Brevet FR2332238A1 — publié le 19770617

la présente invention concerne la production des sels minéraux, notamment un procédé de fabrication d'un coagulant pour 1' épuration des eaux en les débarrassant des impuretés m:can1ques. te coagulant indiqué est un mélange de sulfates dont le constituant coagulateur est représenté par le sulfate d'aluminium ; ledit coagulant peut être utilisé pour l'épuration des eaux ménagères et potables ainsi que des eaux industrielles et celles des égouts urbains. Actuellement les procédés les plus répandus de fabrication d'un coagulant sont les procédés utilisant l'hydroxyde d'aluminium comme produit de départ. Conformément à ce procédé, on dissout lthydror1e d'aluminium dans l'acide sulfurique en brassant la masse l la vapeur vive, la température étant maintenue entre 110 et 1200C, Ensuite, la nasse réactionnelle contenant de 13,5 à 150 de A1203 est refroidie jusqu'à la température de 950 et on extrait le coagulant (sulfate d'aluminium). l'inconvénient principal du procédé mentionné est l'utilisation d'une matière difficilement disponible (l'hydroxyde d'aluminium). De ce fait, ces derniers temps, l'attention s'est tournée vers les matières premières répandues telles que : concentré de néphéline, kaolins, argiles, alunites, bauxites à haute tenaur en silicium. les matières premières prometteuses pour la fabrication de coagulant sont les alunites. la présence dans leur composition de l'nhydride sulfurique permet de réduire d'un tiers environ la consommation d'acide sulfurique par rapport au procédé dans Lequel on utilise de lthydroxyde d'aluminium. Parexemple, on connaît un procédé dans lequel le coagulant pour l'épuration des eaux par élimination des impuretés mécaniques est fabriqué à partir de l'alunite, par sulfatisation en deux stades. le procédé consiste en ce que l'on broie l'alunite, on la mélange avec une partie de la solution de circulation et avec de l'acide sulfurique prise en quantité de 10 à 15% de la quantité stoechiométrique) et on l'envoie sous forme de pulpe dans un four à lit fluidisé pour son frittage en deux stades.Lors du premier stade réalisé à une température comprise entre 200 et 25000 on arrive à former une matière granulée, et pendant le deuxième stade, on effectue le grillage des granules à une température comprise entre 560 et 58000. tes granules grillées sontlessivées dans une solution d'acide sulfurique ayant une coneentration de 10 à 15% (85 à 90 de la quantité stoechiométrique) à une température comprise entre 96 et 10300, conjointement avec les eaux de rinçage. te lessivage terminé, on élimine, par filtration, le résidu insoluble de la pulpe ; le coagulant est extrait de la solution contenant le produit visé par évaporation et granulation dans des fours à lit fluidisé. te procédé décrit ci-dessus est caractérisé par la complexité de l'opération de sulfatisation, puisqu'elle comprend plusieurs stades. En outre, le traitement thermique de l'alunite réalisé en présence de l'acide sulfurique prosoque ltentrainement d'une quantité considérable de ce dernier dans la phase gazeuse. t'appareillage nécessaire pour la réalisation du processus de frittage estf rt encombrant, car il possède deux fours à lit fluidisé. La qualité du produit obtenu par le procédé décrit ci-dessus, en ce qui concerne sa teneur en acide sulfurique libre et sa composition granulométrique, n'est pas garantie. Dans le cas de la pr-sente invention on s'est proposé de mettre au point un procédé de fabrication d'un coagulant pour épuration des eaux des impuretés mécaniques, qui permettrait d'améliorer la qualité du produit visé, de réduire les pertes d'acide sulfurique et de simplifier les appareils et la technologie du processus. Pour résoudre ce problème, -on propose un procédé de fabrication, à partir de l'alunite, d'un coagulant pour l'épuration des eaux par élimination des impuretés mécaniques ledit procédé étant caractérisé, selon l'invention, en ce que l'alunite est grillée à une température comprise entre 520 et 62000 et puis lessivée dans une solution aqueuse d'acide aulfurique ayant une concentration de 20 à 35% et prise en uantité de 70 à 90% de la quantité stoechionétrique, à une température comprise entre 80 et 10G O, et après cela on @@ute de l'alunite grill@e, prise en quantité de 10 à 15% ell poids par rapport à la quantité de d part d'alunite ; il en résulte une pulpe composée d'une phase liquide et d'une phase solide, la phase liquide étant une solution aqueuse du produit visé, et la phase solide, un résidu insoluble ; ensuite on s pare la solution mentionnée du résidu insoluble et on extrait de adite