Brevet FR2578239A1 — publié le 19860905

- -1- La présente invention concerne un procédé de préparation d'un mélange homogène particulaire de poly- phosphates à partir d'une solution aqueuse d'orthophos- phates de métaux mono- et di-alcalins. On prépare à l'échelle industrielle des poly- phosphates de sodium tels que les pyrophosphates, le tripolyphosphate et le métaphosphate de sodium à partir d'une solution aqueuse de phosphate monosodique et de phosphate disodique ou des mélanges de ceux-ci. Normalement, on sèche par pulvérisation ce "mélange humide" pour former des granules d'orthophosphates déshydratés qu'on convertit ensuite en polyphosphates en calcinant les particules à des températures élevées, par exemple de 350 à 550 C. On prépare normalement le mélange humide lui- même en faisant réagir du carbonate de sodium et de l'acide phosphorique dans un milieu aqueux. La composition du polyphosphate final dépend du rapport molaire du sodium au phosphore dans le mélange humide. Par exemple, un rapport molaire sodium: phosphore de 6:3 a pour effet de produire du pyrophos- phate de sodium comme suit: 2Na2HPO4 --Na4P207+ H20 On obtient du tripolyphosphate de sodium avec un rapport molaire sodium:phosphore de 5:3 comme suit: 2Na2HPO4 + NaH2PO4-Na5P3010 + 2H20 On obtient chaque polyphosphate à l'échelle industrielle sous forme d'une composition relativement pure renfermant moins de 10% environ d'impuretés telles que les ortho- phosphates et d'autres polyphosphates. Il arrive parfois qu'un client désire un mélange de deux polyphosphates différents, tels que le pyrophosphate de sodium et le tripolyphosphate de sodium ou un mélange de sels de métaux alcalins différents d'un -2- ou plusieurs polyphosphates, tels que le pyrophosphate de sodium et de potassium ou un mélange de tripoly- phosphate et de pyrophosphate de sodium et de potassium. On prépare normalement de tels mélanges en mélangeant physiquement les composés individuels. I1 existe cepen- dant plusieurs inconvénients propres à cette façon d'aborder le problème. Le mélange doit être complet afin d'assurer l'obtention d'un mélange homogène quand on conditionne la matière combinée dans des petits ré- cipients. En outre, le mélange de composés granulaires d'un tel type exige une surveillance étroite des répar- titions granulométriques et des densités de particules en vue d'empêcher la séparation des particules lors de l'expédition dans des récipients ou en vrac. Finalement, un mélange intensif tend à provoquer des ruptures de particules granulaires en particules plus petites ou poudres, ce qui peut être indésirable. La préparation de mélanges granulairs intimes de tripolyphosphates de sodium et de sulfate de sodium a été décrite dans la technique antérieure. Aussi bien le brevet US 3 397 948, que le brevet US 3 684 724, décrivent des mélanges de sulfate de sodium et de tri- polyphosphate de sodium. On prépare ces mélanges sous forme de compositions granulaires à partir de solutions aqueuses d'orthophosphates monosodique et disodique et de sulfate de sodium. En général, on utilise le sulfate de sodium comme agent d'allongement du tripolyphosphate de sodium dans des produits détergents. En conséquence, la présente invention a pour but principal de préparer des mélanges homogènes de polyphosphates de métaux alcalins qui sont supérieurs à des mélanges physiques abondamment disponibles. Selon la présente invention, on fournit un procédé de préparation d'un mélange particulaire homogène -3- d'un pyrophosphate de métal alcalin et d'un tripoly- phosphate de métal alcalin à partir d'une solution aqueuse d'orthophosphates de métaux alcalins. Le rapport molaire du métal alcalin au phosphore de la solution d'orthophosphate est compris entre 5:3 et 6:3 et on le règle pour établir la proportion désirée de chaque poly- phosphate dans le produit final. Les métaux alcalins préférés sont à la fois le sodium et le potassium. Le procédé selon la présente invention comporte LO d'une façon générale les stades consistant à: (1) former une solution aqueuse d'orthophos- phates de métaux alcalins ayant un rapport molaire du métal alcalin au phosphore compris entre 5:3 et 6:3; (2) sécher par détente la solution à une tem- pérature d'environ 150 à 250 C pour former des particules de phosphate; (3) calciner les particules séchées à une température d'environ 350 à 550 C pour convertir les particules en particules de polyphosphates; et 0 ayant la finesse désirée. La solution d'orthophosphate de métal alcalin de la présente invention est une solution concentrée (teneur en solides de 50% ou plus) d'orthophosphates de métaux mono- et/ou di-alcalins. Le rapport molaire du métal alcalin au phosphore de cette solution est réglée à une valeur entre 5:3 et 6:3 pour fournir le mélange approprié de pyrophosphate et tripolyphosphate dans le produit final. On peut employer dans l'invention 0 un métal alcalin unique ou un mélange de métaux alcalins. Les métaux alcalins préférés sont le sodium et le potassium. La composition de particules est déterminée par le rapport molaire du métal alcalin au phosphore, -4- un rapport molaire plus élevé donnant des concentrations relativement plus importantes de pyrophosphate et des concentrations plus faibles de tripolyphosphate. On règle le rapport molaire du métal alcalin au phosphore de manière à obtenir une concentration minimale de chaque polyphosphate dans le produit final d'environ % en poids. Quand le sodium est le métal alcalin choisi, une composition particulièrement avantageuse de polyphosphate est une composition contenant au moins 75% en poids environ de pyrophosphate de sodium et moins d'environ 25% en poids de tripolyphosphate de sodium. On prépare la solution du mélange humide des orthophosphates de sodium en neutralisant l'acide phos- phorique avec du carbonate de sodium. On effectue le réglage final du rapport molaire du sodium au phosphore par addition d'hydroxyde de sodium à la solution. Le remplacement de l'hydroxyde de sodium ou d'une partie du carbonate de sodium par l'hydroxyde de potassium a pour effet