Brevet FR2336352A1 — publié le 19770722

La présente invention est relative à un agent à base d'amidon pour la floculation de matières solides en suspension dans des sotu- tions aqueuses d'aluminate alcalin obtenues en plus de la boue rouge lors du raffinage de la bauxite par le procédé Bayer, ainsi qutà un procédé pour sa mise en oeuvre. Le procédé Bayer bien connu pour la production d'alumine, consiste à digérer de la bauxite concassée, éventuellement séchée et broyée, en la faisant réagir avec de l'hydroxyde de sodium concentré à une température de 160 a' l900C dans de gros autoclaves digéreurs. La liqueur résultante comprend une solution d'aluminate de sodium contenant des particules finement divisées constituées par de l'oxy- de de fer, de l'oxyde de silicium, de l'oxyde de titane et autres impuretés insolubles dans l'hydroxyde de sodium. Ces particules insolubles sont généralement appelées "boue rouge". La boue rouge est séparée de la liqueur par sédimentation, après quoi la liqueur clarifiée obtenue après filtration est précipitée, pour produire de 1' aluminium hydraté. D'une façon classique, on ajoute des agents floculants pour aider la clarification d'une solution d'aluminate de sodium contenant de la boue rouge, 11 amidon étant un agent floculant courant. Comme décrit dans le brevet des E.U.A. 2.935.377, l'effet de l'amidon, qu' on dissout à l'ébullition, peut être amélioré par l'addition de 2 à 6% de tétraborate de sodium pentahydraté. En outre, on sait, dans la technique, qu'on peut améliorer l'efficacité de l'amidon comme agent floculant en opérant en présence de cations métalliques. C'est ainsi, par exemple, que le brevet des E.U.A. 3.142.637 décrit l'utilisation d'amidon et de composés de plomb divalent pour la floculation de la boue rouge.La demande de brevet allemand (Offenlegungsschrift > 2.432.497 décrit un procédé de floculation de la boue rouge suivant lequel on utilise de l'amidon en association avec des ions fer, cadmium, zinc, manganese, et/ou cuivre. La Demanderesse a maintenant découvert, de façon surprenante, qu'on peut beaucoup améliorer l'efficacité de l'amidon comme agent de floculation pour la boue rouge lorsque l'amidon est soumis, en suspension aqueuse en présence de sels de magnésium hydrosolubles, à un traitement simultané de chauffage et de séchage. C'est seulement lorsque le mélange d'amidon et de sels de magnésium est préparé de cette manière qu'on obtient un meilleur effet de floculation. Un mélange physique d'amidon et de sels de magnésium ne présente pas ces propriétés. En conséquence, l'invention a pour objet de fournir un agent à base d'amidon pour la floculation des matières solides d'une solution aqueuse d'aluminate alcalin qui est le produit du traitement de la bauxite par une solution aqueuse alcaline, l'agent comprenant un amidon soumis à un traitement simultané de chauffage et de séchage en suspension aqueuse en présence de 1 a' 3% en poids de tétraborate de sodium et de 3 à 30S en poids de sel de magnésium hydrosoluble, les teneurs en sels etant calculées sous forte de sels anhydres et par rapport à l'amidon. L'invention vise également un procédé de floculation des matières solides d'une solution aqueuse d'aluminate alcalin qui est le produit du traitement de la bauxite par une solution aqueuse alcaline, caractérisé en ce qu'on utilise un agent floculant préparé à partir d'un mélange d'amidon et d'eau en présence de 1 à 319 en poids de tétraborate de sodium et de 3 à 30% en poids d'un sel de magnésium hydrosoluble, les teneurs en sels étant calcules sous forme de sels anhydres et par rapport à l'amidon, par un traitement simultané de chauffage et de séchage. Les amidons utilisables suivant l'invention sont de nature très variable et on peut utiliser, par exemple, la fécule de pomme de terre, l'amidon de tapioca, l'amidon de mais, l'amidon de mais cireux, et l'amidon de blé. Sont également utilisables des amidons chimiquement modifiés ou des dérivés d'amidon, par exemple des esters et éthers d'amidon ou des polymères greffés d'amidon, mais la fécule de pomme de terre est préférable. Par "tétraborate de sodium" on veut désigner ici Na2B#07, mais on peut également, en tenant compte de la teneur en eau, utiliser le borax Na2B407.10H20, ou sa forme pentahydratée. Suivant la présente invention, on peut utiliser n'importe quel sel de magnésium hydrosoluble, l'effet de ces composés vis-à-vis de l'amidon dépendant