<Desc/Clms Page number 1>
Procédé et appareil pour la fabrication de nitrates,en particulie@ de potassium et de sodium.
La présente invention a pour objet la transformation des chlorures,en particulier du chlorure de sodium et du chlorure de potassium,en nitrates,par traitement avec de l'acide nitrique.
Il a déjà été proposé d'obtenir de cette manière des nitrates, par exemple en traitant les solutions de chlorure de potassium ou de chlorure de sodium par de l'acide nitrique,et en laissant séparer par cristallisation les nitrates formés. On a également déjà fait des essais, en vue de séparer par distillation l'acide chlorhydrique ainsi mis en liberté,ce qui entraine toutefois des pertes élevées en acide nitrique.
Il a été constaté que l'on peut convenablement transformer les chlorures en nitrates, en traitant ces chlorures par des va- peurs d'acide nitrique ou d'oxydes d'azote, qui sont fortement
<Desc/Clms Page number 2>
diluées par de la vapeur d'eau. On utilise de préférence à cet effet un appareil du genre représenté sur le dessin ci-joint.
Un récipient en forme de colonne l,en grés ou autre matière résistant aux acides et qui comporte, à une certaine distance du fond,un faux-fond perforé ou une grille 2,est rempli de chlo- rure de potassium en morceaux 3. En-dessous de la grille débou- chent plusieurs tubulures ; par la tubulure 4,on introduit con- tinuellement des vapeurs de l' acide nitrique hydraté, et, par la tubulure 5, de la vapeur d'eau légèrement surchauffée.La vapeur d'eau et l'acide nitrique peuvent d'ailleurs déjà être réunie au préalable et être introduite par un tuyau commun.
Il a été constaté qu'au fur et à mesure que le mélange d'aci- de nitrique et de vapeur d'eau pénètre dans la charge de chlorure de potassium,il se forme immédiatement,dan s les couches inférieu- res de la charge,du nitrate de potassium.Comme celui-ci est beau- coup plus facilement soluble que le chlorure de potassium dans l'eau chaude,le nitrate de potassium ainsi formé est dissous beaucoup plus tôt que le chlorure de potassium par l'eau chaude (Provenant de la 'vapeur d'eau) et la solution chaude de nitrate de potassium a peu près pur 6 se recueille en-dessous de la gril- le 2; elle est évacuée de temps en tenes ou de façon continue, par le siphon 7 qui est muni du robinet 8.
Cette solution de ni- trete de potassium est concentrée à un degré tel que,lorsde son refroidissement elle devient une masse. cristalline. En donnant une dimensions suffisante à, la hauteur du récipient 1 qui doit être adaptée à la résistance offerte par la charge à son passage dans chaque cas particulier et qui doit être déterminée car des essais, on obtient que le mélange de vapeur d'acide chlorhydrique et de vapeur d'eau,sortant par 9,est complètement ou pour ainsi dire complètement exempt d'acide nitrique ou d'oxydes d'azote.
Si l'on donne aux vapeurs d'acide chlorhydrique l'occasion de se @ condenser,il reste,déjà dans le premier récipient de condensa- tion, de l'acide chlorhydrique avec environ 15 % de HCi, et la va- peur d'eau qui s'échappe est pour ainsi dire complètement exempte d'acide et peut lorsqu'elle est amenée à 130 C/. être utilisée
<Desc/Clms Page number 3>
à nouveau par mélange avec de la vapeur vive, pour le procédé cyclique. Cette bapeur joue ici dans une certaine mesure le rôle d'un véhicule,en ce qu'elle entraine au début l'acide nitrique, puis sert au lessivage du nitrate de potassium,et enfin entraine l'acide chlorhydrique .
On consomme que la quantité de vapeur d'eau nécessaire pour la dissolution du nitrate de potassium et de l'acide chlorhydrique,le reste de la vapeur (jusqu'à 60 à 75 % ) demeure dans le circuit et doit seulement être chauffé à nouveau jusqu,à 130 C.
Le procédé peut etre réalisé d'une façom complètement continue Le chargement de chlorure de potassium solide peut être effectué par la combinaison connue d'une trémie avec une via d'alimentation 12 ou au moyen de dispositifs auxiliaires agissant de façon ana- logue.
