Brevet FR2473492A1 — publié le 19810717

La présente invention concerne un procédé de purification d'une solution aqueuse de chlorure de potassium, par élimination d'un réactif d'antiagglutination et d'un réactif de flottation contenus dans le chlorure de potassium, en incorporant un agent oxydant en vue de dissoudre et purifier le chlorure de potassium et obtenir ainsi de l'hydroxyde de potassium par électrolyse dans une cellule électrolytique utilisant une membrane échangeuse de cations. Le procédé au mercure est bien connu pour la production de l'hydroxyde de potassium. On connaît également une technique de production de l'hydroxyde de potassium au moyen d'une membrane échangeuse de cations, ce procédé étant relativement récent. Dans le procédé au mercure, on ne rencontre aucun ennui cornernant les caractéristiques électrolytiques même si un réactif d'anti- agglutination est dissous dans une solution aqueuse de chlorure de potassium. En conséquence aucune recherche n'a été faite pour l'élimination du réactif d'anti-agglutination lors de la production de l'hydroxyde de potassium par le procédé au mercure. D'une façon usuelle, un réactif d'anti-agglutination, tel qu'une alkylamine supérieure, par exemple l'octadécylamine, est incorporé en une concentration de plusieurs centaines de ppm afin d'empecherl'agglutination du chlorure de potassium dans le chlorure de potassium de qualité industrielle. Le réactif de flottation, par exemple une paraffine qu'on incorpore pour la flottation du minerai de potasse, subsiste en général à une concentration de plusieurs centaines de ppm. Les compositions et les propriétés du réactif d'anti-agglutination et du réactif de flottation ne sont pas décrites avec précision. On sait qu'un réactif d'antiagglutination est en général insoluble dans la solution aqueuse du chlorure de potassium dans des conditions acides et il forme une suspension dans la solution aqueuse de chlorure de potassium cependant, le réactif d'anti-agglutination est en général dissous dans la solution aqueuse de chlorure de potassium dans des conditions alcalines. De ce fait, on peut éliminer le réactif d'anti-agglutination en filtrant la solution aqueuse de chlorure de potassium placée dans des conditions acides. Ce procédé n'a pas été utilisé dans la pratique car il n'est pas économique si l'on consi- dère les substrats des appareils de filtration et aussi les propriétés des filtres. D'autre part, on ne connaît pas le comportement du réactif de flotta- tion pendant l'électrolyse. La présente invention a pour objet la purification d'une solution aqueuse de chlorure de potassium de manière à éliminer le réactif d'anti- agglutination. Pour réaliser l'objectif indiqué ainsi que certains autres, l'invention met en oeuvre un procéd6 de purification d'une solutionaqueuse de chlorure de potassium servant à la production de l'hydroxyde de potassium par élec- trolyse dans une cellule électrolytique équipée d'une membrane échangeuse de cations, procédé qui consiste à incorporer un réactif oxydant dans la solution aqueuse du chlorure de potassium placée dans des conditions acides afin d'éliminer le réactif d'anti-agglutination. Sur le dessin annexé: - la figure 1 est un schéma synoptique général d'une installation de purification d'une solution aqueuse de chlorure de potassium utilisée dans le procédé classique au mercure; et - la figure 2 est un schéma synoptique général d'une installation de purification d'une solution aqueuse de chlorure de potassium dans laquelle est mise en oeuvre le procédé à membrane échangeuse de cations selon l'inven- tion. La production de l'hydroxyde de potassium par un procédé avec membra- ne échangeuse de cations n'a pas été pratiquée à l'échelle industrielle. La Demanderesse a commencé par constater un ennui pendant l'électrolyse, qui est un dépôt d'une matière quelconque sur la surface de la membrane, avec dété- rioration des propriétés de cette membrane. Selon les recherches effectuées par la Demanderesse, les observations suivantes ont été faites lors de la production d'hydroxyde de potassium par un procédé