Brevet FR2518420A1 — publié le 19830624

La présente invention eoncerne un procédé et un dispositif pour la réalisation du transport de masse entre trois phases liquides L'invention peut être appliquée pour l'extraction de matières de leurs solutions dans les domaines de l'hydrométallurgie, la galvanotechnique, l'industrie chimique, l'industrie pharmaceutique, la biotechnique, les industries ali entaires, l'industrie médicale, lors du traitement des eaux usées, etc. On connalt une méthode de contact simultané et de transport de masse entre trois phases liquides,l'une des phases étant finement dispersée dans le liquide intermédiaire avec formation d'une microémulsion stable La troisième phase qui doit être soumise au traitement est traitée avec bette émulsion (Li N N, AI Ch EJ, ( 1971), 17,459; Kitagava T, Y Nishikawa, J Frahkenfeld, N,N Li, Envir Sci; and Techn, ( 1977) II,602; Boyadzhiev L., Proceed In tern Congr CHISA'81,Prague ( 1981)) Les inconvénients de cette méthode résident dans le fait que la stabilisation de l'émulsion exige l'utilisation d'un émulsifiantce qui demande l'introduction de deux opéra- tions complémentaires: la formation de la microémulsion et sa destruction après le processus principal de séparation. On connaît également une autre méthode (Boyadzhiev L, Proceed. In tern Congr CHISA'81,Prague ( 1981); Boyadzhiev L, G Kynchonkov,J membr. Sci ( 1980) 6,107; Nekovar P,J Cernohlavek, Proceed CHISA'79,Mar Lazne ( 1979)) selon laquelle l'échange entre deux phases s'effectue par le contact en continu avec une phase de transport qui circule entre deux chambres sépa- rées par une cloison poreuse laissant passer uniquement ce liquide, mais dans les deux autres liquides dispersés chacun dans sa chambre L'inconvénient de cette méthode est qu'avec le temps, les propriétés de la cloison poreuse se modifient et elle tend de ce fait à laisser passer également des gouttes des deux autres phases Cette méthode ne peut pas garantir une séparation physique complète des deux phases miscibles et leur mélange-partiel diminue le degré de la séparation recherchée (extraction). On connaît une troisième méthode (Boyadzhiev L,Proceed In tern Congr CHISA'81 Prague ( 1981); Cussler E L,AI Ch EJ,( 1971),17,1300; Nakashio F, K Kondo,Sep Sci and Techn 1980), 15,11,1171) selon laquelle les deux phases entre lesquelles s'effectue l'échange des matières sont sé- parées entre elles par une membrane poreuse en plastique ou autre, imbibée avec la phase porteuse L'inconvénient de cette méthode est qu'elle se caracté- se par des vitesses de transport très faibles à cause de la surface active relativement petite entre les deux phases et par des valeurs faibles des eoef- ficients de transport de masse par le liquide de la membrane immobilisé dans les pores. On connaît un dispositif de séparation de dispersions liquide- liquide contenant trois couches de séparation disposées consécutivement. (Certificat d'inventeur bulgare N 2960 ') la première étant coalescente, la seconde détruisant la mousse et la troisième évacuant la phase dispersée. L'inconvénient de ce dispositif connu est le degré d'extraction relativement fa ble des matières des solutions et l'incontrolabilité du proces- sus mis en oeuvre dans le dispositif. Le but de l'invention est de créer un procédé et un dispositif pour la réalisation du transport de masse entre trois phases liquides sans aucun mélange mécanique des deux phases liquides, en'assurant une grande intensité du transport de masse et un haut degré d'extraction des matières en solutions. Le but selon l'invention est atteint par un procédé pour la réali- sation du transport de masse entre trois phases liquides dont l'une est non miscible aux deux autres et sert de médiateur (phase S), les deux phases liquides miscibles (phases F et R) s'écoulant le long de surfaces solides verticales, mouillées par elles et séparées par un espace occupé par la troisième phase médiatrice La mise en mouvement de cette-phase intensifie davantage le processus du transport. L'objectif fixé selon l'invention est résolu à l'aide d'un disposi- tif comprenant un corps dans lequel est placé un ensemble de supports de pel- licule de liquide disposés alternativement, servant de réservoirsdistributeurs des liquides introduits et des collecteurs pour collecter et évacuer les