Brevet FR2531059A1 — publié le 19840203

TRIPOLYPHOSPHATE DE SODIUM A VITESSE D'HYDRATATION ELEVEE La présente invention a trait à un procédé de fabrication d'un tripolyphosphate de sodium a vitesse d'hydratation élevée et conduisant à des bouillies pouvant être pompées et pulvérisables. On sait que dans le procédé de préparation des lessives, on tend dans une première étape transformer le tripolyphosphate de sodium anhydre (TPP) de manière aussi quantitative que possible en t-Lípolyphosphate de sodium hexahydraté dans le milieu lessiviel aqueux comprenant les autres constituants de la lessive. La bouillie résultant de cette première étape est ensuite atomisée dans un tour d'atomisation et conduit à la lessive en poudre Cette transformation quantitative du TPP anhydre en TPP hexahydraté s'impose pour éviter aux utilisateurs de lessives les inconvénients de prise en masse de la lessive et de dégagement excessif de chaleur qui résulteraient d'une hydratation incomplète du TPP anhydre. La première qualité recherchée du TPP est donc de pouvoir s'hydrater aussi vite et aussi quantitativement que possible. La seconde qualité est une viscosité qui permet à la bouillie faite à partir de ce TPP d'erre pompée et pulvérisée. Ces propriétés d'hydratation sont étroitement liées a la qualité du TPP (taux de pyrophosphate et polyphosphate) ainsi qu > à d'autres caractéristiques telles que la granulométrie, taux de phase I9 etc... Dans la demande 81 13221 déposée le 6 juillet 1981 en France au nom de la demanderesse9 on a décrit un procédé de traitement thermique et/ou chimique d'une phase dispersable fluide telle que liquide par une phase gazeuse dispersante, caractérisée par le fait que, successivement, et sans discontinuité, par action de la phase gazeuse a) on transforme la phase dispersable en une dispersion de volumes élémentaires, tels que fines particules solides ou liquides sensiblement équirépartîs dans ladite phase gazeuse, de manière à obtenir un mélange systématiquement homogène des deux phases dispersable et dispersante. b) on fait subir à cette dispersion un traitement flash dans une zone à écoulement de type piston. c) on soumet la dispersion issue de la zone b dans une zone à écoulement homogène au sens de la répartition des temps de séjour, à un traitement à la fois sensiblement isotherme et chimiquement homogène. Dans la demande française 81 13223, on a revendiqué un nouvel orthophosphate de sodium de rapport Na/P sensiblement égal à 5/3 qui présente une seule phase cristalline et un-spectre de rayon X caractéristique et nouveau. Un tel produit a pu outre obtenu par application du procédé décrit ci-dessus dans des conditions particulières et spécifiques. Plus particulièrement, comme revendiqué dans la demande française 81 13221 du 6 juillet 1981, on peut obtenir un tripolyphosphate nouveau de prise en masse nulle en milieu non agité. Avantageusement ce TPP ne présente pas d'insolubles. Il montre un comportement surprenant quant à la solubilisation eu égard au taug de phase I et sa granulométrie. Or les travaux de la demanderesse ont montré qu'il était également possible d'obtenir un TPP à vitesse d'hydratation élevée et conduisant à des bouillies pompables et pulvérisables par un procédé qui consiste a) à préparer une solution d'orthophosphates de sodium mono et disodique de rapport molaire global Na/P compris entre 1,64 et 1,70. b) à former un écoulement puits-tourbillon, avec une phase gazeuse chaude à grande quantité de mouvement. c) à introduire la solution d'orthophosphates préparée en a) dans la zone de dépression dudit écoulement puits-tourbillon, de manière à provoquer la dispersion et le traitement thermique de ladite solutiond'orthophosphates par la phase gazeuse, de manière à obtenir du tripolyphosphate. d) à soumettre le produit obtenu en c) à un traitement thermique complémentaire. Pratiquement, le rapport des quantités de mouvement entre les phases gazeuse et liquide, se situe au dessus de 100, de préférence entre 100 et 10 000. Avantageusement, la vitesse d'introduction de la solution de départ est faible et de préférence inférieure à 10 m/seconde. De préférence la pression de la phase gazeuse est également faible, inférieure à 105 Pa. Avantageusement la solution de départ peut être obtenue par neutralisation de H3PO4 voie humide par Na OH, l'acide ayant préalablement ou non subi une purification par extraction par solvant. On peut aussi utiliser l'acide obtenu par voie thermique. Comme dit précédemmen* le rapport molaire Na20/P205 de cette solution est compris entre 1,64 et 1,70. La solution de départ comprend de 15% à 50% d'extrait sec (poids). La température