FR2519959A1 - Extn. of phosphate(s) from minerals and concentrates - by ammonium hydrogen sulphate treatment and total recovery of sulphate(s) - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne la récupération et la valorisation du P205 contenu dans les minerais ou concentrés de phosphates, et plus particulièrement dans les minerais ou concentrés de phosphates non utilisables pour la production d'acide phosphorique de voie humide. Le P205 est récupéré sous une forme de P205 soluble eau, à savoir sous forme de phosphates d'ammonium. The present invention relates to the recovery and recovery of P205 contained in ores or concentrates of phosphates, and more particularly in ores or concentrates of phosphates not usable for the production of phosphoric acid wet. P205 is recovered in a form of P205 soluble water, namely in the form of ammonium phosphates.
En ce qui concerne la valorisation des phosphates, il faut rappeler que
- la préparation d'engrais complexes, à partir de minerais de phosphates, se fait en grande partie par l'intermédiaire de la production d'acide phosphorique. Celui-ci est obtenu par attaque sulfurique du minerai brut ou, plus fréquemment, d'un concentré préparé par des procédés physiques d'enrichissement.With regard to the recovery of phosphates, it should be recalled that
- The preparation of complex fertilizers from phosphate ores is largely through the production of phosphoric acid. This is obtained by sulfuric attack of the raw ore or, more frequently, a concentrate prepared by physical processes of enrichment.
- l'attaque sulfurique nécessite, si l'on veut qu'elle soit réalisée dans des conditions techniquement et économiquement acceptables, que le produit traité contienne des teneurs limitées en certaines des impuretés qui sont fréquemment associées aux phosphates et dont les plus importantes sont certainement la dolomite, la calcite, et les minéraux porteurs de fer ou d'aluminium. Par ailleurs, elle entrain une consommation importante de soufre, correspondant au soufre rejeté dans le procédé, sous forme de gypse qui, se formant à raison d'environ 4 tonnes de gypse par tonne de
P205 produite, représente une part importante du prix de revient de'l'acide produit et fait monter indûment ce prix de revient.- the sulfuric attack requires, if it is to be carried out under technically and economically acceptable conditions, that the treated product contains limited contents in some of the impurities which are frequently associated with phosphates and the most important of which are certainly dolomite, calcite, and minerals bearing iron or aluminum. In addition, it consumes a large amount of sulfur, corresponding to the sulfur released into the process, in the form of gypsum which, forming at a rate of about 4 tons of gypsum per tonne of
P205 produced represents a large part of the cost price of the acid produced and causes this cost price to rise unduly.
- un très grand nombre de minerais ne sont pas mê- me valorisables par cette voie. - a very large number of ores are not even valorizable by this way.
Ilétaitdonc éminemment intéressant de pouvoir disposer d'une autre voie de traitement chimique des minerais ou concentrés de phosphates. I1 était plus intéressant encore que cette voie puisse fournir du P205 entièrement soluble eau et surtout que les pertes de soufre soient reduites au maximum. It was eminently interesting to have another way of chemical treatment of ores or concentrates of phosphates. It was even more interesting that this route could provide fully soluble P205 water and especially that sulfur losses be reduced to a minimum.
Une des voies proposées pour répondre à ce problème consistait à réaliser la lixiviation des phosphates, non pas par de l'acide sulfurique mais pas du bisulfate d'ammonium. Cependant, les procédés les plus récents décrits dans la littérature se rapportant à cette technique ne permettent qu'une récupération de phosphate d'ammonium mélangé à du sulfate d'ammo- nium, et entraînent une consommation de soufre qui reste trop importante, ainsi que l'obtention d'un engrais moins intéressant que les phosphates d'ammonium purs et la nécessité d'évaporer, au cours du procédé, des quantités d'eau importantes. One of the proposed ways to address this problem was to leach the phosphates, not with sulfuric acid but not with ammonium bisulfate. However, the most recent methods described in the literature relating to this technique allow only a recovery of ammonium phosphate mixed with ammonium sulfate, and result in a sulfur consumption which remains too high, as well as obtaining a fertilizer less interesting than pure ammonium phosphates and the need to evaporate, during the process, significant quantities of water.
C'est ainsi que,d"aprés une revue récente des procèdes proposés pour solubiliser le P205 de phosphates apatitiques par du bisulfate d'ammonium faite par M. HUSSIEN (Chem. Econ. Thus, according to a recent review of the procedures proposed for solubilizing P 2 O 5 of apatitic phosphates by ammonium bisulfate made by M. HUSSIEN (Chem Econ.
