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,~ ~
~ a pré~ente ~nvention concerne l'extraction de l'alu-
minium ~ l'état de sulfate à partir d'une ~olution contenant ce
compo~é.
On 8 décr~t de nombreux proc~dé~ dans lesquel~ une
matiare alumineuse, par exemple une mati~re ~ilico-alumineuee,
e~t att~quée par une ~olution sul~urique. La ~olution chaude
issue d'une telle attaque contient principalement du s~lfate
d'aluminium, mai~ au~i de l'acide ~ulfurique libre en excè~ !,
et d'autre~ sulfate~ m~talliques tel~ que de~ ~ul~ate~ de fer,
de titan~, et, éventuellement, de potas~ium, de ~odium et/ou
de magné~ium9 dont la nature et la quantité d~pendent évidemment
de la compo~ition de la matière trait~e et des condition~ de
l'attaque.
Pour l'extraction de l'élément aluminium ~ partir de
telle~ solution~ on ~ propo~é divers prooéd~ dan~ le~quelq
l'aluminium est précipité ~ous forme d'un sul~ate ou 90U9 forme
d'un chlorure qui peuvent être ensuite d~compo~és en vue de la '.`
production d'alumine ou vendus.
~ a littéra~ure a fait mention de nombreux sulfates
d'alum~nium : ~ulfate neutre anhydre, sulfate~ neu-tre3 hydrat~
à ~, 6, 9, 12, 1~, 16 ou 18 H20, sulfates ba~ique~, ~ulfate~
acide~ diver~ par exemple ~ 1 ou 1/2 H2~0~ e~ 12 H20. (Voir
par exemple Journal o~ Metal~ ~uillet 1966, page~ 811-~18, ou
Linke 4ème ~d. Volume 1, Van No~trand CompQny Inc, 1958, pages
206 et suivante~),
Certa~n~ auteurs doutent de l'exi~tence de certain~ de
ces sul~ate~ car, d'une ~aQon g~nérale, leur cristalli~ation
est lente et leur ~iltrabilit~ m~diocre ; le g^ateau qui
résulte de leur ~éparation, m~me par ~iltrstion, e~t imprégn~
d'une quantit~ importante d'e~ux m~re~ qui rendent les analyse~
incertaine~, même sprès lavage~ Quand l'on pas~e d'une solution
pure ~ une solution indu~trielle qui, comme il vient d'être dit,
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contient d'autre~ ~ulfate~ di~ou~, la pr~ence d'une quantit~
importante d'eaux mères a9 outre le~ difficult~ de ~éparation
qu'elle entra~ne, l'inconvénient de lai~ser dan~ la masse
~olide ~éparée de~ quantités non désirées de ~ulfate~ méta ~ que~
don-t certain~ exigent de~ opération~ complexes ou coûteuse~
pour être ultérieurement complatement ~par~s du ~ul~ate
d'aluminium En ~ait cette s~paration est difficilement totale :
elle néce~site, la plupart du tempsg de nombreu~e~ op~ration~
successive~ pour parvenir ~ une slumine ~uffissmment pure pour
le~ usages m~tallurgique~.
La pr~sente invention conce~ne des moyens pour faire
pr~cipiter un sulfate d'alumLnium bien cristalli~ susceptible
de donner lors de ~a ~éparation de~ eaux mère~ un gateau con-
tenant relativement peu d'eaux mère~ et facilement lavable.
~a demsnderesse a con~tsté ~ue le ~ul~ate de formule
A12(S04)3 , 0,5 H~$04, 11 ~ 12 H20
pouvalt con~enir a ce but. Sa precipitatlon néces~ite des
condition~ bien définies qui, en particulier, évitent la
pr~cipitation d'autre~ ~ulfate~ d'aluminium. ~e~ difficultés
rencontrée~ pour éviter une telle précipitation ~imultan~e non
d~irée d'autre~ ~ulfate~ d'aluminium ~on-t grande~, oar certain~
aomaine~ de pr~cipitation sont voi~in~, il exi~te de~
é~uilibre~ méta~table~ et de nombreux états de ~ur~a-turation,
et les vite~e~ de précipitation de chacun de~ divers ~ulfate~
po~sible~, ~urtout ~ partir de solutions ~urssturées, ~ont
dl~férente~ c~ qui contribue ~ la pr~cipitation simultanée de
plu~leur~ ~ulfate~ dont le m~lange est difficilement filtrable
et lsvable~
~e procédé ~elon l'invention con~i~te à introduire une
30 l `dolution sul~urique impure de ~ulfate d'aluminium r~ultant de
l'attaque d'une matière alumineuse par une ~olution ~ulfurique,
dan~ le premier d'une ~érie d'au moins deux cri~tallisoir~
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une tempér~ture au moins égale ~ celle de ce premier
cristallisoir, ~a compo~it~on étant telle que, portée à la
température dudit cri~talli~oir, elle ~e trouve en état de
surs~turation et que le point figuratif de sa compo~ition æur
un diagramme portant en absci~e~ le pourcentage en H2S~4
libre et en ordonnée~ le pourcentage en A120~ ~e trouve
l'intérieur d'un triangle dont un sommet A e~t le point
représentatif du sulfate pr~cipité et dont le~ autres sommets
B et C ont re~pectivement pour ab3ci~ses 39 et 56% et pour
ordonnées 1 et 0,5%, a maintenir ledit premier cristalli~oir
à une température au plu9 égale à 80C, à ~aire circuler 18
~u~pension d'un cristallisoir ~ l'autre, chaque cristalli~oir
étant maintenu ~ une température inférieure à celle du précédent, ;;
la tempéra-ture du dernier cristalli~oir pouvant ~tre ~ussi
ba~se que 15C, le temps de ~éjour de la su~pensioQ dan~ ohauqe
cri~tallisoir ~ant su~fi~ant pour y obtenir une concentration
en ~1203 ~ou~ ~orme de sulfate d'aluminium en solution d'autant
plus proche de l'équilibre statique ~ la température du
cristalli~oir con~idéré que cette température est moins élevée,
enfin ~ séparer les cristaux de la 301ution.
