WO2021105145A1 - Procede et installation pour produire de l'hydroxyde d'aluminium - Google Patents

Procede et installation pour produire de l'hydroxyde d'aluminium Download PDF

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WO2021105145A1
WO2021105145A1 PCT/EP2020/083252 EP2020083252W WO2021105145A1 WO 2021105145 A1 WO2021105145 A1 WO 2021105145A1 EP 2020083252 W EP2020083252 W EP 2020083252W WO 2021105145 A1 WO2021105145 A1 WO 2021105145A1
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aluminum
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water
catalyst
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Paul Crompton
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    • C01F7/42—Preparation of aluminium oxide or hydroxide from metallic aluminium, e.g. by oxidation
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    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Definitions

  • the present invention relates to a process for producing aluminum hydroxide Al (OH) 3 from aluminum, in particular scrap aluminum in the form of fragments.
  • the present invention also relates to an installation for this purpose.
  • Aluminum hydroxide has many and varied applications such as the production of cosmetics, the ceramic industry, toothpastes, certain drugs, fire extinguishers and fire retardants, thermally insulating or refractory furniture surfaces, etc. .
  • the aim of the present invention is to provide a process and a plant for producing aluminum hydroxide efficiently, in particular more efficiently than with the known process, and / or more aluminum hydroxide. pure than that obtained with the known process.
  • the process for producing aluminum hydroxide Al (OH) 3 is characterized by the following steps:
  • said mechanical stresses are generated by means for stirring the bath, preferably using at least one stirring rotor as stirring means. This simplifies the operation of breaking the bond between the aluminum hydroxide and the catalyst.
  • the rotor being configured to generate in the bath a movement parallel to the axis of rotation of the rotor, said first direction corresponds to an upward movement in the bath.
  • This upward movement of the bath urges the aluminum fragments upwards against their tendency to migrate towards the bottom of the bath due to gravity. The aluminum thus remains in suspension in the bath to better interact with the water and the catalyst.
  • the hydrogen released from the bath is collected after having formed in the bath due to the formation of aluminum hydroxide by combining the aluminum with the bath water. .
  • the hydrogen thus collected is an interesting by-product of the process.
  • the collected hydrogen is cooled, even more preferably by heat exchange with water supplying the bath. Since the reaction carried out in the bath is exothermic, the hydrogen leaves the bath quite hot and it is advantageous to cool it.
  • the cooling of the hydrogen with the incoming water has the advantage of being simple and free while preventing the incoming water from creating a cold zone in the bath, less active for the reaction.
  • the metal hydroxide which has precipitated after having served as a catalyst is collected at the bottom of the bath, and it is returned to the top of the bath.
  • the water vapor resulting from the drying of the aqueous solution is condensed and the water obtained by condensation is returned to the bath. This reduces water consumption and automatically returns to the bath any substance contained in this vapor and which could be polluting and / or require treatment if the vapor were released outside.
  • a mixture of metal hydroxide and said aqueous solution is collected at the bottom of the bath, then the metal hydroxide is separated from the aqueous solution.
  • the metal hydroxide tends to form at the bottom of the bath, with the aqueous solution, a sludge that this version of the invention makes it possible to separate, for example to return the metal hydroxide to the bath and to take the aluminum hydroxide in. as a product.
  • the separation between the metal hydroxide and the aqueous solution can be done by sieving or by centrifugation.
  • the method according to the invention may include the following steps: ⁇ collecting the precipitate of metal hydroxide;
  • ⁇ regulating the temperature of the bath, even more preferably by means of heating means for the rise in temperature and / or by a variable adjustment of at least one of the water and aluminum flows entering for stabilization.
  • the aluminum is introduced into the bath in the form of fragments.
  • a potassium hydroxide as metal hydroxide.
  • the bond formed by aluminum hydroxide with potassium hydroxide has proved to be relatively fragile and therefore relatively easy to break by mechanical stresses according to the invention.
  • solid aluminum is introduced into the bath through a deaeration lock. This avoids bringing oxygen from the air into the presence of the hydrogen given off by the reaction in the bath.
  • the installation for implementing a method according to the first aspect is characterized in that it comprises:
  • ⁇ a closed vessel to contain the bath of water, solid aluminum, aluminum hydroxide which has formed in the bath and catalyst, as well as hydrogen above the bath;
  • At least one agitation member mounted in the tank and connected to motor means for subjecting the bath to mechanical stresses.
  • the at least one agitation means comprises at least one rotor, which in one embodiment is provided with active surfaces arranged so that the rotation of the rotor around its axis of rotation generates hydrodynamic movements in the bath.
  • the arrangement of at least part of the active surfaces and the direction of rotation of the rotor about its axis are chosen to tend to urge the solid aluminum towards the top of the bath against its tendency to migrate towards the bottom of the tank by gravity. This ensures that the aluminum to be treated remains in optimal interaction with the bath instead of going to be deposited at the bottom of the tank with the precipitated catalyst.
  • the rotor comprises as an active surface a surface in the general form of a screw around the axis of the rotor, which axis forms an angle, preferably equal to 90 °, with the horizontal.
  • the radially outer edge of the generally screw-shaped surface is connected to an upwardly directed shoulder. This shoulder prevents the aluminum to be treated from escaping radially outwards.
  • the rotor comprises a chamber connected to an aluminum supply from the vessel, and communicating with the bath outside the rotor through at least one wall perforated with calibrated holes.
  • the calibrated holes allow the bath to be present in the chamber and the precipitated catalyst to exit the chamber.
  • the aluminum fragments can only leave the chamber when their caliber has diminished sufficiently to allow them to pass through the holes in the perforated wall.
  • the agitation means comprise a rotor
  • the latter is actuated reciprocally, preferably with a different angular stroke in one direction and the other, respectively.
  • the at least one rotor comprises several rotors, preferably with parallel axes. It is thus possible to envisage a tank of large capacity, having a high production, and at the same time rotors of reasonable size but ensuring agitation throughout the bath.
  • the installation according to the invention preferably comprises an outlet for the hydrogen at the top of the vessel.
  • the outlet for the hydrogen is connected to a first path of a heat exchanger, a second path of which is mounted upstream of the water inlet in the bath, in order to cool the hydrogen by exchange. of heat with the water intended for the bath.
