OA21680A - Procédé de récupération et de séparation de l'alumine et du phosphate contenu dans les phosphates d'alumine. - Google Patents

Abstract

L'invention propose une méthode de récupération et de séparation de l'alumine et du phosphate contenus dans des phosphates d'alumine. Dans ce procédé, le minerai de phosphate d'alumine est traité à chaud par une solution d'hydroxyde de sodium. Après l'élimination de la matière 5 insoluble, on récupère une solution riche en phosphate et aluminate de métal alcalin où l'on fait précipiter quasiment tout le phosphate sous forme de phosphate de métal alcalin par ajout de solvant organique. Par filtration, on récupère le phosphate de métal alcalin et la solution résultante est distillée pour séparer le solvant organique et la solution d'aluminate de métal alcalin.

Description

Introduction

La présente invention concerne généralement le traitement des minerais de phosphate au sein des usines et des installations de traitement des minerais, et plus particulièrement le traitement des phosphates d’alumines visant à récupérer séparément l’alumine et le phosphate.

Le phosphate d’alumine est un phosphate d’origine sédimentaire, de type « gisement résiduel » et le seul dépôt au monde se trouve dans la région de Thiès au Sénégal. Ce phosphate est rocheux, d’apparence similaire à la bauxite. Il est issu d’un processus d’altération par latéritisation d une roche mère phosphatée qui serait du phosphate de chaux. La formation des phosphates d’alumine se situe entre l’Eocène moyen et l’Oligocène.

Le phosphate d’alumine a été exploité de 1948 à 1995 pour produire des engrais naturels et des produits pour l’alimentation animale.

Les perspectives de croissance de la demande de phosphate de chaux, tirée par la demande de fertilisants elle-même liée à la croissance de la démographie mondiale et à la réduction des terres arables, permettent de considérer le phosphate d’alumine comme une source importante de fertilisant naturel bio et de phosphore si on arrive à séparer l’alumine du phosphate. Cette séparation permettrait de produire, d’une part, un concentré d’alumine plus riche en AI2O3 que la bauxite et, d’autre part, un concentré de phosphate plus riche en P2O5 que l’acide phosphorique.

L’enjeu de l’invention est de proposer une source fiable (de par les ressources très importantes de minerai, de l’ordre de 1 milliard de tonnes en ressources indiquées) et durable d’alumine et de concentré de phosphate à partir d’un procédé économique et remplissant toutes les conditions de préservation de l’environnement : zéro empreinte carbone, très faible utilisation d’eau, travail à température peu élevée donc faible consommation d’énergie, aucune émission nocive dans l’air et enfin des résidus valorisable en génie civil.

La faisabilité de l’invention en une exploitation minière et industrielle est facilitée par la proximité d’énergie électrique et de voies de communication (route, voie ferrée et port de Ndayane).

L’état de la technique antérieure

Un certain nombre de procédés humides de traitement des phosphates d’alumine ont été déjà proposés. Dans ces procédés, le minerai est attaqué par un acide ou une base.

Le procédé de l’invention US 2,817,578 permet de produire de l’alumine raffinée et du phosphate de calcium à partir d’un tel minerai. Conformément à cette invention, le minerai est dissous dans une solution d’acide concentrée afin de dissoudre l’alumine et le phosphate. Après avoir éliminé la matière insoluble, on fait précipiter successivement le fer et l’alumine en ajustant le pH, la température, la pression et la concentration de la solution. Une fois le précipité d’alumine séparé de la solution, la solution résultante est mise en contact avec un gaz réducteur pour décomposer l’acide dans la solution tout en contrôlant le pH et la température et ainsi provoquer la précipitation du phosphate de la solution sous forme de phosphates d’acide de calcium.

Ce procédé permet une récupération des valeurs en alumine et en phosphate mais semble être énergivore du fait de la nécessité de travailler en surpression (environ lOatm) et à des températures pouvant atteindre 315 °C.