De façon générale ,il y a lieu de procéder de manière à obte nir sous la grille 2 un mélange de vapeurs qui se compose d'envi- ron 1 partie en poids d'acide nitrique et de 10 à 15 parties en poids d'eau. Il a été constaté qu'une température de 120-130 est particulièrement favorable. A cette température les faibles quantités de chlorure de potassium se trouvent éventuellement dans la solution 6,sont déjà décomposées par l'atmosphère d'acide nitrique et d'autre part on évite que la solution 6 conserve de l'acide nitrique libre, étant donné que celui-ci se sépare déjà par distillation à cette température.
Avec ce mode opératoire on n'est pas lié à l'utilisation de chlorure de potassium solide. Si l'on fait passer, à travers une solution renfermant du chlorure de potassium, unmélange d'a- cide nitrique et de vapeur d'eau à 130 o C environ,on peut égale ment chasser de cette manière la totalité de l'acide nitrique sans qu'il en resulte des pertes notables quelconques en acide nitrique.
On peut également réaliser ce mode opératoire de façon continue en remplissant la colonne 1 de morceaux d'une
<Desc/Clms Page number 4>
matière résistant aux acides ou d'anneaux en matière céramique, et en faisant ruisseler de haut en bas une lessive plus ou moins concentrée renfermant du chlorure de potassium.Le mélange décide nitrique et de vapeur d'eau,en montant,décompose cette lessive de la même manière que le chlorure de potassium solide .Avec ce mode opératoire,la colonne doit,en règle générale ,être de hauteur un peu plus grande et en outre il est avantageux que le mélange de vapeur d'eau et décide nitrique soit introduit dans le bain
6 pour décomposer le chlorure de potassium éventuellement conte- nu dans celui-ci.
Il est recommandable lorsqu'on opère avec une solution saline de maintenir la vapeur d'eau à une température aussi élevée que la permet l'acide nitrique sans se décomposer,et en outre de proté- ger la colonne de réaction centre une transmission de chaleur vers l'extérieur.On peut également réduire la quantité de vapeur d'eau par exemple en utilisant,pour une partie en poids d'acide nitrique,8 parties en poids de vapeur d'eau. En outre,il est avantageux d'employer pour le remplissage de la colonne de réaction,du chlorure en morceaux ou à l'état d'aggloméré,sur lequel on fait alors ruisseler la solution saline. On accroit ainsi la puissance de la colonne et on réalise encore une écono- mie en vapeur d'eau.
La solution chaude s'accumulant en-dessous de la grille sup- portant la charge et consistant principalement ou exclusivement en nitrates dissous,est alors évacuée par le siphon,et on la laisse cristalliser soit à l'état de repos,soit avec agitation.
Le siphonnage peut également avoir lieu de façon continue. La lessive mère restante est alors évaporée ou,dans le cas où elle contient encore des chlorures,elle est utilisée à nouveau pour le chargement de la colonne de réaction.
Le mode opératoire décrit ci-dessus à titre d'exemple dans son application au chlorure de potassium,peut également être utilisé pour la transformation de chlorure de sodium en nitra%te de sodium.
<Desc/Clms Page number 5>
On peut également étendrele procédé au traitement de sels bruts de potassiumcomme il sera expliqué plus loin.
Le mode opératoire décrit permet différentes modifications Ainsi il est connu que lorsqu'on ajoute simplement de l'acide nitrique à une solution de chlorure de potassium,on obtient une masse cristalline,qui contient déjà 80 % de l'acide nitrique utilisé fixé au potassium. Lorsqu'on soumet cette masse cristalli ne à l'essorage ou au centrifugeage,il reste un liquide qui ren- ferme 20 % environ de chlorure de potassium non décomposé et un mélange acide de 20 % d'acide nitrique et 80 % d'acide chlorhydri que.
Dans certaines conditions il peut être économique de combi- ner les modes opératoires en faisant arriver la solution,séparée de la masse cristalline et contenant environ 20 % d'acide nitri que en meme temps qu'une lessive fraîche de c@lorure ou des morceaux de chlorure en sens opposé du mélange ascensionnel d'acide nitrique et de vapeur d'eau. Toutefois,dans ce cas,la solution qui renferme le mélange d'acides libres (nitrique et chl@ rhydrique),doit etreintroduite à peu près à mi-hauteur de la colonne par une tubulure distincte.
