Brevet FR2631019A1 — publié le 19891110

PROCEDE DE FABRICATION DE CARBONATE DE POTASSIUM. La présente invention porte sur un procédé de fabrication de carbonate de potassium 1,5 hydraté par cristallisation d'une solution de K2C03 contenant des ions sodium et séparation du cristallisat de la lessivemère, suivant lequel on fait sortir du procédé un courant partiel de la lessive-mère pour éviter une sursaturation en carbonate de sodium et on renvoie le courant restant de la lessive-mère dans l'étape de cristallisation du carbonate de potassium. Il est connu de fabriquer une solution de carbonate de potassium par réaction de gaz renfermant du C02 avec de la potasse caustique. Le carbonate de potassium solide-est alors obtenu par cristallisation par évaporation sous vide et refroidissement, puis il est encore calciné en un produit anhydre. Par la fabrication de K2C03 à partir de potasse caustique et de C02 selon le procédé à lit fluidisé dans un réacteur à couche fluidisée, on obtient un-produit qualitativement plus mauvais que par la cristallisation, parce qu'il n'existe aucune possibilité d'évacuation des impuretés et que celles-ci sont intégrées dans le produit. Si l'on utilise un chlorure de potassium pur pour la fabrication de la potasse caustique, on obtient plus tard également comme produit un carbonate de potassium de pureté correspondante. Lors de la cristallisation, toutes les impuretés se concentrent dans la lessive-Aère. Si l'on veut fabriquer un produit le plus pur possible, la limite de solubilité pour les impuretés n'a pas le droit d'être dépassée. Ceci signifie qu'une lessive-mère présentant une concentration élevée en carbonate de potassium doit être constamment soutirée du procédé en tant que rebut. Le carbonate de potassium qui y est contenu se prrd et réduit le rendement et, en conséquence, la rentabilité du procédé. En outre, il y a là l'inconvénient qu'un chlorure de potassium de pureté élevée doit être utilisé pour la fabrication de la potasse caustique. En ce qui concerne la fabrication du carbonate de potassium hydraté, dans laquelle C02 est absorbé dans des solutions d'hydroxyde de potassium, il est renvoyé aux demandes de brevets allemands publiées après examen DE-AS2 025 610 et DE-AS-1 233 373. Le chlorure de potassium et également la potasse caustique contiennent normalement des ions sodium en tant qu'impuretés. Lors de la concentration et de la cristallisation du carbonate de potassium 1,5 hydraté, le carbonate de sodium se concentre donc également. La solubilité de Na2CO3 dans des solutions saturées de carbonate de potassium est relativement basse. Dès que cette limite de saturation est dépasseée, en plus du carbonate de potassium 1,5 hydraté, le sel double carbonate de potassium et de sodium (K2C03.Na2C03) cristallise également et augmente donc de façon brusque la teneur en sodium du produit. Du fait que sa solubilité diminue avec une augmentation de la température, ce carbonate de potassium et de sodium se dépose aux endroits les plus chauds de l'installation, que sont les surfaces caloporteuses, et conduit, en dehors d'une diminution de la transmission de chaleur, également encore à la nécessité d'un travail de nettoyage périodique coûteux dans l'installation. Pour éviter ces inconvénients, on doit donc évacuer un courant partiel de la lessive-mère. Ainsi la solubilité pour le système ternaire décrit K2C03-Na2CO3-H20 est à 40 C de 50,7% de K2C03 et 3,8% de Na2CO3 et, à 50 C, de 52,3% de K2C03 et 3,3% de Na2CO3. Pour éviter les perturbations de fonctionnement décrites, on doit rester au-dessous de la saturation en Na2CO3 indiquée. A une température de travail de 50 C, on évacue donc par partie en poids de Na2CO3, plus de 15,8 parties en poids de K2C03. Le problème de la présente invention est celui de perfectionner un procédé du type connu précité, de telle sorte que ces inconvénients décrits ne se présentent pas. Il doit être fourni en particulier un carbonate de potassium le plus pur possible, autrement dit, exempt de sodium, le rendement devant être le plus élevé possible. Ce problème est résolu par le fait que le courant partiel de la lessivemère que l'on fait sortir du procédé est soumis à une évaporation, à une température nettement supérieure par rapport à celle de l'étape de cristallisation du carbonate de potassium, en particulier, à une température comprise entre 363 et 423CK, que le sel double de carbonate de sodium et de potassium est cristallisé, et que la lessive-mère restante est également renvoyée dans l'étape de cristallisation du carbonate de potassium. Dans un mode de réalisation avantageux du procédé conforme à la présente invention, le carbonate de potassium 1,5 hydraté est cristallisé à des températures comprises entre 293 K et 333CK, la concentration du carbonate de sodium