Brevet FR2126121A1 — publié le 19721006

la présente invention concerne un procédé de fav cation de tétrachlorures de fer et de mét alcalin qui sont utilisés pour la production de chlore par e procédé Deacon décrit dans le brevet américain No. 3.376.112. L'existence de tétrachlorure de fer, de sodium et de potassium par la réaction dTun chlorure ferrique anhydre avec le chlorure de potassium ou le chlorure de sodium a été décrite tar C.N. Cook Jr et W.E Dunn Jr r1Kans le journal "Physical Chemical - 65 1505 (1961)". Les chlorures de fer à l'état anhydre fournissent des substances contenant du chlore utilisées comme matieres brutes dans le procédé Deacon de fabrication du chlore décrit dans le brevet américain No. 3.376112. l'utilisation de chlorure ferrique anhydre pour produire des chlorures de fer est actuellement coûteuse et présente des inconvénients. Tout d'abord, le chlorure ferrique anhydre ne peut pas être préparé facilement à partir d'un chlorure ferrique hydraté non coûteux. Ensuite, il est difficile et coûteux de manipuler un produit hygroscopique tel que le chlorure ferrique anhydre et en même temps de maintenir les conditions anhydres La présente invention crée un procédé de fabrication de tétrachlorure de fer et de métal alcalin de formule XFeCl4, dans laquelle X est un cation de métal alcalin comprenant le chauffage d'un mélange de chlorure de métal alcalin tel que le chlorure de potassium ou le chlorure de sodium avec un chlorure ferrique hydraté et élimination d'eau d'hydratation.L'invention a trait à la préparation d'un tétrachlorure de fer et de métal alcalin anhydre en chauffant un mélange aqueux de chlorureferrique de chlorure de métal alcalin tel que le chlorure de potassium ou le chlorure de sodium et en évaporant l'eau. L'invention permet la préparation d'un tétrachlorure de fer et de métal alcalin anhydre en faisant réagir un chlorure de métal alcalin avec le chlorure ferrique dissout dans de l'acide chlorhydrique. Le chlorure de métal alcalin est soit un chlorure de lithium, soit un chlorure de sodium, soit un chlorure de potassium, soit un chlorure de rubidium ou un chlorure de cesium qui peut être anhydre ou hydraté. Par chlorure ferrique hydraté on entend le composé FeCl3,6H2O et d'autres chlorures ferriques contenant diverses teneurs en eau. lorsque l'acide chlorhydrique est présent, l'acide peut être soit concentré à 20 % en poids ou dilué, par exemple la concentration peut être de 1 mole, 0,1 mole, 0,01 mole, 001 mole ou supérieure ou inférieure. La réaction peut être mise en oeuvre dans un appareil en verre ou en quartz. Un appareil fait en métal résistant à la corrosion peut être aussi utilisé. On peut également utiliser un flaçon en pyrex muni d'une dérivation latérale. On mélange en quantité approximativement équimoléculaire le chlruie ferrique et le chlorure de métal alcalin. De préférence des molto de chlorure de métal alcalin réagissent en quantité rivale al; des moles de chlorure ferrique, cependant, certains produits peuvent être obtenus lorsque l'on utilise un réactif supplémen- taire. il est avantageux d'utiliser un léger exol Je chlorure de sodium non coûteux.L'excès de chlorure de sodium pe;lt ê+re éliminé du produit par épuisement avec de l'eau comme décrit ci-desscus et recyclé pour fabriquer un produit supplémentaire. La succession des additions de réactifs n'est pas critiq-ve mais en général il est avantageux d'aJouter le chlorure de: métal alcalin sous forme solide au chlorure ferrique hydraté ou au chlorure ferrique en solution. lorsque le chlorure ferrique est utilisé, l'application d'une petite quantité de chaleur est suffisante pour produire une solution des constituants. Dans ce cas, l'eau d'hydratation sert de solvant pour former la solutions La réaction se fait à une température comprise dans la gamme de 40 à 31000 environ.Lorsque des quantités équimoléculaires de chlorure ferrique hydraté et de chlorure de métal alcalin réagissent, il est approprié de les chauffer graduellement de 40 à 6000 ou uii-e solution des réactifs dans l'eau d'hydratation apparaît. Cette solution est chauffée à la température d'ébullition de l'eau. L'eau est distillez pour donner une quantité de produits bruts, en général 90 à 95 % de la quantité théorique,lorsque l'on utilise des quantités stoechiomé- triques des réactifs. La réaction est généralement mise en oeuvre à la pression atmosphérique bien que l'on puisse utiliser des pressions supérieures ou inférieures, par exemple des pressions de 150 atmosphères ou plus peuvent être utilisées aussi bien que des pressions réduites de 0,1 mm de Hg ou inférieures. Une pression ré dite peut être utile pour favoriser l'élimination d'eau de la réaction et diminuer le temps de réaction. Il était très surprenant que les produits décrits dans l'invention puissent être fabriqués en présence d'eau. L'emploi des systèmes aqueux et des réactifs hydratés est bénéfique car il permet l'utilisation de chlorure ferrique