Brevet FR2722772A1 — publié le 19960126

Procédé de fabrication de carbonate de sodium anhydre. L'invention concerne la fabrication de carbonate de sodium anhydre. Elle concerne plus particulièrement un procédé de fabrication de carbonate de sodium anhydre par déshydratation de carbonate de sodium monohydraté dans un four de séchage tournant. La déshydratation du carbonate de sodium monohydraté est une technique largement utilisée pour la fabrication de carbonate de sodium anhydre. Elle est notamment mise en oeuvre dans la fabrication du carbonate de sodium par raffinage du trona (Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology - Vol. 1 - John Wiley & Sons - 1978 - pages 875-876). On l'utilise également dans le procédé de fabrication de la soude à l'ammoniaque, pour convertir du carbonate de sodium léger (ou soude légère) en carbonate de sodium dense (ou soude dense) (Manufacture of Soda - Te-Pang Hou - Hafner Publishing Company - 1969 - page 221). La déshydratation du carbonate de sodium monohydraté est habituellement réalisée dans des fours de séchage tournants. Ceux-ci consistent en un tambour cylindrique, légèrement incliné sur l'horizontale et chauffé. Introduit ià l'extrémit6 d'amont du tambour, le carbonate de sodium monohydraté circule progres- sivement dans celui-ci sous l'effet de la rotation et se déshydrate dès qu'il y atteint une température supérieure à la température de transition du carbonate de sodium monohydraté en carbonate de sodium anhydre; le carbonate de sodium anhydre est recueilli à l'extrémité d'aval du tambour. Le chauffage du tambour est opéré de l'extérieur, par chauffage de la paroi ou au moyen de vapeur circulant dans un réseau de canalisations disposées à l'intérieur du tambour. Pour augmenter la masse volumique du carbonate de sodium anhydre produit dans ce type de four de séchage, il est recommandé de recycler en amont du four, une fraction du carbonate de sodium recueilli en aval du four (Manufacture of Soda - Te-Pang Hou - Hafner Publishing Company - 1969 page - 2 - 221). Les fours tournants utilisés pour la fabrication de carbonate de sodium anhydre par déshydratation de carbonate de sodium monohydraté sont parfois le siège d'une corrosion importante, ce qui constitue un inconvénient de cette technique. On a maintenant trouvé que l'inconvénient précité était lié au recyclage du carbonate de sodium anhydre de l'extrémité d'aval vers l'extrémité d'amont du four. L'invention vise dès lors à fournir un moyen pour remédier à cet incon- vénient. En conséquence, l'invention concerne un procédé de fabrication de carbonate de sodium anhydre, selon lequel on met en oeuvre un four de séchage comprenant un tambour tournant, on introduit du carbonate de sodium mono- hydraté dans une zone d'amont du tambour, on recueille du carbonate de sodium anhydre dans une zone d'aval du tambour et on recycle, dans la zone d'amont, une fraction du carbonate de sodium anhydre de la zone d'aval, le recyclage du carbonate de sodium anhydre étant opéré à l'intérieur du tambour. Le four de séchage mis en oeuvre dans le procédé selon l'invention est un four tournant communément utilisé dans les techniques de séchage des matières solides à l'état de poudre ou de granules. D'une manière générale, il comprtend un tambour de révolution, dont l'axe se trouve légèrement incliné sur l'hori- zontale, par exemple selon une pente de l'ordre de 0,10 à 4 %. Le ltambour est soumis à une rotation lente autour de son axe et il est chauffé de manière connue en soi, pour y atteindre une température supérieure à la température de transition du carbonate de sodium monohydraté en carbonate de sodium anhydre, par exemple une température de 2 à 10 C supérieure à ladite température de transition. On introduit du carbonate de sodium monohydraté dans une zone d'amont du tambour. On entend, par zone d'amont, une zone du tambour qui est située au voisinage immédiat de l'extrémité d'amont du tambour, correspondant par exemple à 10 % de la longueur du tambour, comptée à partir de l'extrémité d'amont de celui-ci. Sous l'effet de la rotation du tambour, le carbonate de -3- sodium progresse dans le tambour, d'amont en aval, et s'échauffe progres- sivement jusqu'à atteindre une température supérieure à la température de transition précitée, avant de parvenir dans la zone d'aval du tambour. De la sorte, dans la zone d'aval du tambour, le carbonate de sodium est à l'état essentiel- lement anhydre. Par définition, la zone d'aval du tambour est une zone du tambour qui est située au voisinage immédiat de son extrémité d'aval, corres- pondant par exemple à 10 % de la longueur du tambour, comptée à partir de l'extrémité d'aval de