Procédé de fabrication de sulfate basique d'aluminium très pur. La présente invention est relative à un procédé -de préparation de sulfate basique d'aluminium très pur à partir de solutions brutes de sulfate d'aluminium telles que celles obtenues, par exemple, en traitant par l'acide sulfurique des matières premières con tenant de l'aluminium: la bauxite, l'alumine et autres minerais contenant des composés d'a luminium, plus particulièrement des alumino silicates, ou encore des déchets d'aluminium et autres substances analogues.
On a déjà proposé de préparer le sulfate d'aluminium basique par l'introduction de fer métallique dans des solutions brutes de sul fate d'aluminium préalablement réduites au cas où elles contiendraient des sels de fer. Les solutions ainsi obtenues sont chauffées pendant un certain temps., puis, sans traite ment ultérieur, versées dans l'eau. Par ce pro cédé, on devrait obtenir une séparation de sulfate basique d'aluminium qui pourrait être recueilli par filtration ou centrifugation. Au cun détail n'a été donné sur la manière d'exé- cuter ce procédé ni sur le rendement obtenu en sulfate basique.
Les indications connues et publiées jus qu'à présent ne sont pas suffisantes pour éta blir un procédé convenable du point de vue technique pour la raison principale que le sul fate basique d'aluminium n'a pas pu être obtenu exempt de fer et avec un rendement satisfaisant. Ceci semble dû à deux causes principales 1o On n'a pas reconnu l'importance. de la concentration de la solution à traiter.
20 Avant de verser la solution de sulfate d'aluminium contenant du fer dans de l'eau, aucune mesure appropriée n'a été indiquée pour en éliminer le fer métallique finement di visé qui peut s'y trouver en suspension. Il en résulte que ce fer passe dans le précipité de sulfate basique d'aluminium obtenu ultérieure ment et ne peut ensuite en être séparé. Dans la purification du sulfate d'aluminium, c'est en effet le problème technique le plus diffi cile que l'élimination des dernières traces per ceptibles de fer. Pour les raisons énumérées, le procédé qui vient d'être indiqué ne semble pas avoir trouvé jusqu'à présent d'application indus trielle.
La. présente invention est également base sur le traitement de solutions de sulfate d'a luminium par le fer métallique. Il a é1!, trouvé que, si l'on observe des conditions op: ratoires particulières qui, jusqu'ici, n'étaient pas connues ou que l'on ne pouvait suppose -7 être avantageuses, les opérations peuvent être conduites de telle manière que l'on obtient avec un très bon rendement un sulfate d'alu minium basique pur, pratiquement exempt de fer. En même temps, un sulfate ferreux très pur peut être récupéré comme sous-produit.
Selon le procédé qui fait l'objet de l'inven tion, on dissout à chaud du fer métallique dans une solution brute de sulfate d'alumi- nium d'une concentration de plus de 45'' en poids de A12(SO')s . 18 H20, correspondant ;i environ<B>6.8%</B> en poids de Al'0" (e'est-a-dire plus de 450 gr de A12(SOl)3. 18 1120 dans 1000 gr de solution), de manière à. obtenir en solution un système contenant des ions de fer.
d'aluminium et SO', on purifie cette liqueur en enlevant tout fer métallique et on décom pose ledit système par traitement avec de l'eau, par quoi on obtient un précipité de sul fate basique d'aluminium et une solution aqueuse de sulfate ferreux. Pendant la disso lution du fer, la. température est de préfé rence portée finalement jusqu'au point d'é bullition. La liqueur provenant de cette réac tion est libérée de tout fer métallique présent. et plus spécialement de celui qui peut s'y trouver à l'état finement divisé ou en suspen sion, par exemple par une filtration soignée ou de préférence, par centrifugation ou par d'autres procédés appropriés.
Le traitement de précipitation par l'ea.u. de préférence chaude, peut être effectué de deux manières différentes: A. On refroidit la. liqueur de réaction pu rifiée, ce qui provoque la. séparation sous forme de beaux cristaux d'un composé conte nant de l'aluminium, du fer et des ions sul furiques.