hydraté plus facilement disponible. Le produit qui est un liquide à haute température peut être utilisé pour fabriquer du chlore sans purification ultérieure. Cependant, on peut éliminer par épuisement à l'eau du produit le chlorure de métal alcalin, le chlorure ferrique et l'acide chlorhydrique qui n'ont pas réagi. Le produit peut être séché par un agent désséchant ou par chauffage avec ou sans vide. Le procédé peut être modifié en appliquant le vide aux réacteurs pour faciliter l'élimination d'eau. On peut utiliser une pression réduite de 0,1 mm de Hg. L'invention est illustrée par les exemples non limitatifs suivants. EXEMPLE 1 Tétrachlorure de fer et de sodium Un mélange de 270,3 g (1,0 mole) de chlorure ferrique hexahydraté et de 58,4 g (1,0 mole) de chlorure de sodium est chauffé dans un ballon. Le mélange commence à fondre à 400 et est complètement fondu à 600. L'ébullition se produit à 1240C et s'arrente à 3130cl L'acide chlorhydrique se dégage dans l'intervalle de température variant de 300 à 3100C. Le résidu est refroidi et épuisé à 11 eau. Un rendement d'environ 345 g (94 ffi) de tétrachlorure de fer et de sodium (NaFeCl4) est obtenu. EXEMPLE 2 Tétrachlorure de fer et de potassium Le procédé de l'exemple 1 est répété à l'exception que l'on utilise 74,55 g (1,0 mole) de chlorure de potassium au lieu de chlorure de sodium. le produit obtenu est du tétrachlorure de fer et de potassium anhydre (EFeC14). EXEMPLE 3 Tétrachlorure de fer et de rubidium Le procédé de l'exemple 1 est répété à l'exception que l'on utilise 120,94 g (1,0 mole) de chlorure de rubidium au lieu du chlorure de sodium. Le produit obtenu est du tétrachlorure de fer et de rubidium (RuFeCl4). On prépare d'une façon analogue le tétrachlorure de fer et de cesium ClFeCl4 en utilisant une quantité équivalente de chlorure de cesium au lieu du chlorure de sodium. EXE2SLE 4 Tétrachlorure de fer et de sodium On chauffe dans un ballon une solution de 270,3 g (1,0 mole) de chlorure ferrique hexahydraté, 58,4 g (1,0 mole) de chlorure de sodium et 200 g d'eau. L'ébullition qui se produit au-dessus de 1000 est maintenue jusqu'à ce que la température des produits contenus dans le ballon atteigne 3100C. Le résidu est refroidi et recueilli. Le résidu est du tétrachlorure de fer et de sodium anhydre (NaFeCl4). EXEMPLE 5 Tétrachlorure de fer et de sodium On chauffe dans un ballon une solution de 270,3 g (1,0 mole) de chlorure ferrique hexahydraté, de 58,4 g (1,0 mole) de chlorure de sodium, de 200 g d'eau et de 100 g d'acide chlorhydrique concentré. L'eau et l'acide sont éliminés par chauffage du ballon à une température d'environ 1000 à laquelle la distillation de l'eau se produit. On chauffe le ballon à une température d'environ 3100. Le tétrachlorure de fer et de sodium est obtenu presque en quantité théorique. Les procédés décrits dans les exemples 4 et 5 peuvent être modifiés en utilisant des quantités variées d'eau et d'acide chlorhydrique. De plus, les procédés décrits aux exemples 4 et 5 peuvent être utilisés pour préparer d'autres sels de métal alcalin de l'anion tétrachlorure de fer. Les tétrachlorures de fer et de métal alcalin sont utilisés dans un procédé de fabrication du chlore qui est employé pour produire des insecticides. Par exemple le brevet américain No. 3.376.112 décrit une amélioration du procédé Deacon bien connu pour la production de chlore à partir du tétrachlorure de fer et desodium. Les tétrachlorures de fer et de métal alcalin décrits dans l'invention peuvent être utilisés dans le procédé Deacon amélioré pour préparer du chlore. Il va de soi que la présente 'nvc-ntlon 'a été décrite qu'à titre purement explicatif et nullement limitatif et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication de tétrachlorure de fer et de métal alcalin de formule XFeCl4, dans laquelle X est un cation de métal alcalin, caractérisé en ce qu'il consiste à chauffer un mélange de chlorure ferrique hydraté ou une solution aqueuse de chlorure ferrique avec un chlorure de métal alcalin et à éliminer l'eau. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caraetrrisé en ce que le chlorure de métal alcalin est le chlorure de lithium 3 - Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, carac térisé en ce que le chlorure de métal alcalin est le chlorure de sodium. 4 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, carac- térisé en ce que le chlorure de métal alcalin est le chlorure d potassium. 5 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le chlorure de métal alcalin est le chlorure de rubidium. 6 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le chlorure de métal alcalin est le chlorure d cesium. 7 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le mélange est chauffé jusqu'à une température de 3100C. 8 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'acide chlorhydrique est présent. 9 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'eau est éliminée par distillation.