Brevet FR2171861A1 — publié le 19730928

La présente invention est relative à un nouveau procédé de fabrication d'acide phosphorique et à un nouvel appareillage pour la miseen oeuvre de ce procédé. Comme on le sait, la tendance qui se dessine actuellement dans le domaine de la fabrication de l'acide phosphorique, évolue vers les p#rocédés par double-cristallisation, car ces procédés présentent un certain nombre d'avantages par rapport aux procédés classiques. En effet, les procédés par double-cristallisation permettent d'abaisser le taux du P205 syncristallisé qui est l'origine essentielle des pertes de P205 dans les procédés classiques, ce qui a pour conséquence d'augmenter le rendement de fabrication du P205 par rapport à ces derniers, et ce qui a également pour conséquence de donner lieu à un sulfate de calcium, obtenu en tant que sousproduit, moins chargé en impuretés que par le passé et, de plus, facilement valorisable, en plâtre par exemple.De plus, l'acide phosphorique obtenu en mettant en oeuvre les procédés par doublecristallisation présente un titre en P205 plus élevé que les acides phosphoriques obtenus à l'aide des procédés classiques ; en effet, le titre en P205 des acides phosphoriques obtenus à l'aide des procédés par double-cristallisation est supérieur à 40 % et peut même atteindre plus de 50 %. Cependant, tous les procédés par double-cristallisation présentent l'inconvénient de nécessiter deux séparations liquidesolide ; or ces séparations sont difficiles et onéreuses : on a en effet calculé que le prix de revient de la séparation du gypse par filtration est de l'ordre de 1,0 à 1,5 dollar/tonne de P205, y compris l'investissement, l'entretien, l'énergie et la maind'oeuvre. Les frais supplémentaires entraînés par la mise en place d'un second filtre, dans les procédés par double-cristallisation, grèvent donc lourdement les bénéfices qui résultent de l'amélioration du rendement de fabrication du P205. De plus la bonne qualité d'une filtration nécessite des conditions de cristallisation bien définies ; en particulier, la vitesse de grossissement des cristaux étant relativement lente, il est indispensable d'avoir des temps de séjour de l'ordre de 3 à 6 heures, ce qui entrain de grands volumes de réacteurs. Pour réduire ces temps de séjour, on a proposé de remplacer la première filtration par une centrifugation, traitement pour lequel la dimension des cristaux est moins importante ; toutefois le fonctionnement d'une centrifugeuse qui traite de très gros volumes d'une bouillie corrosive et abrasive, entrain des frais d'entretien très élevés. La présente invention a en conséquence pour but de pourvoir à un procédé et à un appareillage de fabrication d'acide phosphorique par double-cristallisation, qui répondent mieux aux nécessités de la pratique que les procédés etles appareillages visant au même but antérieurement connus, notamment en ce qu'ils permettent de r#a- liser les deux séparations liquide-solide successives requises par le procédé, dans des conditions très économiques tout en permettant d'obtenir des acides phosphoriques à teneur particulièrement élevée en P205. La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'acide phosphorique par double-cristallisation, caractérisé en ce que la bouillie obtenue par attaque acide du minerai de phosphate est tout d'abord soumise, à la suite de la première cristallisation du sulfate de calcium qu'elle contient en tant que matière solide, et préalablement à la deuxième cristallisation de celui-ci, à un processus de séparation par tamisage humide des matières solides contenues dans la bouillie, le deuxième processus de séparation liquide-solide étant réalisé à la suite de la seconde cristallisation, d'une manière connue en elle-même par filtration. Suivant un mode de réalisation avantageux du procédé qui fait l'objet de la présente invention, le processus de tamisage par voie humide est appliqué à la séparation du sulfate de calcium cristallisé dans la bouillie sous forme de gypse, lui-même recristallisé, au cours de la seconde cristallisation, sous forme de semi-hydrate. Suivant un autre mode de réalisation avantageux du procédé qui fait l'objet de la présente invention, le processus de tamisage par voie humide est appliqué à la séparation du sulfate de calcium cristallisé dans la bouillie sous forme de semi-hydrate, lui-même recristallisé, au cours de la seconde cristallisation, sous forme de gypse. Suivant un mode de réalisation avantageux du procédé qui fait l'objet de la présente invention, l'on