à la membrane échangeuse de cations: si l'on introduit une solution aqueuse de chlorure de potassium renfermant des additifs, tels un réactif d'antiagglutination, dans le compartiment anodique d'une cellule électrolytique utilisant une membrane échangeuse de cations pour réaliser l'électrolyse, le réactif d'antiaggluti- nation et le réactif de flottation dissous dans la solution aqueusede chlorure de potassium sont chlorés par le chlore gazeux produit à l'anode pour former des impuretés huileuses et graisseuses qui adhèrent à la surface de la membrane échangeuse de cations du côté anode, d'o augmentation de la tension de la cellule et diminution de l'efficacité du courant. A la suite de diverses études pour tenter d'éliminer les additifs, tels le réactif d'anti-agglutination et le réactif de flottation, -à partir de la solution aqueuse de chlorure de potassium, on a établi que lorsqu'on incorpore un réactif oxydant dans la solution aqueuse de chlorure de potassium renfer- mant des additifs, tels qu'un réactif d'anti-agglutination et un réactif de flottation, placée dans des conditions acides et, de préférence, à un pH inférieur à 4, afin d'oxyder les additifs (notamment le réactif d'antiagglu- tination et le réactif de flottation), les additifs oxydés, surtout le réactif d'anti-agglutination oxydé ne sont pa dissous mais sont mis en suspension sous forme d'une suspension dans la solution aqueuse de chlorure de potassium, même si l'on change le pH de la solution aqueuse de chlorure de potassium pour créer des conditions basiques. De préférence, l'agent oxydant est choisi parmi l'hypochlorite de potassium, l'hypochlorite de sodium et le chlore. La concentration de l'agent oxydant doit de préférence être assez élevée pour que son effet soit efficace pour l'oxydation du réactif d'anti-agglutination mais, d'un autre c8té, cette concentration doit être assez faible pour ne pas ralentir la précipitation des impuretés et leur séparation de la solution aqueuse de chlorure de po- tassium. Habituellement, la concentration du réactif oxydant est de 5 à 20 ppm, de préférence, de 5 à 15 ppm et, mieux encore, de 5 à 10 ppm. Les additifs oxydés en suspension sont coprécipités avec les autres impuretés, telles que le carbonate de calcium et/ou l'hydroxyde de magnésium, dans la solution aqueuse de chlorure de potassium. Les additifs, tels que le réactif d'anti-agglutination et le réactif de flottation, peuvent être à peu près entièrement séparés de la solution aqueuse de chlorure de potassium par filtration du liquide surnageant séparé lors de la précipitation. On va maintenant décrire le procédé en se référant aix dessins annexa. La figure 1 est un schéma synoptique de la purification d'une solution aqueuse de chlorure de potassium utilisée ensuite dans un procédé classique au mercure. Sur cette figure, la référence 1 désigne une cuve de saturation dans laquelle le chlorure de potassium est dissous dans une solution diluée de chlorure de potassium 10, qui est déchlorée dans une tour de déchloration 6 pour obtenir une solution sensiblement saturée de chlorure de potassium. La référence 2 désigne une cuve d'addition dans laquelle l'hydroxyde de potassium ou le carbonate de potassium est ajouté à la solution saturée de chlorure de potassium 11 pour convertir un composé de magnésium etun composé de calcium présents dans la solution saturée de chlorure de potassium, en hydroxyde de magnésium et carbonate de calcium insolubles en vue de préparer une solution saturée de chlorure de potassium renfermant des impuretés 12. La référence 3 désigne une cuve de clarification dans laquelle l'hydroxyde de magnésium et le carbonate de calcium sont précipités, séparés et déchargés du fond de la cuve de clarification 3. La solution saturée de chlorure de potassium (liquide qui surnage) se déverse par trop plein par la partie supérieure de la cuve de clarification 3 sous forme d'une solution brute de chlorure de potassium 13. La référence 4 désigne un filtre dans lequel l'hydroxyde de magnésium et le carbonate de calcium subsistant dans la solution brute 13 sont