Brevet FR2240183A1 — publié le 19750307

La présente invention concerne un procédé amélioré pour la purification de l'acide sulfurique aqueux. De nombreux procédés industriels, et en particulier le procédé dit au sulfate le production de dioxyde de titane pigmentaire, produisent de grandes quantités d'acide sulfurique aqueux ayant par exemple une concentration comprise dans la gamme de 0,17 à 507 en poids et renfermant comme impuretés du sulfateferreux et généralement d'autres sels métalliques.Dans le procédé au sulfate, on réalise la digestion d'une matière titanifère renfermant dufer, telle que l'ilménite, le leucoxène ou des scories titanifères (dérivant de l'électrofusion de l'ilménite suivie de l'élimination d'au moins une partie du fer), avec de l'acide sulfurique concentré à température élevée pour former une solution acide de sulfate de titane renfermant comme impuretés plusieurs sels métalliques. L'impureté principale est le sulfate de fer, mais la solution peut renfermer également des quantités importantes d'autres sels d'aluminium, magnésium, manganèse, vanadium et/où chrome. Normalement, après avoir réduit la solution pour que tout le fer soit à l'état ferreux, on la soumet à une hydrolyse thermique pour précipiter le dioxyde de titane hydraté que l'on récupère par filtration.Le filtrat ou le filtrat après élimination d'une partie du sulfate ferreux, par exemple par cristallisation, constitue la source principale d'acide sulfurique aqueux impur du procédé au sulfate précédemment indiqué. Une autre source courante d'un tel acide sulfurique aqueux est la liqueur de-décapage -des éléments d'acier. La teneur en fer de la matière produite par le procédé-au sulfate est généralement comprise dans la gamme de 5 à 100 g/l (exprimée en Fe) et celle de Ia liqueur de décapage est comprise dans la gamme de 5 à 80 g/l, également exprimée en Fe. La présence d'un ou de plusieurs sels métalliques dans l'acide sulfurique aqueux peut poser certaines difficultés en ce qui concerne son rejet. Par exemple, la concentration de l'acideaafin de le réutiIiser, est genée du fait que la concentration provoque également une augmentation de la teneur en impuretés et, bien entendu, l'importance de la concentration qu'on peut effectuer dans ces conditions est limitée.De plus, bien qu'il soit possibie de réutiliser de l'acide sulfurique aqueux relativement pur, s'il est nécessaire après concentration et/ou additionsd'un acide plus fort, ce qui supprime ou réduit les problemes d'effluent, il ntest pas possible de réutiliser ainsi de L'acide sulfurique aqueux renfermant des quantités importantes d'un ou de plusieurs sels métalliques tels que le sulfate fer reux, et on ne peut seulement éliminer ces solutions que par déversement dans un dépit de déchets ou rejet dans les rivières ou à la mer Il est de plus en plus difficile d'obtenir l'autorisation de rejeter ces solutions. L'invention a donc pour objet un procédé d'élimination des sels métalliques de solutions aqueuses impures d'acide sulfurique les renfermant. Le procédé de l'invention consiste à ajouter à de l'acide sulfurique aqueux renfermant du sulfate ferreux dissous, une quantité d'acétone suffisante pour obtenir une concentration d'au moins 70% en volume dans le mélange obtenu, ou de l'isopropanol en une quantité suffisante pour obtenir une concentration d'au moins 25% en volume dans le mélange obtenu, à séparer les solides précipités du liquide puis à distiller le liquide pour récupérer l'acétone ou l'isopropanol et l'acide sulfurique aqueux purifié, L'acide sulfurique aqueux renfermant, entre autres, du sulfate ferreux dissous auquel s'applique le procédé de l'invention, renferme normalement de l'acide sulfurique à une concentration comprise dans la gamme de 5 à 50% en poids et,en particulier, dans la gamme de 20 à 40% en poids, et la teneur en sulfate ferreux dissous, exprimée en Fe,est normalement comprise dans la gamme de 5 à 100 et en particulier dans la gamme de 10 à 70 g/l. Lorsque les solutions proviennent du procédé au sulfate de production du dioxyde de titane, la solution renferme normalement de nombreux autres sels métalliques provenant des impuretés de la matière première titanifère renfermant du fer de départ. Les impuretés principales, autres que le sulfate ferreux sont généralement des sels (généralement des sulfates) d'aluminium, de de magnésium, de manganèse, de vanadium et/ou de chrome, Les liqueurs de décapage renferment généralement, en plus du sulfate ferreux, des impuretés en nombre et/ou en quantités plus réduites. On peut mélanger l'acide sulfurique aqueux et l'acétone ou l'isopropanol de façon appropriée