  • the installation according to the invention can also comprise, downstream of the outlet for the aluminum hydroxide in solution, a dryer intended to separate the aluminum hydroxide produced on the one hand and the bath water on the other hand. , emitted for example in the form of water vapor.
  • the dryer comprises for the water separated from the aluminum hydroxide by drying an outlet connected to a recirculation path of the catalyst.
  • the installation according to the invention comprises a path for recirculating the catalyst between the bottom of the bath where the catalyst precipitates, and the top of the bath.
  • the recirculation path comprises means for supplementing the quantity of catalyst circulating in the installation. This makes it possible to compensate for the quantities lost, in particular as impurities in the aluminum hydroxide produced.
  • the at least one outlet comprises, near the bottom of the tank, a common outlet for the aluminum hydroxide in solution and the catalyst, the common outlet being connected to a separator of the filter or centrifugal type separating the aluminum hydroxide in solution on the one hand and the precipitated catalyst on the other hand, with a view to the recirculation of the latter.
  • the vessel has, near its bottom, an outlet for the precipitated catalyst and, at a higher level of the vessel, an outlet for the aluminum hydroxide in solution.
  • FIG.l Figure 1 is a schematic view of the installation according to the invention, in a first embodiment
  • Figure 2 is a view similar to Figure 1 but relating to a second embodiment of the installation;
  • Figure 3 is a partial perspective view of the rotor
  • Figure 4 is an elevational view of the object of Figure 3;
  • Figure 5 is a perspective view of a third embodiment of the invention, with multiple rotors.
  • Figure 6 is a partial schematic view of a fourth embodiment of the invention, in vertical section along the axis of the rotor
  • the first embodiment of an installation according to the invention allowing the implementation of a method according to the invention, comprises a closed tank 1 to contain the bath 2 in service. water, solid aluminum, aluminum hydroxide which formed in the bath and catalyst, as well as hydrogen in gas space 3 above the bath.
  • the tank 1 comprises in the upper part an introduction device 4 for introducing into the tank 1 solid aluminum in the form of fragments (not shown).
  • an introduction device 4 for introducing into the tank 1 solid aluminum in the form of fragments (not shown).
  • a known cleaning / pickling device for aluminum waste such as beverage cans after consumption of their contents, then a device for reducing this waste to chips or fragments of suitable size, for example 10 mm.
  • the tank 1 comprises in the upper part:
  • the tank 1 comprises in the lower part, but at a certain distance above the bottom 8 of the tank, an outlet 9, equipped with a valve 11, for the aqueous solution of aluminum hydroxide.
  • the bottom 8 of the tank has an outlet 12 equipped with a valve 13 for a sludge 14 composed of precipitated metal hydroxide KOH and the liquid fraction of the bath.
  • the outlet 9 for the aqueous solution of aluminum hydroxide is located above the normal level of sludge in the bottom of the bath, regulated by the opening and closing of the valve 13.
  • the outlet 9 for the aqueous solution of aluminum hydroxide is connected to the inlet of a dryer 16 having an outlet 17 for the aluminum hydroxide and an outlet 18 for the fluid, mainly water and /. or water vapor, which has been separated from it.
  • the outlet 18 is connected to the outlet 12 intended for the sludge.
  • the mixture of these two streams is sent to a balloon 19, the outlet 21 of which is connected to the inlet 7 intended for the catalyst.
  • the water of the mixture of water and catalyst is condensed.
  • the flask is selectively connected to a metal hydroxide tank 22, allowing, if necessary, to supplement the quantity of catalyst circulating in the installation.
  • the process further comprises the breaking of the physicochemical bond between Al (OH) 3 which goes into solution in water and M (OH) 3 which precipitates to form the sludge 14 mentioned above.
  • the agitation member is a rotor with a vertical axis driven in rotation about its axis by a motor 24.
  • the rotor 23 comprises around an axial shaft 27 ( Figure 1) a screw-shaped wall 26, similar in shape to a spiral access ramp to the various floors of a car park.
  • the aforementioned active surfaces comprise the lower surface and the upper surface of the wall 26.
  • the direction of rotation of the rotor 23 is chosen so that the wall 26 generates in the bath a generally axial movement directed upwards, so as to tend to return the solid aluminum towards the top of the bath counteracts its tendency to settle to the bottom of the bath by gravity.
  • the motor 24 is controlled to animate the rotor with an angular reciprocating movement about its axis, so as to increase the turbulence and counter the tendency of the bath to rotate with the water. rotor.
  • the back and forth movement has a greater angular amplitude in the direction generating the movement ascending than in the opposite direction, which is illustrated by the unequal length of the arrows 28.
  • the aforementioned angular amplitudes are for example 22.5 ° and 45 °, respectively.
  • the radially outer edge of the wall 26 in the general form of a screw is connected to a shoulder 29, directed upwards, defined by a flange 31 and extending all along all of the turns of the wall 26 around the axis of the rotor. Thanks to this shoulder, the fragments of solid aluminum which are on the wall 26 cannot easily escape radially outwards, which increases the efficiency of their driving up the vessel by the rotor.
  • the rotor comprises on its radially outer periphery blades or buckets which provide hydrodynamic movements outside the perimeter of the wall 26.
  • the rotor 23 and / or the vessel 1 are preferably made of stainless steel. They can be free of any catalytic coating, since the catalyst is in the bath and not in the form of a coating.
  • the reaction carried out requires a certain temperature level, typically 90 ° C.
  • an electric or other heating element 37 is provided in the tank 1 so as to immerse in the bath 3.
  • the reaction is exothermic. It is then necessary to regulate the temperature, for example by means of the condenser 19 making it possible to more or less cool the water-catalyst mixture reaching the inlet 7, or even by suitably regulating the flow of aluminum entering, so as to reduce the input. in aluminum to slow down the reaction when the temperature tends to be excessive or to increase this supply in the opposite case.
  • the installation comprises a certain number of pumps to ensure circulation, in particular upstream and downstream of the condenser 19.
  • the installation which has just been described is capable of operating continuously.