des ions magnésium. Toutefois, il est préférable d'utiliser du sulfate de magnésium heptahydraté. La proportion pondérale préférable de ce sel est de 10 à 40%, par rapport au poids de l'amidon. Lorsqu'on utilise ces proportions de sels de magnésium, l'effet de l'agent floculant suivant la présente invention est d'environ 2 à 4 fois supérieur à celui de l'amidon utilisé comme seul agent floculant. Le traitement simultané de chauffage et de séchage auquel on fait appel pour préparer l'agent floculant suivant la présente invention est réalisé efficacement à l'aide d'un dispositif de séchage rotatif à rouleaux. En fait, la suspension d'amidon contenant le sel de magnésium et le tétraborate de sodium est pressée en formant une couche mince par des rouleaux rotatifs chauffés à une température d' environ 100 à 1800C. La suspension d'amidon a une teneur en eau permettant la gélatinisation de l'amidon au cours du traitement thermi- que. La pellicule sèche formée par les rouleaux est ensuite broyée en paillettes ou en poudre. Des dispositifs de séchage rotatifs utilisables suivant la présente invention sont décrits par exemple dans Whistler/Paschall: Starch Chemistry and Technology, volume 2, pp. 524-528, Academic Press New York, 1967. En outre, l'agent floculant suivant la présente invention peut être préparé en chauffant et en esaansant un mélange d'amidon, de tétraborate de sodium et de sel de magnésium dans une extrudeuse à vis sans fin. Un avantage particulier de l'agent floculant suivant la présente invention réside en le fait qu'il faut moins d'amidon que dans les procédés antérieurs pour la floculation de la boue rouge du fait que la réduction de la proportion d'amidon dans le procédé Bayer est souhaitable car la liqueur obtenue après séparation de la boue rouge et précipitation de l'aluminium hydraté est recyclée vers le procédé, ce qui accroit ainsi la teneur en matière organique par addition d' amidon et d'amidon décomposé dans de l'hydroxyde de sodium. Toutefois, la matière organique a un effet nuisible sur diverses étapes du procédé Bayer, provoquant par exemple une précipitation indésirable d'aluminium hydraté et un dépôt indésirable de boue rouge. En outre, l'agent floculant suivant la présente invention permet de réaliser une floculation plus complète de la boue rouge que celle réalisée à ce jour. De plus, l'agent floculant suivant la présente invention est un produit de réaction soluble dans l'eau froide, de sorte qu'on peut aisément préparer une solution aqueuse. Cela a l'avantage de pouvoir ajouter l'agent floculant à la liqueur contenant la boue rouge afin d'effectuer la floculation en solution aqueuse. L'agent à base d'amidon suivant la présente invention peut être utilisé pour la floculation des matières solides dans les solutions aqueuses d'aluminate alcalin contenant de la boue rouge produite par raffinage de bauxites d'origines différentes, par exemple des bauxites de type Weipa, Gove, Boké ou leurs mélanges. Les exemples non limitatifs suivants sont donnés à titre d'illustration de l'invention. Sauf autre indication, toutes les parties et tous les pourcentages sont exprimés en poids. Exemple I On met 1000 parties de fécule de pomme de terre en suspension dans 1500 parties d'eau dans laquelle on a dissout 20 parties de borax et 250 parties de sulfate de magnésium heptahydraté. On introduit la suspension résultante dans un dispositif rotatif à rouleaux chauffé à une température de 145-150 C. La mince pellicule sèche sortant d'entre les rouleaux est broyée en paillettes, à l'aide d'un broyeur batteur (échantillon A). De manière analogue, on prépare un agent floculant en utilisant 150 parties de sulfate de magnésium heptahydraté (échantillon B). On évalue le pouvoir de floculation et de sédimentation des agents floculants A et B par comparaison avec celui de l'amidon, par des essais de sédimentation d'une liqueur d'aluminate de sodium. Les échantillons utilisés ont la composition suivante: Echantillon A : fécule de pomme de terre + 2% de borax + 25% de MgS04. 7H20 Echantillon B : fécule de pomme de terre + 2% de borax + 15% de MgS04. 