CH660724A5 - PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF BASIC ALUMINUM CHLOROSULFATES. - Google Patents
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Description
La présente invention est relative à un procédé de préparation de sels basiques d'aluminium répondant à la formule générale: The present invention relates to a process for the preparation of basic aluminum salts corresponding to the general formula:
[Aln (OH)3n_m_2p Clm (S04)p]2 (I) [Aln (OH) 3n_m_2p Clm (S04) p] 2 (I)
où la basicité du chlorosulfate d'aluminium, définie par le rapport where the basicity of aluminum chlorosulfate, defined by the ratio
3n—m—2p 3n est comprise entre 40 et 70%. 3n — m — 2p 3n is between 40 and 70%.
Ces produits sont en général des solutions aqueuses de concentration 1 à 35 moles d'alumine par litre, mais ils peuvent également se présenter sous forme solide plus ou moins hydratée, contenant plus de 30% en poids d'aluminium soluble. These products are generally aqueous solutions with a concentration of 1 to 35 moles of alumina per liter, but they can also be provided in a more or less hydrated solid form, containing more than 30% by weight of soluble aluminum.
Ces chlorosulfates basiques d'aluminium trouvent une application, notamment pour l'épuration des eaux. These basic aluminum chlorosulfates find an application, in particular for water purification.
On a proposé de préparer des chlorosulfates basiques d'aluminium, en opérant comme suit: l'hydrargillite est attaquée par un mélange d'acide chlorhydrique et d'acide sulfurique et le chlorosulfate neutre est amené à la basicité voulue par neutralisation partielle et consolidée au moyen de carbonate, hydroxyde ou bicarbonate alcalin (FR 2 036 685); ce type de procédé permet effectivement de préparer les composés les plus adéquats, mais présente l'inconvénient de sous-produire une quantité non négligeable de sulfate alcali-no-terreux, calcium par exemple, ce qui pose des problèmes de pollution. It has been proposed to prepare basic aluminum chlorosulfates, by operating as follows: the hydrargillite is attacked by a mixture of hydrochloric acid and sulfuric acid and the neutral chlorosulfate is brought to the desired basicity by partial neutralization and consolidated with means of alkaline carbonate, hydroxide or bicarbonate (FR 2 036 685); this type of process effectively makes it possible to prepare the most suitable compounds, but has the drawback of underproducing a non-negligible amount of alkali-no-earth sulphate, calcium for example, which poses pollution problems.
Il existe d'autres variantes du procédé ci-dessus, où l'ion chlorure est amené par du chlorure de calcium et non pas sous forme d'acide chlorhydrique (FR 2 282 895) : le problème des eflluents se trouve encore amplifié. There are other variants of the above process, where the chloride ion is brought in by calcium chloride and not in the form of hydrochloric acid (FR 2 282 895): the problem of effluents is further amplified.
C'est pourquoi il a été tenté de pallier ce défaut de l'art antérieur en réalisant l'étape de basification de façon différente: le chlorosulfate ou chlorure d'aluminium est traité par de la poudre d'aluminium métallique. Ce procédé, outre le handicap économique prove-5 nant de l'emploi de poudre d'aluminium, ne permet pas d'obtenir les sels basiques ayant la structure polymérique voulue pour le traitement des eaux. This is why it has been attempted to overcome this defect of the prior art by carrying out the basification step in a different way: the aluminum chlorosulfate or chloride is treated with metallic aluminum powder. This process, in addition to the economic handicap resulting from the use of aluminum powder, does not make it possible to obtain the basic salts having the desired polymer structure for water treatment.