Engng. Rev., Octobre-Novembre 1979, vol. 11, nO 10/11, pp. Engng. Rev., October-November 1979, vol. 11, No. 10/11, pp.
47-51), ces procédés font intervenir
1. l'attaque du phosphate par du bisulfate d'ammonium,
2. la régénération du bisulfate d'ammonium.47-51), these methods involve
1. phosphate attack by ammonium bisulfate,
2. the regeneration of ammonium bisulfate.
l'attaque du phosphate par le bisulfate d'ammonium est conforme à la réaction globale
phosphate attack by ammonium bisulfate is consistent with the overall reaction
3 Ca804.2H20 et conduit à l'obtention de deux formes solubles eau du P205 à savoir le phosphate monoammonique et le phosphate diammonique, qui sont deux formes d'engrais NP très appréciées. Ce phosphate monoaniionique et ce phosphate diammonique sont récupérés après ammoniation du filtrat et séchage.Le calcium contenu dans les éléments phosphatés est éliminé sous forme de gypse au cours de cette réaction, tout comme le calcium présent sous forme de carbonate qui est aussi attaqué selon la réaction
3 Ca804.2H20 and leads to the production of two water soluble forms of P205 namely monoammonium phosphate and diammonium phosphate, which are two forms of NP fertilizer very popular. This monoanionic phosphate and diammonium phosphate are recovered after ammoniation of the filtrate and drying. The calcium contained in the phosphated elements is eliminated in the form of gypsum during this reaction, as is the calcium present in the form of carbonate which is also attacked according to reaction
La régénération du bisulfate d'ammonium est effectuée par traitement du gypse (récupéré par filtration à la fin de l'étape précédente d'attaque par le bisulfate d'ammonium) avec de l'ammoniac et du gaz carbonique, en suspension aqueuse; il se forme ainsi du sulfate d'ammonium, ainsi que du carbonate de calcium précipité qui constitue la forme sous laquelle est rejeté le calcium, selon la réaction globale qui peut s'écrire
Regeneration of ammonium bisulfate is carried out by treating the gypsum (recovered by filtration at the end of the previous etching step with ammonium bisulfate) with ammonia and carbon dioxide, in aqueous suspension; Ammonium sulphate is thus formed, as well as precipitated calcium carbonate, which is the form in which calcium is rejected, depending on the overall reaction that can be written
Pour régénérer le bisulfate d'ammonium, il est alors nécessaire de chauffer le sulfate obtenu en solution, après évaporation de l'eau, jusque vers 350-4500C pour réa- liser la réaction
To regenerate the ammonium bisulfate, it is then necessary to heat the sulphate obtained in solution, after evaporation of the water, until about 350-4500C to realize the reaction.
En théorie un tel procédé n'entratnerait pas de consommation de soufre. In theory, such a process would not result in sulfur consumption.
Bien que plusieurs versions de ce schéma de base aient été proposées, essentiellement différentes par les conditions d'attaque (utilisation de bisulfate seul ou en mélange ayec (NH4)2S04 ou avec de l'acide sulfurique; milieux de traitement et température différents, c'est-àdire pulpe et températures variables entre 90 et 1500C, ou solides et températures comprises entre 450 et 515 0C en four tournant, comme décrit dans le brevet US 2.750.270, le procédé ainsi défini, même s'il comporte par ailleurs certains traits avantageux, nécessite deux étapes d'évaporation et de séchage ( de la solution aqueuse issue de la lixiviation du minerai et de la solution de sulfate d'ammonium issue de la lixiviation du gypse) et une étape de traitement thermique au voisinage de 5000C pour réaliser la décomposition du sulfate d'ammonium enbisulfate. Although several versions of this basic scheme have been proposed, essentially different by the attack conditions (use of bisulfate alone or in mixture with (NH4) 2SO4 or with sulfuric acid, different treatment media and temperature, c that is to say pulp and variable temperatures between 90 and 1500C, or solids and temperatures between 450 and 515 0C rotating furnace, as described in US Patent 2,750,270, the method thus defined, although it also includes certain advantageous features, requires two stages of evaporation and drying (of the aqueous solution resulting from the leaching of the ore and the ammonium sulphate solution resulting from the leaching of the gypsum) and a heat treatment step in the vicinity of 5000C for carry out the decomposition of ammonium sulphate into bisulfate.
