PT90425B

PT90425B - Processo para a preparacao de cloreto ferrico a partir de acido cloridrico diluido

Info

Publication number: PT90425B
Application number: PT90425A
Authority: PT
Inventors: Rene Clair; Alain Gallet
Original assignee: Atochem
Priority date: 1988-04-29
Filing date: 1989-04-28
Publication date: 1994-09-30
Also published as: FR2630723A1; CA1340041C; ZA893089B; ATE75212T1; ES2031375T3; AU3372189A; AU610383B2; KR890015962A; NO300629B1; IE891403L; FI96412C; GR3005144T3; CN1037882A; NO891784D0; NO891784L; JPH07110771B2; FI96412B; EP0340069B1; FI892059A; CN1019001B

Description

PROCESSO PARA A PREPARAÇÃO DE CLORETO FER RICO A PARTIR DE ÃCIDO CLORIDRICO DILUIDO

A presente invenção diz respeito a um processo para a preparação de cloreto férrico a partir de ácido clorídrico diluído. Diz mais particularmente respeito a preparação de cloreto férrico em solução aquosa com um título compreendido entre 35 e 45 % em peso. Esta formulação de cloreto férrico é utilizada como agente floculante no tratamento de águas. Pode consultar-se KIRK OTHMER, 3^a edição, volume 24-, páginas 39^-396 (1984) e o volume 10, páginas 4-98 (1930) onde se encontra descrita esta aplicação. 0 processo mais simples consiste em ata car ferro com ácido clorídrico concentrado, com o que se obtém uma solução a cerca de 38 % em peso de cloreto ferroso (FeCl-) que é clorada para se obter uma solução de cloreto férrico (FeCl^) com um título de aproximadamente 4-1 % em peso e direcmente utilizável como agente floculante. Esta solução a 41 Ç é a forma comercial habitual. E necessário obter uma solução concentrada de FeC^, visto que o FeCl- e o FeCl^ podem sofrer, no decurso de uma concentração por evaporação, uma hidrólise parcial que proporciona HC1. A presença de HC1 no FeCl^ dificulta o tratamento das águas. Este processo obriga a utilizar ácido clorídrico concentrado.

A patente de invenção norte-americana US 4.066.74-8 descreve um processo a partir de uma solução de FeCl^ que vem de

( * um banho ;de desoxidação (decapagem). Este processo obriga a concentrar o cloreto ferroso e exige uma cloração em duas fases.

A patente de invenção norte-americana US 3.682.592 descreve’ um processo analogo ao anterior, mas a solução de cloreto ferroso é posta em contacto com oxigénio.

Não se conhece nenhum processo simples a partir de ácido diluído. Um ponto notável na solução de ácido clorídrico é a concentração do azeótropo água-CHl a 20,5 % peso à pressão atmosférica. Para se obterem soluções de cloreto ferroso que contenham pelo menos 3° / em peso, é necessário partir de uma solução de ácido com aproximadamente 24 % em peso, A presente invenção permite utilizar ácido com uma concentração inferior ao azeótropo e evita os inconvenientes de ter de concentrar as soluções de HCl e/ou de cloreto ferroso e/ou de cloreto férrico .

A presente invenção consiste em preparar o cloreto fér >

rico a partir de ácido clorídrico diluído e compreende as fases seguintes

a) Põe-se ferro em contacto com uma solução que contém ácido clorídrico diluído até ao desaparecimento do referido áci

do	clorídrico.
de	b) Clora-se a solução ostida para se obter uma solução cloreto férrico.
	c) Fez-se a descompressão da solução obtida em b).
	d) A fase líquida obtida em c) é parcialmente recicla-
da	na fase b), e a outra parte constitui a„produção de cloreto

férrico.

