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Procédé et dispositif pour la préparation d'un composé de magnésium depuis une lessive épaissie de bisulfite de magnésium
La présente invention est relative à un procédé pour la préparation du composé de magnésium acide, d'un pH compris environ entre 1,8 et 2, ayant pour formule Mg(HS03)2 + (x)S02 à. partir des gaz de fumée résultant de la combustion d'une lessive épaissie de bisulfite de
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magnésium.
L'invention concerne également; un dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé.
On sait que la cellulose est préparée à partir de matières cellulosiques, de préférence suivant deux procédés, à savoir : par attaque au sulfate et par attaque au bisulfite. L'attaque au bisulfite est effectuée, en tant que cycle fermé de produits chimiques, avec du ma- gnésium ou du sodium comme base. Les réactifs d'attaque, à savoir, dans le cas de l'attaque au bisulfite de magné- sium, le magnésium et l'anion sulfite, sont liés aux substances organiques extraites ou formées à partir du bois et parviennent de la sorte dans la lessive résiduaire.
Les lessives résiduaires qui, dans le cas d'une attaque ou liqueur!:!. alcaline, sont appelées lessives/noires et, dans le cas d'une attaque acide, lessives résiduaires sulfitiques, sont évaporées jusqu'à présenter une teneur en sec de 55 % environ et sont ensuite brûlées. Qu'il s'agisse de lessives noires ou de lessives bisulfitiques renfermant du sodium, lors de la combustion de telles lessives résiduaires, les composés du sodium se présentent sous la forme de masses fondues. Il en résulte, dans le cas de lessives résiduaires de ce genre, qu'un dépoussiérage particulier des gaz de fumée n'est pas à envisager. Bien plus, les substances inorganiques se séparent des gaz de fumée lors de leur refroidissement en se liquéfiant et en s'écoulant d'elles- mêmes..
Le mélange des gaz de fumée avec de l'eau en vue du refroidissement est, dans ces cas, absolument sans danger pour le processus opératoire, du fait que les gaz de fumée ne réagissent pas sur les substances minérales
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alcalines. En conséquence, il ne peut pas non plus se former d'incrustations dans les tours de refroidissement.
Il en est tout autrement, par contre, lors de la combustion des lessives épaissies de bisulfite de ma- gnésium. Le magnésium et ses composés sont notamment hautement réfractaires et ne forment pas une masse fondue aux températures maximales qui sont possibles dans la chaudière pendant le brûlage ; bien plus, ils sont ren- fermés dans les gaz de fumée sous la forme d'une fine poussière de cendre que l'on doit séparer. Par suite de l'hydratabilité aisée de l'oxyde de magnésium lcrs du contact avec l'eau, il réagit rapidement sur les anions sulfites qui se trouvent d.ans l'eau et sont formés à partir du dioxyde de soufre des gaz de famée. Le sulfite de magnésium qui se forme dans ce cas constitue, de même que le carbonate de magnésium, des fragments pierreux qui rétrécissent la section du canal des gaz de fumée et peuvent même l'obstruer.
Pour éviter ce danger, on dépoussière par suite jusqu'à présent les gaz de fumée qui se forment lors de la combustion des lessives épaissies de bisulfite de ma- gnésium, à l'aide de multicyclones et d'électrofiltres, c'est-à-dire par voie sèche. La suite de lopération se déroule alors de manière telle que les gaz de fumée sont refroidis dans une tour de refroidissement de grand vo- lume, où ils viennent en contact à contre-courant avec de l'eau, tandis qu'en même temps les restes de cendre qu'ils renferment encore sont précipités et dissous. Ce n'est qu'après la tour de refroidissement que les gaz de fumée parviennent dans une installation d'absorption du dioxyde
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de soufre.
La cendre obtenue par le filtrage à sec des gaz de fumée est additionnée d'eau et la boue formée est lavée sur des filtres afin de séparer les substances-ballast pro- venant du bois. La boue épaissie obtenue est hydratée dans des récipients de réserve avec addition d'hydrate de ma- 'gnésium frais et, de là, parvient également à l'instal- lation d'absorption.
L'acide brut provenant de l'instal- lation d'absorption parvient dans ce qu'on appelle la tour de renforcement où il est chargé à contre-courant de dioxyde de soufre, de sorte qu'il se forme un bisulfite acide de magnésium renfermant du @ioxyde de soufre libre (répondant à la formule sus-indiquée) et qu'on appelle acide de tour, acide qui, en vue d'éliminer les substances encore aédi- mentables, surtout les particules de charbon provenant de la combustion, est envoyé sur des filtres à gravier et est ensuite envoyé par pompage à la station d'acide.