celui-ci. De manière préférée, le carbonate de sodium monohydraté est introduit dans le tambour à une température supérieure à 50 C, par exemple de 80 à 100 C et le carbonate de sodium anhydre est extrait du tambour à une température supérieure à 107 C, mais n'excédant de préférence pas 200 C, par exemple de 120 à 180 C. Selon l'invention, une fraction du carbonate de sodium de la zone d'aval du tambour est recyclée dans la zone d'amont et ce recyclage est exécuté à l'intérieur du tambour. La fraction de carbonate de sodium qui est recyclée de la zone d'aval dans la zone d'amont n'est pas critique pour l'obtention du résultat recherché par l'invention. Elle est généralement d'au moins 50 % (de préférence %) en volume par rapport au débit volumique de carbonate de sodium mono- hydraté introduit dans la zone d'amont du tambour. Elle n'excède généralement pas 250 % (de préférence 200 %) de ce débit, les fractions volumiques de 75 à % convenant bien. Toutes autres choses égales par ailleurs, on a observé qu'en exécutant le recyclage du carbonate de sodium anhydre à l'intérieur du tambour, la corrosion du tambour était fortement diminuée par rapport à ce qu'elle est dans le cas o le recyclage est effectué à l'extérieur du tambour. Bien que ne souhaitant pas être liés par une explication théorique, les inventeurs pensent que, dans les procédés de l'art antérieur, la corrosion des fours est liée à la nature hygroscopique du carbonate de sodium anhydre et à la température régnant dans le four, et qu'en opérant le recyclage du carbonate de sodium anhydre par l'intérieur du four, on évite une entrée inopportune d'air dans celui-ci et, par voie de conséquence, une oxydation de la paroi du four. - 4 - Selon une forme d'exécution particulière du procédé selon l'invention, pour recycler le carbonate de sodium anhydre, on le fait circuler, de la zone d'aval vers la zone d'amont dans un tube disposé coaxialement dans le tambour. Dans cette forme d'exécution du procédé selon l'invention, la circulation du carbonate de sodium anhydre à l'intérieur du tube est avantageusement obtenue au moyen d'une vis d'Archimède. A cet effet, la vis d'Archimède est avanta- geusement solidarisée au tube qui est lui-même solidarisé au tambour, le prélè- vement de la fraction de carbonate de sodium dans la zone d'aval du tambour et son transfert dans le tube étant obtenu au moyen d'au moins un auget fixé à la paroi du tube, en regard de l'extrémité du tube, située dans ladite zone d'aval. Un four de séchage utilisable dans cette forme de réalisation du procédé selon l'invention est celui décrit dans le brevet Etats-Unis 2 851 792. Des particularités et détails de l'invention vont ressortir de la description suivante de la figure unique du dessin annexé, qui est une vue longitudinale, en section axiale, avec arrachement partiel, d'un four de séchage adapté à la mise en oeuvre d'une forme de réalisation particulière du procédé selon l'invention. Le four de séchage représenté au dessin est conforme à celui décrit dans le brevet Etats-Unis 2 851 792. Il comprend un tambour 1, monté sur des appuis 2, avec interposition de roulements 3 en sorte qu'il puisse tourner autour de son axe longitudinal sous l'action d'un moteur, non représenté. Le tambour présente une pente d'environ 0,25 %. A son extrémité d'amont 4, le tambour 1 est en commu- nication avec une enceinte fixe 5, qui se trouve en communication, d'une part avec un dispositif d'admission (non représenté) de carbonate de sodium mono- hydraté en poudre et, d'autre part, avec une conduite (non représentée) d'évacuation de vapeur d'eau. A son extrémité d'aval 6, le tambour 1 pénètre dans une enceinte 7 munie d'un dispositif (non représenté) d'extraction de carbonate de sodium anhydre hors du tambour. Le dispositif d'admission du carbonate de sodium monohydraté dans le tambour 1 et le dispositif d'extraction du carbonate de sodium anhydre sont bien connus. Un tube cylindrique 8 est disposé à l'intérieur du tambour 1, de manière que son -5- axe coïncide sensiblement avec l'axe du tambour. Le tube 8 est ouvert à ses deux extrémités et contient une vis d'Archimède 9. La vis d'Archimède 9 est soli- darisée à la paroi du tube 8 et celui-ci est solidarisé à la paroi du tambour 1 par des entretoises 10. Près de l'extrémité d'aval du tambour 1 le tube 8 porte une série d'augets périphériques 11. Le four comporte en outre, à l'intérieur du tambour 1, un réseau de canalisations, non représentées, localisées au voisinage de la paroi du tambour et destinées à être parcourues par de la vapeur d'eau et son condensat pour chauffer l'atmosphère du tambour. Lorsque le procédé selon l'invention est mis en oeuvre au moyen