De plus, ce procédé conduit à la récupération de phosphate d'ammonium en mélange avec du sulfate d'ammonium. In addition, this process leads to the recovery of ammonium phosphate in admixture with ammonium sulfate.
En outre le devenir. des impuretés autres que les carbonates et leur influence sur le procédé ntont pas été pris en considération, alors qu'il s'agit là d'un problème très important puisqu'un procédé de ce type aurait un intérêt tout particulier pour le traitement de minerais ou de concentrés non valorisables par la voie classique de production d'acide phosphorique.In addition, becoming. Impurities other than carbonates and their influence on the process have not been taken into consideration, although this is a very important problem since a process of this type would be of particular interest for the treatment of ores. or non-recoverable concentrates by the conventional way of producing phosphoric acid.
Un besoin manifeste existait donc d'un procédé qui permette de valoriser les minerais ou concentrés de phosphates et qui, tout en conduisant à des taux de solubilisation du P205 élevés et à l'obtention de phosphates d'ammonium purs,'n'entratne pas ou pratiquement pas de consommation de soufre et ne comporte plus l'obligation de traitements thermiques coûteux et de l'évaporation de quantités d'eau importantes. A clear need therefore existed for a process which makes it possible to valorize ores or phosphate concentrates and which, while leading to high levels of solubilization of P 2 O 5 and to obtaining pure ammonium phosphates, does not interfere with or practically no sulfur consumption and no longer requires the need for expensive heat treatments and the evaporation of large quantities of water.
On a maintenant élaboré selon l'invention un procédé permettant d'atteindre tous ces objectifs, ainsi que d'autres qui pourront apparattre à la lumière de la description qui suit. We have now developed according to the invention a method to achieve all these objectives, as well as others that may appear in the light of the description which follows.
Le procédé selon l'invention a trait à la récupération du P205 contenu dans les minerais ou concentrés de phosphates par solubilisation du P205 apatitique par du bisulfate d'ammonium en solution aqueuse, et est caractérisé en ce qu'il comprend la combinaison des étapes suivantes
a) addition au minerai ou concentré de phosphates d'un excès de solution aqueuse de NH4HSO4 et lixiviation,
b) neutralisation éventuelle de l'excès de bisul
fate d'ammonium,
c) > filtration du produit de l'étape a) ou b) pour obobtenir un premier filtrat et un gâteau de filtration formé de gypse, de CaC03 et des impuretés insolubles du phosphate,
d) récupération du sulfate à partir de ce gâteau de filtration,
e) filtration du produit de l'étape d) pour recueillir un deuxième filtrat, essentiellement formé de (NH4)2S04, et du carbonate de calcium dont une partie peut être introduite pour la neutralisation dans l'étape b)ou pour régénérer du CO2introduit ensuite dans l'étape d > ,tandis que le reste est reJeté,
f) ammoniation du premier filtrat, issu de l'étape
g) filtration du produit de cette ammoniation, pour former un troisième filtrat, essentiellement composé de NH40H qu'on envoie dans l'étape # et un gâteau de filw- tration principalement composé de phosphate triammonique,
h) séchage du gâteau de filtration de l'étape g pour obtenir un produit séché et du NH3 qu'on utilise en le répartissant entre les étapes d)et fj, tandis qu'on introduit un appoint de C02 dans l'étape 9
i) granulation du produit séché de l'étape h), ce qui permet d'obtenir les phosphates di- et mono-ammoniques recherchés,
j) reprise du filtrat de l'étape e), qu'on soumet à une cristallisation et à un séchage, obtenant ainsi un (NH4)2S04 sec,
k) décomposition thermique du (NH4)2S04 de l'étape j avec formation de NH3 qu'on ajoute au NH3 produit dans l'étape h) pour le répartir entre les étapes d)et et et de NH4HS04.The process according to the invention relates to the recovery of P205 contained in ores or phosphate concentrates by solubilization of apatitic P205 with ammonium bisulfate in aqueous solution, and is characterized in that it comprises the combination of the following steps
a) addition to the ore or phosphate concentrate of an excess of aqueous NH4HSO4 solution and leaching,
b) possible neutralization of excess bisul
ammonium fate,
c) filtration of the product of step a) or b) to obtain a first filtrate and a filter cake formed of gypsum, CaCO 3 and insoluble impurities of phosphate,
d) recovering the sulphate from this filter cake,
e) filtration of the product of step d) to collect a second filtrate, essentially formed of (NH4) 2SO4, and calcium carbonate, part of which can be introduced for neutralization in step b) or to regenerate CO2 introduced then in step d>, while the rest is reissued,
f) ammoniation of the first filtrate, resulting from the step
g) filtration of the product of this ammoniation, to form a third filtrate, consisting essentially of NH 4 OH which is sent to step # and a filter cake mainly composed of triammonium phosphate,
h) drying the filter cake of step g to obtain a dried product and NH3 which is used by distributing it between steps d) and fj, while introducing a booster of CO2 in step 9
i) granulation of the dried product of step h), which makes it possible to obtain the desired di- and monammonium phosphates,
j) recovering the filtrate from step e), which is subjected to crystallization and drying, thereby obtaining a dry (NH 4) 2 SO 4,
k) thermal decomposition of (NH4) 2SO4 in step j with formation of NH3 which is added to the NH3 produced in step h) to distribute it between steps d) and and NH4HS04.