Enfin a été proposé un procédé qui effectue la basification en portant sous pression et à une température de 170° C un mélange de io chlorure d'aluminium, d'hydroxyde d'aluminium et d'acide sulfurique, en recyclant éventuellement les produits excédentaires n'ayant pas réagi (FR 2125 337). Cette façon d'opérer est voisine de la technique déjà connue de basification consistant à attaquer par de l'acide chlorhydrique un excès d'hydrargillite, cette réaction se 15 faisant aussi sous pression pour accélérer sa cinétique (FR Finally, a process has been proposed which performs basification by bringing under pressure and at a temperature of 170 ° C. a mixture of aluminum chloride, aluminum hydroxide and sulfuric acid, optionally recycling the excess products n 'having not reacted (FR 2125 337). This way of operating is similar to the already known basification technique of attacking an excess of hydrargillite with hydrochloric acid, this reaction also taking place under pressure to accelerate its kinetics (FR
2174114). Cette façon de procéder oblige à ajouter l'acide sulfurique avant la phase de basification pour obtenir un chlorosulfate basique ayant une meilleure efficacité dans le traitement des eaux par rapport à un sel similaire basifié en l'absence d'acide sulfurique. 20 Or il a été découvert de façon tout à fait inattendue dans les laboratoires de la titulaire qu'il est possible de préparer un chlorosulfate basique d'aluminium ayant d'aussi bonnes caractéristiques pour le traitement des eaux en réalisant la phase de basification sous pression en l'absence d'acide sulfurique, contrairement à ce que lais-25 saient supposer les données de l'art antérieur. 2174114). This procedure requires adding sulfuric acid before the basification phase to obtain a basic chlorosulfate having better efficiency in water treatment compared to a similar salt basified in the absence of sulfuric acid. 20 However, it has been discovered quite unexpectedly in the licensee's laboratories that it is possible to prepare a basic aluminum chlorosulfate having also good characteristics for water treatment by carrying out the basification phase under pressure. in the absence of sulfuric acid, contrary to what let 25 know from the data of the prior art.
Il a été surprenant de constater qu'après avoir dissous l'hydroxyde d'aluminium dans une solution concentrée en chlorure d'aluminium en opérant sous pression, on peut stabiliser le mélange réactionnel, c'est-à-dire maintenir en solution le chlorure basique 30 d'aluminium, par addition d'une solution plus diluée de sulfate d'aluminium légèrement basique; pour réaliser cette stabilisation, on opère de la façon suivante: après avoir ramené la solution sursaturée de chlorure basique d'aluminium à sa température d'ébullition à pression atmosphérique, on ajoute une solution fraîchement prépa-35 rée de sulfate d'aluminium basique obtenue par attaque d'un excès d'hydroxyde d'aluminium par de l'acide sulfurique à pression atmosphérique, cette dernière solution étant à une température la plus proche possible de celle du chlorure basique. It was surprising to note that after having dissolved the aluminum hydroxide in a concentrated solution of aluminum chloride by operating under pressure, the reaction mixture can be stabilized, that is to say keep the chloride in solution. basic aluminum, by addition of a more dilute solution of slightly basic aluminum sulfate; to achieve this stabilization, the procedure is as follows: after bringing the supersaturated solution of basic aluminum chloride back to its boiling point at atmospheric pressure, a freshly prepared solution of basic aluminum sulphate obtained is added by attacking an excess of aluminum hydroxide with sulfuric acid at atmospheric pressure, the latter solution being at a temperature as close as possible to that of basic chloride.
La présente invention fournit donc un procédé de fabrication de 40 chlorosulfate basique d'aluminium répondant à la formule générale: The present invention therefore provides a process for the manufacture of basic aluminum chlorosulfate corresponding to the general formula:
[Al„ (OH)3„_m_2p Clm (S04)p]z (I) [Al „(OH) 3„ _m_2p Clm (S04) p] z (I)
dans laquelle: in which:
43 3n—m—2p . n . . _ 43 3n — m — 2p. not . . _
est compris entre 0,4 et 0,7 is between 0.4 and 0.7
3n 3n
— p est compris entre 0,04 et 0,25 n et - p is between 0.04 and 0.25 n and
— m/p est compris entre 8 et 35, z étant > 1 - m / p is between 8 and 35, z being> 1
50 consistant à faire réagir du chlorure basique d'aluminium sur du sulfate basique d'aluminium, portés préalablement à chaud, à une température comprise entre 80 et 120° C. La réaction est rapide: la durée de la réaction est habituellement comprise entre quelques minutes et une heure. 50 consisting in reacting basic aluminum chloride with basic aluminum sulphate, heated beforehand, at a temperature between 80 and 120 ° C. The reaction is rapid: the reaction time is usually between a few minutes and an hour.