séparés pour préparer une solution purifiée de chlorure de potassium 14 qui est admise dans une cellule électrolytique 5. La solution purifiée admise dans la cellule électrolytique 5 est transformée par électrolyse en une solution diluée ayant une faible concentration en chlorure de potassium et contenant du chlore dissous. La solution diluée est déchlorée dans la tour de déchloration 6 et est envoyée- dans la cuve de saturation 1 afin de préparer une solution saturée de chlorure de potassium. -La figure 2 est un schéma synoptique de la purification d'une solution aqueuse de chlorure de potassium servant dans un procédé d'électrolyse qui utilise une membrane échangeuse de cations. La référence 1 désigne une cuve de saturation dans laquelle le chlorure de potassium est dissous dans une solution diluée de chlorure de potassium 10, qui est déchlorée dans une tour de déchloration 6, pour obtenir une solution sensiblement saturée de chlorure de potassium. On ajoute de l'acide chlorhydrique à la solution diluée de chlorure de potassium 10 qui contient du chlore en amont de la tour de déchloration 6 afin d'établir un pH inférieur à 4 dans la solution saturée de chlorure de potassiuill. Le réactif d'anti-agglutination et le réactif de flottation (provenant du minerai de potasse) sont-en sus- pension dans la solution saturée de chlorure de potassium. Pour oxyder ces impuretés de manière à empêcher leur dissolution dans des conditions basiques dans la solution saturée de chlorure de potassium, on introduit le réactif oxydant en a, b ou c de sorte que le réactif d'antiagglutination et le réactif de flottation sont convertis en des matières insolubles dans l'eau. La position optimale d'addition du réactif oxydant est la position b-bien que cette position puisse être également a ou c. On ajoute l'hydroxyde de potassium ou le carbonate de potassium à la solution de chlorure de potassium qui con- tient les impuretés oxydéesinsolubles dans l'eau, comme par ecemple le réactif d'anti-agglutination et le réactif de flottation, au niveau de la cuve d'addi- tion 2 de manière à éliminer les ions magnésium et calcium par formation d'un précipité insoluble d'hydroxyde de magnésium et de carbonate de calcium. Dans la cuve de clarification 3, les impuretés insolubles telles que le réactif d'anti-agglutination et le réactif de flottation sont coprécipitées avec le précipité insoluble. D'autre part, la solution de chlorure de potassium se déversant par trcp plein de la cuve de clarification 3 est contaminée par de petites quantités d'impuretés insolubles telles que le réactif d'anti- agglutination et le réactif de flottation et une petite quantité de précipité. En conséquence, on filtre la solution à l'aide d'un super filtre 4, par exemple un filtre pré-enrobé, pour obtenir une solution de chlorure de potassium 14 débarrassée du réactif d'anti-agglutination et du réactif-de flottation, de manière à ne pas perturber l'électrolyse. On traite encore la solution de chlorure de potassium dans un dispositif de purification 7 afin d'obtenir une solution purifiée de chlorure de potassium 16 dont les ions magnésium et calcium sont dissous dans la solution de chlorure de potassium afin de ne pas influer sur l'électrolyse. La solution purifiée de chlorure de potassium 16 est envoyée dans la cellule électrolytique 5 dans laquelle on obtient du chlore gazeux, de l'hydroxyde de potassium, de l'hydrogène gazeux et une solution diluée de chlorure de potassium 15. Cette solution diluée 15 est déchlorée dans la tour de déchloration 6 et il en résulte une solution diluée déchlorée 10 qu'on recycle. Les exemples suivants et les exemples de référence servent à illustrer l'invention sans aucunement en limiter la portée. EXEMPLES On utilise l'installation de purification d'une solution aqueuse de chlorure de potassium du type représenté sur la figure 2 et on emploie comme réactif oxydant de l'hypochlorite de sodium, de l'hypochlorite de potassium ou du chlore à des concentrations variées pour la purification de la solution aqueuse de chlorure de potassium. On introduit chaque