  • the aqueous solution of aluminum hydroxide on the one hand, and the sludge 14 on the other hand are extracted from the bottom of the tank through the outlets 9 and 12, the bath is replenished with aluminum to be treated , water and catalyst through inlets 4, 6 and 7.
  • FIG. 2 there is no longer a specific outlet for the aqueous solution of aluminum hydroxide.
  • This outlet equipped with a valve 43 is connected to the inlet of a separator 44 which can be a filter or a centrifuge.
  • the liquid fraction obtained by separation is sent to the inlet of the dryer 16 comprising, as in the previous embodiment, an outlet 17 for the aluminum hydroxide produced and for the water vapor an outlet 18 connected to the condenser 19, like the outlet 46 provided for the less liquid fraction coming from the separator 44, essentially consisting of precipitated catalyst.
  • the tank 51 contains several rotors 53, here four rotors with parallel and vertical axes, each having its motor 64.
  • the rotors are of the type described with reference to FIGS. 3 and 4.
  • the metal hydroxide is fed by a central inlet 57.
  • the outlet for the hydrogen is visible at 74.
  • the directions of rotation of the rotors can be chosen to optimize the turbulence in the bath between them. rotors, for example by rotating each rotor in the opposite direction of its neighbors, at all times.
  • the rotor 93 comprises a peripheral wall 94 in the form of a screen, preferably cylindrical having as its axis the axis of rotation of the rotor.
  • the aluminum to be treated is fed axially through an inlet 84 leading directly to the interior of a chamber 95 delimited by the wall 93 of the rotor and which communicates with the bath only through the perforations in the wall 94.
  • the fragments aluminum can only leave the chamber when their caliber is smaller than that of the holes in the peripheral wall 94, for example 0.5 or 1 mm.
  • the rotor is installed inclined in the tank 81, with the aluminum inlet 84 on the side facing upwards and lying above the level of the bath. Blades 92 are fixed on the outer face of the perforated wall 94.
  • the inner wall 97 has the larger gauge holes, for example 6mm, and it is this that receives the aluminum load from the inlet 84.
  • the middle wall 96 has the middle gauge holes, for example. 3 mm.
  • the invention is not limited to the examples described and shown.
  • the invention can also be implemented in batches, instead of the continuous operation which has been described.
  • the shapes described for the stirring member are in no way limiting. It is possible to envisage stirring means operating for example by a reciprocating linear movement.

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Abstract

Une cuve (1) reçoit en continu de l'eau, de l'aluminium réduit en fragments, et un catalyseur sous forme d'un hydroxyde métallique tel que KOH. Il y a dans la cuve un rotor (23) destiné à introduire de l'énergie mécanique, en particulier hydrodynamique, dans la cuve (1). La réaction physico-chimique suivante se produit dans le bain : Al + 3H2O + M(OH)n = Al(OH)3-M(OH)n + 3H2 L'énergie hydrodynamique introduite dans le bain par le rotor (23) casse la liaison physico-chimique entre Al(OH)3 qui passe en solution dans le bain et M(OH)n qui précipite. Une fraction liquide du bain est prélevée par une sortie (9) pour passer dans un sécheur (16) qui extrait l'hydroxyde d'aluminium. Le catalyseur précipité (14) et la vapeur dégagée par le séchage sont recyclés via un condenseur (19) et une entrée de recirculation (7).

Description

Description
Titre de l'invention : Procédé et installation pour produire de l'hydroxyde d'aluminium
La présente invention concerne un procédé pour produire de l'hydroxyde d'aluminium AI(OH)3 à partir d'aluminium, en particulier de déchets d'aluminium sous forme de fragments.
La présente invention concerne également une installation à cet effet.
L'hydroxyde d'aluminium connaît des applications nombreuses et variées telles que la production de cosmétiques, l'industrie de la céramique, les dentifrices, certains médicaments, les extincteurs et retardateurs de feu, les surfaces d'ameublement thermiquement isolantes ou réfractaires, etc.
Pour autant, la production d'hydroxyde d'aluminium demeure peu efficace à l'échelle industrielle. On connaît un procédé pour produire de l'hydroxyde d'aluminium dans une cuve alimentée en eau et en aluminium solide, en présence de carbone en tant que catalyseur. La production est lente et l'hydroxyde d'aluminium obtenu est chargé d'impuretés.
Le but de la présente invention est de proposer un procédé et une installation permettant de produire de l'hydroxyde d'aluminium de manière efficace, en particulier plus efficacement qu'avec le procédé connu, et/ou de l'hydroxyde d'aluminium plus pur que celui obtenu avec le procédé connu.
Suivant l'invention, le procédé pour produire de l'hydroxyde d'aluminium AI(OH)3, est caractérisé par les étapes suivantes :
■ former un bain d'aluminium solide, d'eau et d'un catalyseur métallique M(OH)n, de façon à former dans le bain le composé AI(OH)3-M(OH)n ;
■ soumettre le bain à des contraintes mécaniques suffisantes pour rompre dans ledit composé la liaison entre M(OH)nqui précipite et AI(OH)3 qui passe en solution aqueuse dans le bain ;
■ extraire de l'AI(OH)3 par séchage de la solution aqueuse. Il a en effet été trouvé selon l'invention que par la présence de ce catalyseur qui est lui aussi un hydroxyde la formation de l'hydroxyde d'aluminium en liaison avec ce catalyseur était considérablement accélérée, puis qu'il était possible de casser mécaniquement la liaison et enfin de séparer les deux hydroxydes en exploitant leur différence de solubilité dans l'eau du bain. En outre l'hydroxyde d'aluminium obtenu s'est avéré remarquablement pur, jusqu'à des degrés de pureté supérieurs à 95 %.
Dans une version avantageuse, on génère lesdites contraintes mécaniques par des moyens de brassage du bain, en utilisant de préférence comme moyens de brassage au moins un rotor de brassage. Ceci simplifie l'opération de rupture de la liaison entre l'hydroxyde d'aluminium et le catalyseur.
Il s'est avéré avantageux, sans que cela soit limitatif, d'actionner le rotor en rotation alternativement dans un sens et dans l'autre autour de son axe de rotation, de façon encore plus préférée dans un premier sens avec une première amplitude angulaire et dans un deuxième sens opposé au premier sens avec une deuxième amplitude angulaire plus petite que la première amplitude angulaire.