du four représenté au dessin, on fait circuler de la vapeur d'eau dans le réseau de canali- sation de manière à réaliser dans le tambour une température supérieure à la température de transition du carbonate de sodium anhydre et du carbonate de sodium monohydraté, et on entraine le tambour en rotation. On introduit du carbonate de sodium monohydraté dans le tambour 1, via l'enceinte d'amont 5. Sous l'action de la rotation du tambour, le carbonate de sodium monohydraté progresse vers l'extrémité d'aval du tambour et est converti en carbonate de sodium anhydre dès que sa température dans le tambour excède la température de transition précitée. A l'extrémité d'aval du tambour, le carbonate de sodium anhydre passe dans l'enceinte 7 d'o il est extrait et recueilli. Le tambour étant maintenu en légère dépression, la vapeur d'eau formée remonte le tambour, d'aval en amont et est évacuée dans l'enceinte 5. Un seuil (non représenté), ménagé à l'extrémité d'aval du tambour maintient un niveau sensiblement constant de matière dans le tambour, de sorte que sous l'effet de la rotation de celui-ci, les augets 11 puisent à intervalles réguliers du carbonate de sodium anhydre du tambour et le déversent dans le tube 8. Le carbonate de sodium anhydre ainsi déversé dans le tube 8 y est entraîné, par la vis d'Archimède, vers l'extrémité d'amont du tambour, o il rejoint le carbonate de sodium monohydraté entrant dans le tambour, en provenance de l'enceinte 5. Les augets 11 sont par exemple dimensionnés de manière que le débit volumique de carbonate de sodium anhydre qu'ils prélèvent et déversent - 6 - dans le tube 8 soit environ égal au débit volumique du carbonate de sodium monohydraté anhydre entrant dans le tambour 1, en provenance de l'enceinte d'amont 5. Par ailleurs, le profil de température dans le tambour est avanta- geusement réglé de manière à introduire le carbonate de sodium monohydraté à une température d'environ 100 C dans le tambour et à en sortir le carbonate de sodium anhydre à une température d'environ 150 C. Le procédé qui vient d'être décrit en référence au dessin, trouve une application avantageuse au traitement du carbonate de sodium monohydraté obtenu comme produit intermédiaire dans la fabrication du carbonate de sodium par raffinage du trona. Il s'applique également à la fabrication de soude dense par déshydratation du carbonate de sodium monohydraté obtenu au départ de soude légère, fabriquée au moyen du procédé de la soude à l'ammoniaque. -.7- REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I O N S 1 - Procédé de fabrication de carbonate de sodium anhydre, selon lequel on met en oeuvre un four de séchage comprenant un tambour tournant, on introduit du carbonate de sodium monohydraté dans une zone d'amont du tambour, on recueille du carbonate de sodium anhydre dans une zone d'aval du tambour et on recycle, dans la zone d'amont, une fraction du carbonate de sodium anhydre de la zone d'aval, caractérisé en ce que le recyclage du carbonate de sodium anhydre est opéré à l'intérieur du tambour. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour recycler le carbonate de sodium anhydre, on le fait circuler, de la zone d'aval vers la zone d'amont dans un tube disposé coaxialement dans le tambour. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait circuler le carbonate de sodium dans le tube par rotation d'une vis d'Archimède logée dans le tube. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la vis d'Archiméde est solidarisée au tube qui est solidarisé au tambour. - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on prélève la fraction précitée de carbonate de sodium anhydre au moyen d'au moins un auget fixé à la paroi du tube, en regard de l'extrémité du tube, qui est située dans la zone d'aval du tambour. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le carbonate de sodium monohydraté est introduit dans le tambour à une température de 80 à 100 C et le carbonate de sodium anhydre est extrait du tambour à une température de 120 à 180 C. 7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la fraction de carbonate de sodium anhydre que l'on recycle est de 75 à % en volume par rapport au débit volumique de carbonate de sodium monohydraté introduit dans la zone d'amont du tambour. 8 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en - 8 - ce qu'on met en oeuvre du carbonate de sodium monohydraté obtenu comme produit intermédiaire dans la fabrication du carbonate de sodium par raffinage du trona. 9 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre du carbonate de sodium monohydraté obtenu au départ de soude légère, fabriquée au moyen du procédé de la soude à l'ammoniaque.