.  Les bacs sont isolés     thermiquement    à leur ex  térieur par un revêtement 12. La solution qui  s'écoule en eux est chauffée par le rayonne  ment des émetteurs 7 tout en se trouvant sous  pression réduite. L'eau ainsi évaporée est as  pirée par le conduit 10.

   L'acide se concentre  ainsi sans formation d'acides     pyrophosphori-          que    et métaphosphorique. Cette formation est  en outre empêchée par la présence de l'agent  oxydant, lequel oxyde également les impuretés  oxydables que peut renfermer la solution de  départ.  



  La solution est traitée dans les appareils  d'évaporation jusqu'à ce qu'elle titre au moins       68        %        de        P,O,;.        Elle        s'écoule        alors        par        les        con-          duits    13 et 14 dans un échangeur de chaleur  15 où elle est partiellement refroidie. De là  on la dirige sur un     dispositif        cristalliseur    16.

    C'est dans ce dernier que s'élaborent les cris  taux par un refroidissement judicieux de la  masse au moyen d'un manteau à circulation  d'eau 17.      Ce dispositif est muni d'un agitateur 18  de forme spécialement étudiée pour éviter de  briser les cristaux et dont la vitesse ne dépasse  pas 2 cm/sec. Grâce à cet ensemble, les cris  taux atteignent au moins 1 mm dans leur plus  grande dimension.  



  Le magna de cristaux ainsi obtenu est éva  cué du dispositif     cristalliseur    (par pression  d'air) et est introduit au moyen des conduits  19 dans une essoreuse centrifuge 20. Les  eaux mères sont ainsi éliminées du produit 21  qui est alors ensaché sous forme cristalline.  



  Voici un exemple numérique d'une opéra  tion exécutée conformément à l'invention,  dans l'installation qui vient d'être décrite  On part de 10 000 kg d'acide phosphori  que technique à environ 75 0/0     H3P04    conte  nant entre autres des impuretés telles que       K@O        -f-        Nal0:2    à 3      /o,   <I>Fe</I>     -I-   <I>A1:0,2</I> %<I>,</I>       Ca   <I>:</I> 0,2 à 0,3 0/0,     S04:    0,3 0/0,<B><I>Cl:</I></B> 0,1 à  0,2 0/0, F : 0,2 à 0,3 0/0.

   On ajoute à cet acide  alors qu'il se trouve dans le réservoir 1, dix  litres d'une solution de     NaCl03    à 50 0/0, on  agite et on laisse reposer 4 à 5 jours. On con  duit ensuite cet acide dans les appareils éva  porateurs qui sont équipés d'un chauffage  d'une puissance de 15     kw.    Dans le premier  bac 3 la température d'évaporation ne dépasse  pas 1000 C ;

   on élimine à cette température       le        80        %        d'eau    à     évaporer.        Dans        le        dernier        bac     4 la température est supérieure à     100o    C afin       d'obtenir        l'élimination        des        derniers        20        %        d'eau     à évaporer.

   La vitesse de circulation est réglée  de façon telle que la concentration de l'acide  soit portée à 98 0/0     H3P04,    à la sortie des ap  pareils évaporateurs. L'acide est alors refroidi  à     50o    dans le réfrigérateur 15. Dans le     cristal-          lisoir    16 il est ensemencé et cristallisé par re  froidissement à 180 -     201).    L'opération de cris  tallisation dure 6 heures environ. L'essoreuse  20 est en matériel résistant chimiquement,  avec un diamètre de 120 cm et tourne à 900  tours/minute.  



  L'essorage est terminé après 20 à 30 mi  nutes et il ne reste plus qu'à     recueillir    les cris  taux 21. On recueille 5,250 kg de ceux-ci, ce         qui        représente        un        rendement        de        70        %        par     rapport au     H3p04    contenu dans la solution de  départ.