Si l'on travaille avec des sels bruts de potassium on peut procéder de deux manières différentes.
La colonne de réaction est chargée de sel brut solide,ou d'une solution de ce sel brut,ou des deux à la fois,par exemple en laissant ruisseler de haut en bas une solution de sel brut de chlorure de potassium sur des morceaux de ce sel brut. Si la vitesse du mélange ascensionnel d'acide nitrique et de vapeur d'eau est faible', on peut obtenir que tous les éléments consti- tutifs des sels bruts de potassium (potassium,sodium,calcium, magnésium) soient transformés d'une manière plus ou moins com- plète,en nitrates.
La solution s'accumulant sous la grille de la colonne de réaction,de tous ces nitrates peut alors être mélangée,dans des récipiènts de cristallisation,à du sel brut frais de chlorure de potassium;il se sépare ainsi principalement par cristallisation du nitrate de potassium,et 1 s autres nitrate; formés sont retransformés en leurs chlorures.
De façon générale
<Desc/Clms Page number 6>
il est cependant plus avantageux de procéder de façon telle que le mélange ascensionnel de vapeur d'eau et d'acide nitrique ne transforme en nitrate que le chlorure de potassium seul, ou ce- lui-ci principalement.Ceci peut être réalisé de la manière suivante ; on détermine la température,la concentration et la vitesse d' coulement du mélange d'acide nitrique et de vapeur d'eau l'une par rapport à l'autre,de telle sorte que l'action dissolvante de ce mélange soit plus forte que son action de ni- tration.De cette manière,le chlorure à traiter est dissous dans une mesure plus grande que nitré.
Par conséquent la transposition, entre les autres nitrates éventuellement fermés en même temps et le chlorure de potassium éventuellement encore existant, se produit déjà dans le liquide ruisselant de haut en bas,en partie même avant que ce liquide atteigne la grille 2.
Dans tous ces modes opératoires,la concentration de l'acide nitrique primitif importe peu,étant dcnné que celui-ci n'agit qu'après une forte dilution par de la vapeur d'eau. On n'est par suite pas absolument obligé à faire agir l'acide nitrique sous forme de vapeurs en mélange avec de la vapeur d'eau,sur les chlorures à décomposer.On pourrait également faire arriver de l'acide nitrique dilué par exemple au milieu de la colonne de réaction,et amener par le bas uniquement de la vapeur d'eau surchauffée,de façon à éviter ainsi également des pertes par décomposition d'acide nitrique.Au lieu d'acide nitrique pur ou complètement formé, on peut également utiliser des oxydes d'azote appropriés,ou des mélangesd'oxydes d'azote avec de l'air ou de l'oxygène,
surtout des mélanges tels qu'il s'en forme lors de la combustion de l'azote de l'ir dans le four à arc électrique ou dans la combustion catalytique d'ammoniaque,La présence d'oxy- gène ou d'air ne nuit pas au mode opératoire décrit plus haut.
Si l'on constatait que le produit final,dans le cas considéré le nitrate de potassium,renferme un peu d'acide libre,ce qui se- rait en particulier nuisible pour la conservation de l'empaque- tage,il y aurait lieu de neutraliser cet acide libre par l'addi- tion de minimes quantités de chaux ou d'alcalis ou de leurs carbonates.
<Desc/Clms Page number 7>
Comme les nitrates ainsi obtenus sont principalement utilisés comme engrais,les faibles quantités d'autres sels ou de chlo- rures non décomposés,mélangés aux nitrates ,sont sans importance,
La signification économique du procédé suivant l'invention pour l'agriculture consiste en ce que ce procédé permet l'obten- tion directe d'engrais d'une valeur aussi grande que le nitrate , de sodium (Salpêtre du Chili) et du nitrate de potassium (salpêtre de potasse) à partir de leurs chlorures ou solutions salines,ou de leurs sels bruts,en évitant des pertes en acide nitrique.