On reprend ce précipité par l'eau,
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de <SEP> préférence <SEP> à <SEP> chaud, <SEP> ce <SEP> qui <SEP> amène <SEP> la, <SEP> préci pitation <SEP> d'un <SEP> sulfate <SEP> d'aluminium <SEP> basique
<tb> pur <SEP> et. <SEP> exempt <SEP> de <SEP> fer.
<tb> I3. <SEP> La <SEP> liqueur <SEP> de <SEP> réaction <SEP> chaude <SEP> est <SEP> di luée <SEP> avec <SEP> rie <SEP> l'eau. <SEP> ce <SEP> qui <SEP> provoque <SEP> la.
<SEP> préci pitation <SEP> de <SEP> sulfate <SEP> basique <SEP> d'aluminium <SEP> pur.
<tb> tandis <SEP> que <SEP> tout <SEP> le <SEP> fer <SEP> reste <SEP> en <SEP> solution <SEP> comme
<tb> sulfate <SEP> ferreux.
<tb> Cette <SEP> dernière <SEP> faon <SEP> d'opérer <SEP> (l3) <SEP> semble
<tb> ètre <SEP> la <SEP> meilleure <SEP> au <SEP> point <SEP> de <SEP> vue <SEP> de <SEP> la <SEP> réali sation <SEP> industrielle <SEP> du <SEP> procédé.
<SEP> C'est <SEP> la <SEP> haute
<tb> concentration <SEP> de <SEP> la <SEP> solution <SEP> brute <SEP> de <SEP> sulfate
<tb> d'aluminium <SEP> qui <SEP> permet <SEP> au <SEP> composé <SEP> cristal lin <SEP> indiqué <SEP> ci-dessus <SEP> de <SEP> se <SEP> séparer <SEP> lorsque
<tb> l'on <SEP> refroidit <SEP> la, <SEP> liqueur <SEP> de <SEP> réaction, <SEP> < < <SEP> l'état
<tb> concentré <SEP> et <SEP> après <SEP> purification. <SEP> On <SEP> peut <SEP> sup poser <SEP> que <SEP> le <SEP> composé <SEP> en <SEP> question <SEP> est <SEP> un <SEP> sel
<tb> complexe.
<SEP> Cette <SEP> supposition <SEP> est <SEP> étayée <SEP> en <SEP> par ticulier <SEP> par <SEP> l'existence <SEP> de <SEP> cristaux <SEP> bien <SEP> for inés <SEP> qui, <SEP> lorsqu'on <SEP> les <SEP> traite <SEP> par <SEP> l'eau, <SEP> sont
<tb> déeompo4s <SEP> en <SEP> un <SEP> sel <SEP> basique <SEP> d'aluminium <SEP> <B>ne</B>
<tb> contenant. <SEP> (tue <SEP> peu <SEP> (le <SEP> ions <SEP> SO' <SEP> et. <SEP> en <SEP> sulfate
<tb> ferreux <SEP> qui <SEP> se <SEP> dissout. <SEP> Le <SEP> sel <SEP> complexe <SEP> semble
<tb> avoir <SEP> la <SEP> formule
<tb> A12(80')3.8 <SEP> Al(OH)sI'eSO'.xH20.
<tb> Si <SEP> le <SEP> procédé <SEP> est <SEP> effectué <SEP> dans <SEP> la <SEP> manière
<tb> décrite <SEP> ci-rlc.ssus <SEP> en <SEP> traitant. <SEP> à <SEP> chaud <SEP> la.