Dans une version privilégiée, le rotor étant configuré pour générer dans le bain un mouvement parallèle à l'axe de rotation du rotor, ledit premier sens correspond à un mouvement ascendant dans le bain. Ce mouvement ascendant du bain sollicite vers le haut les fragments d'aluminium à l'encontre de leur tendance à migrer vers le fond du bain en raison de la gravité. Ainsi l'aluminium reste en suspension dans le bain pour mieux interagir avec l'eau et le catalyseur.
Plus généralement, il est avantageux selon l'invention de générer dans le bain un mouvement ascendant et/ou des turbulences tendant à maintenir l'aluminium solide en suspension dans le bain et en même temps de permettre à l'hydroxyde métallique précipité de migrer vers le fond du bain.
De façon également plus générale, on propose non limitativement de prévoir dans des organes agitateurs des passages ou orifices calibrés pour permettre à l'hydroxyde métallique précipité de migrer vers le fond du bain et en même temps empêcher le passage de fragments d'aluminium solide. Dans une version avantageuse de l'invention on recueille de l'hydrogène se dégageant du bain après s'être formé dans le bain en raison de la formation de l'hydroxyde d'aluminium par combinaison de l'aluminium avec l'eau du bain. L'hydrogène ainsi collecté est un sous-produit intéressant du procédé.
De préférence, on refroidit l'hydrogène collecté, de manière encore plus préférée par échange de chaleur avec de l'eau alimentant le bain. La réaction mise en œuvre dans le bain étant exothermique, l'hydrogène sort du bain assez chaud et il est avantageux de le refroidir. Le refroidissement de l'hydrogène avec l'eau entrante a l'avantage d'être simple et gratuit tout en évitant que l'eau entrante crée dans le bain une zone froide, moins active pour la réaction.
Notamment dans une version du procédé fonctionnant en continu, on recueille en fond de bain l'hydroxyde métallique qui a précipité après avoir servi de catalyseur, et on le renvoie en haut de bain.
De préférence on condense de la vapeur d'eau issue du séchage de la solution aqueuse et on renvoie dans le bain l'eau obtenue par condensation. Ainsi on réduit la consommation d'eau et on renvoie automatiquement dans le bain toute substance contenue dans cette vapeur et qui pourrait être polluante et/ou nécessiter un traitement si la vapeur était rejetée à l'extérieur.
Dans une autre version ou la même, on recueille en fond de bain un mélange d'hydroxyde métallique et de ladite solution aqueuse, puis on sépare l'hydroxyde métallique de la solution aqueuse. L'hydroxyde métallique tend à former en fond de bain, avec la solution aqueuse, une boue que cette version de l'invention permet de séparer, par exemple pour renvoyer l'hydroxyde métallique dans le bain et prélever l'hydroxyde d'aluminium en tant que produit.
La séparation entre l'hydroxyde métallique et la solution aqueuse peut se faire par tamisage ou par centrifugation.
D'une manière générale, de façon à assurer un fonctionnement en continu, le procédé selon l'invention peut comporter les étapes suivantes : ■ collecter le précipité d'hydroxyde métallique ;
■ alimenter le bain en eau, en hydroxyde métallique de recirculation et en aluminium à mesure de la production d'hydroxyde d'aluminium ; et de préférence
■ réguler la température du bain, de manière encore plus préférée grâce à des moyens de chauffage pour la montée en température et/ou par un réglage variable de l'un au moins des débits d'eau et d'aluminium entrants pour la stabilisation.
Dans une version typique du procédé, on introduit l'aluminium dans le bain sous forme de fragments.
De préférence, quelle que soit la version du procédé, pour la réaction on utilise de l'aluminium issu de la récupération de cannettes de boisson après consommation de leur contenu. Le procédé selon l'invention permet pour la première fois de valoriser ces déchets de manière économiquement rentable.
De manière générale pour l'invention, il est particulièrement préféré d'utiliser comme hydroxyde métallique un hydroxyde de potassium. La liaison formée par l'hydroxyde d'aluminium avec l'hydroxyde de potassium s'est avérée relativement fragile et donc relativement facile à rompre par les sollicitations mécaniques selon l'invention.
De préférence on introduit l'aluminium solide dans le bain à travers un sas de désaération. On évite ainsi de mettre de l'oxygène de l'air en présence de l'hydrogène dégagé par la réaction dans le bain.
Suivant un second aspect de l'invention, l'installation pour la mise en œuvre d'un procédé selon le premier aspect, complété optionnellement avec une ou plusieurs de ses particularités optionnelles détaillées ci-dessus, est caractérisée en ce qu'elle comprend :
■ une cuve fermée pour contenir le bain d'eau, d'aluminium solide, d'hydroxyde d'aluminium qui s'est formé dans le bain et de catalyseur, ainsi que de l'hydrogène au-dessus du bain ;
■ un dispositif d'introduction de l'aluminium solide ; ■ une entrée d'eau
■ au moins une sortie pour l'hydroxyde d'aluminium en solution ;
■ au moins un organe d'agitation monté dans la cuve et relié à des moyens moteurs pour soumettre le bain à des sollicitations mécaniques.
Dans une version privilégiée, l'au moins un moyen d'agitation comprend au moins un rotor, qui dans un mode de réalisation est muni de surfaces actives disposées pour que la rotation du rotor autour de son axe de rotation génère des mouvements hydrodynamiques dans le bain.
De préférence, dans cette version privilégiée, la disposition d'une partie au moins des surfaces actives et le sens de rotation du rotor autour de son axe sont choisis pour tendre à solliciter l'aluminium solide vers le haut du bain à l'encontre de sa tendance à migrer vers le fond de la cuve par gravité. On assure ainsi que l'aluminium à traiter reste en interaction optimale avec le bain au lieu d'aller se déposer en fond de cuve avec le catalyseur précipité.
Dans un mode de réalisation, le rotor comporte comme surface active une surface en forme générale de vis autour de l'axe du rotor, lequel axe forme un angle, de préférence égal à 90°, avec l'horizontale. De préférence, le bord radialement extérieur de la surface en forme générale de vis est raccordé à un épaulement dirigé vers le haut. Cet épaulement empêche l'aluminium à traiter de s'échapper radialement vers l'extérieur.