Il est ~ noter que les coordonn~es des Yommets ~ et a
du triangle ABC qui ~lent d'etre défini peuvent e~tre lég~rement
modi~i~e~ par la pr~senoe dan~ la ~olution d'aubre~ ~ul~at~ ;
que le ~ulfate d'aluminium.
~ a composition de la ~olution ~ traiter peut être
amenée ~ l'int~rieur du domaine précédemment défini par tout
moyen co~nu en ~oi tel que : ~vaporation, addition d'eau,
addition d'acide sulfurique.
Il e~t avantageux de laver le~ cri~taux ~éparés de la
eolution re~iduelle.
Il a été dit que l'on recherche dans chaque cri~tal-
lisoir l'obtention d'une concentration en ~ulfate d'aluminium en
: .
.
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solution proche de l'équilibre statique ~ ~a température de ce
oristallisoir, Par équilibre ~tatique on entend la concentra-
tion qui ~erait atteinte au bou-t d'un tr~s long temp~ de ~é~our,
et au-dessou~ de la~uelle la cri~talli~ation ne ~e pour~uit
pa~, Du fait de la circulation de la ~u~pen~ion iI ~'établit
- une composition des eaux mares que, ~elon l'invention, on
maintient proche de l'équilibre statique 9 afin diéviter la
précipitation d'autrea type~ de sulfates d9aluminium. Pour
obtenir la proximité dé~irée on ~oue ~ur le temp~ de ~éjour
dans chaque cristallisoir et sur ~a température,
On u-tilise en général plusieurs cristalli~oir~
auccesslfs dont le~ températures peuvent ~'échelonner entre 80C
et 15C, Pour une m~me li~ueur de départ la quantité totale
de ~ul~te d'aluminium cristalli3~e e~t d'autant plus importante
que la température du dernier cri~talllsoir est plu~ ba~e,
Cependant on peut pré~rer ne pa9 de~cendre au-des~ous de 30 à
40C pour éviter les inconvénients de~ temp~rature~ plu~ ba~es, ~;
en particulier oeux du~ ~ l'augmentation de la viscosité de la
phase liquide de la ~uspen~ion, qui entra~ne une augmentation de
20 18 proportion d'eaux mares dans le gâteau séparé lor~ de la
fil-tration de la ~uapension finale,
~e nombre et le ~o~ume de~ cristalli~oirs sont
choi~ia pour un débit donné en fonctlon de la vite~e de ;~
cri~all~sation du ~ulfate ~12(S04)3. 0,5 H2S04, 2
chaque température et du degré de proximit~ dé~ir~ à chaque
température entre la ¢oncentration en ~ulfate d'aluminium de la
pha~e liquide de la ~u~pen~ion pré~ente aans un crlstallisoir
et la concentrstion correspondant ~ l'équilibre statique à la
température de ce cri~talli~oir, On peut 9 pour celag u-tili~er
des cri3tallisoir~ de volumes di~erents avec des écarts de
température identiques entre le~ cri~talllsoir~ succe~if~ ;
le temp~ de ~é~our est alor~ différen-t de l'un à ~'autre, Pour
. ,
-` ~0~91~37
des raison~ technologiques~ il e~t en genérsl préféré d'utiliser
des cri~talli~oirs ~uccessif~ de même volume ; dan~ ces
conditions on obtient une meilleure productivité, pour un
temps de 8~ jour global donné, en cholsi~ant de~ ~carts de ~ -
température voi~ins e~tre un cristalli~oir et le cri~talli~oir
suivant~ ~a teneur en A1203 sous forme de ~ulf~te d'aluminium
pour chscune des phase~ liquides est, comme il a ~t~ dit9 proche
de celle qui corre~pond ~ quilibre ~tatique dan~ le 9
conditions o~ ~e trouve cette phaJe, Par exemple, entre 40 et
60C on pré~érera que la -teneur en ~1203 d'une phase liquide
ne dépasse pa~ de plus de 0,7% la teneur qui corre3pond ~
l'équilibre ~tatique ; ~ 70C on préférera ~ue cet écart ne
dépasse pas 1,3%.
