Procédé de cristallisation. La présente invention est relative à us procédé de préparation de cristaux de matiè res diverses, en particulier de sels, sous une forme perfectionnnée, -qui est surtout utile à cause du fait que les substances préparées sous cette forme montrent une augmentation de leur vitesse de dissolution en comparaison avec les mêmes substances sous la forme cris talline ordinaire. Cette augmentation de la vitesse de dissolution résulte de la jrande surface que la forme cristalline produite sui vant l'invention présente proportionnellement à la masse de la substance.
Le procédé sui vant la présente invention est applicable à un grand nombre de matières cristallines, ainsi qu'il sera indiqué ci-dessous; il est cependant entendu qu'il peut ne pas être applicable à toutes matières .cristallines.
Le phénomène de sursaturation de solu- iions est connu depuis longtemps dans le 'la boratoire, et on a également constaté que la cristallisation de telles solutions sursaturées peut être amorcée au moyen d'un cristal de la matière dissoute.
Il a été trouvé que les substances qui produisent normalement par refroidissement des solutions sursaturées re lativement instables, par exemple des solu tions sursaturées qui sont, par .exemple, sen sibles aux vibrations, peuvent produire di rectement des solutions sursaturées à une échelle commerciale en prenant certaines pré cautions, en particulier en refroidissant les solutions sursaturées au repos dans des r6ci- pients ayant ,des surfaces internes unies, substantiellement continues et de telle ma nière que l'évaporation à la surface de la so lution soit évitée. Dans ces conditions., la production commerciale de telles matières cristallines de solutions sursaturées est pos sible à grande échelle.
Par cristallisation de telles solutions à des températures et concen trations appropriées, il est possible d'obtenir un produit meilleur qui peut être placé sur le marché à un prix probablement plus bas, mais de toute façon, sans augmenter le prix du produit, en comparaison avec celui ac- tuellement véndu en général, tandis que ?es substances elles-mêmes offrent de grands avantages sur le produit commercial actuel par rapport à leur belle apparence et leur dissolution rapide.
Par conséquent, dans le procédé selon la présente invention, on produit une solution concentrée chaude -de la substance en ques tion, on refroidit cette solution au repos, de sorte qu'il en résulte une sursaturation, le refroidissement étant conduit dans des réci pients du type spécifié -ci-dessus, en empê chant l'évaporation à la surface, par exem ple par l'un des moyens spécifiés ci-après, et provoque la cristallisation, par exemple en semant et (ou) agitant. De cette façon, la ma tière -dissoute se sépare sous une forme cris talline dans laquelle la surface est. grande comparativement à la masse.
Quoique le procédé nécessite un peu plus de soin que dans le procédé commercial connu pour la- -cristallisation de matières, il a le grand avantage que toute la masse de cris taux représente un produit vendable, ce qui est rarement, ou jamais le ,cas avec la cris tallisation normale -dans laquelle un agglo mérat solide est formé aux côtés et fond du récipient, tandis qu'une croûte est formée à la surface du liquide. Ces agglomérats soli des cristallins, dans le cas d'un produit de grande pureté, doivent être enlevés et re cristallisés avec une charge suivante de ma tière puisque, comme ils sont de nature so lide, ils ne peuvent .être vendus usuellement avec le produit principal.
Fréquemment, ces "côtés" et ,>fonds" solides forment 20% de la masse. Dans le présent procédé, les cris taux sont produits soit comme des corps sé parés ou comme une masse enchevêtrée, qui se brise immédiatement par un léger déran gement et qui adhère très légèrement, ou pas du tout, aux parois et fond du récipient.
Dans un tel cas, au lieu d'enlever soigneu sement la partie centrale de la masse comme c'est fréquemment la pratique, il suffit d'en lever d'abord la majeure partie de la liqueur des cristaux et ensuite de transférer le con tenu entier restant du récipient de cristalli- sation à un extracteur ou dispositif analogue, de sorte que la plus grande partie -de la li queur adhérente est enlevée des cristaux. Donc, tandis -que le procédé nécessite du soin dans les phases de refroidissement, une aug mentation du rendement, une qualité et une formation améliorées du produit et la facilité subséquente de sa séparation de la liqueur mère .compensent le soin initial nécessaire.
Des substances traitées suivant le pré sent procédé montrent communément des ea- ract6ristiquescristallines définies. différant des caractéristiques de la matière :cristallisée à. la façon ordinaire. Usuellement, la diffé rence apparaît être une restriction relative de la croissance :du cristal dans une ou, plusieurs directions.
Il est essentiel que l'évaporation de la surface de la, solution pendant le refroidis sement soit évitée, car une telle évaporation tend à former une peau à la surface, qui produit immédiatement la cristallisation. Il est nécessaire aussi d'empêcher le dérange ment du liquide durant le refroidissement, car ceci provoque également la cristallisation.