Dans un autre mode de réalisation, le rotor comprend une chambre raccordée à une alimentation en aluminium de la cuve, et communiquant avec le bain à l'extérieur du rotor à travers au moins une paroi perforée de trous calibrés. Les trous calibrés permettent au bain d'être présent dans la chambre et au catalyseur précipité de sortir de la chambre. Par contre les fragments d'aluminium ne peuvent sortir de la chambre que lorsque leur calibre a suffisamment diminué pour leur permettre de passer par les trous de la paroi perforée.
Lorsque les moyens d'agitation comprennent un rotor, celui-ci est actionné en va- et-vient, de préférence avec une course angulaire différente dans un sens et dans l'autre, respectivement. Dans certaines installations selon l'invention, l'au moins un rotor comprend plusieurs rotors, de préférence à axes parallèles. On peut ainsi envisager une cuve de grande capacité, ayant une production élevée, et en même temps des rotors de taille raisonnable mais assurant une agitation dans l'ensemble du bain.
Typiquement, l'installation selon l'invention comporte, de préférence, une sortie pour l'hydrogène en haut de cuve. De façon encore plus préférée, la sortie pour l'hydrogène est raccordée à une première voie d'un échangeur de chaleur dont une seconde voie est montée en amont de l'entrée d'eau dans le bain, pour refroidir l'hydrogène par échange de chaleur avec l'eau destinée au bain.
L'installation selon l'invention peut également comprendre en aval de la sortie pour l'hydroxyde d'aluminium en solution un sécheur destiné à séparer l'hydroxyde d'aluminium produit d'une part et l'eau du bain d'autre part, émise par exemple sous forme de vapeur d'eau. De préférence, le sécheur comprend pour l'eau séparée de l'hydroxyde d'aluminium par séchage une sortie raccordée à un trajet de recirculation du catalyseur.
Plus généralement, dans une version privilégiée adaptée notamment au fonctionnement en continu, l'installation selon l'invention comprend un trajet de recirculation du catalyseur entre le fond du bain où le catalyseur précipite, et le haut du bain. De préférence, le trajet de recirculation comprend des moyens pour compléter la quantité de catalyseur en circulation dans l'installation. Cela permet de compenser les quantités perdues notamment comme impuretés dans l'hydroxyde d'aluminium produit.
Dans une première version de l'installation selon l'invention comportant le cas échéant tout ou partie de ses perfectionnements, l'au moins une sortie comprend au voisinage du fond de la cuve une sortie commune pour l'hydroxyde d'aluminium en solution et le catalyseur, la sortie commune étant raccordée à un séparateur du genre filtre ou centrifuge séparant l'l'hydroxyde d'aluminium en solution d'une part et le catalyseur précipité d'autre part, en vue de la recirculation de ce dernier. Mais dans une seconde version, la cuve comporte au voisinage de son fond une sortie pour le catalyseur précipité et, à un niveau plus élevé de la cuve, une sortie pour l'hydroxyde d'aluminium en solution.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description ci-après, relative à des exemples non-limitatifs.
Aux dessins annexés :
[Fig.l] la figure 1 est une vue schématique de l'installation selon l'invention, dans un premier mode de réalisation ;
[Fig.2] la figure 2 est une vue analogue à la figure 1 mais relative à un deuxième mode de réalisation de l'installation ;
[Fig.3] la figure 3 est une vue en perspective partielle du rotor ;
[Fig.4] la figure 4 est une vue en élévation de l'objet de la figure 3 ;
[Fig.5] la figure 5 est une vue en perspective d'un troisième mode de réalisation de l'invention, à rotors multiples ; et
[Fig.6] la figure 6 est une vue schématique partielle d'un quatrième mode de réalisation de l'invention, en coupe verticale selon l'axe du rotor
La description qui va suivre doit être entendue comme décrivant séparément et/ou dans toute combinaison mutuelle sensée les particularités évoquées, éventuellement isolées du reste d'un ou plusieurs paragraphes qui les mentionnent ou même d'une ou plusieurs parties de phrase qui les mentionnent.
Dans l'exemple représenté à la figure 1, le premier mode de réalisation d'une installation selon l'invention, permettant la mise en œuvre d'un procédé selon l'invention, comprend une cuve fermée 1 pour contenir en service le bain 2 d'eau, d'aluminium solide, d'hydroxyde d'aluminium qui s'est formé dans le bain et de catalyseur, ainsi que de l'hydrogène dans l'espace gazeux 3 au-dessus du bain.
La cuve 1 comporte en partie supérieure un dispositif d'introduction 4 pour introduire dans la cuve 1 de l'aluminium solide sous forme de fragments (non représentés). De manière non représentée, il peut être prévu en amont du dispositif d'introduction 4 un dispositif de nettoyage/décapage connu pour des déchets en aluminium comme des cannettes de boisson après consommation de leur contenu, puis un dispositif pour réduire ces déchjets en copeaux ou fragments de taille appropriée, par exemple 10 mm. Le dispositif d'introduction 4 comporte un dispositif de désaération connu (« gas trap » = piège à gaz) qui permet d'introduire l'aluminium notamment sans introduction simultanée d'oxygène pour éviter l'inflammation de l'hydrogène, et de préférence sans introduction d'aucun gaz de façon que l'hydrogène reste aussi pur que possible dans l'espace gazeux 3 de la cuve 1.
En outre, la cuve 1 comporte en partie supérieure :
■ une entrée 6 pour l'eau destinée à réagir avec l'aluminium pour former de l'hydroxyde d'aluminium avec dégagement d'hydrogène, comme on le verra plus en détail plus loin ;
■ une entrée 7 pour une suspension aqueuse d'un hydroxyde métallique, de préférence de l'hydroxyde de potassium KO H.