<SEP> solu tion <SEP> brute <SEP> de <SEP> sulfate <SEP> d'aluminium <SEP> avec <SEP> dit <SEP> fer
<tb> métallique <SEP> juscpi'à <SEP> saturation, <SEP> puis <SEP> en <SEP> puri fiant. <SEP> la <SEP> liqueur <SEP> ainsi <SEP> obtenue, <SEP> mais <SEP> si <SEP> la <SEP> con eentration <SEP> de <SEP> la <SEP> solution <SEP> de <SEP> sulfate <SEP> d'alumi nium <SEP> brute:
<SEP> était <SEP> inférieure <SEP> à <SEP> la <SEP> limite <SEP> qui
<tb> vient <SEP> d'être <SEP> indiquée, <SEP> on <SEP> aurait <SEP> déjà <SEP> avant <SEP> e1,
<tb> pendant <SEP> la <SEP> purification <SEP> de <SEP> la <SEP> liqueur <SEP> chaude
<tb> provenant <SEP> de <SEP> la. <SEP> réaction <SEP> un <SEP> précipité <SEP> consis tant <SEP> principalement <SEP> en <SEP> sulfate <SEP> d'aluminium
<tb> basique <SEP> contaminé <SEP> avec <SEP> du <SEP> fer. <SEP> Mais <SEP> si <SEP> les
<tb> opérations <SEP> sont <SEP> conduites <SEP> à <SEP> partir <SEP> d'uneisolu i-ion <SEP> ayant <SEP> une <SEP> concentration <SEP> supérieure <SEP> à
<tb> cette <SEP> limite. <SEP> il <SEP> n'y <SEP> aura.
<SEP> pratiquement <SEP> aucune
<tb> formation <SEP> de <SEP> précipité <SEP> dans <SEP> la <SEP> liqueur <SEP> chaude
<tb> et <SEP> concentrée <SEP> résultant <SEP> de <SEP> la. <SEP> réaction. <SEP> Il <SEP> sera file <SEP> que <SEP> le <SEP> minimum <SEP> de <SEP> concentration <SEP> indiqué
<tb> constitue <SEP> la. <SEP> limite <SEP> au-dessous <SEP> de <SEP> laquelle <SEP> le
<tb> <B>Sel</B> <SEP> d'aluminium <SEP> formé <SEP> qui <SEP> se <SEP> trouve <SEP> en <SEP> solu tion <SEP> commence <SEP> à <SEP> se <SEP> transformer <SEP> en <SEP> un <SEP> sulfate
<tb> d'aluminium <SEP> basique <SEP> insoluble.
En pratique, il y a lieu d'utiliser une con centration qui ne soit pas inférieure à 47,5 de Al'2(S04)3. 18 H20, ce qui correspond à en viron 7,3% A1203 en poids. On peut même utiliser des concentrations sensiblement plus élavées telles que<B>55%</B> AIZSO4)3 . 18 F120 correspondant à environ 8,4 % Al2O3. Il est également possible de travailler à des con centrations encore plus élevées, mais, dans ce dernier cas, on aura généralement à surmon ter quelques difficultés au cours de la filtra tion du liquide visqueux obtenu.
Pour la réalisation économique du procédé selon l'invention, il est nécessaire de dissou dre dans la solution brute de sulfate d'alumi nium, la quantité maximum possible de fer. Si l'on dissout des quantités insuffisantes de fer, il ne se produira pas de séparation com plète de sulfate d'aluminium basique lors de la dilution de la liqueur concentrée provenant de la réaction, ni une séparation complète du sel complexe lors de son refroidissement; mais, au contraire, une fraction plus ou moins considérable du sel d'aluminium restera dis soute dans la solution de sulfate ferreux.
On a trouvé que le maximum possible de fer ne peut être dissous dans la solution de sulfate d'aluminium que si l'on introduit dans cette liqueur au moment de la fin de la réac tion une nouvelle quantité. de fer, étant donné qu'au cours de la réaction, le fer présent de vient inactif par suite de la contamination de sa surface. Pour cette raison, il est avanta geux que la plus grande partie du fer qui doit étre dissoute, soit ajoutée à la solution brute de sulfate d'aluminium au début -de la réaction, c'est-à-dire du fer doit s'y trouver en excès.