de traitement de la solution en c est comprise entre 380 et 4500C Le TPP obtenu subit le traitement thermique complémentaire en d à une température de 400-à 500 C soit en prolongeant la zone c soit en l'effectuant dans une zone séparée. Si on effectue le traitement thermique complémentaire en prolongeant la zone c ctest-à-dire en continuS avantageusement le temps de traitement est compris entre 0,5 et 10 secondes. Si le traitement complémentaire est effectué en discontinu le temps est avantageusement compris entre 1 et 60 mm. Le procédé selon l'invention peut etre mis en oeuvre dans un dispositif tel que selon les brevets français publiés sous les numéros 2 257 326, 2419 754 et 2 431 321. On peut également réaliser une prédispersion (FR 80 17960) et/ouun traitement chimique simultanes (FR 80 464). Le produit selon l'invention peut trouver des applications diverses, mais est notamment remarquable d'une part par une forte vitesse d'hydratation et d'autre part par le fait qu'il conduit à des bouillies qui peuvent être pompées et pulvérisées. on a -appr-éhendé la vitesse d'hydratation de deux manières différentes a) par le test dit du ROH de la manière-suívante : On introduit 200 cm3 d'eau distillée bouillante dans un vase Dewar contenant 50 g de Na2S04 anhydre sans suràctif non ionique de type Cemulsol. Le mélange est mis sous agitation mécanique grâce à une hélice tournant à 900 tlminute. Lorsque la température atteint 800C, on ajoute 150 g du TPP à tester en 5 secondes. Qn mesure alors l'évolution de la température. b) Mesure du taux d'hydratation On forme 350 g d'une bouillie de référence à 55% de matière sèche de composition suivante. en bouillie . D.D.B. sulfonate de Na. 9 . Stéarate de Na 1,5 . Silicate de Na - R = 2 2,5 . Sulfate de Na anhydre 11 . STPP 31 . Eau 45 Total 100,00 On mélange les acides sulfonique et stéarique, qui sont neutralisés à froid par une solution à 10% de la soude caustique. Après la saponification, on ajoute le silicate de sodium dilué, puis le sulfate de sodium et on règle la température à 800C. Quand la température atteint 80"C on ajoute le TPP. (C'est à partir de cet instant que le comportement de la bouillie est étudié au moyen des méthodes qui suivent). Pendant la confection de la bouillie, on prélève des échantillons sur lesquels on évalue le taux d'hydratation du TPP (Z de TPP hydraté par rapport au TPP total présent). On bloque sur un prélèvement l'hydratation après un temps "t" de 20 mn par dispersion immédiate de l'échantillon dans un mélange alcool-formamide (50/50). On élimine ensuite la partie tensio-active par plusieurs traitements à l'alcool et filtration sur verre fritté. On détermine alors la fraction non hydratée du TPP par reprise d'eau, élimination de l'excès d'eau à l'étuve, et pesée de l'échantillon réhydraté complètement. On a également indiqué le temps nécessaire pour obtenir 100% d'hydratation. On mesure l'élévation de température lors de l'hydratation. Cette élévation (#T) représente l'écart de température après hydratation complète. Evaluation de la viscosité de la bouillie On suit l'évolution de la viscosité de la bouillie de référence pendant sa fabrication en enregistrant l'ampérage consommé par un moteur entraînant un agitateur. La vitesse de rotation de l'agitateur a été maintenue constante à 300 t/mn. Cet ampérage est proportionnel à la viscosité, et l'enregistrement des variations de l'amperage permet donc de constater l'augmentation de viscosité au cours du temps, et en particulier, permet de relever la durée nécessaire pour atteindre la viscosité maximale. Dans les exemples suivants on a utilisé un moteur AXEM à courant continu-de la Cie Electro Mécanique type F 12 M 4-de 240 Watts de puissance utile. Le tripolyphosphate selon l'invention avantageusement présente un ROH à 1 mn supérieur à 900C, et de préférence au moins égal à 959C, tout en conférant aux bouillies une viscosité leur permettant d'être pompables et pulvérisabless c'est-à-dire de viscosité inférieure à 1,5 et de préférence à 1,2 m A selon le test décrit. L'exemple ci-après est donné à titre illustratif, mais nullement limitatif. L'installation utilisée est schématisée à la figure annexée. Elle comprend une eete de dispersion 1, un bicône de réception 2 et un cyclone 3. La tete présente un panier perforé 4 définissant un espace annulaire 9 dans lequel débouche une entrée tangentielle 5. Cet espace permet de réaliser l'écoulement puits-tourbillon symétrique grâce à des orifices tels que 6 et au col 7. La phase à traiter est introduite par un conduit axial 8 de manière à la conduire jusque dans la zone de dépression du puits-tourbillon, c'est- -dire dans la partie amont du bic8ne 2. Les gaz de traitement sont amenés chauds dans l'espace annulaire. Le traitement thermique selon d) est réalisé dans un dispositif non représenté et constitué par un four tubulaire, au cours d'une opération séparée. Les TPP donnés dans l'exemple ont été obtenus à partir d'une solution d'orthophosphate de qualité technique (acide provenant de l'attaque du minerai par H2S04 neutralisé et filtré). 