55 Les proportions relatives des constituants sont déterminées de façon à obtenir un produit ayant la formule (I) ci-dessus. The relative proportions of the constituents are determined so as to obtain a product having the formula (I) above.
Le chlorure basique d'aluminium utilisable selon la présente invention peut être obtenu par tout moyen approprié. Il peut notamment être obtenu de la façon suivante connue en soi: on fait réagir 60 de l'acide chlorhydrique sur de l'alumine en proportions telles qu'après réaction on obtienne une solution de chlorure d'aluminium proche de la sursaturation, on fait ensuite réagir cette solution avec de l'hydroxyde d'aluminium en excès de 10 à 150% par rapport à la quantité théorique nécessaire pour la basicité voulue, en milieu agité, 65 pendant une durée maximale de 5 heures, à une température de 140-165° C sous une pression de 0,5 à 3 bar. The basic aluminum chloride which can be used according to the present invention can be obtained by any suitable means. It can in particular be obtained in the following manner known per se: 60 hydrochloric acid is reacted with alumina in proportions such that, after reaction, an aluminum chloride solution close to supersaturation is obtained, then react this solution with aluminum hydroxide in excess of 10 to 150% relative to the theoretical quantity necessary for the desired basicity, in an agitated medium, 65 for a maximum duration of 5 hours, at a temperature of 140- 165 ° C under a pressure of 0.5 to 3 bar.
Le sulfate basique d'aluminium utilisable selon la présente invention peut être préparé par tout moyen approprié. Il peut notamment The basic aluminum sulphate usable according to the present invention can be prepared by any suitable means. It can in particular
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660 724 660,724
être préparé de la façon suivante connue en soi: on ajoute à une solution d'acide sulfurique de l'hydroxyde d'aluminium en excès de 10 à 100% par rapport à la stœchiométrie du sulfate neutre, on chauffe la suspension obtenue et on la maintient à l'ébullition pendant 15 à 30 minutes. be prepared in the following manner known per se: aluminum hydroxide in excess of 10 to 100% relative to the stoichiometry of neutral sulfate is added to a sulfuric acid solution, the suspension obtained is heated and keeps it boiling for 15 to 30 minutes.
D'une façon plus détaillée, la mise en œuvre du procédé, qui peut être continue ou discontinue, peut être réalisée de la façon suivante: on introduit dans un réacteur agité de l'acide chlorhydrique ayant une concentration pondérale égale ou supérieure à 30%, et de préférence 33%, ainsi que de l'hydroxyde d'aluminium (hydrargillite par exemple) en proportions telles qu'après réaction, on obtienne une solution de chlorure d'aluminium qui est proche de la saturation; on transfère ensuite la solution, qui peut contenir de l'hydroxyde d'aluminium en suspension si la réaction précédente a été réalisée avec un excès de ce réactif, dans un réacteur résistant à la pression où on introduit également de l'hydroxyde d'aluminium de façon à avoir un excès de 10 à 150% et de préférence 70 à 120% par rapport à la quantité théorique nécessaire pour la basicité voulue. Le milieu réac-tionnel, soumis à une agitation, est porté pendant une durée maximale de 5 heures, mais de préférence 2 à 3 heures suivant la finesse de l'hydroxyde utilisé, à une température de 140-165° C et sous une pression de 0,5 à 5 bar; ces conditions opératoires permettent d'obtenir le maximum de dissolution de l'hydroxyde d'aluminium. Le mélange réactionnel est ensuite ramené à la pression atmosphérique, la température étant alors de 120-125° C selon les concentrations initiales de chlorure, le degré de dissolution de l'hydroxyde et la teneur en eau de ce dernier. In a more detailed manner, the implementation of the process, which can be continuous or discontinuous, can be carried out as follows: hydrochloric acid having a weight concentration equal to or greater than 30% is introduced into a stirred reactor , and preferably 33%, as well as aluminum hydroxide (hydrargillite for example) in proportions such that after reaction, an aluminum chloride solution is obtained which is close to saturation; the solution, which may contain aluminum hydroxide in suspension if the previous reaction was carried out with an excess of this reagent, is then transferred to a pressure-resistant reactor into which aluminum hydroxide is also introduced so as to have an excess of 10 to 150% and preferably 70 to 120% relative to the theoretical quantity necessary for the desired basicity. The reaction medium, subjected to stirring, is brought for a maximum duration of 5 hours, but preferably 2 to 3 hours depending on the fineness of the hydroxide used, at a temperature of 140-165 ° C and under pressure from 0.5 to 5 bar; these operating conditions make it possible to obtain the maximum dissolution of the aluminum hydroxide. The reaction mixture is then brought back to atmospheric pressure, the temperature then being 120-125 ° C. depending on the initial concentrations of chloride, the degree of dissolution of the hydroxide and the water content of the latter.
