Acide phosphorique

Production de l’acide phosphorique Les phosphates naturels constituent la matière première essentielle à la fabrication d’acide phosphorique, d’engrais phosphatés et de divers composés phosphorés. La valorisation de ce minerai, du fait qu’il constitue une ressource économique importante pour certains pays, a fait l’objet de nombreuses études, surtout dans le domaine de fabrication de l’acide phosphorique. La composition et la pureté de l’acide phosphorique dépendent de l’origine des phosphates naturels (matière première) et surtout du procédé de fabrication.

Les phosphates miné phosphate et le fluor r E structure des apatite n to View éléments peuvent ég chimique. Les princip ommune : le combinés dans la alcium. D’autres leur composition uent l’apatite sont Calo (P04 )6 X 2 dont la structure cristalline appartient au système hexagonal. Le plus souvent X est le fluor mais peut être également CI ou OH . Le groupement P04 peut être partiellement remplacé parV04 , As04 , Si03 ou C03 , c’est le degré de cette substitution qui introduit des différences des apatites de divers gisements.

Partant de la structure de base des apatites plusieurs substitutions sont posslbles, par exemple dans le cas es phosphates naturels de Youssoufia la formule chimique est : cal (1-1 ) dans laquelle la valeur de x approche 1,3 et y allant de 0,33 x ? 0,50 x. Il existe deux voies de fabrication de l’acide phosphorique à partir du phosphate minéral : 4 Le procédé par voie thermique dans lequel l’acide phosphorique est produit ? partir du phosphore.

Le procédé par voie humide dans lequel l’acide phosphorique est obtenu par attaque directe du phosphate minéral par l’acide su furique ou, dans certains procédés, par l’acide chlorhydrique ou l’acide nitrique. 1. 1 . 1. Procédé par voie thermique[l] Les méthodes ar ventilations ou par voie sèche sont appliquées sur une grande échelle là où le ravitaillement en eau est réduit ; mais les concentrés produits de cette manière sont généralement de basse qualite.

La méthode comprend les opératlons suivantes : n séchage du minerai sortant de la mine, concassage par chocs pour désagréger le minerai aggloméré, û grillage, broyage à sec, Cl ventilation pour éliminer la poussière à plus faible teneur que les particules plus grosses. Dans ce procédé, le minerai de phosphate est introduit sous forme d’agglomérés dans un four électrique ontenant du coke et de la silice en proportions convenables. La combustion et l’hydratation du phosphore récupéré à partir du minerai, conduisent à la formation de l’acide phosphorique de très haute pureté.

Le procédé peut être résumé en deux étapes successives : La première conduit à la formation du phosphore pur à partir du minerai phosphaté selon les réactions d’oxydation (1-2) et (1-3) : Minerai de phosphate n Si02 n P205 2P205 n IOC loco n (1-2) (1-3) La seconde étape permet d’obtenir l’acide phosphorique pur ? partir de la combustion du phos hore pur et de l’hydrolyse de ‘oxyde du phosphore obte réactions (1-4) et (1-5) : P4 502 0 P4010 P4010 6H 20 0 4H3P04 (1-4) (1-5) Ainsi, ce type de procédé permet de produire un acide phosphorique de très haute pureté et de titre compris généralement entre et 66% en P OS .

Vue ses 2 caractéristiques, cet acide est généralement utilisé en usage alimentaire ou chimique. Cependant, l’acide phosphorique produit par voie thermique est très coûteux vu le coût de la combustion du minerai[2]. Ses applications restent ainsi limitées prlncpalement à quelques Industries de pointe. 1. 1. 2. rocédé par oie humide[3] La fabrication directe d’acide phosphorique par voie humide qui, historiquement, a été le premier procédé important ; il a longtemps été considéré comme très difficile : physico-chimie mal connue, manutentions et filtration pénibles, absence de matériaux résistant à la corrosion dans les conditions de travail rencontrées. Actuellement, les difficultés rencontrées dans le procédé par voie humide ont été partiellement surmontées.

On construit et on exploite des installations fonctionnant en continu et produisant un acide phosphorique riche en p 05 dans es conditions 2 économiques parfaitement rentables et avec un degré de pureté qui suffit à des nombreuses applications industrielles. C’est le procédé par voie humide qui est le plus utilisé industriellement. Il conduit à un acide moins pur que celui obtenu par voie thermique, mais d’un prix de revient nettement moins élevé et d’une pureté suffisante pour de nombreuses applications.

