FR3150199A1 - PROCESS FOR RECOVERING A BORON SALT FROM AN ORGANIC SOLVENT COMPRISING BORIC ACID - Google Patents
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Abstract
Ce procédé de récupération du bore sous forme de sel de bore à partir d’acide borique compris dans un solvant organique, comprend les étapes suivantes :– mise en contact d’une solution aqueuse basique avec le solvant organique pour extraire le bore sous forme de borate solubilisé vers la solution aqueuse basique ;– distillation de la solution aqueuse basique chargée en borate pour concentrer ladite solution, générant un distillat ;– cristallisation du borate sous forme de sel de bore hydraté ;– séparation solide-liquide du sel de bore hydraté cristallisé, générant des eaux-mères de cristallisation ;– réintroduction du distillat et des eaux-mères de cristallisation à l’étape de mise en contact de la solution aqueuse basique avec le solvant organique.This process for recovering boron in the form of boron salt from boric acid included in an organic solvent, comprises the following steps:– bringing a basic aqueous solution into contact with the organic solvent to extract the boron in the form of solubilized borate towards the basic aqueous solution;– distillation of the basic aqueous solution loaded with borate to concentrate said solution, generating a distillate;– crystallization of the borate in the form of hydrated boron salt;– solid-liquid separation of the crystallized hydrated boron salt, generating crystallization mother liquors;– reintroduction of the distillate and the crystallization mother liquors at the step of bringing the basic aqueous solution into contact with the organic solvent.
Description
L’invention s’inscrit dans le domaine de la valorisation du bore contenu dans des déchets industriels. Plus précisément, elle concerne un procédé de récupération d’un sel de bore à partir d’un solvant organique comprenant de l’acide borique.The invention relates to the field of recovery of boron contained in industrial waste. More specifically, it relates to a process for recovering a boron salt from an organic solvent comprising boric acid.
L’extraction du bore à l’aide de solvants organiques est mise en œuvre pour récupérer et purifier le bore à partir de solutions aqueuses chargées en bore, issues du traitement d'effluents, de saumures ou de débris d’aimants permanents usagés. Le solvant organique, qui n’est pas miscible à l’eau, permet dans un premier temps d’extraire le bore de ces solutions aqueuses.Boron extraction using organic solvents is used to recover and purify boron from boron-laden aqueous solutions from the treatment of effluents, brines or debris from used permanent magnets. The organic solvent, which is not miscible with water, is used to first extract boron from these aqueous solutions.
Le solvant chargé en acide borique est par la suite mis en contact avec une solution alcaline, ce qui permet d’extraire le bore vers une phase aqueuse. Les solutions de soude (NaOH) sont les plus couramment utilisées mais d’autres sources d’hydroxydes sont possibles, comme la potasse (KOH), la lithine (LiOH), ou l’ammoniaque (NH4OH).The solvent loaded with boric acid is then put in contact with an alkaline solution, which allows the boron to be extracted into an aqueous phase. Sodium hydroxide solutions (NaOH) are the most commonly used, but other sources of hydroxides are possible, such as potash (KOH), lithium hydroxide (LiOH), or ammonia (NH 4 OH).
A partir de cette phase aqueuse, le dérivé de bore obtenu est récupéré sous forme solide et sera réutilisé dans divers secteurs de l’industrie, par exemple dans l’industrie du verre (verre borosilicaté), de la céramique (nitrure de bore), de la métallurgie (fondant pour l’acier), ou des produits médicaux (antiseptiques).From this aqueous phase, the boron derivative obtained is recovered in solid form and will be reused in various sectors of industry, for example in the glass industry (borosilicate glass), ceramics (boron nitride), metallurgy (flux for steel), or medical products (antiseptics).
Ce procédé d’extraction est bien connu. On peut ainsi citer le document US 3 493 349 qui décrit un procédé d’extraction par solvant du bore à partir d’une saumure, puis la réextraction par formation de borate NaB2O4en solution par addition d’une solution de soude.This extraction process is well known. We can cite document US 3,493,349 which describes a process for solvent extraction of boron from brine, then re-extraction by formation of borate NaB 2 O 4 in solution by addition of a sodium hydroxide solution.