A

Utiliza-se ferro ou óxidos de ferro ou uma mistura de ferro e óxidos de ferro. E cómodo utilizar aparas de ferro tais como os desperdícios de acabamento de peças de aço, aparas resultantes da perfuração de peças de aço ou da resíduos de cinzeladura. Este ferro de recuperação é mais ou menos oxidado. A solução que contém ácido clorídrico diluído pode ser uma solução aquosa de ácido clorídrico que contém entre39# e.25% ^em Pes° de ácido clorídrico. Não se sairia do âmbito da invenção se se uti lizasse uma concentração superior, mas, neste caso, seria muito mais simples utilizar um processo convencional conforme descrito na técnica anterior. A presente invenção é particulamente útil para os ácidos denominados residuais e que não podem ser concen trados para além do azeótropo. Estes ácidos têm em geral uma concentração compreendida entre 15 % em peso e o azeótropo. Não se sairia do âmbito da invenção se se utilizasse um ácido que contém menos de 15 / em peso de ácido clorídrico, mas seria mui to mais simples concentrar este ácido para além de 15 / por meio de uma destilação clássica. A solução que contém ácido clorídrico diluído pode conter também cloreto ferroso e, eventualmente, já um pouco de cloreto férrico. Esta fase a) pode ser efectuada de qualquer maneira, mas é conveniente operar à pressão atmosférica em cubas e trabalh?-se de maneira que se esteja sempre presente um excesso de ferro, parase ter a certeza de que não fica acido clorídrico na solução de cloreto ferroso que se obtém no fim desta fase a). A reacção entre o ferro e o ácido clorídrico é total e estequiométrica. Embora a solução que contém ácido clorídrico possa encontrar-se a qualquer tempe ratura, convém utilizar uma solução com uma temperatura compre-

/ endida entre 20 e 50°C, e, de preferência, entre 35 θ ^l+5°C.

tempo de permanência do ãcido que pode ser qualquer, mas con vem que esteja compreendido entre 2 minutos e 20 horas, e, de preferência, entre 3 θ 15 horas. Nao se sairia do âmbito da invenção se se adicionasse nesta fase a), além de uma solução de ácido clorídrico diluído, uma solução que contivesse ácido clorídrico e cloreto ferroso ou apenas cloreto ferroso, por exemplo uma solução proveniente de um banho de desoxidação (decapagem); Prefere-se que a quantidade dessa solução não represente mais de 20 e melhor 10 % em peso da solução de ácido clorídrico residual. Não se sairia do âmbito da invenção se se utilizasse apenas uma solução proveniente de uma desoxidação (decapagem) e que contivesse FeC^ e HC1, mas é necessário que esta solução não contenha metais pesados em quantidade excessiva, metais que prejudicam o cloreto férrico destinado a preparar a água potável. Antes de clorar a solução obtida, em a),é conveniente filtrá-la ou decantá-la.

A fase b) efectua-se por contacto da solução de cloreto ferroso obtida em a) com cloro e uma solução de cloreto férrico. Pode utilizar-se cloro líquido ou gasoso ou um fluído que contém cloro. 0 contacto pode ser efectuado de qualquer maneira, bastando provocar o contacto entre o cloro e o cloreto ferroso. Pode utilizar-se um dispositivo em vários andares com funciona mento em paralelo ou em série, alimentados em co-corrente ou em contracorrente ou qualquer combinação destes princípios.

utiliza-se, por exemplo, um reactor agitado ou uma coluna do género coluna de destilação ou coluna de absorção. Utiliza-se vantajosamente uma coluna equipada com dispositivos de contacto tais como pratos ou enchimentos de anéis ou vários destes dispositivos. A solução de cloreto ferroso e a solução de cloreto férrico alimentam a coluna por cima e o cloro é introduzido por baixo nesta coluna. No cimo desta coluna recolhe-se um pouco de cloro, se se tiver utilizado um excesso des_ te (em relação à quantidade de cloreto ferroso), os gases que acompanhavam eventualmente o cloro e um pouco de vapor de água arrastado pela sua tensão de vapor. Na parte inferior da colu na, obtém-se uma solução de cloreto férrico. Não se sairia do âmbito da invenção se se introduzissem as soluções de cloreto ferroso e de cloreto férrico emm diversos pontos da coluna, e o mesmo para o cloro, que pode ser introduzido em vários pontos .