solu- tions effluentes 1 Les surfaces verticales peuvent être plates et parallèles ou dis- posées concentriquement et elles reçoivent, transportent et transmettent les deux phases liquides qui se déplacent sous forme de pellicule par capillarité et gravitation Le troisième liquide (phase organique S) occupe l'espace situé entre les pellicules aqueuses qui s'écoulent Les supports de pellicules sont mouillés seulement par la phase liquide (phase F) qui est soumise à l'extrac- tion et respectivement par celle (phase R) au moyen de laquelle se réalise le processus de réextraction Les niveaux des deux phases aqueuses (phases F et R) sont maintenus à la hauteur voulue au moyen de vannes réglant le niveau pour chacune des deux phases. Les avantages du procédé et du dispositif selon l'invention sont les suivants: - absence complète de contact réciproque et par conséquent de mélange mécanique des deux phases aqueuses; grande intensité du transport de masse, réalisé entre trois phases liquides en mouvement et ayant une surface relativement grande haut degré d'extraction des matières en solution, contrôlé par la durée des pellicules qui s'écoulent et par le mouvement de la phase intermédiaire possibilité d'utiliser en tant que phase intermédiaire des agents d'extrac- tion non typiques ou des liquides neutres contenant une faible proportion d'agents porteurs très sélectifs liquides ou solides modification aisée de la taille du dispositif car l'augmentation de sa pro- ductivité est proportionnelle aux dimensions et à-la quantité des supports de pellicules verticaux utilisés. Le dispositif est illustré d'un mode de réalisation à titre d'exemple sur la figure 1 représentant un schéma d'ensemble Le dispositif ainsi illustré comprend un corps 1, un ensemble de supports de pellicule 2 et 3, arrangés alternativement, des grilles de séparation, un réservoir de distribution pour la phase aqueuse à traiter 4, un réservoir de distribution pour la phase intro- duite réceptrice 5, un collecteur d'évacuation pour la phase traitée 6, un col- lecteur d'évacuation pour la phase de la solution concentrée 7, une pompe de circulation 8, des sorties pour les phases aqueuses 9 et 10, une arrivée Il et 12, un distributeur pour la phase organique 13 et une sortie pour la phase or- ganique 14. Le mode de fonctionnement du dispositif est le suivant le phase à traiter est introduite dans le réservoir-distributeur 4, d'o par capillarité et gravitation, elle s'écoule le long de toiles textiles hydrophiles disposées en nombre impair et se rassemble dans le collecteur pour cette phase 6, elle est ensuite évacuée par la sortie 9. La solution réceptrice, de manière analogue, s'écoule du réservoir- distributeur 5 par capillarité et gravitation le long des autres toiles hydro- philes verticales, puis elle est évacuée lors du dispositif via le collecteur pour cette phase 7, par la sortie 10 La phase organique médiatrice (phase S) remplit l'espace entre les toiles hydrophiles verticales lesquelles sont sé- parées par des grilles profilées La phase S circule continuellement à l'aide d'une pompe centrifuge 8. La présente invention est illustrée par les exemples suivants Exemple 1: Sur deux bandes plates hydrophiles verticales s'écoule par voie capillaire 100 cm 3/h d'une solution aqueuse de sulfate de zinc avec une con- centration initiale de 0,24 g/l (phase F) Sur d'autres bandes, alternative- ment rangées par rapport aux premières, coule une solution d'acide sulfurique - 3 à 10 % avec un débit de 6 cm /h (phase R) L'espace entre les bandes est séparée par des grilles et est mouillée par une solution d'acide diéthylhexylphosphori- que à 2 % dans des paraffines liquides (C -C 13) (phase S) A la sortie s'écoulent une première solution contenant 0,023 g/l de zinc et une seconde solution con- tenant 3,5 g/l de zinc en absence de -circulation de la phase organique et respectivement une première solution contenant 0,002 g/l de zinc quand la phase organique est en circulation Cela correspond à un degré d'extraction de 89 % et 99,2-% respectivement. Exemple 2: En utilisant la même procédure que -celle décrite dans l'exemple 1 et des solutions aqueuses d'entrée contenant respectivement 100 mg/l de phénol et 4 % de soude caustique, on obtient à la sortie, une solution contenant 2 g/l de phénolate de sodium La phase