<Desc/Clms Page number 1>
Procédé de fabrication d'anhydride phosphorique ".
EMI1.1
¯¯¯,,¯...¯,-¯---------,.---->--->..-->,w-w--->------
La présente invention est relative à la fabrication d'anhydride phosphorique dans des fours à combustion inter- ne en partant de phosphorites naturelles ou autres phos- phates.
Les procédés par voie ignée actuellement en usage sont basés sur la réaction de réduction :
EMI1.2
Ca3 (PO 4)2 q 3 Si 0 4. 5 C = 3 Ca Si 05 I 5 C0 o P2
Cette réaction se réalise à des températures relati- vouent basses. Mais la présence de gaz oxydants tels que,, oxygène ou anhydride carbonique, contrarie la réaction et le rendement en est fortement diminuée
Cela étanta cette réaction se réalise d'une manière satisfaisante dans les fours électriques, mais ne donne pas de bons résultats dans les fours à combustion interne tels que hauts-fourneaux ou fours rotatifso
EMI1.3
L'emploi des réactifs sous forme d a1mérés com-
<Desc/Clms Page number 2>
plexes, permet de les soustraire à l'action néfaste des gaz oxydants,
abstraction faite des particules se trouvant à la surface des agglomérés. Mais la réaction est contra- riée au sein des agglomérés par la présence des produits gazeux de réaction qui se trouve forcement souspression.
Le dégagement de ces produits gazeux, n'est facilité que lorsque les agglomérés affectent la forme de pastilles minces, mais dans ce cas, les réactifs sont exposés à l'action des gaz oxydants.
Le traitement des phosphates par un réducteur, en présence de fondants acides, exclut l'emploi de fours rota tifs. D'autre part, les hauts f ourneaux qui semblent indi- qués présentent les inconvénients suivants :
En présence de fondants acides, la matière phospha- tée entre en fusion et le carbone se sépare, d'avec les ma- tiares en fusion. Il n'y a donc plus contact intime entre le carbone et le laitier, et en outre on ne peut soustrai- re ces matières à l'action néfaste des gaz oxydants.
Dans la zône du haut f ourneau,dite zône réductrice, la. température est insuffisante pour réaliser la réduction du phosphate. Par contre en descendante la. matière arrive dans une zône où la température serait suffisante pour pro voquer un dégagement quasi total du phosphore, mais cette zone est précisément la zone d'oxydation.
Dans le creuset immédiatement au-dessus du bain, le laitier ruisselle en enrobant les morceaux de coke surna- gcant, mais n'est réduit que partiellement par suite de la courte durée de contact.
D'autre part, la fraction de phosphore dégagée brû- le en anhydride phosphorique dans la zone d'oxydation et se reoombine avec la chaux dans les zônes supérieures.
On a essayé d'augmenter la durée de oontact en allon
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
geant le creuset et en disposant les tuyères è, 1 extréxi té de celui-ci. Mais le coke est brûlé. par 1 air insufflé et la réaction est contrariée par la présence d'oxygène et de CO2.
Pour atteindre des températures plus élevées, on a enrichi en oxygène l'air insufflé, mais ceci accentue les inconvénients résultants de la présence de gaz oxydantso
Par opposition aux procédés actuellement en usage ou offerts par différents inventeurs, la présente invention est essentiellement basée non pas sur la réduction du phosphate, mais sur le déplacement de l'anhydride phospho- rique au moyen de silice ou d'un autre acide minéral, sui- vant la réaction :
EMI3.2
Cas (p04)2 3 Si 02 z 3 Ca Si 02 p2 05. réalisable en milieu oxydant aussi bien qu'en milieu réduc- teur.
Mais en présence de silice seule, cette opération exi- ge des températures trop élevées pour être réalisable dans les fours industriels.
A l'effet de réduire cette température, on prévoit suivant l'invention, d'opérer ce déplacement par un mélan- ge de silice et d'alumine.