ajoute à la bouillie, après la première cristallisation et préalablement au processus de séparation par tamisage humide, un agent favorisant le grossissement des particules colloIdales contenues en suspension dans l'acide, qui seront retenues dans le produit pâteux obtenu lors du processus de tamisage humide, et entrainant, de ce fait, une réduction importante du taux de solides de l'acide séparé. Suivant une disposition préférée de ce mode de réalisation, l'agent favorisant le grossissement des particules colloEda- les contenues dans la bouillie, est choisi dans le groupe des polymères doués de propriétés polyélectrolytiques, et plus particulièrement dans le groupe des polyacrylamides, conformément aux dispositions qui font l'objet de la demande de brevet déposée en France en date du 17 novembre 1971 sous le NO 71 41 158, a nom de la Demanderesse, pour des "Perfectionnements apportés aux procédés de fabrication d'acide phosphorique". La présente invention a également pour objet un appareillage pour la mise en oeuvre du procédé de fabrication d'acide phosphorique conforme aux dispositions de l'invention, lequel appare#age est caractérisé en ce qu'une station de tamisage de la bouillie phosphorique est intercalée entre un ensemble d'attaque du phosphate et de cristallisation du sulfate de calcium, et un ensemble de recristallisation dudit sulfate de calcium, ce dernier ensemble étant suivi d'une manière connue en elle-même, d'une installation de filtration du sulfate de calcium recristallisé et d'une installation de lavage de ce dernier. Suivant un mode de réalisation préféré de l'appareillage qui fait l'objet de la présente invention, la station de tamisage est essentiellement constituée par un tamis vibrant. Suivant une disposition avantageuse de ce mode de réalisation, le tamis vibrant est animé de vibrations intermittentes d'amplitudes et de fréquences variables, les périodes de vibrations étant interrompues par des temps d'arrêt. Suivant un autre mode de réalisation avantageux de l'appareillage qui fait l'objet de la présente invention, le tamis vibrant est équipé de plusieurs toiles superposées, d'ouvertures de mailles différentes entre elles. Suivant encore un autre mode de réalisation avantageux de l'appareillage qui fait l'objet de la présente invention, le tamis présente plusieurs pentes successives dont les inclinaisons diffèrent depuis la zone d'alimentation de la bouillie jusqu'à l'évacua- tion du produit pâteux. Outre les dispositions qui précèdent, l'invention comprend encore d'autres dispositions qui ressortent de la description qui va suivre. La présente invention vise particulièrement les procédés et les appareillages de fabrication d'acide phosphorique par doublecristallisation, conformes aux dispositions qui précèdent, ainsi que les moyens propres à la mise en oeuvre de ces procédés et à la réalisation de ces appareillages, et les procédés et installations d'ensemble dans lesquels sont respectivement inclus les procédés et les appareillages conformes à la présente invention. L'invention pourra être mieux comprise à l'aide du complément de description qui va suivre qui d'une part comprend des exemples de mise en oeuvre du procédé objet de la présente invention, et d'autre part se réfère au dessin.. annexé dans lequel - la figure 1 est un schéma qui représente la totalité des stades de fabrication de l'acide phosphorique, et - la figure 2 est une représentation schématique de la station de tamisage réalisée conformément aux dispositions de la présente invention. Il doit être bien entendu toutefois que les exemples de mise en oeuvre du procédé qui vont suivre, ainsi que le dessin. annexé , et le complèment de description qui s'y réfère, sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention, sans aucun caractère limitatif. EXEMPLE 1 Si l'on se réfère à la figure 1, l'installation de fabrication d'acide phosphorique conforme aux dispositions de 1 'inven- tion comprend une cuve 1 dans laquelle le phosphate est introduit par la voie 2 et l'acide d'attaque est introduit en partie par la canalisation 3 et en partie par la canalisation 4. Dans cette cuve 1, le phosphate est attaque' par un mélange d'acide sulfurique introduit par la canalisation 3 et d'acide phosphorique de recyclage introduit par la canalisation 4. Les conditions d'attaque sont choisies de manière à permettre une bonne cristallisation du gypse dans la cuve 1, la densité de l'acide de recyclage étant ajustée de façon que l'acide de fabrication titre 35 ss de P205. En sortie de la