dans la lessive-mère de cristallisation du carbonate de potassium étant maintenue nettement au-dessous de la - limite de saturation respective. Conformément à d'autres modes de réalisation du procédé de l'invention: on conduit la cristallisation du sel double sous vide; la concentration en matières solides dans la cristallisation du sel double est augmentée de 30% en poids par le recyclage d'une partie du sel double séparé; les cristaux de carbonate de potassium 1,5 hydraté sont débarrassés de la lessive-mère adhérente par lavage avec une solution de carbonate de potassium concentrée, et on renvoie cette lessive-mère chassée dans la cristallisation du carbonate de potassium; et on conduit la cristallisation du sel double en continu. De façon surprenante, des analyses du système de solubilité ont donné pour résultat qu'aux temêératures élevées, la solubilité du carbonate de sodium diminue fortement et qu'inversement, la solubilité du carbonate de potassium augmente nettement. Par la combinaison de plusieurs étapes de procédé à des températures différentes, on peut donc provoquer une séparation des carbonates par une cristallisation appropriée et une séparation du sel double carbonate de potassium et de sodium. La présente invention est expliquée plus en détail dans ce qui suit a l'aide du schéma d'installations donné à titre d'exemple. Une solution de carbonate de potassium concentrée a, issue de la réaction de la potasse caustique avec du dioxyde de carbone, parvient, selon un courant partiel f, dans un récipient 1, qui a la configuration d'un récipient mélangeur. De là, un courant de solution i est adressé dans un évaporateur 2, qui exerce simultanément également la fonction de cristallisoir. Le courant de l'eau extraite par l'évaporation de la solution est désigné par k. La solubilité du carbonate de sodium dans la lessive-mère reste toujours garantie pendant cette évaporation; d'une manière appropriée, sa concentration est maintenue dans un intervalle sûr au-dessous de la limite de saturation. Il est recommandé de travailler là sous vide, à des températures d'ébullition se situant dans la plage de 30- C. La suspension k formée dans le cristallisoir 2, se composant de cristaux de carbonate de potassium 1,5 hydraté et de lessive-mère, est séparée, dans un dispositif séparateur 3, en une lessive-mère exempte de cristaux m et en une suspension 1 présentant un rapport cristaux/liquide de 1 ou plus. On peut travailler là avec des hydrocyclones, des épaississeurs, des filtres ou autres dispositifs de séparation. La suspension de cristaux 1 est lavée de façon appropriée dans le dispositif de lavage 6, à contrecourant, par un courant partiel g de la solution fraîche a pour déloger la lessive-mère adhérant au cristallisat. La solution de lavage est alors renvoyée en continu, en tant que courant h, dans le récipient 1. Le rapport de la solution de lavage à la masse des cristaux se situe de façon typique dans la plage de 0,1-2,0. L'appareil 6 pour le lavage des cristaux peut être un épaississeur présentant une arrivée de solution de lavage à contre-courant par rapport au sens de mouvement des cristaux. Cependant, on peut également utiliser à cet effet un montage en série de plusieurs dispositifs séparateurs, comme, par exemple, des hydrocyclones. -Un lavage des cristaux sur le dispositif séparateur 7 est également possible. La suspension r soutirée du dispositif de lavage 6 est finalement séparée, dans le dispositif 7 qui peut présenter une configuration de centrifugeuse ou de filtre, en un liquide p et en une masse de cristaux d. Le courant de liquide p est, de la même manière que la solution de lavage h, renvoyé dans le récipient 1 (g étant le courant des solutions combinées). Un courant partiel de la lessive-mère présentant une concentration en Na2CO3 au-dessous de la saturation, est évaporé dans un évaporateur 4, à une température nettement supérieure (par exemple, de 90-150 C) à celle de l'évaporateur 2, pour autant qu'il ne se produise pas de cristallisation de carbonate de potassium 1,5 hydraté. A 1000C, se trouve la concentration d'équilibre pour l'existence du sel double carbonate de potassium et de sodium à côté du carbonate de potassium 1,5 hydraté, à 59, 3% de K2C03 et 1,9% de Na2CO3. Comme conséquence de la diminution de la solubilité de Na2C03, le sel double cristallise. Cette cristallisation peut être conduite d'une façon discontinue ou d'une façon continue; pour de grandes quantités de lessive-mère m, un fonctionnement en continu est recommandé. La supension résultante n est séparée dans un dispositif de séparation 5, qui peut présenter la configuration d'un filtre ou d'une centrifugeuse, en le courant de solution (lessive-mère) o, qui est renvoyé dans le récipient 1, et en le sel double t. Pour augmenter la