l'addition d'ion potassium à la solution et la production de compositions de polyphosphates de métaux alcalins mixtes. La proportion d'ions de métaux alcalins dans la solution détermine la proportion rela- tive de chaque polyphosphate de métal alcalin dans le produit final. Par exemple, un mélange de 20% de pyro- phosphate de potassium et 80% de pyrophosphate de sodium est le résultat d'un rapport molaire du potassium au sodium de 1:4 et d'un rapport molaire de métaux alcalins totaux au phosphore de 6:3 dans la solution de départ. On peut obtenir des compositions homogènes contenant des quantités différentes de métaux alcalins différents et de polyphosphates en réglant chacun de ces paramètres comme le comprendront aisément les spécialistes. On sèche par détente la solution d'orthophos- phate de métal alcalin pour préparer un mélange particulaire homogène de phosphate. On peut effectuer le séchage par détente en utilisant des équipements variés tels qu'un séchoir à tambour ou un séchoir par pulvérisation. Il convient d'éviter une évaporation lente de l'eau de la solution car il en résulterait une cristallisation sélective des composants de la solution, en donnant un mélange hétérogène de solides. On doit maintenir la température de séchage entre environ 150 et 2500C pour assurer une élimination rapide de l'eau. On calcine ensuite les particules séchées de phosphate à une température d'environ 350 à 550 C pour convertir les orthophosphates en polyphosphates. Cette conversion a lieu à l'état solide et donne des particules granulaires ayant une composition homogène de polyphos- phates. La calcination doit se faire à une température suffisamment élevée pour déshydrater par voie moléculaire les orthophosphates acides. Il convient d'éviter des températures plus basses que celles qui ont été indiquées car il pourrait en résulter la présence dans le produit final d'orthophosphates acides non convertis, selon la température et la durée de séjour. Une conversion par- tielle des orthophosphates en polyphosphates donne des mélanges complexes mais homogènes dont la composition est réglée par les conditions de la réaction. On peut préparer des mélanges de pyrophosphates et d'orthophos- phates de métaux tri-alcalins en partant d'un mélange humide ayant un rapport molaire de métal alcalin au phos- phore de 6:3 à 9:3 et en calcinant les particules dans la gamme préférée de températures. De même, on peut pré- parer des mélanges de métaphosphates et de tripolyphos- phates à partir de solutions de mélanges humides ayant un rapport molaire métal alcalin:phosphore de 3:3 à 5:3. Finalement, on récupère des particules de poly- phosphates granulaires ayant la finesse désirée. On peut -6- réaliser cette opération par tamisage et/ou broyage du produit conformément aux techniques connues. Les exemples suivants, dans lesquels toutes les proportions sont en poids sauf stipulation contraire, servent à illustrer l'invention sans aucunement en limiter la portée: EXEMPLE 1 On prépare une solution d'orthophosphates de sodium ayant une teneur en matières solides de 50% en neutralisant l'acide phosphorique avec du carbonate de sodium. Après un réglage final avec de l'hydroxyde de sodium, le rapport molaire du sodium au phosphore est de 5,76:3. On sèche la solution par pulvérisation et on obtient un solide intermédiaire à une température finale d'environ 200. On calcine le produit intermédiaire dans un four rotatif jusqu'à une température finale de 450 à 500 C. On broie le mélange granulaire homogène de pyrophosphate et tripolyphosphate en une poudre fine contenant 77,0% de pyrophosphate de sodium -et 22,5% de tripolyphosphate de sodium, titrant une teneur totale en P205 de 54,1%. EXEMPLE 2 On prépare une solution d'orthophosphates de sodium et de potassium en neutralisant l'acide phospho- rique avec du carbonate de sodium et de l'hydroxyde de potassium de sorte que le rapport molaire du potassium au sodium est de 1:4 et. le rapport molaire de sodium + potassium au phosphore est de 6:3. On sèche cette solu- tion par pulvérisation à environ 200 C et on calcine le produit solide intermédiaire à 400-500 C. Le produit final est un mélange homogène de pyrophosphates conte- nant 75,9% de pyrophosphate de sodium et 23,6% de pyro- phosphate de potassium. -7- REVENDICATIONS --1 -- Procédé de préparation d'un mélange particu- laire homogène d'un pyrophosphate de métal alcalin et d'un tripolyphosphate de métal alcalin, chaque poly- phosphate étant présent en une quantité d'au moins 15% en poids environ dudit mélange, caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement: (a) à former une solution aqueuse d'ortho- phosphates de métaux alcalins, lesdits orthophosphates ayant un rapport molaire de métal alcalin au phosphore compris entre 5:3 et 6:3; (b) à sécher par détente la solution à une température d'environ 150 à 250 C pour former des particules de phosphate; (c) à calciner les particules séchées à une température d'environ 350 à 550 C pour convertir les particules d'orthophosphate en particules homogènes de polyphosphate; et (d) à récupérer les particules de polyphosphate ayant la finesse désirée. - 2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal alcalin est le sodium. - 3- procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les orthophosphates de sodium sont le phos- phate monosodique et le phosphate disodique. - 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que les particules de -8- polyphosphates contiennent au moins 75% en poids environ de pyrophosphate de sodium et moins d'environ % en poids de tripolyphosphate de sodium. -5-- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal alcalin est le potassium. - 6 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la solution aqueuse d'orthophosphate contient à la fois des orthophosphates de sodium et de potassium. - 7 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on prépare la solution d'orthophosphate en faisant réagir de l'acide phosphorique, du carbonate de sodium et de l'hydroxyde de potassium dans un milieu aqueux.