Il a été découvert d’après l’invention OA06701A que par attaque d’un phosphate aluminocalcique contenant le cas échéant du fer, au moyen d’acide sulfurique concentré en excès, à une température donnée, pendant un temps donné, une pâte est obtenue et, qui, par reprise à l’eau en quantité choisie et pendant une durée choisie permet d’obtenir une bonne sélectivité du phosphate par rapport à l’aluminium et le fer. Après la filtration de cette dernière suspension, un résidu solide est obtenu, contenant substantiellement l’aluminium, le fer et les autres cations présents dans la roche et une phase aqueuse d’acide sulfurique et d’acide phosphorique. L’acide phosphorique peut être récupéré du filtrat au moyen d’extraction liquide-liquide ou en utilisant le filtrat comme solution d’attaque d’une roche de phosphate calcique, contenant le cas échéant de l’aluminium, du fer en quantités faibles, ce par quoi, on obtient un précipité de sulfate de calcium et une solution aqueuse essentiellement d’acide phosphorique brut.

Bien que ce procédé permette une récupération des valeurs en phosphate des minerais de phosphate d’alumine, elle n’offre pas de voies de récupération de l’alumine ; ce qui constitue une perte énorme.

L’invention US 1,845,876 propose une autre méthode qui consiste à décomposer les phosphates d’alumine par ébullition avec des liqueurs alcalines caustiques sans application de pression positive, ce qui permet d’obtenir une liqueur chaude contenant le phosphate de sodium tribasique, l’alcali caustique et l’alumine en solution. Après refroidissement, on récupère le phosphate de sodium déposé dans la liqueur, et la solution résultante qui contient, sous forme d’aluminate, pratiquement tout l’aluminium de la première décomposition, est utilisée avec de l’alcali caustique frais pour effectuer une seconde décomposition. Cette opération est répétée plusieurs fois, de sorte qu’après plusieurs opérations, les liqueurs mères contiennent une quantité suffisante d’alumine pour permettre une précipitation économique de celle-ci sans concentration. Avant la précipitation de l’alumine, de la chaux est ajoutée dans la solution pour éliminer le phosphate résiduel.

La limite de ce procédé est que le refroidissement de la solution obtenue après attaque du minerai en vue de faire précipiter le phosphate de sodium doit se faire à de relativement basses températures, généralement voisine de 15 °C pour pouvoir obtenir une solution d’aluminate de sodium contenant de petites quantités de phosphate. Ce qui n’est pas très pratique dans les régions chaudes.

Une autre variante de procédé est proposée par l’invention US 1,845,876. Ce procédé permet la récupération des valeurs en alumine et en phosphate des minerais de phosphate d'alumine contenant de la silice par décomposition alcaline. Ce procédé comprend la réduction du minerai à une taille de particule d'environ 6 à 13 mm ; la calcination du minerai à une température de 500°C à 750° C; le broyage du minerai calciné à une taille de particule de 250 à 841 pm ; traiter le minerai calciné et broyé avec une solution aqueuse ayant une concentration de 20 à 30% en poids d'alcali caustique à une température initiale de 65 à 75°C ; filtrer rapidement la suspension chaude ainsi obtenue pour éliminer la silice solide et les oxydes de métaux lourds ; ajouter une solution d'alcali caustique à 50% au filtrat en quantité suffisante pour obtenir une concentration totale de 10 à 15% en poids d'alcali caustique libre ; refroidir la liqueur alcaline accompagnée de l'eau de cristallisation et de l'eau combinée ; refroidissement de la liqueur alcaline accompagné d'une action d'élutriation dans un élutriateur à une température comprise entre 5° et 10°C afin d'éliminer le phosphate alcalin tribasique cristallisé sous forme de cristaux hydratés qui sont récupérés au fond de l'élutriateur ; récupérer la liqueur surnageante dans la partie supérieure de l'élutriateur ; chauffer ladite liqueur à une température de 75°-85°C pour obtenir une solution d’aluminate alcalin ; et convertir ladite solution d’aluminate alcalin en alumine hydratée [A1(OH)3 ] puis en alumine (AI2O3) par des moyens connus. Les liqueurs alcalines ainsi obtenues sont recyclées dans l'étape de décomposition alcaline après concentration.

