Brevet FR2725439A1 — publié le 19960412

FABRICATION DE SOLUTIONS AQUEUSES D'ACIDE TETRAFLUOROBORIQU E La présente invention concerne le domaine du trifluorure de bore et de l'acide tétrafluoroborique et a plus particulièrement pour objet la transformation des effluents industriels d'hydrate de trifluorure de bore en solutions aqueuses d'acide tétrafluoroborique. Le trifluorure de bore est principalement utilisé dans l'industrie comme cata- lyseur dans de très nombreuses réactions telles que polymérisation, estérification, alkylation, isomérisation, notamment comme catalyseur de polymérisation d'oléfines. Pour éviter des rejets fluoroborés, le trifluorure de bore usé est généralement récu- péré, en sortie de réaction, sous forme de solutions d'hydrate de BF3 obtenues, d'une part, par mise en contact du BF3 avec de l'eau et, d'autre part, par lavage à l'eau des composés organiques formés dans la réaction catalysée par BF3 et qui, en raison de la présence de diverses impuretés minérales et organiques, sont généralement plus ou moins colorées, leur teneur en carbone organique pouvant aller de quelques ppm à quelques centaines de ppm. Jusqu'à présent, ces solutions aqueuses sont soit rejetées à la rivière après dilution, soit soumises à des traitements coûteux pour les transformer en produits inoffensifs vis-à-vis de l'environnement ou pour récupérer et purifier le BF3 en vue de son recyclage. De tels traitements sont décrits, par exemple, dans les brevets JP 52/68754, JP 53/96260, JP 56/166987, EP 364 815, US 4 911 758 et 4 981 578. L'acide tétrafluoroborique est par ailleurs un produit commercial intéressant, utilisé notamment comme intermédiaire dans la fabrication de fluoroborates, dans le polissage électrolytique de l'aluminium, dans le traitement de surfaces (décapage) et dans le traitement des circuits imprimés. Il est généralement commercialisé sous forme de solutions aqueuses; les spécifications requises par les utilisateurs impo- sent une teneur en HBF4 d'au moins 49 % en poids, une teneur en acide borique (H3BO3) comprise entre 0,1 et 8 % en poids et l'absence de coloration. Il a maintenant été trouvé un procédé permettant, à partir d'effluents aqueux colorés d'hydrate de BF3, de fabriquer des solutions aqueuses d'acide tétrafluoro- borique répondant aux spécifications commerciales. Ce procédé est particulièrement intéressant puisqu'on obtient un produit à haute valeur ajoutée en résolvant un problème d'environnement. L'invention a donc pour objet un procédé pour la fabrication d'une solution aqueuse d'acide tétrafluoroborique à partir d'un effluent aqueux coloré d'hydrate de trifluorure de bore, caractérisé en ce que: - 2- a) on ajoute à l'effluent une solution aqueuse d'acide fluorhydrique en une quantité suffisante pour transformer complètement le trifluorure de bore en acide té- trafluoroborique, b) on ajoute ensuite à la solution obtenue de l'eau et une quantité suffisante d'acide borique pour neutraliser l'éventuel excès d'acide fluorhydrique et obtenir une teneur en acide borique comprise entre 0,1 et 8 % en poids et une teneur en acide fluoroborique supérieure à 49 % en poids, puis c) on met la solution obtenue en contact avec un charbon actif en une quantité suffisante et pendant un temps suffisant pour amener la teneur en carbone lo organique de la solution à 30 ppm ou moins, et d) on sépare le charbon actif de la solution incolore d'acide tétrafluorobori- que. La teneur en BF3 des effluents à traiter peut varier dans de larges limites (47 à 65,3 % en poids). Puisque la concentration en HBF4 de la solution finale d'acide tétrafluoroborique est directement liée à la teneur en BF3 de l'effluent à traiter, on peut éventuellement soumettre ce dernier à une étape préalable de con- centration par distillation sous vide des solutions d'hydrate de BF3. La quantité d'HF à utiliser dans la première étape, destinée à transformer l'hydrate de trifluorure de bore en acide tétrafluoroborique selon la réaction: BF3, xH2O + HF -- HBF4 + xH2O dépend évidemment de la teneur en BF3 de l'effluent à traiter et doit être au moins égale à la quantité stoechiométrique correspondant à la teneur en bore de l'effluent. Pour être