Une nouvelle introduction de fer en p Mites quantités doit être effectuée ulté rieurement lorsque la dissolution du fer déjà prisent commence à ralentir. On peut égale ment ajouter le fer progressivement par petites quantités pendant toute la durée de la réac tion. Industriellement, le procédé peut s'ef fectuer en contre-courant d'une manière telle, que du fer nouveau ou purifié peut être in troduit continuellement dans la solution aux endroits où la liqueur est déjà la plus riche en fer.
Le fer devenu inactif peut être réactivé par nettoyage de sa surface par des moyens mécaniques ou au moyen d'acide dilué et peut ensuite être réutilisé. Ce fer a une activité particulièrement élevée et est très rapidement dissous.
Lorsqu'il n'y a pratiquement plus forma tion d'hydrogène après une nouvelle addition de fer à la température d'ébullition, la réac tion est terminée et la liqueur obtenue doit être purifiée et soumise aux traitements ulté rieurs. Le fer est utilisé de préférence sous forme divisée, par exemple comme déchets de fer de toutes sortes: des tournures, de la limaille, des chutes de tôles, etc. Il est recommandé de net- to#rer préalablement la surface du fer, par exemple par des moyens mécaniques, car on a trouvé que toutes les impuretés adhérentes, plus spécialement les graisses, sont de nature à provoquer une précipitation prématurée de sulfate d'aluminium basique impur même d'une solution concentrée.
Au lieu d'une puri fication mécanique ou après celle-ci, le fer peut être décapé par un acide tel que l'acide sulfurique ou l'acide chlorhydrique, de préfé rence à chaud, ce qui augmente sa solubilité.
L'opération consistant à dissoudre le fer dans la liqueur soumise à la réaction peut être suivie quantitativement par la mesure du vo lume d'hydrogène dégagé au cours de cette réaction. Lorsque le dégagement d'hydrogène a pratiquement cessé, ceci indique que la quantité maximum de fer est entrée en solu tion.
Au commencement, le fer se dissout- très rapidement, mais vers la fin de l'opération, la réaction se ralentit. Il est par conséquent à recommander d'effectuer cette réaction au dé but,,à une température ,d'environ 70 à<B>90'</B> C, puis d'augmenter cette dernière jusqu'au point d'ébullition de la solution. Il est également possible d'opérer dès, le début à une tempéra ture plus élevée voisine du point d'ébullition, si la réaction n'est pas trop violente.
Lest important d'effectuer toutes les opé rations qui suivent la dissolution du fer à l'a- bri de l'air ou de l'oxygène, de manière a évi ter une oxydation du sulfate ferreux formé, car on a. trouvé que le fer trivalent est sus ceptible d'être entrainé par adsorption sur le précipité ultérieur de sulfate d'aluminium ba sique. Pour la même raison, il est recommandé d'utiliser, soit. pour la dilution de la. liqueur concentrée provenant de la réaction. soit pour la. reprise du sel complexe et du sulfate d'alu minium basique, de l'eau chaude préalable ment bouillie jusqu'à élimination des gaz dis sous.
On peut encore améliorer le procédé par l'addition d'agents réducteurs aux eaux de la vage. Comme agents réducteurs appropriés. on peut utiliser des composés réducteurs conte nant du soufre tels que les sulfites. en parti culier les sulfites alcalins tels quea-SO". etc., des hyposulfites, etc. Parmi les sulfites. le sel d'aluminium A1 (803)3 est particulié- rement approprié, car de même que les sul fites alcalins, il dégage de l'acide sulfureux par élévation de la. température.
La. purification de la, liqueur concentrée provenant de la. réaction, après la dissolution du fer, peut être effectuée par filtration ou centrifugation au choix.
La. filtration doit être effectuée avec beau coup de soins pour éviter le passage à travers le filtre de fer métallique très divisé. Si né cessaire, ces particules de fer ayant traversé le filtre peuvent ensuite être éliminées par centrifugation. C'est un avantage remarqua ble du procédé décrit ci-dessus que la. plupart des impuretés du fer brut n'entrent pas en solution et sont, par conséquent, éliminées par la purification de la, liqueur provenant de la réaction.