Ce procédé est également peu pratique dans les zones chaudes du fait de la nécessité de travailler à de basses températures (5-10°C).

2j

Expose de l’invention

Suite aux limites de l’art antérieur, cette présente invention vise à proposer un procédé économique et une bonne séparation de l’alumine et du phosphate contenu dans les phosphates d’alumine sans nécessité de travailler à haute ou à basse température.

Un autre objet de la présente invention est de fournir une méthode relativement simple de séparation de l’aluminate et du phosphate de métal alcalin en milieu aqueux sous forme de phosphate de métal alcalin et d’une solution d’aluminate de métal alcalin.

Cette présente invention décrit un procédé de récupération et de séparation de l’alumine et du phosphate contenu dans les phosphates d’alumine. Ce procédé consiste à attaquer le minerai broyé par une solution d'hydroxyde de métal alcalin en excès par rapport au P2O5 et au AI2O3 contenu dans le minerai. L’attaque se fait à chaud pendant une durée suffisante pour permettre une extraction efficace de l’alumine et du phosphate. Filtrer à chaud la suspension obtenue afin de récupérer une solution aqueuse riche en phosphate de métal alcalin et en aluminate de métal alcalin, et contenant l’excès d’hydroxyde de métal alcalin. Ajouter une quantité suffisante de solvant organique dans le filtrat tout en maintenant le système à une température inférieure à la température d’évaporation du solvant organique afin de faire précipiter quasiment tout le phosphate. Le solvant organique choisi doit être miscible avec l’eau et ne pourra pas dissoudre le phosphate de métal alcalin. Après filtration on récupère le phosphate de métal alcalin et une solution d’aluminate de métal alcalin pratiquement exempté de phosphate et contenant le solvant organique. Par distillation, on sépare la solution d’aluminate de sodium et le solvant organique qui peut alors être recyclé dans le procédé.

Ce présent procédé permet alors de produire du phosphate de métal alcalin et une solution d’aluminate de métal alcalin pouvant être traité par diverses méthodes pour produire respectivement de l’acide phosphorique et de 1 alumine.

Selon une forme de réalisation de l’invention, l’hydroxyde de métal alcalin est l’hydroxyde de sodium et le solvant organique est l’acétone. Ce qui conduit à la production du phosphate de sodium et d’une solution d’aluminate de sodium.

Il est important de noter la différence entre la présente invention et l’art antérieur, particulièrement sur les procédés impliquant une attaque basique par le fait que la séparation entre l’alumine et le phosphate après extraction se fait par modification de la phase liquide et non pas par effet de température ou par effet d’ion commun. En effet, dans l’art antérieur la précipitation du phosphate de métal alcalin se fait par abaissement de la température (~ 10°C) alors que pour la présente invention elle se fait par ajout de solvant organique qui précipite de façon sélective ce dernier.

Description détaillée de l’invention

Une description détaillée de la présente invention en relation avec des exemples de réalisation est présentée dans la suite.

La présente invention traite un minerai de phosphate d’alumine en vue de récupérer séparément l’alumine et le phosphate. Le phosphate sera récupéré sous forme de phosphate de métal alcalin tandis-que l’alumine sera sous forme de solution d’aluminate de métal alcalin. Un des avantages de la présente invention est que la séparation entre l’alumine et le phosphate après extraction conjointe de ces derniers par attaque basique pourra se faire à la température ambiante ce qui, jusqu'à présent n’était possible qu’en travaillant a de basses températures.