solution le produit visé. Il est recommandé d'éliminer le résidu insoluble de la solution par décantation, centrifugation ou filtration de la pulpe sous vide ou sous pression. Pour augmenter la vitesse d'élimination du résidu insoluble de la solution, il est utile d'ajouter à la pulpe des floculants pris à raison de 10 à 40 vm3 et de soumettre ensuite la pulpe à une centrifugation, une décantation ou une filtration sous vide ou sous pression. - Il est recommandé d'utiliser des polyacrylamides en tant ue floculants. Suivant le mode d'extraction du produit visé de la solution, on obtient un coagulant se présentant soit sous forme d'alun, soit sous forme d'un mélange alun - sulfate d'aluminium. afin de séparer l'alun de-la solution, il est recommandé de refroidir la solution jusqu'à une tercpe'rature comprise entre 30 et 500G. Pour extraire le coagulant sous forme d'un mélange alun -sulfate d'aluminium, il est utile, en vue d'augmenter le taux d'extraction du produit recherché, de concentr-r la solution par évaporation (de 10 à 15% par rapport au volume initial) avant son refroissement jusqu'à une température allant de O à 50 C. tour augrenter la teneur du coagulant en orde d'aluminium, il est recommandé d'extraire ledit coagulant de la solution par séchage de la solution à l'aide d'un agent caloporteur gazeux ayant un-e température initiale comprise entre 500 et 600oC. comparaison avec les procédés déjà connus, le procédé proposé offre les avantages suivants. A la différence du coagulant connu, la teneur en acide sulfurique libre, du coagulai obtenu par le p.rocédé proposé, est garantie. On y arrive gracie au fait que le lessivage est réalisé avec une consomnation et une concentration déterminées de l'acide sulfura ue en ajoutant de l'alunite grillée afin de neutraliser l'acide sulfurique libre. te traitement par l'acide sulfurique à une température comprise entre 808et 100 C permet d'éviter les pertes d'acide sulfurique. Le procédé proposé peut être réalisé accessoirement lors d'une transformation complexe de l'alunite en oxyde d'aluminium, en acide sulfurique et en engrais potassiques en utilisant l'acide sulfurique pour l'obtention du coagulant. Dans ce cas, les exigences auxquelles doit satisfaire l'acide sulfurique en ce qui concerne la teneur en impuretés et la concentration peuvent être réduites. En particulier, on peut utiliser l'acide sulfurique d'une concentration de 65% (acide sulfurique des chambres) ou l'acide ayant une concentration encore plus faible. lie procédé indiqué permet d'obtenir un coagulant neutre utilisable non seulement pour l'épuration des eaux d'égouts et industrielles, mais aussi celle des eaux potables. te procédé de fabrication de coagulant pour l'épuration des eaux en les débarrassant des impuretés mécaniques est réalisé cornue suit. Le minerai d'alunite est concassé, broyé et grillé dans un four tournant ou dans un four à lit fluidisé à une température comprise entre 520 et 620oC. L'alunite grillée est envoyée au lessivage qui a lieu dans des réacteurs munis d'agitateurs pendant 1 à 2 heures à ure température comprise entre 80 et 100 C. t'alunite est mélangée avec une solution aqueuse d'acide sulfurique ayant une concentration de 20 à 35% et prise en quantité de 70 à 90% par rapport à la quantité stoechiométrique, ni-cessaire à la fixation de tout l'oxyde d'aluminium contenu dans le minerai, en le transformant en sulfate d'aluminium. En cas d'utilisation, pour le lessivage, d'acide sulfurique fort (ayant une concentration de 2ffi), on prépare au préalable une pulpe aqueuse à partir de l'alunite grillée. La teneur en phase solide étant portée à une limite déterminée, on effectue le dosage de l'acide sulfurique fort de @anière à obtenir une solution ayant une concentration de 20 à 3-5f- 10 à 20 minutes avant la fin de lessivage on ajoute à la pulpe obtenue de l'alunite grillée à raison de 10 à 15 par rapport au poids initial d'alunite, afin de neutraliser l'acide sulfurique libre. te lessivage terminé, on procède à la séparation de la solution contenant le produit visé du résidu insoluble en utilisant toute technique connue : décantation, filtration, centrifugation. Pour aumenter la vitesse de séparation, on peut introduire dans la pulpe des floculants, tels que des polymères solubles dans l'eau, des polyacrylamides. L'introduction des floculants à raison de 10 à 40 g/m3 augmente la vitesse de séparation de 2 à 5 fois. Une fois la solution et le résidu insoluble séparés, on extrait de ladite solution le produit-visé, tandis que le résidu insoluble (boue) est rincé à l'eau chaude et utilisé ensuite dans l'industrie du