En ce qui concerne l'état de repos de la solution, il a. été montré que des courants de convection dans le liquide sursaturé produit comme le résultat de refroidissement inégal, ne produisent apparemment pas de cristal lisation dans certains cas, tandis que si le refroidissement est trop rapide à la surfasse extérieure dans d'autres cas, la cristallisation a lieu. Par l'expression "au repos", on en tend donc que la formation de courants de convection n'est évitée que pour autant que ceux-ci provoqueraient une cristallisation intempestive.
Par .contre, même un petit coup au récipiènt de cristallisation, provoque dans la plupart des cas, une :cristallisation -dans le liquide, et -doit être évité.
La. présence de points aigus dans le li quide paraît dans tous les cas favoriser la cristallisation du liquide sursaturé et pour cette raison, donc, il est essentiel pour assu rer un travail uniforme, que les bassins ou récipients utilisés dans le procédé soient unis à la surface intérieure -et que celle-,ci soit jsubstantiellement' continue, c'est-à-dire que les récipients soient construits sans an gles brusques, de telle façon que la courbure en chaque point ait un rayon .de préférence non inférieur à approximativement un cen- ti.métre et .demi,
quoique -des courbes plus prononcées ne soient pas nécessairement un <B>P</B> 0ssI ibles, pour la sursaturation. Les surfaces intérie,,ares entières -des récipients de cristal lisation sont de préférence émaillées au moyen d'un émail aussi dépourvu que possi ble de trous et autres irrégularités.
Les cristaux.produits par agitation ou mélange sont usuellement de dimensions plus petites que ceux produits par sémination, mais en même temps différent entièrement en caractère des cristaux formés par le procédé ordinaire de granulation. Dix minutes sont usuellement suffisantes pour produire la cris tallisation complète de la masse. On a égale ment trouvé en certains cas que la certitude de sursaturation est d'autant plus grande que la -capacité des récipients est plus pe tite.
Ceci est jusqu'à un certain point évident, car il est clair qu'il y a une plus grande chance de commencement fortuit -de cristal lisation dans une grande partie de liquide que .dans une petite partie, et le choix de la dimension des récipients .de cristallisation, ainsi; dépendra d'abord de la substance -con sidérée et ensuite du soin avec lequel la so lution chaude est préparée. Par exemple, dans le cas -du sulfate de magnésium, on a trouvé que la sursaturation peut être directement effectuée même avec des solutions qui sou tiennent des impuretés solides telles que celles qui sont fréquemment présentes :dans les .qualités commerciales de cette substance.
D'autre part, dans le cas du carbonate de sodium, il est nécessaire de s'assurer que la solution destinée à être sursaturée soit aussi Exempte que pratiquement possible de ma tières en suspension. Dans le cas de certaines substances, il n'est pas possible de provoquer 1.a sursaturation de solutions chaudes de tou tes concentrations. Dans d'autres, pratique ment toute solution chaude, pourvu, évi:dem- ment, qu'elle soit suffisamment concentrée. peut produire une .solution sursaturée.
En vue de prévenir la formation d'une peau à la. surface .du liquide pendant le re froidissement, une manière d'opérer pratique est -de couvrir la solution chaude par une couche d'eau. Ceci doit être fait autant que possible sans troubler le liquide inférieur, et en a trouvé qu'il est sans importance que l'eau utilisée soit plus chaude ou plus froide ,que la solution sur laquelle (>11e est placée.
,car dans chaque cas,. la diffusion observée est négligeable pendant le temps occupé par ie refroidissement. On a également trouvé pos sible de conserver la surface de la solution libre de peau en couvrant le récipient de cris tallisation par un couvercle étanche au- dessus de la surface de la liqueur.
De cette façon, l'atmosphère est maintenue constam ment saturée, et pendant que le récipient se refroidit, une certaine quantité de vapeur d'eau se condense à. la fois à la surface du ii- quid.e et à la partie inférieure du couvercle. Comme, cependant, la chute de l'eau .de l'in térieur du couvercle sur la surface du li quide, peut, dans le cas de certaines sub stances, produire un dérangement suffisant <B>de</B> liquide pour provoquer la cristallisation, les -cas où cette méthode peut être employée peuvent être directement déterminés par l'expérience.
Les gouttes du couvercle peu vent être évitées en le dressant ou le formant de toute autre manière, de sorte que l'eau condensée tende à se rassembler à la péri phérie du -couvercle et à s'écouler doucement le long des parois du récipient à la surface -du liquide.
Dans certains cas, on a, trouvé avanta geux .d'utiliser une couche d'un liquide non miscible à l'eau pour prévenir la formation de croûtes à la surface -du liquide. Ainsi, le borax peut être indiqué, comme l'exemple d'un cas dans lequel la sursaturation appa raît être produite seulement quand la surface du liquide est couverte par un liquide non miscible à l'eau, par exemple de la paraffine.