Dans les procédés connus jusqu'à présent, il est donc nécessaire, en dehors de l'installation d'absorption, avec le récipient de réserve monté en amont et la tour de renforcement montée en aval, de disposer d'une installation de multicyclones ou d'électrofiltres pour dépoussiérer les gaz de fumée, d'une installation de filtres laveurs, d'une installation d'hydratation pour la boue et d'une tour de refroidissement pour refroidir les gaz de fumée, installations qui en- traînent des frais élevés et rendent naturellement aussi le fonctionnement plus coûteux. On doit ajouter de l'eau en trois endroits, notamment pour laver la cendre, pour refroidir les gaz de fumée et pour assurer l'hydratation.
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L'invention a pour objet de simplifier le procédé de fabrication d'un bisulfite acide de magnésium renfermant
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du SO2 à l'état libre, à partir des gaz de fumée se formant lors de la combustion de la lessive épaissie de bisulfite de magnésium, avec utilisation conjointe de produits chi- miques frais qui peuvent être riches en gangues, et de simplifier et de rendre meilleur marché les installations nécessaires à la mise en oeuvre dudit procédé.
'-',il partant d'un procédé dans lequel les gaz de fumée sont débarrassés de la cendre, refroidis et envoyés à une installation d'absorption du dioxyde de soufre, dans lequel la cendre est traitée à l'eau, hydratée, dans'le- quel la boue formée est maintenue en réserve avec addition d'hydrate de magnésium frai--, afin d'alimenter l'instal- lation d'absorption, et dans lequel l'acide brut obtenu dans l'installation d'absorption est chargé dans une tour de renforcement à contre-courant avec du dioxyde de soufre, l'invention réside essentiellement dans le fait que les gaz de fumée sont soumis à un filtrage humide à l'aide de voiles d'eau s'étendant sur toute la section libre d'écou- lement et qu'ils sont ensuite envoyés directement à l'ins- tallation d'absorption,
tandis que la boue se formant dans ce cas à partir de l'eau et de la cendre est rapidement évacuée, clarifiée, simultanément hydratée et que la boue épaissie se formant lors de la clarification est amenée au récipient de réserve pour l'hydrate de magnésium qui est monté en amont de l'installation d'absorption, et qu'il se produit une clarification de l'acide brut avant son en- trée dans la tour de renforcement. Grâce au filtrage humide conforme à l'invention, effectué à l'aide des voiles d'eau, et par suite de la rapide évacuation de la bouc formée, on empche ou réduit à une valeur infime la formation d'in-
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crustations, qui est autrement à craindre.
Le fait de faire passer les gaz de fumée à travers les voiles d'eau n'a toutefois pas seulement pour conséquence de débarras- ser les gaz de la cendre, mais simultanément d'assurer le refroidissement désiré et nécessaire des gaz de fumée, de sorte qu'une tour de refroidissement spéciale ou analogue est superflue. Etant donné que, dans ce cas, l'eau est échauffée de manière correspondante, il se produit égale- ment lors de la clarification subséquente de la boue fluide, ' simultanément aussi l'hydratation nécessaire, ce qui rend superflue une installation spéciale d'hydratation.
Confor- mément à l'invention, on réunit donc en une seule phase opératoire les opérations consistant jusqu'à présent à débarrasser de la cendre les gaz de fumée, à les refroidir et à hydrater et, à la place des installations particulières coûteuses connues jusqu'à présent, on n'utilise qu'un dis- positif de filtrage par voie humide qui est relativement imple et comporte un réservoir de clarification et un ré- cipient de réserve.
Etant donné, toutefois, que les subs- tances-ballast ne sont pas séparées comme jusqu'à présent à l'aide de filtres laveurs et qu'on doit éviter un enri- chissement en impuretés m poursuivant du fait de l'opé- ration cyclique, il se produit une clarification de l'acide peu avant son entrée dans la tour de renforcement, ce qui procure en soi l'avantage que les substances-ballast pro- venant du produit chimique frais impur sont également en- voyées au dispositif séparateur.
Dans une autre forme de réalisation de l'inven- tion, on délivre au dispositif de filtrage par voie humide une quantité d'eau qui correspond à la quantité d'eau
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nécessaire à la production de l'acide brut, déduction faite de la quantité de condensat obtenue à partir des gaz de fumée. Tandis que jusqu'à présent on devait donc ajouter de l'eau à trois endroits, l'addition d'eau n'a lieu maintenant que lors du filtrage par voie humide, la totalité du besoin en eau étant ainsi couverte.