cuve 1, on ajoute à la bouillie 3 cm3 d'un floculant approprié, notamment du type décrit dans la demande de brevet NO 71 41 158 mentionnée plus haut, par kg de bouillie. A sa sortie de la cuve 1, dans laquelle s'effectue la première cristallisation du gypse, la bouillie est pompée sur un tamis 5 vibrant, à raison de 20 kg/heure. Conformément au mode de réalisation de l'objet de l'invention représenté à la figure 2, le tamis vibrant est constitué par un cadre 6 équipé d'une grille ou toile, 7, ou analogue. La bouillie sortant de la cuve d'attaque 1 arrive sur la grille 7 en provenance de l'alimentation 8. Le tamis 6-7 est soumis à une vibration de faible amplitude et de haute fréquence, dirigée dans le sens de l'écoulement du fluide, par exemple sous l'action du générateur de mouvement 9. La pente 10 de la partie de la grille, toile ou analogue, 7, située du côté de l'alimentation 8 de la bouillie, est de 100 sur lhorizontale. Dans le cas d'un tamis 5 constitué par un cadre de 10 cm de large et de 100 cm de long, par exemple, après une longueur de pente 10 de 50 cm, la pente 11 est portée à 300 sur l'horizontale, pour atteindre finalement 450 sur la partie 12 qui s'étend sur les vingt derniers centimètres.Un tel agencement du tamis vibrant en lui faisant comporter des pentes 10, 11, 12 d'inclinaisons croissantes depuis l'alimentation 8 de la bouillie jusqu'à l'écoulement du refus 13, permet d'évacuer aisément le produit pâteux qui quitte le tamis vibrant, sans perturber le tamisage de la bouillie fluide au début de l'opération. Il va de soi qu'en fonction des besoins, au lieu d'être croissantes, comme dans l'exemple représenté aux dessins, les inclinaisons des pentes peuvent être décroissantes. A la limite, l'on pourrait conférer à la grille ou analogue de tamisage, une courbure convexe ou concave selon que les inclinaisons des pentes seraient croissantes ou décroissantes depuis l'alimentation 8 de la bouillie jusqu a l'évacuation 13 du produit pâteux. Le générateur de mouvement 9 est réglé de manière à animer le tamis de vibrations intermittentes d'amplitades et de fréquences variables dans le temps ou en fonction de la distance qui sépare la partie considérée du tamis 7, de l'alimentation 8. Suivant un mode de réalisation particulièrement avantageux du tamis conforme aux dispositions de la présente invention, le cadre 6 est équipé de deux grilles, toiles, ou analogues, de tamisage, à savoir : -une toile de dégrossissage qui présente une ouverture de maille relativement importante, de l'ordre de 80 microns, qui reçoit la bouillie sortant de la cuve d'attaque 1 ; -et, audessous de cette toile de dégrossissage, à une distance de 3 cm par exemple, une seconde grille, toile ou analogue, dont l'ouverture de maille est de 35 microns par exemple : une telle superposition de grilles ou toiles de tamisage a pour effet d'éviter l'engorgement de la toile la plus fine par les plus grosses parti cules. L'acide tamisé correspondant à la production est évacué en 14, par exemple par l'intermédiaire d'un couloir plein. Le refus du tamis, constitué par du sulfate de calcium sous forme de gypse, s'écoule à l'état pateux, par gravité, dans la cuve de recristallisation 15 où le gypse est traité de façon à être transformé en semi-hydrate, en suite de quoi il est filtré et lavé dansez station de filtration 16, d'une manière connue en elle-même et l'acide de lavage est recyclé par la canalisation 4 dans le premier ensemble,l, de recristallisation. La goulotte qui reçoit l'acide fabriqué évacue 5 kg/heure d'acide à 35 % de P205 ayant une teneur en solides de 20 g/litre. Ces solides décantent, grâce à l'effet du floculant, à raison de 3 m/heure. La boue décantée est introduite dans la cuve de recristallisation. Si on choisit le floculant dans le groupe mentionné dans la demande de brevet N0 71 41 158 précitée, l'on obtient, outre une très faible teneur en solides de l'acide de fabrication, un acide clair ne contenant plus de matières organiques. EXEMPLE 2 L'installation décrite dans l'Exemple 1 est réglée de façon à ce que l'on cristallise du semi-hydrate dans la partie correspondant à l'attaque du phosphate. Ceci est obtenu essentiellement en élevant la température du réacteur d'attaque jusqu'à 90-100 C. L'acide de lavage recyclé dans le premier ensemble de cristallisa- tion 1 est réglé de façon que l'acide de fabrication titre 45 ffi de P205. Cinq minutes avant le tamisage l'on ajoute 5 cm3 de floculant par kg de bouillie. La bouillie est alors pompée sur l'installation de tamisage