solution purifiée de chlorure de potassium dans une cellule électrolytique ayant 30 cm de largeur et 1 mètre de hauteur comportant une membrane échangeuse de cations pour effectuer chaque électrolyse. Lors du fonctionnement de la cellule électrolytique, on effectue l'électrolyse à 900 C et avec une densité de courant de 20 A/dm afin d'obtenir une conversion de chlorure de potassium d'environ 50 %, la concentration de l'hydroxyde de potassium étant d'environ 35 %. La solution aqueuse de chlorure de potassium contient 100 ppm d'octadé- cylamine à titre de réactif d'anti-agglutination et 50 ppm d'acide palmitique à titre de réactif de flottation. Les résultats sont indiqués dans le Tableau I. TABLEAU I Test N 1 2 3 11 4 pH 6-7 6 6-6-7 3-4 Agent oxydant Composition NaC,0 aO NaCZ0 NaC0NaCO Position d'addition b b b b (position) Concentration (ppm) 5 15 30 20 Concentration de l'agent d'anti-agglutination dans la solution de KCi(ppm) (0,1 l 3: La limite de la mesure est de 0,5 ppm. n'est pas au filtre. TABLEAU I (Suite) 6 7 8 Test No 6 8 pH 3-4 3-4 3-4 3-4 Agent oxydant Composition KC 0 Ci2 NaCIO NaCI0 Position d'addition b b a c (position) Concentration (ppm) 10 5 10 10 Concentration de l'agent d'anti-agglutination dans la solution de KCL (ppm) 40,1 40,1 O ____ __ __ Caractéristiques de l'électrolyse Tension initiale de la cellule (Volts) 3,54 3,53 3,53 3,54 Efficacité initiale du courant (%) 94 94 94 94 Tension de la cellule après 30 jours (Volts) 3,54 3,56 3,53 3,54 Efficacité de courant après 30 jours (%)9 94 94 94 9 EXEMPLES DE REFERENCE Par le même procédé que dans les exemples 1 à 8, sauf qu'on n'utilise aucun réactif d'oxydaticr on effectue chaque purification de la solution aqueuse de chlorure de potassium, puis on admet charue solution purifiée dans la cellule électrolytique ayant 30 cm de largeur et 1métre de hauteur, équipée d'une membrane échangeuse de cations pour effectuer chaque électrolyse. Lors du fonctionnement de la cellule électrolytique, on opère à une température de 90 C et une dersité de courant de 20 A/dm pour réaliser une conversion de chlorure,6e potassium d'environ 50 %, la concentration de l'hydroxyde de potassium/d'environ 35 %., Les résultats sont indiqués dans le Tableau II. TABLEAU' II Test No I 2 pH 2-3 3-4 Concentration de l'agent d'anti-agglutina- tion dans la solution de KCL (ppm) 0,5 4 Concentration de l'agent de flottation dans la solution de KCL (ppm) 50 50 Caractéristiques de l'électrolyse Tension initiale de la cellule (Volts) 3,53 3,54 Efficacité initiale du courant (%) 94 94 Tension de la cellule après 30 jours (Volts) 3,77 3,73 Efficacité du courant après 30 jours (%) 92,5 93 .! REVENDICATIONS 1.- Procédé de purification d'une solution aqueuse de chlorure de potassium contenant des additifs tels qu'un réactif d'anti-agglutination et servant à la production d'hydroxyde de potassium par électrolyse dans une cellule électrolytique équipée d'une membrane échangeuse de cations, caractérisé en qu'il consiste à incorporer un réactif oxydant pour éliminer lesdits additifs. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réactif oxydant est l'hypochlorite de potassium, l'hypochlorite de sodium ou le chlore. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un réactif d'anti-agglutination oxydé présent dans ladite solution aqueuse et formé par oxydation, par le réactif oxydant, d'un réactif d'anti- agglutination présent dans la solution aqueuse, est coprécipité avec d'autres impuretés dans une cuve de clarification, ladite solution aqueuse de chlorure de potassium se déversant par trop plein de la cuve de clarification. 4.- Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on introduit le réactif oxydant dans une cuve de saturation o est préparée une solution saturée de chlorure de potassium, ou bien en amont de cette cuve, ou bien encore en amont de la cuve de clarification. 5.- Procédé selon la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que la concentration du réactif oxydant dans la solution aqueuse de chlorure de potassium est comprise entre 5 et 20 ppm exprimée en ion hypochlorite.