De plus, on a trouvé que la viscosité du laitier exer- ce une action retardatrice sur le dégagement de l'acide phosphorique déplacé, uivant la présente Invention, on réduit cette viscosité par l'addition à la silice, d'alumi- ne, d'oxyde de fera de sels alcalins ou d'autres fondants.
Suivant une autre particularité de l'invention, il. est éventuellement prévu, d'après les conditions économi- ques du moment, d'épuiser les matières ayant subi le trai- tement de déplacement, par la combinaison avec ce procédé, d'un procédé de réduction en atmosphère absolument réduc
EMI3.3
1.' e w.me ca 11""'\ n,
<Desc/Clms Page number 4>
trice, et à très haute température.
D'autres particularités du procédé et des appareils pour sa réalisation apparaîtront au cours de la descrip- tion des dessins ci-annexés qui représentent schématique- ment, deux exemples d'appareil et installation convenant pour l'application de l'invention.
La figure 1 représente schématiquement une installa- tion convenant pour le procédé basé uniquement sur le dé- placement de l'anhydride phosphorique.
La figure 2 est relative à un procédé dans lequel un tel procédé est suivi d'un épuisement des phosphate)? par réduction.
A la figure schématique 1, en voit un four à réverbè- re 2 qui, suivant une particularité de,l'invention et en vue d'assurer un brassage énergique de la masse, est à so- le inclinée, en gradins ou ondulée, de manière à ce que la matière la descende en cascades.
Dans le cas particulier représènté, le gaz de chauf- fage du four 2 est par exemple fourni par un gazogène 3 après un dépoussiérage grossier en 3d.
L'air de combustion et les gaz du gazogène peuvent respectivement être réchauffés dans des régénérateurs . et 5 du type Cowper ou d'un autre type connu.
Les gaz et l'air sont introduits dans le four à ré- verbère par les canaux 4a et 5g.
Les gaz de combustion additionnés de l'anhydride phosphorique déplacés, passent ensuite dans un préchauf- feux de matière opiacé au-dessus du four 2 et contenant la matière à traiter sous forme de briquettes. Dans cet appareil, la température est maintenue au-dessus du point de rosée de l'anhydride phosphorique.
Les gaz sont, à la sortie du préohauffeur amenés par
<Desc/Clms Page number 5>
un conduit 7 vers des appareils de dépoussiérage et vers des appareils de précipitation de réaction en présence d'ammoniaque gazeux, ou d'absorption des vapeurs de P2O5 dans des solutions ammoniacales ou alcalines,
La figure 2 représente schématiquement une installa- tion pour la réalisation d'un procédé analogue au procédé de la figure 1, en combinaison avec un procédé de réduo tion des phosphates,, Il est parfois avantageux de prooé der à l'épuisement total des matières traitées.
Le trai- tement se fait alors avantageusement suivant cette combi- naison, dans laquelle l'opération de réduction est, Eu!- vant une particularité de l'invention, réalisée à tempéra- ture suffisamment élevée,, pour éviter la présence de gaz oxydants, et pour assurer une réduction pratiquement tota le.
La réduction finale des phosphates dont l'anhydride n'a pas été déplacé, demande un appoint de chaleur supplé mentaire, mais par la combinaison des deux procédés cette chaleur est récupérée sous fonne de chaleur des gaz P2 et CO produits par la réduction, et qui servent au/ chauffage des fours à réverbèreo
A. la figure 2, on voit une installation comportant deux fours à réverbère 2 identiques au four à réverbère de la figure 1, et qui sont disposés de part et d'autre d'un four réducteur 21. Ces fours à réverbère peuvent être dis- posée en nombre quelconque, autour du four 21, par exemple suivant les branches d'une étoile.
La matière traitée dans les fours 2 est épuisés ultérieurement dans le four Il¯. On peut également prévoir l'emploi d'un four réduc- teur et d'un seul four à sole disposé de manière à assu- rer une arrivée de matière au centre du four réducteur et par conséquent une répartition uniforme de cette matière.
<Desc/Clms Page number 6>
Chaque four 2 est surmonté d'un préchauffeur de matière 6.