bâtiment, pour la fabrication de céramique. Il est avantageux d'utiliser les eaux de rinçage pour la préparation de pulpe (début du processus); L'extraction du coagulant à partir de la solution se fait par séchage ou par cristallisation. Lors de la cristallisation la solution peut etre refroidie de 801000C jusu'à 30-50 O ; dans ce cas, on fait passer 11 alun dans la phase solide, ledit alun pouvant Entre utilisé en tant que coagulant. Avant de procéder au rofroidissement de la solution son volume peut être réduit de 10 à 15%, par évaporation, par rapport à son volume initial. Dans ce cas, le coagulant est extrait sous forme d'un mélange alun - sulfate d'aluminium. Ensuite, le coagulant est séparé de la solution mère par n'importa quel procédé connu, par exemple par centrifugation. Pour augnenterla teneur en oxyde d'aluminium du produit fini, on extrait le coagulant en recourant au séchage de la solution à l'aide d'un agent caloporteur gazeux, par exemple de fumées ayant une température initiale comprise entre 500 et 60000. ta solution peut Qtre séchée dans des séchoirs atomiseurs -ou dans des fours à lit fluidisé. Il en résulte un coagulant dont la teneur en oxyde d'aluminium est portée juq u'c 18,5 - 19,5. L'équipement utilisé pour la réalisation du procédé proposé est plus simple, car le grillage de l'alunite s'effectue dans un seul four -, à la différence du procédé connu décrit auparavant, dans lequel on utilise deux fours à lit fluidisé destinés au frittage de l'alunite avec l'acide sulfurirue. L'alunite grillée est traitée par l'acide sulfurique à une température qui ne provoque pas la décomposition de l'acide sulfurique, ce qui n'impose pas l'utilisation d'un matériel spécial pour le captage de l'acide sulfurique. Pour une meilleure comprehension de la présente invention, plusieurs exemples de réalisation concrets mais non limitatifs du procédé proposé sont décrits ci-après. EXE?IE 1. L'alunite contenant ( en poids) Al203 SiO2 S03 K2O Na20 Fe2O3 V205 autres constituants 21,7 43,0 20,04,5 2,0 4,5 0s05 4,3 est concassée et broyée jusqu'à obtention de particules d'une grosseur de 1 à 3 mm. Ensuite, on grille l'alunite dans un four tournant à une température comprise entre 520 et 5400C. Après avoir été refroidie jusqu'à la température de 900C, l'alunite grillée est mélangée avec la solution récupérée. lors du rinçage de la boue, pour obtenir une pulpe ayant une teneur en phase solide de 300 à 350 girl. Ceci fait, on procède au lessivage dans. une solution aqueuse d'acide sulfurique ayant une concentration de 2Q'o et prise en quantité de 90% par rapport à la quantité stoechiométrique, nécessaire à la fixation de tous 11 oxyde d'aluminium en le transformant en sulfate d'aluminium ; ladite solution aqueuse d'acide sulfurique ayant a concentration de 20% est obtenue par introduction d'acide sulfurique fort (à 92%) dans la pulpe. te lessivage dure une heure à la température de 950C. 10 minutes avant la fin du lessivage on ajoute à la pulpe de l'alunite grillée en quantité de 100 par rapport au poids initial de l'alunite. Ensuite, on introduit dans la pulpe un floculant constitué de polyacrylamide carbonique ou carbonaté sec, granulé, à raison de 20 g/m3, après quoi la pulpe est envoyée à un filtre fonctionnant sous une pression de 6 kgf/cm2, et la solution contenant le produit visé est séparée du résidu insoluble. ne dernier est rincé à l'eau chaude, séché sur filtre et évacué dans un collecteur. les eaux de rinçage sont envoyées pour la préparation de pulpe. La solution composée de (en g/l) Xl203-108 ; Fe203 - 5,0, Na2O - 2,8 , K20 - 6,2, résidu insoluble 0,8, est envoyée pour être séchée à une température comprise entre 100 et 50000 à l'aide de fumées ayant une température initiale (à l'entrée) comprise entre 500 et 600 C et une température finale comprise entre 90 et 10000. On obtient un coagulant de composition suivante en en poids) : A1203 iTo 504 résidu insoluble Fe2O3 18,5 à 19,5 0 à 0,005 0,8 0,7 Composition granulométrique du produit : fraction,mm +4 -4+3 -3+2 -2+1 -1 teneur, % 0,4 à 1 3 à 7 42 à 48 40 à 47 3 à 7 EXEMPLE 2. t'alunite ayant la même composition que celle de l'exemple 1 est concassée, broyée jusqu'à l'obtention de particules de 1 à 3 mm de grosseur et grillée dans un four tournant à une température comprise entre 600 et 6200C. Après refroidissement, l'alunite grillée est lessivée dans une solution aqueuse d'acide sulfurique ayant une concentration de 35% et prise en quantité de 70% par rapport à la quantité stoechiométrique, nécessaire à la fixation de tout l'oxyde d'aluminium de l'alunite et à sa transformation en sulfate