1) préparation d'une solution aqueuse appropriée de NH4HS04 par addition d'eau au NH4HSO4 produit dans l'étape k; et utilisation de cette solution pour l'étape al. 1) preparation of a suitable aqueous NH4HSO4 solution by adding water to the NH4HSO4 product in step k; and using this solution for step a1.
La figure unique de la planche de dessin ci- annexée représente un schéma simplifié de ce procédé et il convient de s'y référer, si nécessaire, pour une meilleure compréhension de l'enchatnement des étapes entre elles. The single figure of the attached drawing board represents a simplified diagram of this process and should be referred to, if necessary, for a better understanding of the enchainement of the steps between them.
Ce procédé associe et combine de manière originale un certain nombre de phases opératoires connues et
de phases opératoires nouvelles.This process combines and combines in an original way a number of known operating phases and
new operating phases.
C'est ainsi que parmi les étapes susdites du procédé selon l'invention, l'étape a) peut être conduite avec un excès molaire de 1 à 2 , soit un excès de O à 100 %, et de préféren -ce d'environ 50 %, de NH4HSO4, tandis que celle, optionnelle qui consiste à éliminer le bisulfate d'ammonium excédentaire
(étape M) est une étape de neutralisation, pour laquelle il convient d'utiliser du carbonate de calcium ; cette étape permet la précipitation du sulfate à l'état de gypse, selon la réaction
Thus, among the above-mentioned steps of the process according to the invention, step a) can be carried out with a molar excess of 1 to 2, ie an excess of from 0 to 100%, and preferably from about 50%, of NH4HSO4, while that, which consists of eliminating excess ammonium bisulfate
(step M) is a neutralization step, for which it is appropriate to use calcium carbonate; this step allows the precipitation of the sulphate to the state of gypsum, according to the reaction
En pratique, il peut être souhaitable de prévoir d'ajouter aussi. un acide (tel que H2S04,H3PO4, etc.) dans cette étape de neutralisation de l'excès de bisulfate d'ammonium, car le pH augmente pendant le déroulement de la réaction de neutralisation et il convient donc de limiter ce phénomène pour que la réaction de neutralisation puisse se faire avec un degré d'avancement suffisant. In practice, it may be desirable to plan to add too. an acid (such as H2SO4, H3PO4, etc.) in this step of neutralizing the excess ammonium bisulfate, because the pH increases during the course of the neutralization reaction and it is therefore necessary to limit this phenomenon so that the Neutralization reaction can be done with a sufficient degree of advance.
L'étape e)peut comprendre avantageusement le traitement d'au moins une partie du carbonate de calcium formé en vue de régénérer du C02 destiné à être ensuite introduit dans l'étape d)et de former du CaO qui est rejeté. Ce traitement peut être efiectué dans un four à chaux. Step e) may advantageously include treating at least a portion of the formed calcium carbonate to regenerate CO 2 to be subsequently introduced in step d) and to form CaO which is rejected. This treatment can be carried out in a lime kiln.