organique utilisée dans ce cas est constitué par des paraffines normales (C 19-C 3) sans additif. Exepl 19 13- Exemple 3: Dans un dispositif avec trois toiles hydrophiles pour là phase F et quatre toiles en coton verticales, on traite une solution contenant 0,200 g/l de cuivre, 0,30 g/1 de cobalt et 0,130 g/l de magnésium à un débit de 350 cm 3/h. En tant que phase réceptrice (phase R), on utilise une solution d'acide sul- :5 furique ayant une concentration de 140 g/l, avec un débit de 5,5 cm 3/h La phase médiatrice utilisée est une phase organique (phase S) avec un volume de 750 cm 3, contenant 1 % de formateur de complexe (orthononylsalicyl-aldoxime, qui circule le long du dispositif avec une vitesse minimale de 0,4 cm/sec La phase aqueuse à traiter (phase F) qui quitte le dispositif contient respective- ment 0,004 g/1 de cuivre, 0,129 g/1 de cobalt et 0,130 g/l de magnésium De cette manière, on réalise à un taux de 98 %, l'extraction sélective du cuivre et on obtient une solution d'acide sulfurique concentrée du même métal exempt d'impuretés, la phase réceptrice R contenant 12 g/1 de cuivre, 0,001 g/l de cobalt et des traces de magnésium. Exemple 4: Dans le dispositif sont introduites en même temps et de façon con- tinue, des eaux légèrement acides (p H= 3,5) contenant 0,120 g/1 de plomb (phase F) et une solution aqueuse à 2 % d'acide azotique (phase R) dans un rapport' de débit 40:1 En tant que phase médiatrice, on utilise une solution à 5 % d'un mélange ( 1:1) d'acide oléique et d'acide linolique dans des paraffines nor- maies (C 13-C 15) Les phases F et R quittent le dispositif'également dans le rapport 40:1 et contenant respectivement 0,00024 g/1 et 4,8 g/l de plomb Le degré d'extraction réalisée est de 99,8 %. Exemple 5: Dans le dispositif sont introduites en même temps et de façon con- tinue, une solution aqueuse ammoniacale légèrement alcaline (phase F) contenant 0,45 g/l d'ammoniac et une solution aqueuse d'acide sulfurique (phase R) dans un rapport de débit 15:1 En tant que phase médiatrice (phase S), on utilise des paraffines normales (C 13-C 15) La teneur enammoniac de la phase F après vacuation du dispositif, est ramene 0,4 g/1. évacuation du dispositif', est ramenée à 0,0 > 4 g/l - Exemple 6: Dans le dispositif, on introduit une solution (phase F) légérement acide (p H= 5,2) contenant 200 mg/1 de cuivre en contact avec la phase médiatrice S constituée par une solution à 5 % d'un mélange ( 1:1 Y d'acide linolique et d'acide oléique dans des paraffines normales (C 13-C 15) La phase réceptrice R est une solution aqueuse 2 N d'acide azotique qui traverse également le dis- positif Le rapport des phases est F:R= 40:1 Le degré d'extraction du cuivre atteint est 99,5 %. Exemple 7: Des eaux industrielles contenant 0,250 g/l de cobalt (phase F) sont introduites dans le dispositif en même temps qu'une solution à 8 % d'acide sulfurique (phase R), le débit de cette dernière étant 30 fois inférieur à celui des eaux industrielles On utilise comme phase médiatrice S une solution à 2 % d'acide diéthyl hexylphosphorique dans du kérosène Les solutions évacuées du dispositif sont des eaux traitées contenant moins de 0,005 g/l de cobalt et une solution d'acide sulfurique concentrée en cobalt (plus de 7 g/l), Exemple 8: Des eaux industrielles usées contenant 50 mg/l de cadmium et ayant un p H= 6 (phase F) sont introduites dans le dispositif en continu et en même temps qu'une phase réceptrice R constituée par une solution aqueuse à 10 % d'acid sulfurique En tant que phase médiatrice, on utilise une solution à 50 % d'un mélange ( 1:1) d'acide oléique et d'acide linolique dans des paraffines normales (C 13-C 15) Les eaux traitées quittent le dispositif avec un rapport des phases F:R de 18:1 et une teneur en cadmium à 0,1 mg/l. Exemple 9: Une solution aqueuse contenant 0,1 g/l d'acide benzoîque (phase F) est introduite dans le dispositif de manière continue et parallèlement avec une solution aqueuse contenant 20 g/l de soude caustique (phase R) dont le dé- bit est 40 fois plus petit que celui de la phase F En tant que phase inter- médiaire est utilisé le kérosène (phase S). Exemple 10: On fait passer des eaux naturelles contenant 40 mg/1 d'iode élémentaire (phase F)'par le dispositif, parallèlement et simultanément avec une solution aqueuse à 4 % de soude