Ainsi, un sulfate ferreux très pur reste dans la solution après la précipitation de sulfate d'aluminium basique. soit directe ment à. partir de la liqueur purifiée après sa dilution, soit par la reprise avec de l'eau du précipité obtenu par refroidissement de la li queur de réaction. Ce sulfate ferreux pur peut être récupéré de sa solution par concentration.
Pendant cette opération, le sulfate d'alumi- nium basique qui peut se trouver encore en solution précipitera. d'abord et pourra être réutilisé avec la. liqueur d'une nouvelle opéra-
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tion, <SEP> tandis <SEP> qLLe <SEP> le <SEP> sulfate <SEP> de <SEP> fer <SEP> pur <SEP> obtenu
<tb> pourra <SEP> être <SEP> transformé <SEP> par <SEP> tout <SEP> procédé <SEP> connu
<tb> en <SEP> un <SEP> oxyde <SEP> ferrique <SEP> pur <SEP> ou <SEP> en <SEP> fer <SEP> métallique
<tb> pur <SEP> et <SEP> en <SEP> acide <SEP> sulfureux.
<SEP> Ainsi <SEP> le <SEP> procédé
<tb> selon <SEP> Finvëntion <SEP> permet <SEP> l'obtention <SEP> de <SEP> ce
<tb> @LLbstaIICe@ <SEP> a <SEP> l'état <SEP> pur <SEP> comme <SEP> sous-produits
<tb> même <SEP> en <SEP> utilisant. <SEP> du <SEP> fer <SEP> et <SEP> de <SEP> l'acide <SEP> sulfu rique <SEP> impurs <SEP> comme <SEP> matières <SEP> premières <SEP> auxi liaires.
<tb> Le <SEP> renrleiiieiit <SEP> en <SEP> sulfate <SEP> d'aluminium <SEP> ba sique <SEP> pur <SEP> obtenu <SEP> comme <SEP> produit <SEP> final <SEP> est <SEP> tris
<tb> élevé <SEP> et <SEP> peut <SEP> atteindre <SEP> 95\9/ <SEP> ou <SEP> plus <SEP> de <SEP> sa <SEP> va leur <SEP> théorique.
<tb> Lorsque <SEP> la <SEP> réation <SEP> est. <SEP> conduite <SEP> dans <SEP> des
<tb> conditions <SEP> appropriées.
<SEP> l'ensemble <SEP> du <SEP> procédé
<tb> peut <SEP> être <SEP> effectué <SEP> très <SEP> rapidement.
<tb> Le <SEP> nouveau <SEP> procédé <SEP> est. <SEP> d'une <SEP> importance
<tb> particulière, <SEP> car <SEP> il <SEP> permet <SEP> également <SEP> l'utilisa tion <SEP> de <SEP> matières <SEP> premières <SEP> à <SEP> hante <SEP> teneur <SEP> de
<tb> silice <SEP> dont. <SEP> l'utilisation <SEP> a <SEP> été <SEP> pratiquement <SEP> im possible <SEP> jusqu'à <SEP> présent.
<tb> <I>Exe-rirple:
</I>
<tb> Une <SEP> solution <SEP> aqueuse <SEP> concentrée <SEP> brute <SEP> de
<tb> sulfate <SEP> d'aluminium <SEP> est <SEP> obtenue, <SEP> par <SEP> exemple,
<tb> par <SEP> la <SEP> dissolution <SEP> de <SEP> bauxite <SEP> dans <SEP> l'acide <SEP> sul furique. <SEP> La <SEP> bauxite <SEP> naturelle <SEP> est <SEP> de <SEP> préfé <SEP> rence <SEP> soumise <SEP> à <SEP> un <SEP> chauffage <SEP> avant <SEP> son <SEP> trai tement <SEP> par <SEP> l'acide <SEP> sulfurique. <SEP> de <SEP> manière <SEP> à
<tb> détruire <SEP> la<B>,</B> <SEP> plus <SEP> brande <SEP> partie <SEP> des <SEP> impuretés
<tb> organiques.