Simultanément à la basification du chlorure d'aluminium, on procède à la synthèse du sulfate d'aluminium basique, destiné à stabiliser le chlorure basique. A une solution d'acide sulfurique, on ajoute de l'hydroxyde d'aluminium en excès de 10 à 100% et de préférence 30 à 70% par rapport à la stœchiométrie du sulfate neutre et la suspension obtenue est chauffée puis maintenue à l'ébullition durant 15 à 30 minutes; cette durée est variable suivant la finesse de l'hydroxyde mis en œuvre. Après dilution à l'eau pour fluidifier le milieu réactionnel, ce sulfate d'aluminium légèrement basique, dont la température est alors comprise entre 70 et 100° C, est coulé dans le chlorure d'aluminium basique dont la température est de 120-125° C, en proportions telles que le chlorosulfate obtenu réponde à la formule générale: Simultaneously with the basification of aluminum chloride, the basic aluminum sulphate, intended to stabilize the basic chloride, is synthesized. To a sulfuric acid solution is added aluminum hydroxide in excess of 10 to 100% and preferably 30 to 70% relative to the stoichiometry of neutral sulfate and the suspension obtained is heated and then kept at boil for 15 to 30 minutes; this duration is variable depending on the fineness of the hydroxide used. After dilution with water to make the reaction medium more fluid, this slightly basic aluminum sulphate, the temperature of which is then between 70 and 100 ° C., is poured into basic aluminum chloride, the temperature of which is 120-125 ° C, in proportions such that the chlorosulfate obtained corresponds to the general formula:
[Aln (OH)3n_m_2P Cl» (S04)p]z (I) [Aln (OH) 3n_m_2P Cl "(S04) p] z (I)
dans laquelle n, m et p ont les significations ci-dessus et z est > 1. where n, m and p have the above meanings and z is> 1.
Afin d'assurer une dissolution maximale de l'hydroxyde d'aluminium dans la solution de chlorure d'aluminium, il est nécessaire d'en ajouter un excès d'environ 100%, en une ou plusieurs fois, les grains de taille inférieure à 30 microns contribuant préférentiellement en se dissolvant à basifier le milieu réactionnel. L'hydroxyde d'aluminium qui n'a pas réagi est récupéré lors de la filtration qui délivre la solution finale de chlorosulfate basique; suivant l'excès mis en œuvre, sa quantité peut être suffisante pour fabriquer une nouvelle solution de chlorure d'aluminium, le complément étant assuré par de l'hydroxyde neuf. Cette solution est ensuite rendue basique par de l'hydroxyde neuf additionné en excès, en une ou plusieurs fois. In order to ensure maximum dissolution of the aluminum hydroxide in the aluminum chloride solution, it is necessary to add an excess of about 100%, in one or more times, the grains of size less than 30 microns preferably contributing by dissolving to basify the reaction medium. The unreacted aluminum hydroxide is recovered during filtration which delivers the final solution of basic chlorosulfate; depending on the excess used, its quantity may be sufficient to make a new solution of aluminum chloride, the complement being provided by new hydroxide. This solution is then made basic by new hydroxide added in excess, in one or more times.
