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"Procédé pour la préparation de ciment-fondu de gaz à teneur de phosphore"
Wöhler est parvenu à récupérer du phosphore en trai- tant des phosphates naturels qu'il chauffait avec du charbon et' des silicates. En procédant ainsi,l'on obtient une sc-orie tri- silicatée qui,comme telle,n'a aucune valeur pour l'industrie.
L'or¯ a également proposé,déjà)de récupérer'le phos- phore en partant des phosphatés de calcium ou d'aluminium, sans ajouter de charbon,et par le mélange des phosphates de l'argile,pour faire subir à ce mélange la fusion dans un four,électrique en appliquant une chaleur d'environ 3000 degrés obtenue par l'arc électrique (brevet américain N 1.076 497).
Mais ce procédé n'est pas économique,en raison de sa forte con-
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sommation de calorique.
L'on a proposé, en outre,l'obtention du phosphore sous ferme d'acide phosphorique par la concrétion d'un mélange de phosphate de calcium et de phosphate d'aluminium à l'état raturel sans addition de charbon; de cette manière,or: arrait obtenu en même temps un produit ciment eux, ayant les propriétés d'ur- ciment ortland à teneur d'aluminium.
Etant donné que, dans la pratique de ce procédé,la calcination et l'oxydation se produisent en mê- me temps,le phosphore est récupéré sous ferme de son cxyde (tre- vet américain n 1.000.311).A cause des hautes températures qui sont nécessaires,la pratique de cette méthode n'est pas éco- nomique non plus aussitôt qu'on dépasse 160C degrés,et,au surplus elle ne donne lieu qu'à une élimination incomplète du phosphore.
L'on a préconisé,enfin,la récupération de phosphore en partant du phosphate de calcium naturel,de silicates et de l'ar- gile à teneur d'acide silicique,en opérant à une température d' environ 1400 degrés ; on l'obtenait ainsi sous forme de pentoxyde de phosphore. Seulement,le produit alors récupéré a tout au plus la valeur d'un ciment de pouzzolane- (brevet américain 997.066.)
Or,selon la présente invention,l'élimination du phospho- re se fait également sans encombre si,au lieu de procéder comme Wôhler le faisait,c'est à dire'au lieu de viser à la récupération d'une scorie acide trisilicatée,on cherche plutôt à en obtenir une à forte teneur d'aluminium.
A cet effet on prend la charge telle que,partant d'une matière première à forte teneur d'alumi- .ni=,on fait fondre celle-ci avec des phosphates en présence de le quantité nécessaire d'acide carbonique soit dans un four à cuve, soit dans un four électrique. Il s'agit donc,ici,d'un procédé de fusion réductrice exécuté avec emploi de charbon.
Il se différen- cie par là des procédés connue jusqu'à présent,et l'or- peut le qualifier de surprenant,étant donné que, jusqu'ici, l'élimination radicale du phosphore impliquait la nécessité d'avoir une scorie acide.
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L'avantage essentiel réside en 'ce que ¯l'on tire partie des con- stituants minéraux de la scorie. @
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On prend une tonne' de minerai de Pebble (contenant 46% de
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CaO, 2.5;
'c de Alf 3 ' 1.5% de Fez Og, 7% de Si 0 , 34% de Pg 5, 3% de 002, 6% de .2 O,et indéterminé )et on y ajoute 0,6 tonne de bauxite ( à teneur de 65% de' .A12 05, 10% de Fez 03 ,10% de in ' Si 0g ,15% d'eau et/à6terminé) ainsi que 1,5 tonne de coke (avec 8.5% de cendre, 9% de Ca 0, 33% de A12 Og , 11% de Fe2 3,45% de Si 02,:âc'I: 0 et indéterminé) on fait fondre le tout dans un four à cuve ou dans un four électrique. On obtient ainsi un ci- ment fondu ayant la composition que voici:42,5% de Ca 0,41%, de
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A12 3 et 16,5% de Si 2. Le'fer s'unit au phosphore pour former du phosphur.e de fer et il existe dans le régule de fer. Les gaz à teneur (phosphoreux/de phosphore)ainsi dégagés subissent la suitè du trai tement de la manière connue.