décrite dans l'Exemple 1. L'on fabrique ainsi 4 kg/heure d'acide phosphorique à 45 ffi de P205 contenant 25 g/litre de solide que l'on sépare par décantation ou filtration sur un petit filtre annexe, la boue ainsi séparée étant introduite dans la cuve de recristallisation. Il résulte de la description qui précède, que quels que soient les modes de mise en oeuvre, de réalisation et d'application adoptés, l'on obtient des procédés et des appareillages de fabrication d'acide phosphorique par double-cristallisation, qui présentent par rapport aux procédés et aux appareillages vi#sant au même but antérieurement connus, des avantages importants, dont certains on déjà été mentionnés plus haut. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de mise en oeuvre, de réalisation et d'application qui viennent d'être décrits de façon plus explicite ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière, sans s'écarter du cadre ni de la portée de la présente invention. REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication d'acide phosphorique par doublecristallisation, caractérisé en ce que la bouillie obtenue par attaque acide du minerai de phosphate est tout d'abord soumise, à la suite de la première cristallisation du sulfate de calcium qu'elle contient en tant que matière solide, et préalablement à la deuxième cristallisation de celui-ci, à un processus de séparation par tamisage humide des matières solides contenues dans la bouillie, le deuxième processus de séparation liquide-solide étant réalisé à la suite de la seconde cristallisation, d'une manière connue en elle-même par filtration. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le processus de tamisage par voie humide est appliqué à la séparation du sulfate de calcium cristallisé dans la bouillie sous forme de gypse, lui-même recristallisé, au cours de la seconde cristallisation, sous forme de semi-hydrate. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le processus de tamisage par voie humide est appliqué à la séparation du sulfate de calcium cristallisé dans la bouillie sous forme de semi-hydrate, lui-même recristallisé, au cours de la seconde cristallisation, sous forme de gypse. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on aboute à la bouillie, après la première cristallisation et préalablement au processus de séparation par tamisage humide, un agent favorisant le grossissement des particules colloïdales contenues en suspension dans l'acide, qui seront retenues dans le produit pâteux obtenu lors du processus de tamisage humide, et entra- nant, de ce fait, une réduction importante du taux de solides de l'acide filtré. 5 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'agent favorisant le grossissement des particules colloïdales contenues dans la bouillie, est choisi dans le groupe des polymères doués de propriétés polyéléctrolytiques, et plus particulièrement dans le groupe des polyacrylamides, conformément aux dispositions qui font l'objet de la demande de brevet déposée en France en date du 17 novembre 1971 sous le NO 71 41 158, au nom de la Demanderesse, pour des Perfectionnements apportés aux procédés de fabrication d'acide phosphorique". 6 - Appareillage pour la mise en oeuvre du procédé de fabrication d'acide phosphorique par double-cristallisation, selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'une station de tamisage de la bouillie phosphorique est intercalée entre un ensemble d'attaque du phosphate et de cristallisation du sulfate de calcium, et un ensemble de recristallisationy sulfate de calcium, ce dernier ensemble étant suivi, d'une manière connue en ellemême, d'une installation de filtration du sulfate de calcium recristallisé et d'une installation de lavage de ce dernier. 7 - Appareillage selon la revendication 6, caractérisé en ce que la station de tamisage est essentiellement constituée par un tamis vibrant. 8 - Appareillage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le tamis vibrant est animé de vibrations intermittentes, d'amplitudes et de fréquences variables, les périodes de vibrations étant interrompues par des temps d'arrêt. 9 - Appareillage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le tamis vibrant est équipé de plusieurs toiles superposées, d'ouvertures de mailles différentes entre elles. 10 - Appareillage selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le tamis présente plusieurs pentes successives dont les inclinaisons diffèrent depuis la zone d'alimentation de la bouillie jusqu'à l'évacuation du produit pâteux.