L'étape f)d'ammoniation du premier filtrat issu de l'é- tape ci etape qui permet la récupération du P205 contenu dans la solution obtenue après filtration du gypse, consiste avantageusement en une ammoniation de cette solution diluée en avec avec lavage optionnel du gâteau, limité de façon à main- tenir une teneur en P205 de l'ordre de 3,5 % ou plus; cette ammoniation est de préférence conduite jusqu'à un pH voisin de 10,5-11 et conduit à une précipitation du P205 à l'état de phosphate triammonique (GAP) dans des proportions pratiquement quantitatives. The ammoniation step f) of the first filtrate resulting from the above step, which allows the recovery of the P 2 O 5 contained in the solution obtained after filtration of the gypsum, advantageously consists of an ammoniation of this diluted solution with optional washing. the cake, limited so as to maintain a P205 content of the order of 3.5% or more; this ammoniation is preferably conducted to a pH of about 10.5-11 and leads to a precipitation of P205 in the form of triammonium phosphate (GAP) in substantially quantitative proportions.
L'étape j peut être, si on le souhaite, complétée par un apport d'acide sulfurique, en vue de la compensation des pertes en soufre s'il y en a. Step j may be, if desired, supplemented by a sulfuric acid feed, in order to compensate for sulfur losses if there are any.
La miseç en oeuvre effective du procédé selon l'invention sur un minerai particulier est à la portée de l'homme de l'art qui tient compte des enseignements cidessus et qui s'attache à résoudre avec ses connaissances propres les problèmes industriels que sont, essentiellement
- la filtrabilité du gypse fourni- dans le réacteur de lixiviation et dans le réacteur de neutralisation : c1 est un élément dont dépend la qualité du résultat d'ensemble du procédé; elle est liée d'une part aux conditions opératoires et d'autre part à la présence de certaines impuretés et à leur devenir au cours de la lixiviation (impuretés ferraleuses, en particulier);
- la filtrabilité et la nature des phosphates d'ammonium précipités dans le réacteur d'ammoniation : là encore la présence de certaines impuretés contenues dans la solution joue un rôle non négligeable sur la qualité du résultat d'ensemble; en particulier, les impuretés ferraleuses, qui précipitent sous forme de phosphates complexes à des pH plus bas que le phosphate triammonique, conduisent à la formation de P205- soluble citrate,mais insoluble eau.The actual implementation of the method according to the invention on a particular ore is within the reach of those skilled in the art which takes into account the above teachings and which seeks to solve with its own knowledge the industrial problems that are, essentially
the filterability of the gypsum supplied in the leaching reactor and in the neutralization reactor: this is an element on which the quality of the overall result of the process depends; it is linked on the one hand to the operating conditions and on the other hand to the presence of certain impurities and their fate during leaching (ferrous impurities, in particular);
the filterability and the nature of the ammonium phosphates precipitated in the ammoniation reactor: here again the presence of certain impurities contained in the solution plays a significant role in the quality of the overall result; in particular, ferrous impurities, which precipitate as complex phosphates at lower pHs than triammonium phosphate, lead to the formation of P205-soluble citrate, but insoluble water.
- la filtrabilité du carbonate de calcium formé lors de la récupération du sulfate. the filterability of the calcium carbonate formed during the recovery of the sulphate.
Enfin, l'homme de l'art doit tenir compte, pour l'optimisation du procédé, en fonctionnement à l'échelle industrielle en continu, des bilans ammoniac, C02, P205 et soufre. Finally, those skilled in the art must take into account, for the optimization of the process, in operation on a continuous industrial scale, ammonia, CO2, P205 and sulfur budgets.
La détermination des conditions opératoires optimales doit être faite pour chaque minerai à traiter,
au moyen de techniques faisant intervenir des essais de rou
tine et une méthodologie à la portée de l'homme de métier.The determination of the optimal operating conditions must be made for each ore to be treated,
using techniques involving routers
and a methodology within the reach of those skilled in the art.
Pour peu qu'il soit convenablement mis en oeu
vre dans le cas d'espèce du minerai ou du concentré de
phosphates que le technicien a à traiter, pour le valori
ser, le procédé selon l'invention permet, par rapport aux
procédés préalablement décrits
- une récupération du P205 sous la forme d'un phosphate d'ammonium beaucoup plus pur,
- une plus faible consommation énergétique associée à cette récupération, et
- un recyclage effectivement total du soufre. As long as it is properly implemented
in the case of ore or concentrate
phosphates that the technician has to deal with, for the valori
ser, the method according to the invention makes it possible, with respect to
previously described processes
recovery of P 2 O 5 in the form of a much purer ammonium phosphate,
- a lower energy consumption associated with this recovery, and
- effectively total recycling of sulfur.
Claims (6)
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Legal Events
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ST | Notification of lapse |