1) Obtention des TPP Une solution contenant 19,6% P205, 14,2% Na20 (Na/P = 1,66) et les impuretés suivantes (Na2S04 : 2,8% ; NaF : 0,2% ; SiO2 : 0,14% ; NaCl : 0,3% ; Ca : 400 ppm : Mg : 400 ppm ; somme des autres impuretés métalliques : 1000 ppm) est pulvérisée par un courant d'air chauffé à 930 C ayant un débit de 50 Nm3/h. Le débit de la solution est ajusté de façon à obtenir une température de sortie des gaz et du produit de 450 C. Ce produit principalement sous forme TPP (TPP n01) est soumis à un chauffage complémentaire dans un four tubulaire à 5000C pendant 10 minutes (TPP n 2) On a reporté dans le tableau les caractéristiques chimiques des TPP n01 et n02 ainsi que celles de deux TPP commerciaux de qualité identique obtenus au four tournant à des températures (TPP n03 et 4) Tableau 1 TABLEAU 1 #I Procédé Pyro (%) poly (%) TPP (%) #I + #II : TTP n 1 :TPP n01 : 17 : 30 : 1 : 69 : : TPP n02 :TPP n01 repris : 87 : 2 : O : 98 : :au four à 500 C : : TPP n03 :TPP (four tour- : 20 : 3 : 0 : 97 nant) TPP n 4 TPPn 3 repris 77 2 0 98 au four à 500 C 2) Prehydratation-des TPP Ces quatre TPP sont préhydratés avant les tests d'une manière identique par pulvérisation d'eau de telle sorte que la perte à 350 C soit voisine de 1,5%. On a résumé dans le tableau 2 les résultats obtenus Tableau 2 TPP #T Taux Temps Viscosité Temps ROH1mn ROH5mn d'hydratation pour obtenir maximum pour N C à 20 mn 100% d'hydratation D max (mA) Dmax 1 85 87 6 60 > 2 heures 0,12 > 2h 2 95 95,8 12,5 100 13 mn 1,06 5mn 3 83,5 90,1 4,8 70 70 0,88 50 4 93 93,7 10 98 30 1,56 15 Le TPP nQ1 possède une vitesse d'hydratation faible, sa viscosité est faible La vitesse d'hydratation est très nettement améliorée par un traitement thermique complémentaire à 5O00C selon l'invention (TPPn02). Elle est supérieure à celle mesurée sur des TPP obtenus au four tournant qu'ils aient subi ou non le - même traitement complémentaire. On constate que la viscosité de la bouillie réalisée avec le TPP nC2 a augmenté. Toutefois cette viscosité reste à une valeur qui permet à la bouillie d'être pompee et pulvérisée. Si on compare notamment avec le TPP n04 , on constate que le traitement qu'il a subi par rapport au TPP n03 a permis d'augmenter le ROH, le taux de; phase 1, le taux d'hydratation, mais que la viscosité devient telle qu'elle rend une utilisation redhibitoire, alors même que son taux de phase I est inférieur à celui du produit selon l'invention. REVENDICATIONS 10) Procédé d'obtention d'un tripolyphosphate de sodium à vitesse d'hydratation élevée caractérisé par le fait que a) on prépare une solution d'orthophosphates- de sodium mono et disodique de rapport molaire global Na/P compris entre 1,64 et 1,70. b) on forme un écoulement puits-tourbillon avec une phase gazeuse chaude à grande quantité de mouvement c) on introduit la solution d'orthophosphates préparée en a) dans ladite zone de dépression de l'écoulement puits-tourbillon de manière à provoquer la dispersion et le traitement thermique de ladite solution -d'orthophosphates par la phase gazeuse, de manière à obtenir du tripolyphosphate d) on soumet le produit obtenu en c) à un traitement thermique complémentaire. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le traitement thermique complémentaire est réalisé en continu pendant un temps de 0,5 à 10 secondes. 30) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par -le fait que le traitement thermique complément-aire est réalisé en discontinu pendant un temps de 1 à 60 minutes. 4 ) Procédé selon l'une des revendications 1 et 3, caractérisé par le fait que le traitement selon c) a lieu à une température comprise entre 380 et 4500C 5 ) Procédé selon lune des revendications 1 et 3, caractérisé par le fait que le traitement selon d) a lieu à une température comprise entre 400 et 500 C 6 ) Tripolyphosphate de sodium à ROH 1 mn > 900C, de préférence au moins égal à 950C caractérisé par le fait qu'il est obtenu en mettant en oeuvre le procédé selon lune des revendications 1 à 5. 7 ) Tripolyphosphate de sodium selon -la revendication 6 caractérisé par le fait que sa viscosité est inférieure à 1 > 5 de préférence 1,2 mA. 8 ) Application du tripolyphosphate selon l'une des revendications 6 et 7, à la détergence.