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On prend une tonne/Febble ( ayant la composition sus-indi- quée),avec 1 tonne de phosphate d'aluminium pauvre en silicate (20,5 % Ua 0, 3,5% de AIZ 3' de Fe2 3,4% de Si 02,37 % de 22 5, 3% de 33 0 et indéterminé ) et un tiers de tonne de bau- xite (composition comme sus-indiquée) ainsi que 3t. de coke et on en fait directement le dosage,ou bien,si nécessaire,on les broie et réduit en bricaillons pour leur faire subir la réduction par fusion dans un four à cuve. Il-se forme,en addition au phosphure de fer et aux gaz phosphoreux,un ciment fondu ayant à peu près
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la composition que voici: 43,5% deze 0,40,5% de AIZ Os et"- 16$ Si 02.
La méthode peut également être pratiquée dans les fours électriques les plus divers,en une passe de travail,entre autres également dans des fours à cuves électriques,qui servent em même temps pour échauffer la charge. Il est essentiel,alors ,d'ajouter autant de coke qu'il en faut qu'il on feut pour réaliser la réduc.;
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tion complète des phosphates 'et d'avoir la quantité nécessaire de phosphates pour qu'il reste encore suffisamment de chaum pour la formation du ciment fondu.
La teneur en argile nécessaire peut être couverte,totalement ou partiellement,par des phosphates à haute teneur.d'aluminium, en 'sorte que,dans certaines conditions, il est encore possible d'ar- river à ses fins sans addition spéciale de bauxite. l'or peut également pratiquer la méthode en sorte * 'obtenir d'une façon directe, non seulement de l'acide phosphorique, mias éga- lement des phosphates alcalins.
A cette fin,or prend des phospha- tes,du coke et des flux adjuvants appropriés conférant, en pro- portion suffisante, de l'argile ou silicate d'alumine aussi 'bien que des oxydes alcalins, et on les travaille ensemble dars un four à cuve racccurcie ou dans un four électrique. l'addition d'alcalis a pour effet non seulement une influence favorable sur le cours de la fusion,mais,en outre,dans les conditions silo- indiquées, de température encore élevée,la volatilisation des al- calis avec le phosphore et leur combustion partielle faisant di- rectement aboutir à des sels alcalins de l'acide phosphcrique: méthode qui,précédemment,ne pouvait s'entreprendre;
que séparément et à raison de frais considérables. Les phosphates alcalins sont récupérés alors en rendement quantitatif sérieux étant donné que l'addition d'alcalis,assure l'élimination quantitative du phos- phore contenu dans la scorie.
En fait de composés alcalins, on peut choisir,soit du felds- path,soit n'importe quel composé de potassium ou'de sodium. l'on peut expliquer ainsi qu'il suit la marche du procédé:
On mélange 1 tonne de Pebble avec 0,6 tonne de bauxite et 1'05 tonne de feldspath normal,et on fait fondre ce mélange soit dans un four à cuve,soit dans un four électrique,en ajoutant la quantité suffisante de coke. On obtient alors une scorie ayant à peu près la composition que voici: 40% de Ca 0 ; 40% de A12 03; 20% de Si 02. Nous ne'tenons pas compte ici de la teneur en cendres.
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La proportion d'oxyde de potassium par rapport au pento- xyde de phosphore est alors d'environ 85; elle ne peut être essen- tiellement augmentée par une' addition de feldspath,mais bien par une ajoute de chlorure de potassium.
Un autre mode d'exécution du procédé con'siste à partir d'un phosphate d'aluminium,que l'on fait fondre avec une addition de chaux en présence de carbone. Ici également l'acide phosphori- que est dissocié et est réduit par le carbone,tandis qu'il se forme une masse fondue à forte teneur argileuse qui peut être utilisée soit comme ciment fondu,soit comme matière première de départ pour la fabrication d'argile plastique ou silicate d'alumine.
Quant à savoir quels sont les processus chimiques qui sui- vent leur cours dans ce mode d'exécution,on ne peut se prononcer que d'une façon hypothétique. Il est probable que la chaux va d'a- bord se fixer à l'état d'acide phosphorique et que, à la réduction, meme 'ce dernier est privé de sa base,ce qui/à la formation d'aluminate de calcium.