7H20 On effectue les essais de sédimentation sur des liqueurs d'aluminate de sodium obtenues en faisant digérer de la bauxite Weipa conformément au procédé Bayer.Ces liqueurs d'aluminate de sodium ont approximativement la composition suivante: Au 203 120 à 150 g/litre NaOH 130 à 150 g/litre boue rouge 50 à 80 g/litre La boue rouge contient environ: A1203 26% Sio, 14% Fe2 0 32% Tio, 9% Na2O 10% Lorsqu'on effectue les essais de sédimentation, on ajoute une solution aqueuse de l'agent floculant à la liqueur d'aluminate, en une concentration de 0,5%. La solution a été préparée en agitant 1' agent floculant dans de l'eau froide. On prépare la solution d'amidon tdmoin en faisant bouillir de la fécule de pomme de terre en suspension à 1% pendant 2 à 5 minutes, puis en diluant à 0,5%. Pour les essais de sédimentation, on mélange la solution dt agent floculant dans une éprouvette graduée de 1000 cm3 avec 900 cm3 de liqueur d'aluminate contenant de la boue rouge, à 800C environ. Puis on amène le mélange à 1000 cm3 à l'aide de liqueur d'aluminate. On choisit la quantité de solution d'agent floculant de façon à obtenir les proportions souhaitées de 20, 40 et 80 ppm (parties pour un million) d'agent floculant. On place ensuite l'éprouvette graduée sur un bain-marie à 80 + 20C et on agite pendant un court laps de temps. On mesure ensuite le niveau du précipité toutes les cinq minutes. Les résultats obtenus sont rapportés aux tableaux suivants. TABLEAU A fécule de pomme de Echantillon Echantillon terre temoin A B 40 ppm 40 ppm 40 ppm 5 minutes 960 680 730 10 minutes 900 340 340 15 minutes 805 285 285 20 minutes 690 260 255 25 minutes 550 245 240 30 minutes 445 235 230 TABLEAU B fécule de pomme de Echantillon Echantillon terre t0#in A B 80 ppm 80 ppm 80 ppm 5 minutes 880 855 860 10 minutes 615 615 665 15 minutes 430 430 475 20 minutes 335 335 375 25 minutes 305 300 320 30 minutes 290 285 295 45 minutes 255 255 260 Il découle des tableaux A et B que l'effet de l'agent floculant suivant la présente invention est supérieur à celui d'une proportion égale d'amidon utilisé seul, de sorte qu'il faut beaucoup moins d' agent floculant suivant l'invention pour obtenir un effet donné. Le tableau suivant montre qu'en outre on obtient une floculation plus complète en utilisant l'agent floculant suivant la présente invention. TABLEAU C fécule de pomme de Echantillon terre témoin B 80 ppm 20 ppm 5 minutes 950 930 10 minutes 860 770 15 minutes 715 575 20 minutes 540 420 25 minutes 420 340 30 minutes 345 300 Teneur en Fe dans 80 mg/litre 50 mg/litre le liquide Exemple Il Cet exemple démontre que MgC12 améliore le pouvoir de floculation de l'amidon , tandis que NaOH seul, ou NaOH + borax seuls n' améliorent pas sensiblement l'activité de l'amidon. Cet exemple démontre en outre qu'une solution de NgS04.7H2 0 ou un mélange physique d'amidon et de MgS04.7H20 n'améliore pas la floculation, par comparaison avec l'amidon. On effectue les essais de sédimentation sur des échantillons A à E. Les échantillons A à C sont préparés comme décrit à l'exemple I; l'échantillon D est une solution à 0,59/o de MgS04.7H20; l'échantillon E est un mélange d'amidon et de MgS04.7H20 dissous dans l'eau, en faisant bouillir pendant 2 à 5 minutes, à une concentration de 1%, puis dilué à une concentration de 0,5%. Echantillon A : fécule de pomme de terre + 2% de borax + 3% de MgC12 Echantillon B : fécule de pomme de terre + 0,75% de NaOH Echantillon C : fécule de pomme de terre + 1,6% de borax + 0,75% de NaOH Echantillon D : MgS04. 7H20 Echantillon E : fécule de pomme de terre + 8% de MgS04.7H20 On effectue les essais de sédimentation en opérant comme décrit à l'exemple I. Les résultats obtenus sont rapportés aux tableaux D et E suivants. TABLEAU D Fécule de pomme Echantillon Echantillon Echantillon de terre témoin A B C 80 ppm 40 ppm 80 ppm 80 ppm 5 minutes 970 855 970 960 10 minutes 900 820 900 855 15 minutes 790 665 790 670 20 minutes 635 520 630 470 25 minutes 490 425 475 355 30 minutes 400 360 380 315 TABLEAU E Fécule de pomme Echantillon Echantillon de terre tlrrrjin D E 40 ppm 40 ppm 40 ppm 5 minutes 985 985 990 10 minutes 955 965 955 15 minutes 920 940 920 20 minutes 870 020 880 25 minutes 810 890 840 30 minutes 755 865 795 Exemple III Cet exemple démontre que diverses sortes d'amidon, par exemple l'amidon de mais, l'amidon de tapioca et l'amidon de sagou donnent des résultats similaires à ceux obtenus avec la fécule de pomme de terre. On prépare des agents floculants à base d'amidon de mais, d' amidon de tapioca et d'amidon de sagou comme décrit à propos de 1' échantillon A à base de fécule de pomme de terre de l'exemple I. Les échantillons utilisés à titre comparatif ont les compositions suivantes: Echantillon