Cette quantité excédentaire peut varier entre 10 et 150% et de préférence 70 et 120% selon la réactivité et l'humidité de l'hydroxyde. En effet, un hydroxyde très humide ajouté en trop grand excès revient à diluer la solution de chlorure d'aluminium et à réduire sa température d'ébullition, donc d'attaque, qu'il faut alors compenser par une augmentation de pression de l'autoclave agité. This excess amount can vary between 10 and 150% and preferably 70 and 120% depending on the reactivity and the humidity of the hydroxide. Indeed, a very wet hydroxide added in too large excess amounts to dilute the aluminum chloride solution and to reduce its boiling temperature, therefore of attack, which must then be compensated by an increase in pressure of the agitated autoclave.
Après stabilisation du chlorure basique par la solution de sulfate, le chlorosulfate basique est dilué, refroidi, filtré pour éliminer l'hydroxyde excédentaire suivant des techniques connues de l'homme de l'art. After stabilization of the basic chloride by the sulfate solution, the basic chlorosulfate is diluted, cooled, filtered to remove the excess hydroxide according to techniques known to those skilled in the art.
L'hydroxyde d'aluminium mis en œuvre dans le procédé selon l'invention peut avoir différentes origines, ce peut être un hydroxyde fraîchement préparé, mais on utilisera de préférence, pour des raisons économiques, de l'hydrargillite provenant du procédé Bayer d'extraction d'alumine à partir de bauxite, sous forme humide (teneur en eau de l'ordre de 35%) ou sous forme sèche. Suivant les teneurs acceptables en impuretés, il est aussi possible d'utiliser directement un minerai d'alumine, bauxite par exemple, tel quel ou après calcination préalable. The aluminum hydroxide used in the process according to the invention can have different origins, it can be a freshly prepared hydroxide, but hydrargillite from the Bayer process will preferably be used for economic reasons. alumina extraction from bauxite, in wet form (water content of the order of 35%) or in dry form. Depending on the acceptable content of impurities, it is also possible to directly use an alumina ore, bauxite for example, as it is or after prior calcination.
Les exemples ci-dessous illustrent l'invention sans la limiter. Exemple 1 The examples below illustrate the invention without limiting it. Example 1
Dans un réacteur agité, on a versé 550 g d'acide chlorhydrique 40% (densité 1,198) sur 162 g d'alumine hydratée humide titrant 62,8% d'Al203. Après avoir freiné l'emballement de la réaction grâce à un moyen de chauffage-refroidissement approprié pour maintenir la température à 40-60° C, on a chauffé progressivement à 105° C, puis versé 324 g d'alumine hydratée humide. En continuant de chauffer, on arrive à ébullition à 1231 C à la pression atmosphérique: on met alors le réacteur sous une pression d'air égale à 1,2 bar, tandis que l'ébullition se rétablit au moment où la température du réacteur atteint 147° C. On modère le chauffage pour maintenir l'ébullition commençante pendant 3 heures. Malgré l'excès d'alumine hydratée mise en œuvre, il ne se produit aucun épaississement de la suspension qui serait dû à une précipitation de chlorure basique. On arrête le chauffage, réduit lentement la pression jusqu'à la pression atmosphérique et verse tout en agitant une solution chaude (80-90° C environ) de sulfate basique préparée de la façon suivante: 91 g d'acide sulfurique 70% sont versés sur 55 g d'alumine hydratée. On porte à ébullition pendant 15 minutes tout en agitant, verse 30 g d'eau froide, puis 220 g d'eau chaude de dilution. In a stirred reactor, 550 g of 40% hydrochloric acid (density 1.198) were poured onto 162 g of moist hydrated alumina titrating 62.8% Al 2 O 3. After braking the runaway reaction using a suitable heating-cooling means to maintain the temperature at 40-60 ° C, it was gradually heated to 105 ° C, then poured 324 g of moist hydrated alumina. By continuing to heat, we reach a boiling point at 1231 C at atmospheric pressure: the reactor is then put under an air pressure equal to 1.2 bar, while the boiling point is restored when the temperature of the reactor reaches 147 ° C. The heating is moderated to maintain the boiling beginning for 3 hours. Despite the excess hydrated alumina used, no thickening of the suspension occurs which would be due to precipitation of basic chloride. The heating is stopped, the pressure is reduced slowly to atmospheric pressure and poured while stirring a hot solution (approximately 80-90 ° C) of basic sulphate prepared as follows: 91 g of 70% sulfuric acid are poured on 55 g of hydrated alumina. Bring to the boil for 15 minutes while stirring, pour 30 g of cold water, then 220 g of hot dilution water.