concentration en matières solides pour une cristallisation appropriée, une quantité s du sel double séparé t est avantageusement renvoyée dans le cristallisoir 4. La partie restante e du sel double t est évacuée en continu du procédé. Cette façon de procéder permet d'être sûr que tout le carbonate de sodium sous forme de sel double K2C03.Na2CO3 soit évacué. Par unité de poids de Na2C03, n'est évacuée encore que 1,3 partie en poids de K2C03. La perte en carbonate de potassium est donc diminuée de moins de 1/12 de la valeur qui pourrait être atteinte sans cette cristallisation du sel double. Il faut voir un autre avantage du procédé dans le fait que des produits bruts bon marché, qui présentent une teneur supérieure en sodium, peuvent également être utilisés. En outre, ce procédé garantit qu'une excellente qualité de carbonate de potassium est obtenue, parce que, par la cristallisation, un intervalle de sécurité suffisant peut être observé jusqu'à la précipitation du sel double. Dans l'évaporateur 2, est établie une concentration en Na2CO3 suffisamment basse pour qu'il soit certain qu'aucune cristallisation de K2C0O3.Na2C03 ne puisse dégrader le produit ni conduire à des incrustations. La situation suivant laquelle une plus grande quantité de solution est transportée dans le circuit, n'amoindrit en aucune manière le rendement. Par le lavage des cristaux avec de la solution fraîche, c'est-à-dire avec la solution la moins contaminée, on obtient un effet de purification supplémentaire. Exemple kg d'une solution qui contient 75 kg de carbonate de potassium, 2,66 kg de carbonate de sodium et 62,34 kg d'eau, ont été évaporés sous vide, à 326 K. La supension résultante a été séparée dans une centrifugeuse et 36,2 kg de produit humide ont été obtenus. L'analyse chimique a donné une composition de 82,3% de K2C03, 0,18% de Na2CO3 et 17,52% de H20. Après lavage du produit avec 10 kg de la solution fraîche sur la centrifugeuse, l'analyse a donné 82,5% de K2C03, 0,07% de Na2CO3 et 17,43% d'H20. Par délayage avec une solution de K2C03 pure, saturée, dans un rapport en masse de 1, un produit à 0,04% de Na2CO3 a même pu être obtenu. kg de la lessive-mère obtenue lors de la séparation du carbonate de potassium 1,5 hydraté ont été évaporés sous vide, à 376 K. 1,1 kg d'eau a été évaporé et 8,9 kg de suspension ont été obtenus. Après séparation du cristallisat de la lessive-mère, l'analyse chimique du cristallisat humide a donné 56% de K2C03, 41,5% de Na2CO3 et 2,5% d'H20. La composition de la lessive-mère était de 58,8% de K2C03, 1,8% de Na2CO3 et 39,4% d'H20.. La lessive- mère convient donc pour une nouvelle cristallisation du carbonate de potassium 1,5 hydraté. La.perte en K2C03 s'est donc élevée à 1,35 kg par kg de Na2CO3. REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication de carbonate de potassium 1,5 hydraté par cristallisation d'une solution de K2CO3 contenant des ions sodium et séparation du cristallisat de la lessive-mère, suivant lequel on fait sortir du procédé un courant partiel de la lessive-mère m pour éviter une sursaturation en carbonate de sodium et on renvoie le courant restant o de la lessive-mère dans l'étape de cristallisation du carbonate de potassium, caractérisé par le fait que le courant partiel de la lessive- mère _ que l'on a fait sortir du procédé est soumis à une évaporation (en 4), à une température nettement supérieure par rapport à celle de l'étape de cristallisation du carbonate de potassium, en particulier, à une température comprise entre 363 et 423cK, que le sel double de carbonate. de sodium et de potassium est cristallisé, et que la lessive-mère restante o est également renvoyée dans l'étape de cristallisation du carbonate de potassium. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le carbonate de potassium 1,5 hydraté est cristallisé à des températures comprises entre 293 K et 333 K, la concentration du carbonate de sodium dans la lessive-mère de cristallisation du carbonate de potassium étant maintenue nettement au-dessous de la limite de saturation respective. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on conduit la cristallisation du sel double sous vide. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la concentration en matières solides dans la cristallisation du sel double est augmentée de '10-30 % en poids par le recyclage d'une partie du sel double séparé. -,Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les cristaux de carbonate de potassium 1,5 hydraté sont débarrassés de la lessive-mère adhérente par lavage avec une solution de carbonate de potassium concentrée, et qu'on renvoie cette lessive-mère chassée dans la cristallisation du carbonate de potassium. 6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'on conduit la cristallisation du sel double en continu.