<SEP> Une <SEP> solution <SEP> aqueuse <SEP> est <SEP> ensuite
<tb> préparée <SEP> ayant <SEP> une <SEP> concentration <SEP> d'environ
<tb> 53 <SEP> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> de <SEP> Al'(SO')' <SEP> <B>- <SEP> 18</B> <SEP> 1120, <SEP> ce <SEP> qui
<tb> correspond <SEP> à <SEP> environ <SEP> 8.1, o <SEP> en <SEP> poids <SEP> de <SEP> .11z03.
<tb> Elle <SEP> contient <SEP> en <SEP> outre <SEP> une <SEP> quantité <SEP> variable.
<tb> par <SEP> exemple <SEP> <B>10</B> <SEP> à <SEP> ?5 <SEP> % <SEP> de <SEP> sulfate <SEP> ferreux.
<tb> Cette <SEP> solution <SEP> est <SEP> traitée <SEP> par <SEP> un <SEP> excès <SEP> de <SEP> fer
<tb> brut <SEP> divisé. <SEP> purifié <SEP> superficiellement. <SEP> à <SEP> une
<tb> température <SEP> d'eriv <SEP> iron <SEP> r <SEP> 1_) <SEP> à <SEP> 90 <SEP> <SEP> C.
<SEP> L'hydro gène <SEP> déragé <SEP> pendant <SEP> cette <SEP> réaction <SEP> est <SEP> re cueilli <SEP> et. <SEP> mesuré. <SEP> Lorsque <SEP> la <SEP> réaction <SEP> se <SEP> ralen tit, <SEP> la <SEP> solution <SEP> est <SEP> portée <SEP> à <SEP> l'ébullition. <SEP> Aussi tU <SEP> que <SEP> le <SEP> dégagement <SEP> d'hydrogène <SEP> cesse. <SEP> Une
<tb> nouvelle <SEP> quantité <SEP> de <SEP> fer <SEP> est <SEP> ajoutée <SEP> à <SEP> la <SEP> solu tion <SEP> et <SEP> cette <SEP> addition <SEP> est <SEP> continuée <SEP> jusrlu'à <SEP> ce
<tb> que <SEP> tout. <SEP> dégagement <SEP> d'hydrogène <SEP> ait <SEP> prati quement <SEP> cessé.
A partir de ce moment, et pendant les traitements ultérieurs, on soustrait la solution à l'action de l'air ou de l'oxygène ou bien on crée un milieu réducteur par addition de sub stances réductrices.
La solution chaude est séparée du fer non- dissous et filtrée ou centrifugée ou encore fil trée avec centrifugation ultérieure -du filtrat chaud. Le liquide purifié chaud est mélangé avec de l'eau chaude ou bouillante préalable ment débarrassée des: gaz.
Dans la solution diluée, il se sépare un sel < l'aluminium absolument blanc, ne contenant que peu de 8O4, c'est-à-dire environ '/,, de l'acide sulfurique contenu dans le sulfate d'a luminium. Le précipité est séparé de la solu- lion de sulfate ferreux et soigneusement lavé. Le produit obtenu est pratiquement exempt de fer. Il semble avoir la formule A12(804) . 8 Al(OH)3 . xH'0.
Par refroidissement de l'eau-mère, il se sé pare au bout d'un certain temps, de nouvelles quantités de sulfate basique d'aluminium qui peuvent être réutilisées avec la solution ini tiale d'une nouvelle opération.
Le fer non-dissous est employé de nouveau pour une nouvelle opération, après purifica tion de sa surface si nécessaire.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux exemples et compositions choisis qui n'ont été donnés qu'à titre d'indication.