A solução de cloreto férrico obtida é seguidamente descomprimida, e, em seguida, a fase líquida recolhida nesta descompressão, é reciclada em parte na fase b), e o restante constitui a produção de cloreto férrico. Durante a descompressão obtém-se uma fase gasosa essencialmente constituída por vapor de água.

A cloração do cloreto ferroso em cloreto férrico é total e estequiométrica. F conveniente respeitar um tempo de per msnêncía do cloreto ferroso de pelo menos 10 segundo, e de preferência inferior a horas. Não é necessário clorar todo o FeC^; &s especificações do FeCl^ toleram por vezes 0,1 ,1 a 1 > em peso de FeCl- na solução de cloreto férrico. Não se sairia do âmbito da invenção se se utilizasse um excesso de cloro.

Vantajosamente, a temperatura da solução de cloreto fer roso proveniente da fase a) está compreendida entre 40 e l-00°C,

í e, de preferência, entre 6o e 90°C. A temperatura da solução de cloreto férrico reciclada e que provém da descompressão da fase c) resulta da temperatura à saida da fase b) e da pressão è qual se faz a descompressão. Vantajosamente, esta temperatura do cloreto férrico reciclado à entrada da fase b) está compreendida entre 50 θ 90°C, e, de preferência, entre 55 θ 80°C. A temperatura do cloreto ferroso proveniente da fase a), assim como a temperatura do cloreto férrico reciclado no fim da fase b), podem ser modificadas por exemplo por meio de permutadores de calor, mas prefere-se utilizar estas soluções sem modificar as suas temperaturas. A temperatura da solução de cloreto férrico à saída depende essencialmente das temperaturas das soluções = entrada e da quantidade de cloreto ferroso a transformar em cloreto férrico, mas também se a aparelhagem utilizada para efectuar esta fase b) é adiabática, isotérmica, etc.

Prefere-se uma aparelhagem adiabática, e a temperatura de saída da solução no fim desta fase b) está convenientemente compreendida entre 60 e 95°C, e, de preferência, entre 65 e 90°C. Embora se possa operar a qualquer pressão, é mais simples efectuar esta fase b) à pressão atmosférica ou a uma pressão próxima, e esta solução passa da pressão atmosférica para uma pressão compreendida entre 0,3 e 0,05 bars absolutos. Esta descompressão efectua-se numa capacidade qualquer, bastan do apenas que se possam separar a fase gasosa e a fase líquida que daqui resultam. 0 vácuo é obtido, por exemplo, por meio de uma bomba ou ejector a vapor.

Em regime estacionário, a quantidade de cloreto férri2

quantidade de cloreto ferroso à entrada da fase b). A quantidade de solução de cloreto férrico reciclada na fase b) está convenientemente compreendida entre ) e 10 vezes a quantidade da solução de cloreto férrico que constitui a produção em regi me estacionário.

Segundo uma outra forma de realização, também se pode aquecer de novo a solução de cloreto férrico proveniente da fa se b) antes da descompressão.

Os permutadores que podem ser instalados sobre a solução de cloreto ferroso à entrada da fase b), sobre a solução de cloreto férrico à saída da fase b) e sobre a solução de cloreto férrico reciclado, podem também servir para extrair as calorias no caso de a reacção se tornar muito exotérmica, por exemplo se a concentração de écido clorídrico derivar em direcção a valores elevados.

Segundo uma outra forma de realização preferida da pre sente invenção, e desde que os níveis de temperatura sejam com patíveis, podem transferir-se as calorias da produção de clore to férrico para a solução de cloreto ferroso que alimenta a fase b).

desenho único anexo representa uma forma de realização particular da invenção. Para maior clareza, não se representaram as bombas, as válvulas, etc.

