FR2676730A1 - Process for converting gypsum to a fertilizing agent - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE POUR LA TRANSFORMATION DU GYPSE
EN UN FERTILISANT
Le présent mémoire décrit un procédé permettant de transformer le gypse en un composé azoté essentiellement constitué d'une combinaison entre le sulfate de calcium et l'urée. Ce composé constitue un engrais à teneur azotée élevée et à action progressive.PROCESS FOR THE TRANSFORMATION OF THE GYPSUM
IN A FERTILIZER
This memo describes a process for transforming gypsum into a nitrogenous compound essentially consisting of a combination between calcium sulfate and urea. This compound is a fertilizer with high nitrogen content and progressive action.
Le procédé selon l'invention permet en particulier de valoriser sous la forme de ce composé le gypse résiduaire des fabrications industrielles d'acide phosphorique.The process according to the invention makes it possible in particular to develop, in the form of this compound, the residual gypsum from industrial phosphoric acid manufacturing.
I1 est connu de transformer le gypse en sulfate d'ammoniac par digestion aqueuse du gypse par du carbonate d'ammonium. Ce procédé ne permet ni d'obtenir un produit nouveau, ni de résoudre le problème de l'élimination des sous produits, le carbonate de calcium résiduaire posant également des problèmes difficilement solubles. It is known to transform gypsum into ammonia sulfate by aqueous digestion of the gypsum with ammonium carbonate. This process neither makes it possible to obtain a new product, nor to solve the problem of the elimination of by-products, the residual calcium carbonate also posing hardly soluble problems.
Le demandeur a trouvé un moyen de transformer le gypse en un composé azoté à valeur ajoutée intéressante.The Applicant has found a way to transform gypsum into a valuable added nitrogen compound.
I1 est connu de préparer au laboratoire le complexe tétra-uréique du sulfate de calcium par digestion du gypse dans une solution aqueuse d'urée pendant plusieurs jours, voire plusieurs semaines. It is known to prepare the tetra-urea complex of calcium sulfate in the laboratory by digesting the gypsum in an aqueous urea solution for several days, even several weeks.
Le demandeur a étudié cette réaction et établi qu'elle est en fait le fruit d'un équilibre représenté par l'équation suivante:
The applicant has studied this reaction and established that it is in fact the result of a balance represented by the following equation:
L'étude de cet équilibre a montré au demandeur que la réaction A est rapide et complète lorsqu'un excès d'urée est ajouté aux composés réactionnels, tandis que la réation inverse B est facilitée par un excès d'eau.The study of this balance has shown the applicant that reaction A is rapid and complete when an excess of urea is added to the reaction compounds, while the reverse reaction B is facilitated by an excess of water.
Le procédé exploitant ce résultat consiste à effectuer une digestion du gypse dans une solution sursaturée d'urée jusqu'à transformation complète selon la réaction A. Suivant la température, la durée réactionnelle nécessaire est comprise entre 1/2 heure et 3 h ce qui rend alors une exploitation industrielle possible.The process exploiting this result consists in digestion of the gypsum in a supersaturated urea solution until complete transformation according to reaction A. Depending on the temperature, the reaction time required is between 1/2 hour and 3 h which makes then possible industrial exploitation.
Pour faciliter cette dernière, le demandeur a établi un diagramme ternaire représenté par la figure 1, dans lequel 1 représente l'urée pure, 2 le sulfate de calcium anhydre, 3 l'eau. Le point 4 correspond au gypse, le point 5 au nouveau composé trétra-uréique de sulfate de calcium et le point 6, le point de saturation d'une solution d'urée dans l'eau à une température donnée.To facilitate the latter, the applicant has established a ternary diagram represented by FIG. 1, in which 1 represents pure urea, 2 anhydrous calcium sulphate, 3 water. Point 4 corresponds to gypsum, point 5 to the new tretra-urea compound of calcium sulphate and point 6, the saturation point of a solution of urea in water at a given temperature.