Il peut être avantageux de recycler de~ cristaux, ~ ;
titre d'amorces, principalement dans le premier cristallisoir ;
un tel recyclage ne pr~sente en général pas dlintérêt pratique
pour le~ cri~talli~oir~ sulvant~ ~ui reçoivent une su~pension.
~ es avsntage~ dlop~rer ~uivant les condition~ qui
viennent d'être définie~ appara~tront ~ans ambiguité si l'on
considère leR figure~ jointes qui représentent a l'échelle
inaiquée le~ ma~ses cristallines obtenues dans le cas de la
figure 1 en fai~ant crlstalli~er par refroidissement sans
pr~caution~ partlculiare~ une solution de ~ul~ate d'aluminium
dont 1~ compo~it~on ~e trouvait ~ l'int~rieur du triangle ABC
déflni ci-dessu~, et dan~ le ca~ de la figure 2 en traitant
~elon l'invention une ~olution de sulfate d'aluminium de
compo~ltion val~ine de la précédente, Il e~t clair qu'on obtient,
dan~ le cas de la figure 1 un mélange de di~f~rente~ espèce~
cri.stallines~ trè~ enchevetr~ et difficîlement filtrable, dans
le ca~ de la figure 2 des cri~taux de même espèce, correctement
formé~ et facilement filtrable~.
A titre d'exemple non limitatif de l'invention, on
.. . .
.. . ..
-- lOB9~87
di~po~ait d'une ~olution de compo~itiono
Sulfates de :
Al ~e~prim~ en A1203) ...... ~ 6~88%
~e (exprimés en Fe203),,....... , 0,195%
Na (exprimé en ~a20) ....... 1,5~
Ti (exprimé en TiO2) ,.~,... O,lI~%
K ~exprimé en K20) ~.,,., . 1%
H2S04 non combin~ 0 ~ ~ - 9 ~ 2997%
~ la tempér~tu~e de 120C.
~a temp~rature de cette solution a ~té r~menée à 78C
par ~vaporation sous vide entrai`nant le départ de 55 g d'eau
pour 1000 g de solution initiale, Apr~s cette concentration,
se~ teneur~ en H2S04 libre et A1203 lui donnaient dan~ un
diagramme H2S04 libre / A1203 un point figuratif ayant comme
abscis~e 31,5% et comme ordonnée 7,2~.
On disposait, d'autre part, d'une s~rie de quatre
cristallisoirs de volume unitaire 3500 litres à double paroi,
munis d'un dispo~itif d'agitation mécanique et disposé~ en
oa~cade l'un par rapport ~ l'autre, le trop-plein de l'un :
20 9 'écoulant dans le ~uivant.
La solution ~ 78C ~tait introduite ~ rai00n de 1056
l/h en continu dan~ 1Q premier cristalllsolr qui ~tait main-
tenu ~ la t~mp~rature Ae 70C, Il ~e ~orma~t une su~pen~ion
2(S4)3 0~5 H2S04 . 11 ~ 12 H20 ,
Apra~ un temp~ moyen de s~jour de troi~ heures, la ``~
~uspan~lon ~'é¢oulait dans le secon~ cristallisoir maintenu à
la temp~rature de 60C. Ia cri~tsllisation se poursuivait svec .:
un temps de ~éjour moyen de trois heures. Par d~bordement, la
suspension s'écoulait dans le troi~ième cristallisoir dont la
temp~rature était maintenue ~ 50C Le temps de séjour dans
ce cristalli~oir etait de trois heure~, Par débordement, la
su~pension ~'~coulsit dans un quatrième cristslli~oir don-t la
-6-
! . . 1 i . '
~89~87
température étai-t maintenue ~ 40C, A la 90rtie de ce dernier
cri~tallisoir la ~u~pen~ion étai-t dirigée sur un filtre rotatif.
On recueillait 760 kg/h d'un g~teau comprenant 145 kg~h d'eaux
mère~ et 615 kg/h de cristaux ayant la composition
A12(S0~)3, 0,5 H2S04, 11,5 à 12,5 H20 que l'on a pu laver
facilement, Ces cri~taux, analogues ~ ceux de la figure 2
svai~nt de~ ~eneur~ tres ~aibls~ en impuretés ~0u9 forme de
~ulfate~ de
~e (exprimés en Fe203) ~ . 9 ~ 0~ 0089
N~ (exprimé en Na20) .. ,,~ 0......... ,.,., 0~2~o
K (exprim~ en K20) ....... ~....... ....~ 0,1%
~i ~exprim~ en ~iO2) ,Ø,~.......... .....0,07% .