sûr d'obtenir une transformation complète du bore présent dans l'effluent, il est recommandé d'utiliser un léger excès d'HF (2 à 5 % par rapport à la stoechio- métrie). Pour obtenir une solution finale d'acide tétrafluoroborique supérieure à 49 % en poids, la concentration en HF de la solution aqueuse d'acide fluorhydrique doit être au moins de 70 % en poids. L'addition d'HF à l'effluent peut être effectuée à une température comprise entre 10 et 35 C, mais on préfère opérer entre 20 et 30 C. La quantité d'acide borique à utiliser dans la deuxième étape doit être suffi- sante pour, d'une part, neutraliser l'éventuel excès d'HF selon la réaction: 4HF + H3BO3 HBF4 + 3H20 -3- et, d'autre part, amener la teneur en H3B03 de la solution d'acide tétrafluoroborique à une valeur satisfaisant aux spécifications commerciales, c'est-à-dire entre 0,1 et 8 % en poids, de préférence entre 0,1 et 6 %. L'efficacité d'un charbon actif pouvant varier considérablement en fonction de la nature et de la quantité d'impuretés présentes dans les solutions aqueuses d'hydrates de BF3, il n'est pas possible d'indiquer précisément la quantité de charbon actif à utiliser. Cependant, pour un charbon actif donné, cette quantité peut être facilement déterminée par quelques tests préliminaires consistant à faire varier la quantité de charbon actif et à mesurer la teneur en carbone de la solution d'HBF4 0o traitée. Il a en effet été observé qu'on obtient une décoloration stable dans le temps lorsque la teneur en carbone de la solution d'HBF4 n'excède pas 30 ppm. Selon l'efficacité absorbante du charbon actif, le temps de contact entre le charbon actif et la solution d'acide tétrafluoroborique à décolorer peut aller de quel- ques minutes à quelques heures. Après cette mise en contact, le charbon actif peut être séparé par tout moyen tel que, par exemple, décantation, filtration, centrifugation. En raison de l'agressivité des différents produits mis en oeuvre ou synthéti- sés, toutes les étapes du procédé selon l'invention doivent impérativement être réa- lisées dans un appareillage en matériaux plastiques (polyéthylène, polypropylène, PTFE, PVDF) ou revêtu de tels matériaux. Les exemples suivants illustrent l'invention sans la limiter. Sauf indication contraire, les pourcentages sont exprimés en poids. EXEMPLE 1 Dans un récipient en polypropylène, on a introduit 500 g d'un effluent aqueux d'hydrate de BF3, se présentant sous forme d'un liquide marron clair et ayant une teneur en bore de 8,5 % et une teneur en fluor de 44, 4 %. Sous agitation au moyen d'un barreau magnétique gainé en Teflon ), on a ensuite ajouté en une heure 115 g d'une solution aqueuse à 71,7 % d'acide fluorhydrique, tout en mainte- nant la température du mélange entre 20 et 30 C par refroidissement extérieur. A 600 g de la solution ainsi obtenue (614,6 g) ayant une teneur en HBF4 de % et en HF de 1 %, on a ensuite ajouté à 20-25 C et en une minute 55, 6 g d'eau bipermutée et 11,2 g d'acide borique pour obtenir 666 g d'une solution contenant ,5 % d'HBF4 et 0,9 % d'H3B03. A cette solution de couleur ocre, on a ensuite ajouté 20 g d'Acticarbone 2S, un charbon actif commercialisé par la Société CECA et présentant les caracté- ristiques moyennes suivantes: -4- Indice de mélasse: 166 Humidité à l'ensachage: 2,1 % Teneur en cendres: 3,5 % Indice d'iode: 125 Indice de bleu de méthylène: 13 pH >9 Surface BET: 1150 m2/g Densité en place en silo: 290 kg/m3 Après avoir maintenu sous agitation pendant 30 minutes, le charbon a été io séparé par filtration, d'abord sur un filtre du type B chner en PVDF muni d'une toile Fyltis en polypropylène(réf. 02601 CB), puis sur un filtre Millipore équipé d'une membrane PVDF hydrophile (Durapore ( GVWP 04700 - Dimension de pore = 0,22 pm). La solution d'acide tétrafluoroborique ainsi obtenue était incolore. Sa teneur en carbone, déterminée par un analyseur de carbone SHIMADZU TOC 5000, était de 23 ppm. Aucune recoloration n'était observée après l'addition de 7 g d'une solu- tion aqueuse à 50 % d'H202 à 1000 g de la solution d'HBF4. Le tableau suivant résume les résultats obtenus en opérant comme précé- demment avec des quantités variables d'Acticarbone 2S. Quantité (g) Caractéristiques de la solution d'HBF4 d'Acticarbone 2S par kg Teneur en carbone Aspect initial Aspect après de solution (ppm) addition d'H202 165 incolore marron 54 incolore jaune pâle 23 incolore incolore 19 incolore incolore 14 incolore incolore EXEMPLE 2 On a opéré comme à l'exemple 1 à partir d'un effluent de couleur jaune orangé, ayant une teneur en bore de 9 % et une teneur en fluor de 46,4 %. Pour 1500 g de cet effluent, on a utilisé: - 365 g de solution aqueuse d'HF à 71,3 % - 224,4 g d'eau bipermutée -5- - 56,5 g d'acide borique Avant traitement au charbon actif, la solution d'acide tétrafluoroborique ob- tenue titrait 51 % en HBF4 et 1,3 % en H3BO3 et se présentait sous forme d'un li- quide jaune orangé. Le traitement de décoloration a été effectué en utilisant des quantités varia- bles d'Acticarbone 2S. Le tableau suivant rassemble les résultats obtenus. Quantité (g) Caractéristiques de la solution d'HBF4 d'Acticarbone 2S par kg Teneur en Aspect après Aspect après de solution carbone Aspect initial addition 6 mois de (ppm) d'H202 stockage * 1,4 37 incolore jaune très pâle jaune très pâle 2,5 28 incolore incolore incolore 3,5 26 incolore incolore incolore 7 19 incolore incolore incolore 14 16 incolore incolore incolore * Stockage à la lumière et à température ambiante, en flacons de polyéthy- lène translucide. EXEMPLE 3 (Comparatifl On a mélangé 1000 g du même effluent qu'à l'exemple 2 avec 3,5 g de charbon Acticarbone 2S. Après maintien sous agitation pendant 30 minutes et sépa- i5 ration du charbon actif par filtration, on a obtenu une solution incolore ayant une teneur en carbone de 44 ppm. Cette solution aqueuse incolore d'hydrate de BF3 a été divisée en 2 lots qui ont été transformés en HBF4, I'un (Lot A) immédiatement après la décoloration et l'autre (Lot B) après 30 jours de stockage à la lumière dans un récipient de polyéthy- lène. a) Fabrication de HBF4 immédiatement après décoloration Cette fabrication à partir du lot A a consisté en: - l'addition d'HF 70 % avec un excès d'environ 5 % par rapport à la stoe- chiométrie pour transformer tout le BF3 du milieu, -6- - l'addition d'eau bipermutée et d'acide borique afin d'obtenir une solution de HBF4 titrant 51 % en HBF4 et 1,3 % en H3BO3. La teneur en carbone de cette solution de HBF4 était de 30 ppm. Après jours de stockage à la lumière, cette solution était jaune très pâle. b) Fabrication de HBF4 à partir du Lot B Après 30 jours de stockage à la lumière dans un récipient de polyéthy- lène, le lot B s'était progressivement recoloré en jaune. Il a alors été transformé en HBF4 en procédant comme décrit précédemment pour le Lot A. On a ainsi obtenu une solution de HBF4 ayant une teneur en carbone de 30 ppm, de couleur jaune io pâle. -7- REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une solution aqueuse d'acide tétrafluoroborique à partir d'un effluent aqueux coloré d'hydrate de trifluorure de bore, caractérisé en ce qu'il consiste: a) à ajouter à l'effluent une solution aqueuse d'acide fluorhydrique en une quantité suffisante pour transformer complètement le trifluorure de bore en acide té- trafluoroborique, b) à ajouter ensuite à la solution obtenue de l'eau et une quantité suffisante d'acide borique pour neutraliser l'éventuel excès d'acide fluorhydrique et obtenir une teneur en acide borique comprise entre 0,1 et 8 % en poids et une teneur en acide fluoroborique supérieure à 49 % en poids, puis c) à mettre la solution obtenue en contact avec un charbon actif en une quantité suffisante et pendant un temps suffisant pour amener la teneur en carbone organique de la solution à 30 ppm ou moins, et c), à séparer le charbon actif de la solution incolore d'acide tétrafluorobori- que. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on utilise un excès d'HF allant de 2 à 5 % par rapport à la stoechiométrie. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel on utilise une solution aqueuse d'HF dont la concentration est au moins de 70 % en poids. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel l'acide borique est ajouté en une quantité telle que sa teneur dans la solution d'acide tétrafluorobo- rique soit comprise entre 0,1 et 8 %.