A: fécule de pomme de terre + 2% de borax + 25% de MgSO,, 2 Echantillon B: amidon de mais + 2% de borax + 25% de MgS04.7H20 Echantillon C: amidon de tapioca + 2% de borax + 25% de #gS04.7H20 Echantillon D amidon de sagou + 2% de borax + 25X de MgS047H20 On effectue les essais de sédimentation sur des liqueurs d'aluminate de sodium provenant du traitement de bauxite Weipa/Boké par le procédé Bayer, en opérant comme décrit à l'exemple I. Les résultats obtenus sont rapportés au tableau F suivant. TABLEAU F Echantillon Echantillon Echantillon Echantillon A B C D 40 ppm 40 ppm 40 ppm 40 ppm 5 minutes 680 740 745 730 10 minutes 325 385 400 385 15 minutes 280 290 300 300 20 minutes 255 265 270 270 25 minutes 240 250 255 255 30 minutes 230 240 240 240 Il découle de ce tableau que les agents floculants à base d' amidon de mais, d'amidon de tapioca et d'amidon de sagou ont une activité similaire à celle d'un agent floculant à base de fécule de pomme de terre. L'agent floculant à base de fécule de pomme de terre est plus actif. Exemple IV Cet exemple démontre que le traitement simultané de chauffage et de séchage peut être effectué dans une extrudeuse. On introduit dans une extrudeuse un mélange de fécule de pomme de terre, 3% de borax et 25% de MgS04.7H20 (calculé par rapport au poids de l'amidon) et ayant une teneur totale en eau de 20%. Au voisinage de l'entrée de l'extrudeuse, on ajoute de l'eau de façon à porter la teneur en eau à 28% environ, par rapport au poids de l'amidon. L'extrudeuse contient une vis sans fin tournant à une vitesse de 47 tours/minute et, par suite de l'action mécanique, la température s'élève à 1520C. On broie le produit sec sortant de l'extrudeuse à l'aide d'un brcyeur à couteaux. Ce produit, composé de fécule de pomme de terre, 3% de borax et 25% de MgS04.7H20 (échantillon E) est comparé à un produit (echantil Ion F) de même composition, mais préparé à l'aide d'un dispositif rotatif à rouleaux chauffé, comme à l'exemple I. On effectue les essais de sédimentation comme décrit à l'exemple III. Les résultats obtenus sont rapportés au tableau G. TABLEAU G Echantillon E (25 ppm) Echantillon F(25 ppm) 5 minutes 820 825 10 minutes 525 590 15 minutes 340 405 20 minutes 300 330 25 minutes 280 305 30 minutes 265 285 Il découle des résultats du tableau G qu'on obtient des résultats analogues en utilisant un dispositif de séchage à rouleaux et une extrudeuse. REVENDICATIONS 1. Agent floculant à base d'amidon pour la floculation des ma- tières solides dans une solution aqueuse d'aluminate alcalin prove nant du traitement de la bauxite par une solution aqueuse alcaline, l'agent floculant comprenant un amidon soumis à un traitement simul tané de chauffage et de séchage en suspension aqueuse en présence de 1 à 3 ,0 en poids de tétraborate de sodium et de 3 à 30% en poids d'un sel de magnésium hydrosoluble, les teneurs en sels étant calculées sous forme de sel: anhydres et par rapport au poids de l'amidon. 2. Procédé de floculation des matière5 solides dans des solu tions aqueuses d'aluminates alcalins provenant du traitement de la bauxite par une solution aqueuse alcaline, caractérisé en ce qu'on utilise un agent floculant préparé en soumettant à un traitement simultané de chauffage et de séchage un mélange d'amidon et d'eau en présence de 1 à 3,0 en poids de tétraborate de sodium et de 3 à 3~fi en poids d'un sel de magnésium hydrosoluble, les teneurs en sels étant calculées sous forme de sels anhydres et Rar rapport au poids de l'amidon. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'agent floculant est soumis à un traitement simultané de chauffage et d 'expansion dans une extrudeuse. 4. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'on prépare l'agent floculant en pressant une mince couche du mélange dans un dispositif rotatif à rouleaux chauffé à une température d' environ 100 à 1800C. 5. Agent floculant suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le sel de magnésium hydrosoluble est du sulfate de magnésium heptahydraté. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'agent floculant est un agent floculant sui vant la revendication 5. 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4 et 6, caractérisé en ce que l'agent floculant est préparé à partir d' une suspension aqueuse d'amidon à laquelle on a ajouté de 2 à 6% en poids de borax Na23407.10H20 et de 10 à 40 ffi en poids de sulfate de magnésium heptahydraté.