(1) representa a tina de mistura do ferro (5) com uma solução de ácido clorídrico (6). Obtém-se uma solução (7) de cloreto ferroso que se filtra sobre (2). A corrente de cloreto ferroso alimenta em (õ) uma coluna (3), assim como uma solu ό

ção de cloreto férrico (9). Esta coluna é alimentada por uma corrente de cloro gasoso (14). A solução (10) de cloreto féjr rico é descomprimida no recipiente (4), obtendo-se uma solução (12) de cloreto férrico que se divide numa produção (13) e numa parte que se recicla (9). θ recipiente de descompressão (4) está ligado pelo tubo (11) e um ejector a vapor não representado. Extraem-se na corrente (15) os inertes e o cloro que eventualmente não reagiram.

Os exemplos que se seguem ilustram a invenção sem, no entanto a limitarem.

Exemplo 1

Utiliza-se um dispositivo de acordo com o desenho único anexo, no qual a coluna (3) é de vidro, com um diâmetro interior de 0,35 m e uma altura de enchimento 10 m.

Introduz-se em (5) uma solução que contém . .170 kg/h' ácido clorídrico em 630 kg/h de água. Introduziu-se anteriormente em (ó) uma quantidade de aparas de ferro muito excedentá ria em relação à quantidade de HCl. A solução de cloreto ferroso é filtrada, e, em seguida, introduzida em (3) na coluna (3), a uma temperatura de 70°C. Introduz-se em (14) um débito de 32,7 kg/n de cloro gasoso e 5 kg/h de inertes que são encom trados de novo na saída (15)· A coluna (3) funciona a 1,1 bars absolutos. A solução de cloreto férrico a 82°C é conduzida pelo tubo (10) para o recipiente de descompressão (4), onde é descomprimida para 0,2 bars, e a sua temperatura desce para

70°C, a produção é de 379 kg/h de FeCl^ diluádess em 545 kg/h de água. Em (9) reciclam-se 2272 kg/h de FeCK 3 anuídos em

!

3269 kgA de água.

Exemplo 2

Procede-se como no exemplo 1, mas a solução de ácido clorídrico é mais diluída, quer dizer 170 kg/h de HC1 em 963 kg/h de água, e a temperatura da corrente (8) e de 6o°C.

A solução de cloreto fárrico obtida em (10) está a 84°0, sendo novamente aquecida para 93°C, antes da descompressão para 0,12 bar . Depois da descompressão, obtém-se em (13) a mesma solução concentrada que no exemplo 1, mas a 57°C, e recicla-se uma quantidade de 3032 kg/h de FeCl^ diluídos com Ã36O kg/h de água. Esta solução é novamente aquecida até 75°C antes de regressar em (9) a coluna (3).

Rei-

Claims

REIVINDICAÇÕES

1.- Processo para a preparação de cloreto férrico a partir de ácido clorídrico diluído, caracterizado pelo facto:

a) de se fazer contactar ferro com uma solução que contém ácido clorídrico diluído até ao desaparecimento do referido ãcido clorídrico,

b) de se clorar a solução obtida para se obter uma solução de cloreto férrico,

c) de se descomprimir a solução obtida em b),

d) de se reciclar parcialmente a fase líquida obtida em c) para a fase b), constituindo a outra parte a produção de cloreto férrico.
2.terizado por na preendido entre

Processo de acordo com a reivindicação 1, caracfase a) se utilizar uma solução com um título com15 % em peso de ácido clorídrico e a composição da mistura azeotrópica ãgua-HCl.
3.- Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 qu 2, caracterizado por a quantidade de cloreto férrico recicla da estar compreendida entre 5 e 10 vezes a produção,

Lisboa, 28 de Abril de 1989 U Ayui..<- íntiusfnui t,

RESUMO

Processo para a preparação de cloreto férrico a partir de ãcido clorídrico diluído

A presente invenção diz respeito a um processo para a preparação de cloreto férrico a partir de ãcido clorídrico diluído, que consiste, em primeiro lugar, em preparar uma solução diluída de cloreto ferroso por.reacção com ferro, em clorar seguidamente esta solução na presença de cloreto férrico reciclado, e, por último em descomprimir a solução que se acabou de clorar para evaporar a ãgua. Este processo fornece cloreto férrico directamente utilizável como agente floculante para o tratamento das ãguas.