Le four réducteur 21 est surmonté d'un échauffeur de matières réductrices 22.par exemple du coke,
Grâce au préchauffage du coke, de la matière traitée et du vent, les températures atteintesréalisent une at- mosphère absolument réductrice et maintenue telle, grâce à la faible quantité de phosphore encore prient dans la matière sortant des fours à réverbère, et de plus, la du- rée de contact de la matière traitée avec le coke est suf- fisante pour assurer la réduction totale du phosphate.
Le cycle de chauffage est le suivant
L'échauffeur de coke 22 est chauffé au?: dépens de la combustion d'une partie du dit coke avec entrée d'air fraiâ par lestuyères23.
Le four réducteur 21 est chauffé par exemple aux dé- pens de la combustion d'une autre partie de ce coke avec introduction d'air chaud par les tuyères 24 reliées à des régénérateurs tels que par exemple le Cowper 25.
Les gaz chauds sortant de l'échauffeur 22 servent au chauffage des Cowper 25 et 26.
Le Cowper 25 sert au réchauffage du vent pour le four réducteur et le Cowper 26 au réchauffage du vent pour les fours à réverbère.
Les fours à réverbère 2 sont chauffés au moyen de la chaleur totale, tant sensible que latente, des gaz sortant du four réducteur 21.
La chaleur sensible des gaz sortant des fours à ré- verbère sert'comme dans le procédé de la figure 1, au pré- chauffage de la matière à traiter, dans les préchauffeurs 6.
A la sortie de ces préchauffeurs, les gaz sont en- voyés par les conduits 27 dans des appareils de dépoussié-
<Desc/Clms Page number 7>
rage toujours à une température supérieure au point de rosée de l'anhydride phosphorique.
Cet anhydride est alors précipité ou absorbé dans des solutions ammoniacales ou alcalines.
Par la combinaison décrite, outre la suppression de l'opération d'oxydation du phosphore, on obtient un rende- ment en phosphore pratiquement total avec une consommation en combustible sensiblement moindre qu'avec les procédés basés uniquement sur la réduction des phosphateso
Il est évident que l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et que bien des modifications peuvent ê- tre apportées à la forme et à la disposition des appareils intervenant dans sa réalisation sans pour cela sortir du cadre de la présente invention.
Les fours, régénérateurs et gazogènes, peuvent être de n'importe quel type connuo
De même, il est possible d'employer des phosphorites présentant directement la composition voulue en tant que
EMI7.1
silice et alumine, pour la réaction de déplacement. l,fi. si- lice, l'alumine et les divers fondants peuvent également être ajoutés à la matière phosphaté sous n'importe quelle forme.
EMI7.2
E. E...;L ;ID" l!, 12. 1, àL 1:. 1, Q ;[ .e.
1.- Procédé de fabrication d'anhydride phosphorique à partir de phosphates ou de matières en contenant;, c a ac r a c t é r i s é en ce que ces phosphates ou ces matiè- res sont mic en présence de silice et chauffés après avoir éventuellement été additionnés d'un corps susceptible d'abaisser la température de réaction.
EMI7.3
2.- Procédé de fabrication deanhydride phosphorique
<Desc / Clms Page number 1>
Process for the manufacture of phosphorus pentoxide ".
EMI1.1
¯¯¯ ,, ¯ ... ¯, -¯ ---------, .----> ---> ..-->, w-w ---> ------
The present invention relates to the manufacture of phosphorus pentoxide in internal combustion furnaces starting from natural phosphorites or other phosphates.
The igneous processes currently in use are based on the reduction reaction:
EMI1.2
Ca3 (PO 4) 2 q 3 Si 0 4. 5 C = 3 Ca Si 05 I 5 C0 o P2
This reaction takes place at relatively low temperatures. But the presence of oxidizing gases such as, oxygen or carbon dioxide, thwarts the reaction and the yield is greatly reduced.
However, this reaction is carried out satisfactorily in electric furnaces, but does not give good results in internal combustion furnaces such as blast furnaces or rotary furnaces.