Le contenu du réacteur de 1 litre est transféré dans un récipient de 2 litres agité. On verse alors 700 g d'eau à 40: C, agite 15 minutes pour refroidir à 40° C et filtre la suspension. En moins de 12 minutes, on recueille 1805 g de solution de densité 1,225 à 20: C qu'on dilue avec 136 g d'eau pour ramener la densité à 1,206. Le résidu solide pèse 207 g, titre 57% d'Al203 et 2,0% d'ion chlore. Il est essentiellement constitué d'alumine excédentaire et de solution d'im-bibition. The contents of the 1 liter reactor are transferred to a stirred 2 liter container. 700 g of water are then poured at 40: C, stirred for 15 minutes to cool to 40 ° C and filter the suspension. In less than 12 minutes, 1805 g of solution with density 1.225 to 20: C are collected and diluted with 136 g of water to reduce the density to 1.206. The solid residue weighs 207 g, title 57% Al203 and 2.0% chlorine ion. It mainly consists of excess alumina and imbibition solution.
La solution de densité 1,206 titre 10,0% d'ion chlore, 10,5% d'alumine et 3,0% d'ion sulfate total. The solution of density 1.206 has 10.0% of chlorine ion, 10.5% of alumina and 3.0% of total sulfate ion.
Exemple 2 Example 2
Dans 550 g d'acide chlorhydrique 40%, on verse 184 g du résidu précédent pour fabriquer la solution de chlorure d'aluminium, puis basifie comme précédemment avec 324 g d'aluminium humide en maintenant pendant 3 heures à ébullition à 146e C sous 1,2 bar. Into 550 g of 40% hydrochloric acid, 184 g of the preceding residue are poured to make the aluminum chloride solution, then basified as before with 324 g of wet aluminum while maintaining for 3 hours at boiling point at 146 ° C. under 1 , 2 bar.
Par ailleurs, on prépare le sulfate basique avec le reste du résidu auquel on rajoute 43 g d'alumine hydratée. Après ébullition, dilution avec 30 g d'eau froide et 220 g d'eau portée à 90e C, on verse cette suspension dans la solution de chlorure basique qu'on dilue ensuite avec 810 g d'eau à 40° C. La filtration produit 220 g de résidu contenant 57,7% d'Al203 avec 1,93% d'ion chlore et 2050 g de solution de densité 1,213 qu'on ramène à une densité égale à 1,206 avec 58 g d'eau. Les 2108 g de solution finale titrent 9,95% d'ion chlore, 10,6% d'Al203 et 3,0% d'ion S04. Ainsi qu'on peut le constater, on arrive à une consommation complète de l'alumine tout en fabriquant des solutions de chlorosulfate basique d'alumine, alors que dans certains procédés de neutralisation à la chaux ou au carbonate de calcium, la portion inattaquée à 105= C en milieu acides chlorhydrique + sulfurique est perdue avec le résidu encombrant de gypse formé. Furthermore, the basic sulfate is prepared with the rest of the residue to which 43 g of hydrated alumina are added. After boiling, dilution with 30 g of cold water and 220 g of water brought to 90 ° C., this suspension is poured into the basic chloride solution which is then diluted with 810 g of water at 40 ° C. Filtration produces 220 g of residue containing 57.7% of Al203 with 1.93% of chlorine ion and 2050 g of solution with density 1.213 which is reduced to a density equal to 1.206 with 58 g of water. The 2108 g of final solution titrate 9.95% of chlorine ion, 10.6% of Al203 and 3.0% of SO4 ion. As can be seen, we arrive at a complete consumption of alumina while manufacturing solutions of basic alumina chlorosulfate, while in certain neutralization processes with lime or calcium carbonate, the unaffected portion to 105 = C in hydrochloric + sulfuric acid medium is lost with the bulky gypsum residue formed.
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