d'aluminium. le lessivage dure une heure à la température de 800C. 10 minutes avant la fin du lessivage on ajoute à la pulpe de l'alunite grillée en quantité de 15% par rapport au poids initial de l'alunite.Ensuite, on sépare la solution du résidu insoluble par centrifugation (vitesse de rotation du tambour : 1200 tr/mn, teneur en phase solide dans la solution : 0,5 g/1). La solution est envoyée dans un cristallisoir où, après refroidissement de la solution jusqu'à ,-0 C, on extrait le coagulant sous forme d'alun de potassium. t' alun est séparé de la solution mère par centrifugation. te coagulant obtenu a la composition suivante (% en poids) Al2O3 $Fe2O3 HsSO4 libre $résidu insoluble 13,5 0,8 néant néant EXEMPLE 3. L'alunite ayant la même composition que celle de l'exemple 1 est grillée à une température comprise entre 580 et SOOOC. t'alunite grillée est lessivée dans une solution aqueuse d'acide sulfurique ayant la concentration de 25X, prise en quantité de 80 métri@ue. Le lessivage dure une heure à la température de 100 C. 10 minutes avant la fin du lessivage on ajoute à la pulpe de l'alunite grillée prise en quantité de 10 par rapport au poids initial de l'alunite. suite, on introduit dans la pulpe un floculant constitué de polyacrylamide carbonique ou carbonaté sec, granulé, à raison de 25 g/m3. Cecifiit, on procède à la filtration de la pulpe sous un vide de EGO à 00 @@ de Hg et avec un débit de 300 à 400 kg/m2 par heure. La composition du produit obtenu est identique à celle de 7'exemple 1. z E 4. t'alunite contenant ( en poids ) Al2O3 SiO2 SO3 K2O Na2O Fe2O3 V2O5 autres constituants 18,8 0,6 18,6 4,0 0,6 1,5 0,05 5,9 est traitée d'une manière analogue à l'exemple 1, mais la séparation de la solution du résidu insoluble est réalisée en ajoutant à la pulpe un floculant constitué de polyaorylamide sulfaté ou sulfatique sec, granulé, à raison de 30 gm3. On obtient un coagulant d'une composition identique à celle de l'exemple 1. EXEMPLE 5. On obtient le coagulant d'une manière analogue à celle de l'exemple 1 et ayant la même composition. L'extraction du coagulant de la solution se fait comme suit. D'abord, on réduit de 10% par évaporation le volume de la solution par rapport au volume initial, et ensuite on refroidit la solution jusqu'à 400C. le coagulant extrait est séparé de la solutioh mère par centrifugation (vitesse de rotation du tambour : 1200 tr/mn, teneur en phase solide dans le produit filtré 0,5 g/l). Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de ralîsation décrits et représentés qui n'ont été donnés r-u' titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENOICATIONS 1. Procédé de fabrication de coagulant pour l'élimination des impuretés mécaniques cont-nues dans les eaux, caractérisé en ce qu'il consiste à griller de l'alunite à une température comprise entre 520 et 6200C, à lessiver l'alunite grillée dans une solution aqueuse d'acide sulfurique ayant une concentration de 20 à 35% et introduite à raison de 70 à 90% de la quantité stoé ehiométraque, ledit lessivage étant réalisé à une température comprise entre 80 et 100oC, à ajouter ensuite de l'alunite grillée à raison de 10 à 15 par rapport au poids initial de l'alunite, en obtenant ainsi une pulpe composée d'une phase liquide et d'une phase solide, ladite phase liquide étant constituée par une solution aqueuse du produit visé, et ladite phase solide, par un résidu insoluble, après quoi on sépare cette solution dudit résidu insoluble et on en extrait le produit visé. 2. Procédé son la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue la séparation de ladite solution de produit visé dudit résidu insoluble en ajoutant à la pulpe des floculants à raison de 10 à 40 vm3* 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce cue l'on utilise des polyacrylamides en tant que floculants. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on extrait le produit visé de îa solution en refroidissant ladite solution jusqu a une température comprise entre 30 et 500C. 5. Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'on réduit de 10 à 15%oS par évaporation, le volume de la solution par rapport à son volume initial avant de la refroidir jusqu'à la température comprise entre 30 et 50 C- 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on extrait le produit visé de la solution par séchage de celle-ci à l'aide d'un agent caloporteur gazeux ayant une température initiale comprise entre 500 et 6000C. 7. Coagulant pour l'élimination des impuretés contenues dans les eaux, caractérisé en ce outil est obtenu conforment au procédé faisant l'objet de l'une des revendications 14 5.