Par ailleurs la cuve 1 comporte en partie inférieure, mais à une certaine distance au-dessus du fond 8 de la cuve, une sortie 9, équipée d'une vanne 11, pour la solution aqueuse d'hydroxyde d'aluminium. Enfin le fond 8 de la cuve comporte une sortie 12 équipée d'une vanne 13 pour une boue 14 composée d'hydroxyde métallique KOH précipité et de la fraction liquide du bain. La sortie 9 pour la solution aqueuse d'hydroxyde d'aluminium est située au-dessus du niveau normal de boue dans le fond du bain, régulé par l'ouverture et la fermeture de la vanne 13.
La sortie 9 pour la solution aqueuse d'hydroxyde d'aluminium est raccordée à l'entrée d'un sécheur 16 ayant une sortie 17 pour l'hydroxyde d'aluminium et une sortie 18 pour le fluide, principalement de l'eau et/ou de la vapeur d'eau, qui en a été séparé. La sortie 18 est raccordée à la sortie 12 destinée à la boue. Le mélange de ces deux flux est envoyé à un ballon 19 dont la sortie 21 est raccordée à l'entrée 7 destinée au catalyseur. Dans le ballon l'eau du mélange d'eau et de catalyseur est condensée. En outre le ballon est raccordé sélectivement à un réservoir 22 d'hydroxyde métallique, permettant au besoin de compléter la quantité de catalyseur en circulation dans l'installation.
Le processus physico-chimique mis en œuvre pour obtenir de l'hydroxyde d'aluminium comprend la réaction suivante : Al + 3H20 + M(OH)n = AI(OH)3-M(OH)n + 3H2
Le processus comprend en outre la rupture de la liaison physico-chimique entre AI(OH)3 qui passe en solution dans l'eau et M(OH)3 qui précipite pour former la boue 14 évoquée plus haut.
Il est prévu selon l'invention d'opérer cette rupture par voie mécanique en soumettant le bain 3 à des contraintes mécaniques, en particulier au moyen d'au moins un organe d'agitation 23 monté dans la cuve 1 de façon à être plongé dans le bain 3. L'organe d'agitation comporte des surfaces actives qui seront détaillées plus loin, agencées pour engendrer dans le bain 3 des mouvements hydrodynamiques ou turbulences suffisamment vigoureuses pour provoquer la rupture de la liaison physico-chimique précitée lorsque l'organe d'agitation est animé d'un mouvement approprié. Dans l'exemple représenté l'organe d'agitation est un rotor à axe vertical entraîné en rotation autour de son axe par un moteur 24.
Dans une réalisation avantageuse, comme le montrent les figures 3 et 4, le rotor 23 comporte autour d'un arbre axial 27 (figure 1) une paroi 26 en forme de vis, de forme semblable à une rampe d'accès en colimaçon aux différents étages d'un parking pour automobiles. Les surfaces actives précitées comprennent la surface inférieure et la surface supérieure de la paroi 26. Le sens de rotation du rotor 23 est choisi pour que la paroi 26 génère dans le bain un mouvement globalement axial dirigé vers le haut, de façon à tendre à ramener l'aluminium solide vers le haut du bain à l'encontre de sa tendance à se déposer au fond du bain par gravité.
De préférence, comme illustré par les flèches 28, le moteur 24 est commandé pour animer le rotor avec un mouvement de va-et-vient angulaire autour de son axe, de façon à accroître les turbulences et contrer la tendance du bain à tourner avec le rotor. De façon à mettre en œuvre à la fois le mouvement de va-et-vient et le sens général de mouvement générant un mouvement ascendant du bain, le mouvement de va-et-vient présente une amplitude angulaire plus grande dans le sens générant le mouvement ascendant que dans le sens opposé, ce qui est illustré par la longueur inégale des flèches 28. Les amplitudes angulaires précitées sont par exemple de 22,5° et 45°, respectivement. De préférence, le bord radialement extérieur de la paroi 26 en forme générale de vis est raccordé à un épaulement 29, dirigé vers le haut, défini par un rebord 31 et s'étendant tout le long de l'ensemble des spires de la paroi 26 autour de l'axe du rotor. Grâce à cet épaulement les fragments d'aluminium solide qui se trouvent sur la paroi 26 ne peuvent pas facilement s'échapper radialement vers l'extérieur ce qui accroît l'efficacité de leur entraînement vers le haut de la cuve par le rotor.
Par ailleurs le rotor comporte sur son pourtour radialement extérieur des pales ou augets qui assurent des mouvements hydrodynamiques à l'extérieur du périmètre de la paroi 26. Il y a également dans l'exemple représenté des barrettes axiales 33 qui pontent les spires de la paroi 26 deux par deux, de façon à renforcer le rotor et en même temps participer à la génération de mouvements hydrodynamiques dans le bain, notamment radialement à l'extérieur de la paroi 26.
Le rotor 23 et/ou la cuve 1 sont de préférence réalisés en acier inoxydable. Ils peuvent être exempts de tout revêtement catalytique, puisque le catalyseur se trouve dans le bain et non sous forme de revêtement.
Comme on l'a vu plus haut, la réaction mise en œuvre s'accompagne d'un dégagement d'hydrogène, lequel constitue un sous-produit avantageux du procédé. Revenant à la figure 1, il est ainsi prévu en haut de cuve 1 une sortie 34 pour l'hydrogène, raccordée dans cet exemple avantageux à une voie d'un échangeur de chaleur 36 dont l'autre voie est parcourue par l'eau circulant en direction de l'entrée 6 dans la cuve. Ainsi on refroidit l'hydrogène et on récupère la chaleur pour le bain.
D'une manière générale la réaction mise en œuvre nécessite un certain niveau de température, typiquement 90°C. Pour amorcer le processus, un élément chauffant 37 électrique ou autre est prévu dans la cuve 1 de façon à plonger dans le bain 3. Une fois amorcée la réaction est exothermique. Il convient alors de réguler la température, par exemple grâce au condenseur 19 permettant de plus ou moins refroidir le mélange eau-catalyseur atteignant l'entrée 7, ou encore en régulant convenablement le débit d'aluminium entrant, de façon à réduire l'apport en aluminium pour ralentir la réaction quand la température tend à être excessive ou augmenter cet apport dans le cas contraire. il
De manière non représentée l'installation comporte un certain nombre de pompes pour assurer la circulation notamment en amont et en aval du condenseur 19.