En référence à la figure 1, le minerai broyé est attaqué à chaud par une solution concentrée d’hydroxyde de métal alcalin de concentration au moins égale à 200 g/1 (1). Après élimination de la matière insoluble (2), une solution riche en phosphate et en aluminate de métal alcalin est récupérée. Cette dernière est refroidie à la température ambiante ; ce qui permet une précipitation partielle du phosphate de métal alcalin puis traitée avec un solvant organique miscible à l’eau et ne pouvant pas dissoudre le phosphate de métal alcalin (3). Le solvant organique est de préférence l’acétone. La quantité de solvant organique utilisée doit être suffisante pour permettre une précipitation de la quasi-totalité du phosphate sous forme de phosphate de métal alcalin. Généralement, le rapport entre le volume de solvant organique et le volume de la solution à traiter doit être supérieur à 1:10. Une fois le précipité de phosphate de métal alcalin récupéré (4), la solution résultante est distillée (5) dans des conditions de température comprise entre la température d’évaporation du solvant organique et celle de l’eau afin de séparer le solvant organique de la solution d’aluminate de métal alcalin. Le solvant organique ainsi récupéré peut être recyclé dans le procédé. Le phosphate de métal alcalin et la solution d’aluminate de métal alcalin obtenus peuvent être traités par des méthodes connues pour produire de l’acide phosphorique et de l’alumine respectivement.

Le minerai broyé à 800 pm est attaqué par une solution d'hydroxyde de sodium de concentration comprise entre 200 g/1 et 500 g/1. L’attaque se fait à une température comprise entre 60 °C et 100 °C avec un excès d’hydroxyde de sodium pendant une durée comprise entre 10 min et 1 h. L'excès d’hydroxyde de métal alcalin est de préférence compris entre 5% et 20% par rapport aux P2O5 et AI2O3 contenus dans le minerai. Après filtration de la suspension obtenue, le filtrat est refroidi à la température ambiante puis traité avec de l’acétone. Le rapport entre le volume d’acétone et la solution à traiter doit être supérieur à 1:10, de préférence compris entre 1:3 et 1:1. Après l’ajout d’acétone, le système est maintenu sous agitation pendant une durée comprise entre 10 min et 30 min afin de permettre un mélange intime entre l’acétone et la solution aqueuse. Le mélange est laissé au repos pendant une durée comprise entre 15 min et 30 min puis filtré afin de récupérer le phosphate de métal alcalin. Le filtrat obtenu est distillé à une température comprise entre 57 °C et 100 °C ; ce qui permet d’éliminer le solvant organique, qui peut être recyclé dans le procédé et de récupérer la solution d’aluminate de sodium.

Des exemples de réalisation de la présente invention sont présentés ci-dessous.

Exemple 1 g de phosphate d’alumine contenant environ 27,6% P2O5 ; 26,5% AI2O3 et 6,9% Fe2O3 sont attaqués par 181 ml d’une solution d’hydroxyde de sodium de concentration 200 g/1 à la température de 60 °C. Le milieu réactionnel est maintenu sous agitation pendant 1 h à 60 °C puis filtré. Le résidu solide obtenu après filtration est lavé avec de l’eau et les eaux de lavage sont ensuite combinées avec le filtrat ; ce qui permet d’obtenir 188 ml de solution riche en phosphate et aluminate de sodium, et contenant 8,9 g de P2O5 et 11.7 g de AI2O3. Ce qui correspond à des rendements d’extraction de 64% en P2O5 et 88% en AI2O3· Cette dernière solution est refroidie à la température ambiante ce qui permet une précipitation partielle du phosphate sous forme de phosphate de sodium. Ensuite, on ajoute 94 ml d’acétone à la suspension obtenue ce qui fait précipiter quasiment tout le phosphate de façon sélective sous forme de phosphate de sodium. Après filtration, on récupère le phosphate de sodium ainsi précipité qui contient 36,9% P2O5 et 1,5% AI2O3 et la solution résultante, contenant l'acétone, est distillée à 60 °C afin de séparer l’acétone et la solution d’aluminate de sodium.