L'on peut,à titre d'exemple,décrire ainsi qu'il suit la marche de l'opération:
L'on fait fondre du phosphate Eedonda en quantité équi- valant selon la composition du phosphate brut qui y a fait aboutir, a une fois et demie à deux fois la quantité de coke avec teneur en chaux de .5 pour .cent environ et avec addition d'environ 6 à 10% de chaux, soit dans un four à cuve, soit dans un four electrique, jusqu'à ce qu'il y ait liquéfaction complète et qu'il ne sorte plus aucun gaz de la masse en fusion.Les gaz phosphoreux qui s'échappent sont traités /de- façon connue pour la récupération du phosphore et de ses 'composés Alors,pour le cas de la plupart des.phosphates d'aluminium, tels que par exemple,le.
phosphate Redonda,la scorie résiduaire aura direc- tement la composition d'un ciment fondu.
Là où il s'agit de phosphates d'aluminium très purs,la teneur en argile surpasse le taux admissible pour du ciment ; ce cas,les masses en fusion obtenues constituent des matières premiè- res très utilisables'pour la préparation d'une argile pure à desti- @
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nation de la fabrication 'aluminium. Si l'on constate que la masse en fusion est peu liquide on peut 'la. rendre -,,!ils liquide par l'addition d'alcalis. En ce cas,les alcalis se dissipert sous forme de vapeurs lorsque la masse fusible est encours de préparât tion,et,le cas échéant,ellesformeront des phosphates alcalins ,avec les vapeurs d'acide phosphorique er évacuation.
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"Process for the preparation of cement-molten gas with phosphorus content"
Wöhler succeeded in recovering phosphorus by treating natural phosphates which he heated with charcoal and silicates. By proceeding in this way, a tri-silicate sc-ory is obtained which, as such, is of no value to industry.
Gold has also proposed, already) to recover phosphorus by starting from the phosphates of calcium or aluminum, without adding charcoal, and by mixing the phosphates of the clay, to subject this mixture to melting in an electric furnace by applying a heat of about 3000 degrees obtained by the electric arc (US Patent No. 1,076,497).
But this process is not economical, because of its high con-
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calorie summation.
It has also been proposed to obtain phosphorus under firm phosphoric acid by the concretion of a mixture of calcium phosphate and aluminum phosphate in the ratural state without addition of carbon; in this way, gold: arrait obtained at the same time a cement product, having the properties of ortland ur- cement with an aluminum content.
Since, in the practice of this process, the calcination and the oxidation occur at the same time, the phosphorus is recovered under a firm of its oxide (American Treviso No. 1.000.311). Due to the high temperatures. which are necessary, the practice of this method is not economical either as soon as 160C degrees are exceeded, and, moreover, it only gives rise to an incomplete elimination of the phosphorus.
Finally, it has been recommended to recover phosphorus starting from natural calcium phosphate, silicates and clay containing silicic acid, operating at a temperature of about 1400 degrees; it was thus obtained in the form of phosphorus pentoxide. However, the product then recovered has at most the value of a pozzolan cement (US patent 997,066.)
However, according to the present invention, the elimination of phosphor is also done without hindrance if, instead of proceeding as Wöhler did, that is to say 'instead of aiming at the recovery of a trisilicate acid slag, the aim is rather to obtain one with a high aluminum content.
For this purpose, the charge is taken such that, starting from a raw material with a high aluminum content, it is melted with phosphates in the presence of the necessary quantity of carbonic acid either in an oven tank, or in an electric oven. It is therefore, here, a reductive smelting process carried out with the use of carbon.
This differs from the processes known heretofore, and gold can be described as surprising, since, heretofore, the radical removal of phosphorus has involved the need for an acid slag.
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The essential advantage is that one takes advantage of the mineral constituents of the slag. @
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We take a ton 'of Pebble ore (containing 46%
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CaO, 2.5;
'c de Alf 3' 1.5% of Fez Og, 7% of Si 0, 34% of Pg 5, 3% of 002, 6% of .2 O, and unspecified) and we add 0.6 tons of bauxite ( at a content of 65% of '.A12 05, 10% of Fez 03, 10% of in' Si 0g, 15% of water and / at 6 complete) as well as 1.5 tonnes of coke (with 8.5% of ash, 9 % of Ca 0.33% of A12 Og, 11% of Fe2 3.45% of Si 02,: âc'I: 0 and undetermined) the whole is melted in a shaft furnace or in an electric furnace. A molten cement is thus obtained having the following composition: 42.5% Ca 0.41%,
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A12 3 and 16.5% Si 2. Le'fer unites with phosphorus to form iron phosphide and exists in the iron regulator. The content gases (phosphorous / phosphorus) thus liberated undergo further processing in the known manner.