EMI1.3
The use of reagents in the form of admixtures
<Desc / Clms Page number 2>
plexes, allows them to be removed from the harmful action of oxidizing gases,
apart from the particles on the surface of the agglomerates. However, the reaction is counteracted within the agglomerates by the presence of the gaseous reaction products which is necessarily under pressure.
The release of these gaseous products is only facilitated when the agglomerates take the form of thin pellets, but in this case the reactants are exposed to the action of oxidizing gases.
The treatment of phosphates with a reducing agent, in the presence of acidic fluxes, excludes the use of rotary kilns. On the other hand, the high furnaces which seem suitable have the following drawbacks:
In the presence of acidic fluxes, the phosphate material melts and the carbon separates from the molten material. There is therefore no longer any intimate contact between the carbon and the slag, and furthermore, these materials cannot be removed from the harmful action of the oxidizing gases.
In the zone of the top furnace, known as the reducing zone, the. temperature is insufficient to achieve phosphate reduction. On the other hand in descending there. matter arrives in a zone where the temperature would be sufficient to cause an almost total release of phosphorus, but this zone is precisely the zone of oxidation.
In the crucible immediately above the bath, the slag trickles, coating the pieces of supernatant coke, but is only partially reduced due to the short contact time.
On the other hand, the phosphorus fraction released burns to phosphorus pentoxide in the oxidation zone and reoombin with lime in the upper zones.
We tried to increase the duration of oontact in allon
<Desc / Clms Page number 3>
EMI3.1
geant the crucible and arranging the nozzles è, 1 extremity thereof. But the coke is burnt. by 1 blown air and the reaction is thwarted by the presence of oxygen and CO2.
To reach higher temperatures, the blown air has been enriched with oxygen, but this accentuates the drawbacks resulting from the presence of oxidizing gases.
As opposed to the methods currently in use or offered by various inventors, the present invention is essentially based not on the reduction of phosphate, but on the displacement of phosphoric anhydride by means of silica or another mineral acid, depending on the reaction:
EMI3.2
Case (p04) 2 3 Si 02 z 3 Ca Si 02 p2 05. achievable in oxidizing medium as well as in reducing medium.
But in the presence of silica alone, this operation requires temperatures that are too high to be carried out in industrial furnaces.
In order to reduce this temperature, provision is made, according to the invention, to effect this displacement by a mixture of silica and alumina.
In addition, it has been found that the viscosity of the slag exerts a retarding action on the evolution of displaced phosphoric acid. According to the present invention, this viscosity is reduced by the addition to silica, of aluminum, oxide will make alkali salts or other fluxes.
According to another feature of the invention, it. Provision may be made, depending on the economic conditions of the moment, to exhaust the materials which have undergone the displacement treatment, by the combination with this process, of a reduction process in an absolutely reduced atmosphere.
EMI3.3
1. ' e w.me ca 11 "" '\ n,
<Desc / Clms Page number 4>
trice, and at very high temperature.
Other peculiarities of the process and of the apparatuses for carrying it out will become apparent from the description of the appended drawings which schematically represent two examples of apparatus and installation suitable for the application of the invention.
Figure 1 schematically shows a suitable plant for the process based solely on the displacement of phosphorus pentoxide.
FIG. 2 relates to a process in which such a process is followed by depletion of the phosphate)? by reduction.
In schematic figure 1, a reverberation furnace 2 is seen which, according to a feature of the invention and with a view to ensuring vigorous stirring of the mass, is with an inclined, stepped or wavy base, so that the material descends in cascades.
In the particular case shown, the heating gas for the furnace 2 is for example supplied by a gasifier 3 after coarse dedusting in 3d.
The combustion air and the gases from the gasifier can respectively be reheated in regenerators. and 5 of the Cowper type or other known type.
The gases and the air are introduced into the reverb oven through the channels 4a and 5g.
The combustion gases added with the phosphorus pentoxide displaced, then pass through a preheater of opiate material above the furnace 2 and containing the material to be treated in the form of briquettes. In this apparatus, the temperature is maintained above the dew point of phosphorus pentoxide.