Afin de dissoudre dans l'eau une quantité aussi petite que possible de dioxyde de soufre, on utilise pour le filtrage par voie humide de l'eau d'une température de 40 C au moins.
Comme déjà mentionné, la boue soutirée du filtre humide, boue qui en dehors de l'exyde de magnésium et de l'hydrate de magnésium, renferme également du sulfite de magnésium et des substances-ballast telles que des compo- sés de calcium, de potassium, de sodium et autres composés métalliques, est clarifiée dans un vaste récipient ou ré- servoir, les substances solides indiquées, par exemple le sulfite de magnésium, précipitant non pas en fragments, mais à l'état finement divisé.
Conformément à l'invention, on doit maintenir dans l'installation d'absorption une température de 30 à 45 C et un pH d'une valeur de 4,0 environ. Il s'est notam- ment avéré que,pour ces valeurs, les substances-ballast qui proviennent du bois et du produit chimique frais sont en partie dissoutes, mais que l'incrustation de l'instal- lation d'absorption est empêchée. Pour pouvoir maintenant débourber les substances-ballast dissoutes, c'est-à-dire surtout des composés de chaux et de métaux lourds, l'acide brut s'écoulant de l'installation d'absorption est, avant sa clarification, amené par addition d'un lait d'hydrate
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de magnésium à un pH d'une valeur de 4,0 à 4,5.
Grâce à cette mesure, ces substances-ballast précédemment indi- quées précipitent à nouveau de façon pratiquement quan- titative et peuvent être ultérieurement séparées dans le réservoir de clarification.
Si l'on maintient par contré la température dans l'installation d'absorption à une valeur élevée, par exemple à 50 C au moins et si l'on maintient le pH à une valeur comprise entre 4,0 et 4,5, les substances-ballast restent alors à vrai dire non d@ )soutes, mais le danger d'incrustation de l'installation d'absorption avec du sul- fite de magnésium est alors nettement plus grand.
L'acide brut obtenu dans l'installation d'ab- sorption est, à un pH d'une valeur de 4,0 à 4,5 et avec addition de floculants, de, préférence clarifié à chaud et envoyé ensuite sur des filtres à gravier, le chargement en gaz ne s'effectuant qu'après dans la tour de renforce- ment. Comme agents de floculation, on envisage surtout des agents de floculation organiques, par exemple du "Nalco 600".
Coffune on l'a indiqué, à cette valeur du pH les impuretés sont en majeure partie présentes dans l'acide brut à l'état non dissous, de sorte qu'une clarification est possible.
Si l'on chargeait par contre l'acide brut de gaz sans le clarifier au préalable ou sans le filtrer, une opération ultérieure de clarification ou de filtration ne serait plus possible, du fait que lors du chargement en gaz la valeur de pH tombe- au-dessous de 4,0 et que les impuretés à séparer sont alors déjà dissoutes. Pour la clarification, on utilise un récipient de grand volume, qui est équipé au fond d'une soupape, d'un mécanisme râcleur, d'un tube
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d'écoulement central et d'une gouttière de trop-plein.
L'acide brut est introduit par le tube d'écoulement dans le récipient où les impuretés non dissoutes floculent sous la forme de particules volumineuses qui entraînent aussi au fond avec elles les particules de charbon fines, @ difficilement déposables. La boue qui se forme est, à l'aide du mécanisme râcleur, envoyée à la vidange du fond et'évacuée en cet endroit de façon discontinue. Le réci- pient de clarification forme donc un sas dans lequel les substances-ballast, à l'exception des alcalis, sont sépa- rées de l'acide brut. Finalement, l'acide brut est, en vue d'être débarrassé des particules très fines qui ne s'étaient pas déposées, purifié dans un filtre à gravier.
Les alcalis restent dans l'acide, forment également du bisulfite et servent au tamponnage.'Ils ne s'enrichissent que dans une mesure déterminée, située dans des limites 'celles que la totalité de l'opération ne soit pas perturbée.
La clarification de l'acide brut en amont de la tour de renforcement offre la possibilité, pour former de 'l'hydrate de magnésium frais à partir de magnésites natu- relles, d'utiliser de l'oxyde de magnésium calciné en milieu caustique, sans que les impuretés (gangues) adhé-- rant obligatoirement à de tels oxydes perturbent l'opé- ration cyclique des produits chimiques en s'enrichissant davantage.