quelconque, par exemple on peut ajouter le liquide organique à l'acide aqueux impur en agitant énergiquement, ou opérer en sens inverse I1 s'est révélé avantageux, lorsque la concentration de l'acide sulfurique et/ou du sulfate ferreux dans l'acide impur correspond à l'extrémité inférieure de-la gamme normale de concentrations, c'est-à-dire dans le cas d'un acide aqueux renfermant de 5 à 25% en poids d'acide sulfurique et/ou renfermant de 15 à- 60 g/l de sulfate ferreux (exprimé en de concentrer l'acide avant le traitement par l'acétone ou l'isopropanol, par exemple à une concentration en acide sulfurique comprise dans la gamme de 30 à 50% en poids et/ou à une concentration en sulfate ferreux comprise dans la gamme de 50 à 100 g/I, car ces solutions nécessitent une quantité plus réduite d'acétone ou d'isopropanol pour obtenir Ia pureté désirée de l'acide sulfurique aqueux récupéré. I1 peut également etre souhaitable, après addition de l'acétone ou de l'isopropanol, de refroidir le mélange1 ce qui augmente la quantité de solides précipités. On peut effectuer ce refroidissement, par exemple à des températures atteignant 10 C, et2 généralement, il suffit, pour obtenir l'effet désiré, de maintenir ces températures pendant 30 à 120 mn. Généralement, on met en oeuvre le procédé de l'invention jusqu'à ce que suffisamment de matièressolidesaient précipité pour qu'on obtienne un acide sulfurique aqueux ayant une teneur en sulfate ferreux exprimée en Fe, comprise dans la gamme de O à 5 g/l, La quantité des autres impuretés de l'acide, et en particulier de celles précédemment indiquées diminue également. Bien qu'on doive ajouter suffisamment d'acétone pour obtenir une concentration d'au moins 70% en volume dans le mélange obtenu, ou suffi- samment d'isopropanol pour obtenir une concentration d'au moins 25% en volume dans le mélange obtenu, on préfère ajouter une quantité d'acétone suffisante pour obtenir une concentration d'au moins 75% en volume dans le mélange ou une quantité d'isdpropanol suffisante pour obtenir une concentration d'au moins 50% en volume dans le mélange. Après précipitation des solides,-on peut les éliminer de façon appropriée quelconque, par exemple par filtration, décantation ou en utilisant un centrifugeur, Les solides sont normalement sous forme de grains grossiers et on les élimine facilement par ces procédés. On soumet le mélange restant à une distillation à la fois pour récupérer le composé organique que l'on réutilise, et pour obtenir l'acide sulfurique aqueux purifie. Dans le cas de l'acétone on la récupère par distillation sous pression atmosphérique à la concentration d'environ 98% en poids, et elle convient à la réutilisation immédiate. L'isopropanol forme un azéotrope avec l'eau et on le récupère à la pression atmosphérique, à- une concentration d'-environ 88% en poids. I1 convient également à la réutilisation. Les exemples suivants illustrent le procédé de l'invention. L'exemple 1 décrit l'utilisation d'acétone et l'exemple 2 l'utilisation d'isopropanol. EXEMPLE 1 On obtient comme sous-produit du procédé au sulfate de production de dioxyde de titane pigmentaire, deux échantillons d'un litre chacun d'acide sulfurique aqueux impur ayant les compositions figurant ci-dessous. Echantillon A Echantillon B g/l g/l H2S04 21,6 H2SO4 197,0 FeSO4 (exprimé en Fe) 210,3 FeSO4 (exprimé en Fe) 59,0 Ti02 2,9 TiO2 3,2 Al 4,2 Al 1,3 Mg 7,6 Mg 0,3 Mn 0,32 Mn 3,6 V 0,42 V 0,16 Cr 0,19 Cr 0,05 A chaque échantillon d'acide impur, on ajoute 3 litres d'acétone à la température ordinaire en agitant, et on laisse reposer les mélanges. On sépare par filtration les solides précipités et on les lave avec 0,5 i d'acétone. On distille les filtrats combinés sous pression atmosphé- rique, et on analyse les solides, l'acétone et l'acide récupérés. L'acétone renferme environ 2% d'eau et une petite quantité d'oxyde de mésityle: Les solides et l'acide récupérés ont la composition suivante. Echantillon A Acetone Solides Acid récupéré Pourcentage Pourcentage Poids Volume % par rapport Volume par rapport Composition Composition obtenu récupéré récupéré à l'origi- à l'origiobtenu nal nal ml g % ml g/l 3130 90 197 770 9,3 Fe 85 3,14 Fe 11 - H2SO4 0 276,4 H2SO4 97 0,23 TiO2 16 3,0 TiO2 79 1,9 Al 89 0,55 Al 10 2,6 Mg 68 2,8 Mg 28 0,075 Mn 46 0,24 Mn 58 0,02 V 9 0,46 V 84 0,04 Cr 42 0,14 Cr 57 Echantillon B Acetone Solides Acide récupéré Pourcentage Pourcentage % Poids Volume par rapport Volume par rapport Composition Composition récupéré obtenu à l'origi- à l'origirécupéré obtenu ginal nal ml g % ml g/l 3240 93 301 690 18,9 Fe 97 3,9 Fe 5 - 0 272,4 H2SO4 96 0,34 TiO2 32 2,8 TiO2 