The gases are, at the outlet of the preheater, brought by
<Desc / Clms Page number 5>
a line 7 to dust removal devices and to reaction precipitation devices in the presence of gaseous ammonia, or absorption of P2O5 vapors in ammoniacal or alkaline solutions,
FIG. 2 diagrammatically represents an installation for carrying out a process analogous to the process of FIG. 1, in combination with a process for the reduction of phosphates. It is sometimes advantageous to proceed to the total exhaustion of materials. processed.
The treatment is then advantageously carried out according to this combination, in which the reduction operation is, due to a feature of the invention, carried out at a sufficiently high temperature to avoid the presence of oxidizing gases. , and to ensure practically total reduction.
The final reduction of the phosphates from which the anhydride has not been displaced requires additional heat, but by the combination of the two processes this heat is recovered in the form of heat from the gases P2 and CO produced by the reduction, and which are used for / heating reverberation ovens
A. Figure 2 shows an installation comprising two reverberation furnaces 2 identical to the reverberant furnace of Figure 1, and which are arranged on either side of a reducing furnace 21. These reverberation furnaces can be dis - placed in any number, around the oven 21, for example along the branches of a star.
The material treated in ovens 2 is subsequently exhausted in oven Il¯. Provision can also be made for the use of a reducing furnace and a single hearth furnace arranged so as to ensure an arrival of material at the center of the reducing furnace and consequently a uniform distribution of this material.
<Desc / Clms Page number 6>
Each oven 2 is surmounted by a material preheater 6.
The reducing furnace 21 is surmounted by a reductive material heater 22.for example coke,
Thanks to the preheating of the coke, the treated material and the wind, the temperatures reached achieve an absolutely reducing atmosphere and maintained such, thanks to the small quantity of phosphorus still required in the material coming out of the reverberatory furnaces, and moreover, the The contact time of the treated material with the coke is sufficient to ensure the total reduction of the phosphate.
The heating cycle is as follows
The coke heater 22 is heated at the expense of the combustion of a portion of said coke with the entry of fresh air through the nozzles 23.
The reducing furnace 21 is heated, for example, at the expense of the combustion of another part of this coke with the introduction of hot air via the nozzles 24 connected to regenerators such as, for example, the Cowper 25.
The hot gases leaving the heater 22 are used for heating the Cowper 25 and 26.
The Cowper 25 is used for heating the wind for the reduction furnace and the Cowper 26 for heating the wind for the reverberation furnaces.
The reverberation furnaces 2 are heated by means of the total heat, both sensible and latent, of the gases leaving the reducing furnace 21.
The sensible heat of the gases leaving the reverb furnaces is used, as in the process of FIG. 1, for preheating the material to be treated, in the preheaters 6.
At the outlet of these preheaters, the gases are sent through the ducts 27 to dust removal devices.
<Desc / Clms Page number 7>
always rabies at a temperature above the dew point of phosphorus pentoxide.
This anhydride is then precipitated or absorbed in ammoniacal or alkaline solutions.
By the combination described, in addition to the elimination of the phosphorus oxidation operation, a practically total phosphorus yield is obtained with a significantly lower fuel consumption than with the processes based solely on the reduction of phosphates.
It is obvious that the invention is not limited to the examples described and that many modifications can be made to the form and to the arrangement of the apparatuses involved in its production without thereby departing from the scope of the present invention.
The ovens, regenerators and gasifiers, can be of any known type.
Likewise, it is possible to employ phosphorites having the desired composition directly as
EMI7.1
silica and alumina, for the displacement reaction. l, fi. Silica, alumina and the various fluxes can also be added to the phosphate material in any form.
EMI7.2
E. E ...; L; ID "1 !, 12. 1, to L 1 :. 1, Q; [.e.
1.- Process for the manufacture of phosphorus pentoxide from phosphates or materials containing them ;, characterized in that these phosphates or these materials are mic in the presence of silica and heated after having optionally been added of a body capable of lowering the reaction temperature.
EMI7.3
2.- Manufacturing process of phosphorus pentoxide