caustique (phase R) le débit de cette dernière étant 30 fois inférieur à celui de la phase F On utilise de l'hexane comme phase médiatrice S Les eaux quittent le dispositif avec une teneur en iode inférieure à 1 mg/l. Exemple 11: On fait passer dans le dispositif des eaux naturelles acides con- tenant 60 mg/1 de bore (phase F), parallèlement et simultanément avec une solution aqueuse de soude caustique (phase R) dans un rapport de débit 40; 1. L'utilisation d'unephase médiatrice S (solution concentrée d'alcool dodécylique dans de l'octane), permet de faire baisser la concentration en bore dans les eaux jusqu'à 12 mg/l et en même temps, on obtient une solution alcaline riche en tétraborate de sodium. Exemple 12: Des eaux acides contenant environ 5 g/l d'acide azotique (phase F) sont introduites dans le dispositif parallèlement et simultanément avec une phase R constituée par une solution aqueuse à 10 % de soude caustique Comme phase médiatrice, on utilise une solution à 2 % de tributylphosphate dans des paraffines normales (C 13-C 15) Les eaux traitées issues du dispositif contien- nent 0,045 g/l d'acide. Exemple 13: Des eaux acides de rinçage (phase F) contenant du chrome (VI) sous forme d'anion à une concentration de 220 mg/1 sont introduites dans le disposi- tif parallèlement et simultanément avec une solution aqueuse à 20 % de soude caustique (phase R) Le rapport des deux phases passant par le dispositif est :1 En tant que phase médiatrice, on utilise une solution à 1 % de triocty- lamine dans des paraffines normales (C 13-C 15) Les deux solutions aqueuses quittant le dispositif contiennent respectivement 0,0008 mg/1 et 26,3 g/l de chrome. Exemple 14: Une solution d'acide sulfurique (phase F) contenant 0,015 g/l de rhénium (VII) est introduite dans le dispositif parallèlement et simultanément avec une solution aqueuse de soude caustique (phase R) dans un rapport de débit :1 La phase médiatrice S est une solution 2 N de tributylphosphate dans des paraffines normales (C 13C 15) Le rhénium est extrait de la solution à 98 % et cette solution ne contient à la sortie que 0,0003 g/l de rhénium. Exemple 15: Des eaux industrielles contenant 0,7 g/l de molybdène (phase F) sont traitées dans le dispositif par une solution aqueuse à 20 % de soude causti- que (phase R) à l'aide d'une phase médiatrice S constituée par une solution à I % de trioctylamine dans du kérosène Le rapport du débit des phases F et R est 50:1 Le molybdène est concentré dans la phase R qui, à la sortie du dis- positif, contient 32 g/l de molybdène. Exemple 16: Un extrait de santonine dans l'eau (phase F) ayant une concentra- tion d'environ 0,5 g/l est traité dans le dispositif parallèlement et simultané- ment avec un courant d'une solution à 10 % de soude caustique (phase R) au moyen d'une phase porteuse S constituée par un mélange de chloroforme et de décane ( 11:5). Avec un rapport des phases F et R de o 40:1, le santonine est extrait à 92 % et il est concentré dans la phase R sous forme de sel de sodium. T 7 REVENDICATIONS 1 Procédé pour la réalisation du transport de masse entre trois phases liquides dont l'une est non miscible avec les deux autres et sert de phase médiatrice, caractérisé en ce que les deux liquides misciblt ss'ècoulent le long de surfaces mouillées par eux, ces surfaces étant séparées par un - espace occupé par la troisième phase médiatrice qui est en mouvement. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux surfaces mouillées par les deux liquides reçoivent, transportent et trans- mettent les deux phases liquides par capillarité et gravitation. 3 Dispositif pour le transport de masse entre trois phases liquides dont l'une est non miscible avec les deux autres, caractérisé en ce qu'il com- prend un corps ( 1) dans lequel est placé un ensemble de supports de pellicule ( 2,3), disposes alternativement, un réservoir de distribution pour la phase à traiter ( 4) et un réservoir de distribution pour la phase réceptrice ( 5), ces réservoirs étant disposés à la partie supérieure du corps ( 1), et des collecteurs d'évacuation respectivement pour la phase traitée ( 6) et la phase réceptrice ( 7), ces collecteurs étant disposés à la partie supérieure du corps ( 1). 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les supports de pellicule sont séparés par des grilles.