Les droites tracées entre les points 1 et 4 d'une part, 5 et 6 d'autre part, délimitent 4 zônes dans l'espace du diagramme.The lines drawn between points 1 and 4 on the one hand, 5 and 6 on the other hand, delimit 4 zones in the diagram space.
La zône A correspond à l'existence du composé tétra-uréique du sulfate anhydre de calcium.Zone A corresponds to the existence of the tetra-urea compound of anhydrous calcium sulphate.
C'est la zone dans laquelle il convient de se placer pour obtenir quantitativement le composé souhaité. La zône C représente le domaine du gypse pur.This is the zone in which it is necessary to place oneself in order to quantitatively obtain the desired compound. Area C represents the domain of pure gypsum.
Les zônes B et D correspondent à des proportions de constituants réactionnels faisant apparaître des mélanges, soit en particulier de gypse et du composé 5 pour la zone B. Areas B and D correspond to proportions of reaction constituents showing mixtures, in particular of gypsum and of compound 5 for zone B.
La droite x représente un exemple d'exploitation de ce diagramme. Pour une teneur constante en sulfate de calcium, on voit clairement la zone d'apparition du composé souhaité. Il est facile aussi d'apprécier les conditions de l'hydrolyse du composé, que nous avons intentionnellement figuré en pointillé sur la droite x.The line x represents an example of the use of this diagram. For a constant calcium sulphate content, the zone of appearance of the desired compound is clearly seen. It is also easy to appreciate the conditions of the hydrolysis of the compound, which we have intentionally shown in dotted lines on the right x.
L'homme de l'art pourra, grâce à ce diagramme établi pour une température réactionnelle choisie, définir les conditions optimum de production du composé tétra-uréique du sulfate de calcium.Those skilled in the art will be able, thanks to this diagram established for a chosen reaction temperature, to define the optimum conditions for production of the tetra-urea compound of calcium sulfate.
Ce produit, très peu soluble dans l'eau, peut être filtré et séché par tous moyens connus. I1 ne présente aucun des caractères d'hygroscopicité de l'urée pure ce qui le rend avantageux pour le stockage et l'emploi.This product, very slightly soluble in water, can be filtered and dried by any known means. It has none of the hygroscopicity characteristics of pure urea, which makes it advantageous for storage and use.
Son hydrolyse avec réapparition de l'urée est lente, ce qui rend ce produit avantageux comme engrais azoté par opposition à l'urée elle-même. L'hydrolyse peut être retardée par la présence d'un excès d'urée ainsi qu'il apparait clairement à l'examen du diagramme de la figure 1.Its hydrolysis with reappearance of urea is slow, which makes this product advantageous as a nitrogen fertilizer as opposed to urea itself. The hydrolysis can be delayed by the presence of an excess of urea as it appears clearly on examination of the diagram in FIG. 1.
Aussi, lorsque ce produit est destiné à l'agriculture, il peut être avantageux de l'associer à un excès d'urée. Les exemples suivants donnent à titre non limitatif quelques modes de réalisation selon l'invention.Also, when this product is intended for agriculture, it may be advantageous to combine it with an excess of urea. The following examples give non-limiting examples of some embodiments according to the invention.
Exemple I 1 mole de gypse est mise en suspension à 300 dans une solution saturée d'urée à cette température. On ajoute quatre moles d'urée et on laisse digérer l'ensemble pendant 2 heures. Le précipité obtenu est filtré et séché dans une étuve. La composition du produit obtenu est la suivante: N = 30 % - CaO = 12 % S = 7,5 %
Cette composition est très voisine du composé tétra-uréique du sulfate anhydre de calcium.Example I 1 mole of gypsum is suspended at 300 in a saturated urea solution at this temperature. Four moles of urea are added and the whole is left to digest for 2 hours. The precipitate obtained is filtered and dried in an oven. The composition of the product obtained is as follows: N = 30% - CaO = 12% S = 7.5%
This composition is very similar to the tetra-urea compound of anhydrous calcium sulphate.
Les eaux mères sont recyclées pour une nouvelle opération.The mother liquors are recycled for a new operation.
