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Introduction : L’acide phosphorique est le principal dérivé de la chimie du pho

Introduction : L’acide phosphorique est le principal dérivé de la chimie du phosphore, il tire son importance du fait qu’il est utilisé dans plusieurs procédés, notamment : les engrais, les détergents, l’alimentation animale, les insecticides, les huiles lubrifiantes, les plastifiants, etc.… La principale source du phosphore c’est les minerais phosphatés tels que les phosphates d’aluminium et ceux de calcium d’où on extrait la majeure partie du phosphore et de ses dérivés. En général, les minerais phosphatés ont une concentration faible en P2O5 (Pentoxyde de phosphore). Pour être valorisables et utilisables pour la production d’acide, ces minerais doivent être traités et débarrassés de leurs impuretés. Il s’agit en fait d’augmenter la concentration en P2O5 et de diminuer celles des autres constituants présents dans les minerais. En effet, celles ci influencent sur la qualité de l’acide produit, le choix du procédé, le coût d’entretien des installations de traitement et finalement sur le prix de revient de P2O5 produit. Parmi les différentes méthodes de traitement des minerais, on distingue : * Le traitement par voie sèche. 1 * Le traitement par voie humide. * La méthode basée sur l’ajout de l’acide phosphorique. En pratique, la fabrication de l’acide phosphorique par voie humide qui consiste à attaquer directement le phosphate minéral par l’acide sulfurique, chlorhydrique et nitrique, fait intervenir les opérations suivantes. · Broyage du minerai et dosage des matières premières. · Attaque du phosphate et séparation de l’acide produit. · Concentration de l’acide. Matière première : Pour la production de l’acide phosphorique, on a besoin d’une matière première. La matière première nécessaire pour la production est : 1 )- Phosphate :  Origine du phosphate : Le phosphate utilise à l’unité de production d’acide phosphorique est originaire de lamine de Khouribga, il est dominé « K O9 semi- séché »  Analyse chimique : La composition est donnée sur le phosphate à 105 c°. La première analyse correspond au phosphate type. La seconde analyse établit les limites de composition, tolérances de mesures incluses. 2 Eléments Type (%) Limites (%) P2O5 CaO F- SiO2 total Al2O3 Fe2O3 SO3 MgO Na2O K2O CO2 Cl- C. organique 31.12 51.15 3.38 2.50 0.40 0.28 1.70 0.45 0.85 0.07 6.50 0.02 0.22 30.89-31.46 50.85-51.45 3.76-3.90 2.20-2.80 0.38-0.50 0.22-0.30 1.65-1.75 0.35-0.50 0.77-0.91 0.06-0.08 6.20-7.00 0.01-0.03 0.19-0.25 2)- Acide sulfurique: Les acides utilisés pour la fabrication de l’acide phosphorique sont les grands acides minéraux ; soient les acides nitriques, chlorhydriques ou sulfuriques Néanmoins, l’acide sulfurique demeure le plus utilisé car non seulement son prix est moindre, mais ces produits de la réaction soient l’acide phosphorique et le gypse peut être séparés facilement et d’autre part l’emploi de cet acide engendre des frais d’entretien moindres. Concentration : 96% H2SO4 Minimum Température : 45 °C 3)- Eau de production :  Ion chlorure : 400 ppm Maximum ;  Total cations : 285 ppm ; 3  Total anions : 660 ppm ;  Minéralisation : 945 ppm ;  Matières organiques : 4ppm ;  Solides en suspension : 10ppm ;  Température : 32°C ; 4)- Eau de mer :  Température : 22°C Maximum ; : 18°C Normale 5)- Vapeur :  Pression : 8,5 bars absolus Maximum ; Température : 200°C Maximum ; Description de l’atelier phosphorique : L’acide phosphorique produit par voie humide à partir des phosphates naturels et d’acide sulfurique fait intervenir les opérations suivantes :  Stockage de phosphate semi séché dans un hangar ;  Broyage du phosphate par voie humide ;  Attaque du phosphate par l’acide sulfurique ;  Filtration sous vide ;  Stockage d’acide 29% P2O5 et décantation ;  Concentration dans une boucle sous vide ;  Stockage d’acide 54% P2O5 décantation et clarification ; 4 DESCRIPTION DE PROCEDE I. Le broyage : Le phosphate est stocké dans un grand hangar, qui est équipé de 21 casques pour l’extraction du phosphate. Ce dernier va être envoyé vers une trémie au moyen de deux convoyeurs en parallèle. Un extracteur extrait le phosphate de la trémie vers la bande doseuse. Le phosphate tombant de l’extracteur est poussée vers la bande doseuse par la ramasse (vice d’Archimède). Le phosphate est envoyé à poids constant vers le broyeur au moyen de l’ensemble d’extracteur. Proportionnellement au poids de phosphate, de l’eau industrielle est ajoutée de manière à obtenir en sortie du broyeur une pulpe contenant 65% poids de solides. Sortant du broyeur, cette pulpe pouvant