Exemple 2 g de phosphate d’alumine contenant environ 27,6% P2O5 ; 26,5% AI2O3 et 6,9% Fe2Û3 sont attaqués par 156 ml d’une solution d’hydroxyde de sodium de concentration 250 g/1 à la température de 70 °C. Le milieu réactionnel est maintenu sous agitation pendant 30 mn à 70 °C puis filtré. Le résidu solide obtenu après filtration est lavé avec de l’eau et les eaux de lavage sont 5 ensuite combinées avec le filtrat ; ce qui permet d’obtenir 175 ml de solution riche en phosphate et aluminate de sodium, et contenant 10,7 g de P2O5 et 12,1 g de AI2O3. Ce qui correspond à des rendements d’extraction de 77% en P2O5 et 91% en AI2O3. Cette dernière solution est refroidie à la température ambiante ce qui permet une précipitation partielle du phosphate sous forme de phosphate de sodium. On ajoute 60 ml d’acétone à la suspension obtenue ; ce qui fait précipiter 10 quasiment tout le phosphate de façon sélective sous forme de phosphate de sodium. Après filtration, on récupère le phosphate de sodium ainsi précipité qui contient 38,3% P2O5 et 1,1% AI2O3 et la solution résultante, contenant l'acétone, est distillée à 60 °C afin dè séparée de 1 acétone et de la solution d’aluminate de sodium.

Claims (13)

1. Procédé de traitement d’un minerai de phosphate d’alumine pour une récupération et une séparation de l’alumine et du phosphate caractérisé en ce qu'il consiste en une combinaison des étapes suivantes :

a) digestion du minerai par une solution d'hydroxyde de métal alcalin de concentration d’au moins égale à 200 g/1 pour extraire l’alumine et le phosphate contenu dans le minerai ;

b) filtration à chaud de la suspension obtenue afin d’éliminer la matière insoluble ;

c) addition au filtrat d’une quantité suffisante de solvant organique miscible à l’eau et pouvant faire précipiter en milieu aqueux le phosphate de métal alcalin et non l'hydroxyde et l’aluminate de métal alcalin. Ce qui permet alors de faire précipiter sélectivement la quasi-totalité du phosphate ;

d) récupération du phosphate de métal alcalin ainsi précipité par filtration ;

e) distillation du filtrat obtenu à une température comprise entre la température d’évaporation du solvant organique et celle de l’eau afin d’éliminer le solvant organique et de récupérer la solution d’aluminate de métal alcalin.

2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'hydroxyde de métal alcalin utilisé est l'hydroxyde de sodium.

3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la concentration de la solution d’hydroxyde de métal alcalin soit comprise entre 200 g/1 et 500 g/1.

4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité d’hydroxyde de métal alcalin utilisé soit en excès par rapport au P2O5 et AI2O3 contenu dans le minerai.

5 Procédé selon les revendications 1 et 4, caractérisé en ce que l'excès d’hydroxyde de métal alcalin utilisé soit compris entre 5% et 10%.

6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la digestion se fait à une température comprise entre 60 °C et 100 °C.

7 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le temps de digestion soit compris entre 10 min et Ih.

8 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la solution obtenue après digestion soit refroidie à une température inférieure à la température d’évaporation du solvant organique à utiliser.

9 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le solvant organique utilisé peut être par exemple l’acétone.

10 Procédé selon les revendications 1 et 9, caractérisé en ce que le rapport volumique entre l’acétone et la solution à traiter soit supérieur à 1:10, de préférence comprise entre 1:3 et 1:1.

11 Procédé selon les revendications 1 et 9, caractérisé en ce que le système soit maintenu sous agitation après l’ajout d’acétone pendant une durée au moins de 10 mn.

12 Procédé selon les revendications 1, 9 et 11, caractérisé en ce que le système soit laissé au repos pendant une durée au moins de 15mn après agitation.

13 Procédé selon les revendications 1 et 9, caractérisé en ce que la distillation de la solution obtenue après récupération du phosphate de métal alcalin se fait à une température comprise entre 57 °C et 100 °C.