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One tonne / Febble (having the above-mentioned composition) is taken with 1 tonne of aluminum phosphate low in silicate (20.5% Ua 0, 3.5% of AIZ 3 'of Fe2 3.4% of Si 02.37% of 22 5, 3% of 33 0 and unspecified) and one third of a ton of bauxite (composition as indicated above) as well as 3t. coke and are directly dosed, or, if necessary, they are crushed and reduced to bits and pieces to subject them to reduction by melting in a shaft furnace. It forms, in addition to iron phosphide and phosphorous gases, a molten cement having approximately
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the following composition: 43.5% deze 0.40.5% of AIZ Os and "- $ 16 Si 02.
The method can also be practiced in the most diverse electric ovens, in one working pass, among others also in electric tank ovens, which at the same time serve to heat the load. It is essential, then, to add as much coke as is necessary to achieve the reduction.
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complete elimination of phosphates and to have the necessary quantity of phosphates so that there is still sufficient chaum for the formation of molten cement.
The required clay content can be covered, wholly or partially, by high-grade aluminum phosphates, so that under certain conditions it is still possible to achieve its purposes without special addition of bauxite. . gold can also practice the method so as to obtain in a direct way, not only phosphoric acid, but also alkaline phosphates.
For this purpose, gold takes suitable phosphates, coke and adjuvant streams conferring, in sufficient proportion, clay or alumina silicate as well as alkali oxides, and they are worked together in a mixture. shortened tank oven or in an electric oven. the addition of alkalis has the effect not only of a favorable influence on the course of the fusion, but, in addition, under the silo conditions indicated, at still high temperature, the volatilization of the alkalis with the phosphorus and their combustion partial leading directly to alkali metal salts of phosphecic acid: a method which previously could not be undertaken;
only separately and at considerable expense. The alkali phosphates are then recovered in serious quantitative yield since the addition of alkali ensures the quantitative removal of the phosphorus contained in the slag.
In terms of alkaline compounds, one can choose either feldspath or any potassium or sodium compound. we can explain that it follows the process:
1 ton of Pebble is mixed with 0.6 ton of bauxite and 105 ton of normal feldspar, and this mixture is melted either in a shaft furnace or in an electric furnace, adding the sufficient quantity of coke. A slag is then obtained having approximately the following composition: 40% of Ca 0; 40% of A12 03; 20% of Si 02. We do not take into account the ash content here.
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The proportion of potassium oxide relative to the phosphorus pentoxide is then about 85; it cannot be essentially increased by adding feldspar, but by adding potassium chloride.
Another embodiment of the process consists of an aluminum phosphate, which is melted with an addition of lime in the presence of carbon. Here also the phosphoric acid is dissociated and is reduced by carbon, while a melt with a high clay content is formed which can be used either as a molten cement or as a starting raw material for the manufacture of plastic clay or alumina silicate.
As to knowing which are the chemical processes which follow their course in this mode of execution, one can only pronounce in a hypothetical way. It is probable that the lime will first bind to the state of phosphoric acid and that, on reduction, even the latter is deprived of its base, which / on the formation of calcium aluminate .
We can, by way of example, describe as follows the course of the operation:
Eedonda phosphate is melted in an amount equivalent to the composition of the crude phosphate which results in it, at one and a half to two times the amount of coke with a lime content of about .5 percent and with addition of about 6 to 10% lime, either in a shaft furnace or in an electric furnace, until there is complete liquefaction and no gas comes out of the molten mass. The escaping phosphorous gases are treated in a known manner for the recovery of phosphorus and its compounds. In the case of most aluminum phosphates, for example, eg.
Redonda phosphate, the residual slag will have directly the composition of a molten cement.
Where these are very pure aluminum phosphates, the clay content exceeds the admissible level for cement; In this case, the molten masses obtained constitute raw materials very useful for the preparation of a pure clay intended for use.
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nation of aluminum manufacturing. If we find that the molten mass is not very liquid we can 'the. make - ,,! they liquid by the addition of alkalis. In this case, the alkalis will dissipate in the form of vapors when the fusible mass is being prepared, and, if necessary, they will form alkaline phosphates, with the phosphoric acid vapors and evacuation.