   L'acide cristallisé obtenu répond à  l'analyse suivante  
EMI0004.0044     
  
    H3P04 <SEP> 98 <SEP> à <SEP> 99 <SEP> 0/0
<tb>  Fe <SEP> moins <SEP> de <SEP> 0,03 <SEP> 0/0
<tb>  Al <SEP> moins <SEP> de <SEP> 0,01 <SEP> 0/0
<tb>  CaO <SEP> moins <SEP> de <SEP> 0,1 <SEP> 0/0
<tb>  Cl <SEP> moins <SEP> de <SEP> 0,000 <SEP> 0/0
<tb>  F <SEP> moins <SEP> de <SEP> 0,000 <SEP> 0/0
<tb>  So4 <SEP> moins <SEP> de <SEP> 0,05 <SEP> 0/0
<tb>  Na2O <SEP> -V- <SEP> K20 <SEP> <B><I>0,5-1,0</I></B> <SEP> 0/0
<tb>  As <SEP> 0,1 <SEP> à <SEP> 1 <SEP> partie <SEP> par <SEP> million

Claims (1)

1. REVENDICATION I Procédé de fabrication d'acide phosphori que en cristaux, pur et anhydre, par évapora tion superficielle d'une solution aqueuse de cet acide, que l'on chauffe en surface, alors qu'elle se trouve sous forme d'une nappe liquide jus qu'à obtention d'une masse titrant au moins 68 % de P,O5, puis cristallisation de cette masse par refroidissement, caractérisé en ce que l'on effectue ledit chauffage en surface, au moyen de rayons infrarouges, la solution soumise à l'évaporation contenant un agent oxydant. SOUS-REVENDICATIONS 1.

   Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce que l'on ajoute l'agent oxydant à la solution plusieurs heures avant de chauf fer celle-ci. 2. Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce que l'on essore les cristaux for més par refroidissement pour les débarrasser de leur eau-mère. 3. Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce que, pendant une partie au moins du chauffage de la nappe liquide, on maintient la pression régnante au-dessus de cette nappe à une valeur inférieure à la pression atmo sphérique. 4. Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce que ledit agent oxydant est au moins en partie volatil. 5.

   Procédé selon la revendication I, dans lequel on part d'une solution renfermant des impuretés oxydables, caractérisé en ce que l'on utilise une quantité d'agent oxydant supérieure à celle nécessaire à la destruction de ces im puretés oxydables. 6. Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce que, pour faire cristalliser ladite masse, on la refroidit tout en la brassant et tout en laissant les cristaux qui se forment at teindre au moins 1 mm dans leur plus grande dimension. 7.

   Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce que l'on évapore la solution jus qu'à obtention d'une masse titrant 71 % de P205- 8. Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce que ledit agent oxydant est un chlorate. 9. Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce que ledit agent oxydant est de l'eau oxygénée. 10. Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce que ledit agent oxydant est un permanganate. 11. Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce que ledit agent oxydant est un perphosphate. 12. Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce que ledit agent oxydant est un composé obtenu par oxydation anodique de la solution de départ.

   REVENDICATION II Installation pour la mise en aeuvre du pro cédé selon la revendication I, caractérisé en ce qu'elle comporte un appareil évaporateur cons titué d'au moins un bac surmonté d'une source de radiations infrarouges, un dispositif cris- talliseur muni de moyens de réfrigération et une essoreuse.

   SOUS-REVENDICATIONS 13. Installation selon la revendication II, caractérisée en ce que ledit bac et la source de radiations sont enfermés dans un caisson à dépression. 14. Installation selon la revendication II, caractérisée en ce que l'appareil évaporateur comprend plusieurs bacs surmontés d'une source de radiations infrarouges, ces bacs étant disposés en série, de manière que la solu tion s'écoulant de l'un entre dans un autre.

   15. Installation selon la revendication II, caractérisée en ce que le dispositif cristalli- seur comporte intérieurement un agitateur per mettant d'en brasser le contenu, sans briser les cristaux qui se forment. 16. Installation selon la revendication II, et la sous-revendication 15, caractérisée en ce que la vitesse la plus grande possible de l'or gane brasseur dudit agitateur n'est pas supé rieure à 2 cm/sec.