L'installation qui vient d'être décrite est capable de fonctionner en continu. A mesure que de la solution aqueuse d'hydroxyde d'aluminium d'une part, et de la boue 14 d'autre part, sont extraites du fond de la cuve par les sorties 9 et 12, le bain est réalimenté en aluminium à traiter, en eau et en catalyseur par les entrées 4, 6 et 7.
L'exemple de la figure 2 ne sera décrit que pour ses différences avec celui de la figure 1.
Dans l'exemple de la figure 2 il n'y a plus de sortie spécifique pour la solution aqueuse d'hydroxyde d'aluminium. Il n'y a plus qu'une seule sortie 42 en fond de cuve, d'où est extrait un mélange contenant la solution aqueuse et le catalyseur précipité. Cette sortie équipée d'une vanne 43 est raccordée à l'entrée d'un séparateur 44 qui peut être un filtre ou une centrifugeuse. La fraction liquide obtenue par séparation, essentiellement constituée de solution aqueuse d'hydroxyde d'aluminium, est envoyée à l'entrée du sécheur 16 comportant comme dans le mode de réalisation précédent une sortie 17 pour l'hydroxyde d'aluminium produit et pour la vapeur d'eau une sortie 18 raccordée au condenseur 19, comme la sortie 46 prévue pour la fraction la moins liquide issue du séparateur 44, essentiellement constituée de catalyseur précipité.
Dans le mode de réalisation de la figure 5, l'installation est prévue pour une production plus grande. La cuve 51 contient plusieurs rotors 53, ici quatre rotors à axes parallèles et verticaux, ayant chacun son moteur 64. Les rotors sont du type décrit en référence aux figures 3 et 4. Il y a plusieurs entrées 54 pour l'aluminium dont chacune alimente le dessus de l'un respectif des rotors, de façon à éviter que de l'aluminium migre directement au fond du bain en passant par exemple par l'espace central entre les rotors. L'hydroxyde métallique est alimenté par une entrée centrale 57. La sortie pour l'hydrogène est visible en 74. Les sens de rotation des rotors peuvent être choisis pour optimiser les turbulences dans le bain entre les rotors, par exemple en faisant tourner chaque rotor en sens inverse de ses voisins, à tout moment.
Dans l'exemple de la figure 6, le rotor 93 comporte une paroi périphérique 94 en forme de tamis, de préférence cylindrique ayant pour axe l'axe de rotation du rotor. L'alimentation en aluminium à traiter se fait axialement par une entrée 84 conduisant directement à l'intérieur d'une chambre 95 délimitée par la paroi 93 du rotor et qui ne communique avec le bain que par les perforations de la paroi 94. Les fragments d'aluminium ne peuvent sortir de la chambre que lorsque leur calibre est inférieur à celui des trous de la paroi périphérique 94, par exemple 0,5 ou 1 mm. Le rotor est installé incliné dans la cuve 81, avec l'entrée d'aluminium 84 du côté dirigé vers le haut et se trouvant au-dessus du niveau du bain. Des pales 92 sont fixées sur la face extérieure de la paroi perforée 94.
Dans la version perfectionnée qui est représentée, il y a à l'intérieur de la paroi 94 deux autres parois perforées coaxiales. La paroi intérieure 97 a les trous de plus grand calibre, par exemple 6 mm, et c'est elle qui reçoit la charge d'aluminium en provenance de l'entrée 84. La paroi intermédiaire 96 comporte des trous de calibre intermédiaire, par exemple 3 mm. Ainsi, à mesure que les fragments d'aluminium rapetissent du fait de la consommation d'aluminium par la réaction, les fragments d'aluminium peuvent migrer du centre du rotor vers sa périphérie puis finissent par passer dans le bain autour du rotor. Leur calibre est alors devenu suffisamment petit pour faciliter leur maintien en suspension dans le bain et leur désagrégation complète du fait de la réaction.
Pour le reste, le mode de réalisation de la figure 6, dont seule une partie est représentée, correspond à celui de la figure 1 et les mêmes numéros de référence sont utilisés pour faciliter la compréhension.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemple décrits et représentés. L'invention peut également être mise en œuvre par fournées, au lieu du fonctionnement continu qui a été décrit. Les formes décrites pour l'organe d'agitation ne sont absolument pas limitatives. On peut envisager des moyens d'agitation fonctionnant par exemple par un mouvement linéaire alternatif.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé pour produire de l'hydroxyde d'aluminium AI(OH)3, caractérisé par les étapes suivantes :
- former un bain (2) d'aluminium solide, d'eau et d'un catalyseur métallique M(OH)n, de façon à former dans le bain le composé AI(OH)3-M(OH)n ; le catalyseur métallique M(OH)n étant l'hydroxyde métallique KOH ;
- soumettre le bain à des contraintes mécaniques suffisantes pour rompre dans ledit composé la liaison entre M(OH)nqui précipite etAI(OH)3 qui passe en solution aqueuse dans le bain ;
- extraire de l'AI(OH)3 par séchage de la solution aqueuse.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on génère lesdites contraintes mécaniques par des moyens de brassage du bain (23, 63, 93).
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on utilise comme moyens de brassage du bain au moins un rotor de brassage (23, 63, 93).
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on actionne le rotor (23, 63, 93) en rotation alternativement dans un sens et dans l'autre autour de son axe de rotation.
5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on actionne le rotor (23) en rotation autour de son axe alternativement dans un premier sens avec une première amplitude angulaire et dans un deuxième sens opposé au premier sens avec une deuxième amplitude angulaire plus petite que la première amplitude angulaire.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le rotor est configuré pour générer dans le bain un mouvement parallèle à l'axe de rotation du rotor, et en ce que ledit premier sens correspond à un mouvement ascendant dans le bain.
7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on génère dans le bain un mouvement ascendant et/ou des turbulences tendant à maintenir l'aluminium solide en suspension dans le bain et en même temps on permet à l'hydroxyde métallique précipité de migrer vers le fond du bain.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on permet à l'hydroxyde métallique précipité de migrer vers le fond du bain par des orifices prévus dans au moins un organe agitateur (93) et calibrés pour empêcher le passage de fragments d'aluminium solide excédant un certain calibre.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on recueille de l'hydrogène se dégageant du bain après s'être formé dans le bain en raison de la formation de l'hydroxyde d'aluminium par combinaison de l'aluminium avec l'eau du bain.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on refroidit l'hydrogène par échange de chaleur avec de l'eau alimentant le bain.