La couche d'eau peut être introduite à la surface du liquide sans dérangement impor- tant de diverses manières, mais on a trouvé convenable de faire flotter un petit. morceau de carton, ou autre matière légère à la sur face de la solution chaude et de permettre à l'eau de s'écouler à la surface du carton; lors qu'elle s'écoule doucement sur la surface res tante de la solution chaude.
Lorsque suffi samment d'eau a été ajoutée, usuellement une profondeur d'environ un demi-pouce suffit, la petite portion .de -carton est enlevée aussi soigneusement que possible et le li quide est refroidi.
Il est décrit ci-après -des exemples d'exécu tion -du procédé selon la présente invention, dans son application à la cristallisation de certaines des plus importantes substances auxquelles l'invention a été trouvée à présent actuellement applicable.
Exemple .T: L'heptahydrate @d,e sulfate âda magnésium @ZgS0,.7H.0, communément connu sous le nom de "sel -d'Epsom" peut être préparé sous la forme d'aiguilles très belles, directe ment solubles, en refroidissant une solution de densité approximative @de 1,83 à<B>100' C,</B> de sorte qu'une sursaturation s'ensuit, et en effectuant la sémination de celle-ci à 20' C;
un rendement de -cristaux d'environ 3 kilos par 7.0 litres de liqueur originale se produit alors. Comme guide, 36 litres -de liqueur froid2, de densité, 1,25 à 15 C et 19,7 kg de sel d'Epsom cristallin ordinaire produi ront au chauffage 48,6 litres de la liqueur chaude nécessaire ou alternativement, 2 li- trps d'eau et 3 kg de ,sels d'Epsom au chauf fage produiront 3,76 litres -de la solution chaude nécessaire.
La densité moyenne du produit comparée avec les sels d'Epsom .ordinaires est 65/100 et le produit est caractérisé par une, rapidité de dissolution beaucoup plus grande que celle du produit ordinaire.
Le sulfate de magnésium obtenu comme produit commercial brut contient une propor tion considérable d'impuretés insolubles, et tandis que la solution sursaturée de ce sel n'est pas aussi sensible que le sont certaines autres solutions de sels sursaturées, le .liquide sera, dans l'intérêt -de la production, d'une préparation pharmaceutique supérieure con venablement filtré avant d'être refroidi.
Exemple <I>2:</I> Le déeahydrate de carbonate de sodium Na,COs.l0M0, appelé communément "soude -de lavage", peut être produit sous forme,d'é- cailles brillantes par sémination à environ 20' C -de la solution sursaturée formée en refroidissant une solution ayant un poids spécifique -de 1,24 à<B>50'</B> C. Ainsi, 2,5 litres d'eau et 4,47 kilos de soude de lavage ordi naire produiront environ 5,6 litres -de la li queur chaude. Le rendement -dans ce cas est d'environ 5 kilos de cristaux par 10 litres de liqueur.
Ce produit est d'un emploi spécial dans la production ,de sels de bain, -car sa dissolu tion est très rapide par rapport au produit normal, les cristaux ayant la forme d'é cailles minces. Il a été trouvé que du carbo nate sodique est plus sensible que le sulfate de magnésium à la présente d'impuretés soli des, et en même temps au refroidissement trop rapide. Tandis que le sulfate de ma gnésium peut être refroidi dans un, enve loppe d'eau, le carbonate sodique .doit être laissé se refroidir beaucoup plus lentement pour éviter la formation de ,;côtés" solide.
<I>Exemple 3:</I> Du sulfate sodique, dont le décahydrate @Ta@S04.1OH.0 est connu sous l-e nom de sel de Glauber, peut. être obtenu sous forme d'é- 'cailles très minces, grandes, d'une solution de 450 kilos de sulfate sodique cristallin dans 250 litres .d'eau refroidie à partir de 50 C, le poids spécifique à cette température étant -de 1,25. Le rendement de .cette quantité de liquide est d'environ 150. kilos.
En faisant. varier la concentration de la solution initiale, l'on fait varier considéra- blement la formation et la grandeur des cris taux, comme c'est le cas également avec le carbonate sodique. Cette variation est bien illustrée dans le cas du thiosulfate de sodium.
Exemple <I>4:</I> Dons la table donnée ci-dessous, les formations cristallines @du pentahydrate Na,S,03.5H,0, produites par sémination de solutions de thiosulfate sodique de diverses concentrations. sont montrées à l'égard dis poids spécifiques correspondant à 60 C. a) Poids spécifique<B>1,39:</B> très grandes aiguilles (faible rendement).
b) 1,44: formation intermédiaire entre écailles et aiguilles. c) 1,5 : plaques grossières ou écailles.
d) 1,59: plaques fines douces ou écailles Comme exemple, le taux de solubilité dans des volumes égaux d'eau froide pour poids égaux dans les mêmes conditions sont comme suit: de "l'hypo" cristallin grosseur "pois" dissous en trois minutes; "c" dissous en deux minutes; "d" dissous complètement en une minute.