Les phases principales de fabrication de l’acide phosphorique de voie humide comportent généralement : l’attaque du minerai phosphaté, 6 humide comportent généralement : D l’attaque du minerai phosphaté, a filtration de la bouillie, 0 la concentration de l’acide. Ces étapes sont précédées par une préparation du minerai. Ainsi, les minerais de phosphate sont de concentration assez faible en P 05 . Pour être valorisables et traités 2 pour la fabrication d’acide, ils doivent être enrichis et débarrassés de la majeure partie des impuretés.

Le traitement devra permettre d’atteindre une haute concentration en p 05 ce 2 qui permettra de produire un acide de bon titre. Les installations de traitement ou d’enrichissement de minerais de phosphates utilisent les méthodes suivantes : éthode par voie sèche ou par lavage, méthode comportant l’addition d’acide phosphorique aux concentrés lavés avant la phase de séchage, méthode combinée de calcination et de lavage et méthode par triage électrostatique.

Le traitement par voie humide est la méthode de lavage la plus employée et fournit des concentrés de bonne qualité. Elle consiste à séparer l’oolithe des argiles et les partlcules fines par cyclonage suivant une coupure granulométrique déterminée. Ce traitement des minerais par voie humide comporte les opérations suivantes • broyage, criblage, nettoyage dans les laveurs, tamisage humide, ?limination des boues par hydrocyclonage (overflow), essorage par centrifugeuses ou filtres sous vide, et séchage dans des sécheurs rotatifs. . 1. 2. 1. Attaque du minerai Le procédé par voie humide consiste à attaquer le minerai de phosphate broyé dans un réacteur par l’acide sulfurique concentré (93-98%) dans une bouillie constitué de produits de réaction et d’une certaine quantité d’ H3 P04 recyclée. La b PAGF bouillie constitué de produits de réaction et d’une certaine quantité d’ H3 P04 recyclée. La bouillie est extraie et filtrée en continu, on recueille ainsi de l’acide phosphorique concentré, de ‘aclde de concentration moyenne et de l’acide très dilué.

Le procédé peut se résumer selon la réaction (1-6) • 7 Ca po 4 n IO H 2 10 nH po locas04 , nH 2 où n égale à O ; 1/2 ou 2. A fétat actuel, la quasi-totalité des installations fonctionne en continu. Le minerai de phosphate est tout d’abord mélangé à la bouillie recyclée de la queue ? la tête de l’installation puis, à l’aide de dispositifs divers, on introduit l’acide sulfurique frais et de l’acide phosphorique de faible concentration provenant du procédé luimême. L’ensemble traverse, soit une série de cuves, soit une cuve unique, ompartimentée ou non.

Une agitation appropriée permet l’homogénéisation de la bouillie et le maintien en suspension des cristaux formés. Les réactions qui se produisent (dilution de l’acide sulfurique et attaque du minerai) sont largement exothermiques. Comme la température du milieu conditionne la forme cristalline du sulfate de chaux, on doit donc résoudre le problème délicat de l’élimination des calories. La nature même de la bouillie exclut la possibilité d’utiliser un système par échange direct ; aussi a- t-on recours à l’évaporation soit par insufflation d’air, soit par ise sous vide d’une partie de l’installation.

Ce dernier système permet, en recyclant en tête de l’installation la bouillie refroidie, de contrôler la température de rensemble de la batterie d’attaque ainsi que la conce refroidie, de contrôler la température de l’ensemble de la batterie d’attaque ainsi que la concentration des divers constituants de la bouillie réactionnelle. Le rendement de l’installation dépend essentiellement de la solubilisation du phosphate, ce qui revient à l’obtention d’un résidu de sulfate de chaux contenant un minimum de P205 total.

Pour atteindre ce but, on cherche à obtenir des cristaux de forme aussi régulière que possible et de dimensions suffisantes. A cet effet le contrôle de la concentration des ions S042- permet d’éviter l’enrobage des grains de minerai. Le respect de conditions opératoires bien déterminées permet de limiter la formation de nouveaux germes tout en favorlsant le grossissement de germes existants. Pour ce faire, il convient de contrôler non seulement la température mais également la 8 concentration des cristaux dans la bouillie, ce qui s’obtient en réglant le débit d’acide phosphorique faible recyclé.

A ces facteurs répondérants viennent encore s’ajouter d’autres paramètres tels que la concentration de l’acide phosphorique, la qualité de l’agitation et la recirculation qui conditionnent non seulement le grossissement des cristaux mais aussi le taux de rétention de phosphate bicalcique à l’intérieur du réseau cristallin de gypse. Cette rétention appelée « syncristallisatian » a une importance variable suivant les phosphates : plus importante pour les phosphates facilement attaquables (comme les phosphates de l’Afrique du Nord), son influence sur le rendement d’attaque de tels phosphates peut être prépondérante. 9