contenir des bulles d’air en suspension, rendant, son pompage difficile, passe dans un bac en agitation continue pour le maintien du solide en suspension. Les débordements éventuels de pulpe de phosphate, ou les vidanges et rinçages de lignes sont collectés via des caniveaux dans le puisard, équipé de l’agitateur et d’une pompe centrifugeuse verticale qui permet de renvoyer la pulpe vers la cuve de stockage. La pulpe de phosphate est alimentée vers le premier compartiment de la cuve d’attaque au moyen de la pompe qui assure une alimentation homogène du phosphate dans la cuve. 5 II. Réaction et digestion : 1) Section attaque : La pulpe de phosphate est introduite dans le compartiment 1 de la cuve d’attaque, en trois points et sous le niveau de la bouillie. L’acide sulfurique concentré, reçu à la limite de batterie, et avant introduction dans la cuve, mélangé avec l’acide phosphorique recyclé venant de la filtration. Ce mélange a lieu dans les tubes de mélange situés respectivement dans les compartiments 2 et 3 de la cuve d’attaque. Les réactions chimiques se produisant dans la cuve d’attaque ainsi que la dilution de l’acide sulfurique étant exothermiques, il est nécessaire de refroidir la bouillie à une température de l’ordre de 75 à 80°C pour assurer une formation optimale de cristaux de calcium dihydraté. Ce refroidissement est réalisé dans un évaporateur à bas niveau. Cet appareil est maintenu sous vide grâce à la pompe à vide et la pression contrôlée par une entrée d’air réalisée en amont de la pompe à vide. La bouillie de réaction circule des compartiments 6 à 1 de la cuve d’attaque, via l’évaporateur grâce au circulateur situé dans l’extension du compartiment 6. L’évaporation d’une certaine quantité d’eau hors de la bouillie provoque l’effet de refroidissement souhaité. A cause du grand débit de circulation, la différence de température entre l’entrée et la sortie du circulateur (flash) n’est que de 2 à 3°C ; ce qui minimise la formation d’incrustations dans la bouillie de 6 l’évaporateur. De plus le débit de circulation élevé dans le réacteur, fournit l’acidité et le sulfate (à faible concentration) dans le compartiment 1 où le phosphate set introduit de la sorte de diminuer le risque d’enrobage des plus gros grains de phosphate par du gypse : ce qui limiterait la dissolution des grains et pourrait amener le blocage de la réaction. A fin de limiter la formation de mousses dans l’évaporateur, une injection d’anti-mousse est prévue dans la tuyauterie à l’entrée de l’appareil. Les vapeurs quittant l’évaporateur sont condensés au moyen d’eau de mer dans le condenseur à contact direct. L’eau de mer usée coule vers le bac de garde d’où elle déborde pour une partie vers un canal de retour vers la mer, l’autre partie servant pour l’évacuation du gypse sortie filtre. Avant d’être condensée, ces vapeurs passent dans le pré condenseur, où elles réchauffent l’eau destinée au lavage des toiles ; cette eau étant l’eau industrielle ayant servi au préalable au lavage des gaz de réaction dans le système de lavage des gaz. Le compartiment 1 de la cuve d’attaque reçoit également, à débit contrôlé, les boues extraites du décanteur et les effluents liquides stockés dans le réservoir des effluents. Tous les compartiments sont connectés entre eux à la partie gaz. Les gaz de réaction sont collectés par deux ouvertures pour être envoyés vers le système du lavage des gaz. Celui-ci maintient une légère dépression dans la cuve de manière à éviter l’échappement à l’atmosphère des gaz de réaction. 7 Chimie de procédé : 1) Réactions chimiques principales : Les phosphates naturels formes principalement de fluorapatite de formule générale [Ca3 (PO4)2]. Ca F2ont pour réaction principale d’attaque par l’acide sulfurique 3. Ca3 (PO4)2 + 3 H2SO4 + 6H2O3 3Ca SO 4. 2 H2O +2H3PO4+ Chaleur Cette réaction principale peut se diviser en deux phases :  Phases de dissolution du phosphate : Ca3 (PO4) 2 + 4 H+ 3 Ca2+ + 2 H2PO4- H2PO 4- + H+ H3PO4  Phase de cristallisation du sulfate de calcium : Ca2+ + SO42- +2 H 2O [CaSO4, 2H2O] Lorsque le rapport H3PO4 / H2SO4 dans le milieu réactionnel est élevé, on considère que cette réaction globale s’effectue en deux étapes : L’attaque du phosphate par H3PO4, pour former le phosphate mono calcique soluble : Ca3 (PO4)2 +4 H3PO4 3 CaH 4(PO4)2 La réaction entre le phosphate monocalcique et l’H2SO4 pour former l’acide phosphorique et le gypse : 3 CaH4 (PO4)2 + 3 H2SO4 + 6 H2O 2CaSO4 .2 H2O + 6 H3PO4 8 Dans le cas phosphate riche en CaCO3, il y a décomposition du carbonate avec formation de uploads/Industriel/ atelier-phosphorique-production-dacide-phoisphorique.pdf