Synthèse de l'acide phosphorique I. Principe L'acide phosphorique est obtenu par attaque, par l'acide sulfurique des roches naturelles constituées principalement de fluorophosphates de Ca, de Fe et d'Al en milieu humide Les principales Rxs sont les suivantes: Ca 3 (PO 4 ) 2 + 6H 2 O + 3H 2 SO 4 Æ 2H 3 PO 4 + 3(CaSO 4 , 2H 2 O) 3CaF 2 + 3H 2 SO 4 + 4H 2 O + SiO 2 Æ H 2 SiF 6 + 3(CaSO 4 , 2H 2 O) CaCO 3 + H 2 SO 4 + H 2 O Æ CO 2 + CaSO 4 , 2H 2 O Ces réactions sont exothermiques, les produits formés passent en solution, avant de cristalliser; On obtient deux phases • Phase liquide, solution aqueuse d'acide phosphorique • Phase solide, à base de sulfate de Ca. Selon les conditions opératoires d'attaque, nous obtenons soit un précipité de sulfate de calcium dihydraté ou hémihydraté (CaSO 4 , 2H 2 O ou 1/2H 2 O). La solution de l'acide phosphorique est concentré par évaporisation Stockage Du phosphate +
⇐ solution phosphatée ⇐ Filtration ⇐ Stockage de
H 3 PO 4 Stockage de H 2 SO 4 II. Matières premières •
Phosphates: matière minérale provenant de gisement naturels. Ce sont des dépôts sédémentaires de fluorapatite carbonatée Ca 10 (PO 4 ) 6-x F 2 (FCO 3 ) x , de chlorapatite 3Ca(PO 4 )2.CaCl 2 ou d'hydroxylapatite 3Ca 3 (PO 4 ) 2 .Ca(OH) 2
•
Acide sulfurique: acide industriel à des concentrations variables, selon les procédés et les sites entre 70 et 98%
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III. Procédé de fabrication III.1. Préparation du phosphate Cette opération consiste simplement à un broyage du minerai de phosphate provenant des mines d'extraction. La taille des grains est inférieure à 500μm III.2. Attaque par l'acide sulfurique Le produit minéral est solubilisé dans une phase phosphorique et sulfurique. Des produits insolubles s'y forment et y précipitent Le milieu réactionnel (bouillie ) • Liquides: H 3 PO 4 , H 2 SO 4 et H 2 SiF 6 en solution • Solides: CaSO 4 , 2H 2 O ou 1/2H 2 O et fluosilicate de Na et de K Le temps de séjour dépend de la réactivité des phosphate: >2h Les réactions sont exothermiques, donc il faut refroidir pour maintenir la température entre 75°C et 80°C III.3. Description de la section filtration La filtration de la bouillie de réaction est effectuée sur des filtres plans sous vide. Pour 1t de P 2 O 5 , on a besoin de 15t de bouillie. 4 à 5 tonnes de gypse précipite. Le reste (sous forme de CaSO 4 ) est recyclé. III.4. Description de la section concentration L'acide industriel des sections précédentes contient 26 à 45% de P 2 O 5 . Alors que le produit commercialisé est titré à 50% et plus. L'acide est porté à sa température d'ébullition entre 120°C et 150°C, sous une pression variant entre 80 et 150mbar Pour 1 tonne de P 2 O 5 , il faut Phosphate H 2 SO 4 Eau de procédé Eau de refroidissement Vapeur basse pression Energie électrique
2.8 à 3.8 t 2.5 à 2.85t 5 à 7m3 30 à 50m3 0.3 à 2.2t 110 à 180Kwh
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Les sous produits sont: • Le gypse (sulfate de calcium) pour le plâtre, additif pour ciments • L'acide fluosilicique (H 2 SiF 6 ) pour la production de fluosilicates, de fluorures et de cryolites Les effluents: • Le gypse non récupéré • Eaux polluées de fluor et de traces de P 2 O 5 • L'air en CO 2 avec traces de fluor