61 0,22 Al 51 0,78 Al 41 0,075 Mg 75 0,13 Mg 30 0,60 Mn 50 2,2 Mn 42 0,03 V 56 0,09 V 39 0,01 Cr 10 0,06 Cr 82 EXEMPLE 2 On utilise trois portions de 500 ml chacune d'un échantillon d'acide sulfurique aqueux impur obtenu dans le procédé au sulfate de production de dioxyde de titane, et renfermant entre autres 22,4 g/l de fer, et on ajoute en agitant, respectivement,aux échantil- lons 500 ml, 1 000 ml et 1 250 ml d'isopropanol. On laisse reposer les mélange jusqu'à ce que tous les solides aient précipité.On effectue ces expériences à 23 C et les autres à 160C, comme indiqué dans le tableau ciaprès On sépare par filtration les solides précipités et on les lave sur le filtre avec 250 ml d'isopropanol. On distille les filtrats combinés sous pression atmosphérique et on analyse les solides, I'isopropanol et l'acide récupéré. Les résultats obtenus figurent dans le tableau ci-après. Il faut noter la pureté croissante du fer (sulfate ferreux) qu'on obtient lorsque les quantités d'isopropanol utilisées diminuent. Lorsque les quantités d'isopropanol augmentent, des quantités croissantes des autres impuretés présentes dans l'acide impur,.telles que les sulfates d'aluminium et de magnésium précipitent Bien entendu, diverses modifications peuvent entre apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'etre décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention, Ajouté Trouvé Isopropanol Acide à traiter Isopropanol Solides Liqueur résiduelle Pourcen- Pourcen Volume Volume tage de tage de Tempé- Poids total ajouté fer par Volume fer par ratume Volume % % obten % ajouté rapport obtenu rapport (ml) Fe récupéré (p/v) Fe Fe récupéré (g) au au (g/l) ( C) (ml) H2O (ml) (g/l) départ départ 1500 500 22,4 23 1650 14,9 94 107 9,03 86 255 4,76 11 (45%)* 750 500 22,4 16 810 16,9 90 44 18,1 71 350 9,4 29 (90%)* 1250 500 22,4 16 1405 17,8 93 86 11,45 88 270 3,8 9 (57%)* * Sulfate ferreux R-EVENDIcATIONS I - Procédé de purification d'acide sulfurique aqueux, caractérisé en ce qu'il consiste à ajouter à de l'acide sulfurique aqueux, renfermant du sulfate ferreux dissous, une quantité d'acétone suffisante pour qu'on obtienne une concentration d'au moins 70% en volume dans le mélange obtenu, ou une quantité d'isopropanol suffisante pour qu'on obtienne une concentration d'au moins 25% en volume dans le mélange obtenu, à séparer les solides précipités du liquide, puis à distiller le liquide pour récupérer l'acétone ou l'isopropanol ét l'acide sulfurique aqueux purifié. 2 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'acide sulfurique aqueux initial a une concentration comprise dans la gamme de 20% à 40% en poids. 3 - Procédé-selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'acide sulfurique aqueux renferme au total entre 10 et 70 g/l de suifate ferreux dissous exprimé en Fe. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que L'acide sulfurique aqueux, avant addition d'acétone ou d'isopropanol renferme également des sels d'aluminium, de magnésium, de manganèse de vanadium et/ou de chrome. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que i'acide sulfurique aqueux a; au départ, une concentration comprise entre 5 et 25% en poids et en ce qu'on le concentre avant addition d'acétone ou drisopropanol à une concentration comprise dans la gamme de 30 à 507 en poids. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'acide sulfurique aqueux renferme, au départ, du sulfate ferreux exprimé en Fe, à une concentration comprise dans la gamme de 15 à 60 g/l et en ce qu'on le concentre, avant addition d'acétone ou d'isopropanol, jusqu'à ce que la concentration en sulfate ferreux soit comprise dans la gamme de 50 à 100 g/I. 7 Procédé selon I'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on refroidit le mélange d'acide sulfurique aqueux et d'acétone ou d'isopropanol, 8 - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on maintient le refroidissement pendant une durée de 30 à 120 mn. 9 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on précipite suffisamment de matières solides pour obtenir un acide sulfurique aqueux renfermant de O à 5 g/l de sulfate ferreux exprimé en Fe. 10 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on ajoute suffisamment d'acétone pour obtenir une concentration d'au moins 75% en volume, ou suffisamment d'isopropanol pour obtenir une concentration d'au moins 50% en volume. 11 - Acide sulfurique aqueux purifié, caractérisé en ce qu'on l'a préparé-selon le procédé de l'une quelconque des revendications précédentes 12 - Sulfate ferreux, caractérisé en ce qu'on l'a préparé selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 10.