11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'on recueille en fond de bain l'hydroxyde métallique précipité et on le renvoie en haut de bain.
12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'on condense de la vapeur d'eau issue du séchage de la solution aqueuse et on renvoie dans le bain l'eau obtenue par condensation.
13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'on recueille en fond de bain un mélange d'hydroxyde métallique et de ladite solution aqueuse, puis on sépare l'hydroxyde métallique de la solution aqueuse.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'on sépare l'hydroxyde métallique de la solution aqueuse par centrifugation.
15. Procédé selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par : collecter le précipité d'hydroxyde métallique ; et - alimenter le bain en eau, en hydroxyde métallique de recirculation et en aluminium à mesure de la production d'hydroxyde d'aluminium de façon à assurer un fonctionnement en continu.
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'on régule la température du bain grâce à des moyens de chauffage (37) pour la montée en température et par un réglage variable de l'un au moins des débits d'eau et d'aluminium entrants pour la stabilisation.
17. Procédé selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'on introduit l'aluminium dans le bain sous forme de fragments.
18. Procédé selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé en ce qu'on utilise de l'aluminium issu de la récupération de cannettes de boisson après consommation de leur contenu.
19. Procédé selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé en ce qu'on introduit l'aluminium solide à travers un sas de désaération.
20. Installation pour la mise en œuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisée en ce qu'elle comprend :
- une cuve (1, 51, 81) fermée pour contenir le bain (2) d'eau, d'aluminium solide, d'hydroxyde d'aluminium qui s'est formé dans le bain et de KOH comme catalyseur, ainsi que de l'hydrogène dans un espace gazeux (3) au- dessus du bain ;
- un dispositif d'introduction de l'aluminium solide (4, 54, 84) ; une entrée d'eau (6, 86) ;
- au moins une sortie (9, 42) pour l'hydroxyde d'aluminium en solution ;
- au moins un organe d'agitation (23, 63, 93) monté dans la cuve (1, 51, 81) et relié à des moyens moteurs (24, 64) pour soumettre le bain à des sollicitations mécaniques suffisantes pour rompre la liaison entre KOH qui précipite et Al(0)3 qui passe en solution dans le bain.
21. Installation selon la revendication 20, caractérisée en ce que l'au moins un organe d'agitation comprend au moins un rotor (23, 63, 93).
22. Installation selon la revendication 21, caractérisée en ce que l'au moins un rotor est muni de surfaces actives disposées pour que la rotation du rotor autour de son axe de rotation génère des mouvements hydrodynamiques dans le bain.
23. Installation selon la revendication 22, caractérisée en ce que la disposition d'une partie au moins des surfaces actives et le sens de rotation du rotor autour de son axe sont choisis pour tendre à solliciter l'aluminium solide vers le haut du bain à l'encontre de sa tendance à migrer vers le fond de la cuve par gravité.
24. Installation selon la revendication 23, caractérisée en ce que le rotor (23) comporte comme surface active une surface en forme générale de vis autour de l'axe du rotor, lequel axe forme un angle, de préférence égal à 90°, avec l'horizontale.
25. Installation selon la revendication 24, caractérisée en ce que le bord radialement extérieur de la surface en forme générale de vis est raccordé à un épaulement (29) dirigé vers le haut.
26. Installation selon la revendication 21 ou 22, caractérisée en ce que le rotor (93) comprend une chambre (95) raccordée à une alimentation en aluminium (84) de la cuve (81), et communiquant avec le bain à l'extérieur du rotor à travers au moins une paroi (94, 96, 97) perforée de trous calibrés.
27. Installation selon l'une des revendications 21 à 26, caractérisée en ce que le rotor est actionné en va-et-vient, de préférence avec une course angulaire différente dans un sens et dans l'autre, respectivement.
28. Installation selon l'une des revendications 21 à 27, caractérisée en ce que l'au moins un rotor comprend plusieurs rotors (63), de préférence à axes parallèles.
29. Installation selon l'une des revendications 20 à 28, caractérisée en ce qu'elle comporte en haut de cuve une sortie (34) pour l'hydrogène.
30. Installation selon la revendication 29, caractérisée en ce que la sortie pour l'hydrogène (34) est raccordée à une première voie d'un échangeur de chaleur (36) dont une seconde voie est montée en amont de l'entrée d'eau (6) dans le bain, pour refroidir l'hydrogène par échange de chaleur avec l'eau destinée au bain.
31. Installation selon l'une des revendications 20 à 30, caractérisée en ce qu'elle comprend un sécheur (16) en aval de la sortie (9, 42) pour l'hydroxyde d'aluminium en solution.
32. Installation selon la revendication 30, caractérisée en ce que le sécheur comprend pour l'eau séparée de l'hydroxyde d'aluminium par séchage une sortie (18) raccordée à un trajet de recirculation du catalyseur.
33. Installation selon l'une des revendications 20 à 31, caractérisée en ce qu'elle comprend un trajet de recirculation du catalyseur entre le fond du bain (14) où le catalyseur précipite, et une entrée (7, 57) en haut du bain.
34. Installation selon la revendication 33, caractérisée en ce que le trajet de recirculation comprend des moyens (22) pour compléter la quantité de catalyseur en circulation dans l'installation.
35. Installation selon l'une des revendications 20 à 34, caractérisée en ce que l'au moins une sortie comprend au voisinage du fond de la cuve une sortie commune (42) pour l'hydroxyde d'aluminium en solution et le catalyseur, la sortie commune étant raccordée à un séparateur (44) du genre filtre ou centrifuge séparant l'l'hydroxyde d'aluminium en solution d'une part et le catalyseur précipité d'autre part, en vue de la recirculation de ce dernier.
36. Installation selon l'une des revendications 20 à 34, caractérisée en ce que la cuve (1, 81) comporte au voisinage de son fond une sortie (12) pour le catalyseur précipité et, à un niveau plus élevé de la cuve, une sortie (9) pour l'hydroxyde d'aluminium en solution.
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