Exemple 2
On procède comme dans l'exemple 1, mais on utilise 6 moles d'urée dans le but de maintenir sursaturée la solution malgré l'apparition des deux moles d'eau réactionnelle.Example 2
The procedure is as in Example 1, but 6 moles of urea are used in order to maintain the solution supersaturated despite the appearance of the two moles of reaction water.
Le produit obtenu titre: N = 33% CaO = 11,5 % S = 7,1%
Exemple 3
On procède comme dans l'exemple 2, mais en remplaçant le gypse pur par du gypse précipité résiduaire d'une fabrication d'acide phosphorique.The product obtained title: N = 33% CaO = 11.5% S = 7.1%
Example 3
The procedure is as in Example 2, but replacing the pure gypsum with residual precipitated gypsum from a manufacture of phosphoric acid.
Ce phospho-gypse contient environ 90 % de gypse et 10 % d'impurtés inertes vis à vis de
I'urée. Comme il contient 20 à 50 % d'eau d'imbibition, on en tient compte dans le calcul de la saturation de l'urée.This phospho-gypsum contains approximately 90% gypsum and 10% impurities inert towards
Urea. Since it contains 20 to 50% of soaking water, this is taken into account when calculating the saturation of urea.
Pratiquement, il n'est plus nécessaire d'opérer en présence d'eaux mères saturées d'urée, l'eau contenue dans le précipité suffisant pour obtenir le résultat recherché. In practice, it is no longer necessary to operate in the presence of mother liquors saturated with urea, the water contained in the precipitate sufficient to obtain the desired result.
Ainsi, pour un précipité contenant 80 % d'eau, un ajout de 6 moles d'urée pur 1 mole de gypse convient parfaitement pour obtenir la transformation quantitative du gypse en composé tétrauréique du sulfate de calcium. Le sèchage du mélange conduit alors directement à un produit industriel contenant, outre les impuretés du précipité initial, 6 moles d'urée pour 1 de gypse, dont 2 moles d'urée libre facilitant l'emploi du produit. Ce produit peut être aisément granulé par tous moyens habituels. Sa composition moyenne est la suivante: N=31% CaO=12% 5=7,5%
Exemple 4
On traite 1 mole de gypse par 4 moles d'urée fondue. L'apparition d'eau réactionnelle conduit à une digestion conforme à la réaction de base décrite dans le texte. Le produit obtenu est séché.Thus, for a precipitate containing 80% water, an addition of 6 moles of pure urea 1 mole of gypsum is perfectly suitable for obtaining the quantitative transformation of gypsum into a tetraureic compound of calcium sulfate. The drying of the mixture then leads directly to an industrial product containing, in addition to the impurities of the initial precipitate, 6 moles of urea per 1 of gypsum, including 2 moles of free urea facilitating the use of the product. This product can be easily granulated by any usual means. Its average composition is as follows: N = 31% CaO = 12% 5 = 7.5%
Example 4
1 mole of gypsum is treated with 4 moles of molten urea. The appearance of reaction water leads to digestion in accordance with the basic reaction described in the text. The product obtained is dried.
Sa granulation est réalisable dans la mesure où un excès d'urée est utilisé. Cet excès d'urée doit être de l'ordre de 2 moles supplémentaire pour 1 mole de gypse.It can be granulated as long as an excess of urea is used. This excess urea must be of the order of 2 additional moles for 1 mole of gypsum.
Sa composition moyenne est la suivante: N = 30% CaO = 12% S = 7,5%
Exemple 5
On opère comme dans l'exemple 4, mais en employant du phosphogypse et en respectant les proportions de 6 moles d'urée pour 1 mole de gypse. Le produit obtenu a la composition suivante: N = 33% CaO = 12,5% S = 7% Its average composition is as follows: N = 30% CaO = 12% S = 7.5%
Example 5
The procedure is as in Example 4, but using phosphogypsum and respecting the proportions of 6 moles of urea per 1 mole of gypsum. The product obtained has the following composition: N = 33% CaO = 12.5% S = 7%
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