Le dispositif servant à la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention se caractérise surtout par une chambre de filtrage humide traversée par les gaz de fumée, d'abord vers le bas et ensuite vers le haut, dont le trajet dirigé vers le bas est réalisé en forme d'entonnoir
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avec des buses à eau disposées au-dessus de l'ouverture de l'entonnoir et arrosant toute la section libre, en- tonnoir au-dessus du fond duquel, présentant une sortie de boue, sont prévus des agitateurs et qui, dans le trajet conduisant vers le haut, possède d'autres buses à eau arrosant la totalité de la section d'écoulement.
Il s'agit donc d'un filtre humide relativement simple et bon marché, et il s'est avéré que l'injection de l'eau dans une cham- bre libre doit se dérouler de manière à empêcher les in- crustations se produisant autrement de façon inévitable dans les installations de construction compliquée, de même que les obstructions conduisant à des perturbations fonctionnelles. Les agitateurs maintiennent constamment en mouvement la boue qui se forme et râclent étroitement sur la paroi de la chambre pour exclure le dépôt d'in- crustations. Quant au reste, l'hydratation de l'oxyde de magnésium dans la zone de la sortie de la boue n'est pas encore suffisamment avancée pour que la valeur de pH monte brusquement.
On obtient une autre simplification en disposant au-dessous de la chambre de filtrage humide le récipient de clarification et, sous ce dernier, le récipient de ré- serve de manière à constituer une colonne. Cette partie de l'installation totale prend alors une place aussi faible que possible et le transport de la boue peut avoir lieu d'une façon favorable en chute libre.
D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront de la description qui va suivre en regard des dessins annexés qui représentent, schématique- ment et simplement à titre d'exemple, un mode de réalisation
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d'une installation servant à la mise en oeuvre du procédé.
Sur ces dessins : La fig. 1 est une vue globale de l'installation.
La fig. 2 montre, à plus grande échelle, le filtre humide avec les récipients de clarification et de ré- serve montés en aval.
Depuis la chaudière 1, dans laquelle la lessive épaissie de bisulfite de magnésium est brûlée, les gaz de fumée parviennent dans une chambre 2 de filtrage humide où ils sont simultanément refroidis, et de là directement dans l'installation 3 d'absorption du SO2. La boue se formant lors du filtrage humide .3t clarifiée dans un récipient 4, simultanément hydratée, et la boue épaissie qui se forme dans ce cas est envoyée à un récipient de réserve 5, ce dernier étant alimenté, en tant que produit chimique frais, par de l'oxyde de magnésium produit par calcination en milieu caustique de magnésites naturelles.
' Depuis le récipient de réserve , l'hydrate de magnésium qui s'est formé entretemps est envoyé, avec toutes les impuretés, en quantité dosée à l'installation 2 d'absorption.
L'acide brut quitte cette installation 3 d'absorption par la conduite 6 et est envoyé à un récipient 2 de clarifi' cation de grand volume, où les impuretés se déposent et sont envoyées à l'aide d'un dispositif fâcleur à une sortie ménagée dans le fond et servant à une évacuation discontinue.
L'acide brut clarifié passe encore à travers un filtre à gravier 8 et parvient dans la tour de renforce- @ ment 9 dans laquelle il est chargé de SO2 gazeux délivré par le bas. Par la conduite 10, l'acide "de tour" terminé est envoyé par pompage à la station d'acide. Les gaz finals
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de la tour de renforcement 9, qui présentent encore une concentration en SO2 de 5 à 7 % en volume, sont renvoyés par la conduite 11 dans la conduite de gaz de fumée, derrière le filtre humide.
La chambre 2 de filtrage humide présente un trajet '12 dirigé vers le bas, qui est réalisé en forme d'entonnoir, tandis qu'au-dessus de l'ouverture 13 dudit entonnoir sont disposées des buses à eau 14 qui forment un voile d'eau s'étendant sur toute la section libre de l'ouverture 13. Dans le trajet 15 conduisant vers le haut sont également prévues d'autres buses à eau 16 arrosant toute la section d'écoulement. Le fond de la chambre fil- trante 2 présente une sortie pour la boue fluide qui se forme, tandis qu'au-dessus du fond sont prévus des agita- teurs 18. La boue fluide est envoyée par un moulin gros- sier 19 au réservoir de clarification 4 possédant un méca- nisme râcleur 20 et une gouttière de trop-plein 21 pour l'eau claire.
Au-dessous du récipient de clarification se trouve le récipient de réserve 5, tandis que dans la conduite de liaison entre les deux récipients est monté un moulin fin 22. Dans le récipient de clarification 4 a @ lieu l'hydratation, tandis que l'eau claire est envoyée à l'installation d'absorption 3 pour la production d'acide brut.