De même, le document US 3 855 392 décrit un procédé pour ôter l’acide borique d’une solution aqueuse de chlorure de magnésium par extraction liquide-liquide, comprenant une étape d’extraction à l’aide d’un composé d’extraction organique, puis une étape de réextraction à l’aide d’une solution alcaline dont le pH est compris entre 8 à 10.Similarly, document US 3,855,392 describes a process for removing boric acid from an aqueous solution of magnesium chloride by liquid-liquid extraction, comprising an extraction step using an organic extraction compound, then a re-extraction step using an alkaline solution whose pH is between 8 and 10.
Cependant, ces procédés mettent en œuvre des quantités conséquentes de solution alcaline, ce qui est coûteux. De plus, ils ne permettent pas de recycler l’intégralité des flux aqueux.However, these processes use significant quantities of alkaline solution, which is expensive. In addition, they do not allow the entire aqueous flow to be recycled.
Par conséquent, il existe un besoin d’élaborer des procédés plus efficaces, permettant de mieux gérer les ressources, dont l’impact sur l’environnement est réduit, et plus économes.Therefore, there is a need to develop more efficient processes that allow for better management of resources, with reduced environmental impact and are more economical.
L’invention propose un procédé qui permet de récupérer un sel de bore à partir d’un solvant organique comprenant de l’acide borique, en limitant la quantité d’agent alcalin utilisé dans le procédé, tout en permettant de recycler l’intégralité des flux aqueux.The invention provides a process which makes it possible to recover a boron salt from an organic solvent comprising boric acid, by limiting the quantity of alkaline agent used in the process, while making it possible to recycle all of the aqueous streams.
L’invention permet également de diminuer la quantité d’eau nécessaire à la récupération du bore.The invention also makes it possible to reduce the quantity of water required for boron recovery.
Pour ce faire, le procédé est conçu en boucle fermée pour permettre la circulation continue des solutions aqueuses, en vue de leur recyclage. Ainsi, l’eau introduite dans le procédé circule en boucle dans celui-ci. De plus, le procédé ne consomme pas d’eau supplémentaire que celle qui est introduite initialement et recyclée.To achieve this, the process is designed in a closed loop to allow the continuous circulation of aqueous solutions, with a view to their recycling. Thus, the water introduced into the process circulates in a loop within it. In addition, the process does not consume any additional water other than that which is initially introduced and recycled.
Parallèlement, toutes les traces de solvant organique présentes en phase aqueuse sont entièrement recyclées et revalorisées.At the same time, all traces of organic solvent present in the aqueous phase are fully recycled and revalued.
Ainsi, le procédé selon l’invention n’entraîne aucune perte de solvant et permet l’obtention d’une teneur résiduelle en carbone très faible, issu du solvant organique, dans le sel de bore cristallisé.Thus, the process according to the invention does not result in any loss of solvent and allows the obtaining of a very low residual carbon content, from the organic solvent, in the crystallized boron salt.
A cet effet, l’invention propose un procédé de récupération du bore sous forme de sel de bore à partir d’acide borique compris dans un solvant organique, le procédé comprenant les étapes suivantes :
– mise en contact d’une solution aqueuse basique avec le solvant organique pour extraire le bore sous forme de borate solubilisé vers la solution aqueuse basique ;
– distillation de la solution aqueuse basique chargée en borate pour concentrer ladite solution, générant un distillat ;
– cristallisation du borate sous forme de sel de bore hydraté. ;
– séparation solide-liquide du sel de bore hydraté cristallisé, générant des eaux-mères de cristallisation ;
– réintroduction du distillat et des eaux-mères de cristallisation à l’étape de mise en contact de la solution aqueuse basique avec le solvant organique.For this purpose, the invention provides a process for recovering boron in the form of boron salt from boric acid included in an organic solvent, the process comprising the following steps:
– contacting a basic aqueous solution with the organic solvent to extract the boron in the form of solubilized borate into the basic aqueous solution;
– distillation of the basic aqueous solution loaded with borate to concentrate said solution, generating a distillate;
– crystallization of borate in the form of hydrated boron salt.;
– solid-liquid separation of crystallized hydrated boron salt, generating crystallization mother liquors;
– reintroduction of the distillate and the crystallization mother liquors at the stage of bringing the basic aqueous solution into contact with the organic solvent.
Dans la présente invention, on désigne par « borate » un composé moléculaire comprenant au moins un atome de bore et au moins un atome d’oxygène. Par exemple et de manière non limitative, les ions métaborate BO2 -et tétraborate B4O7 2-sont des borates.In the present invention, the term "borate" denotes a molecular compound comprising at least one boron atom and at least one oxygen atom. For example and in a non-limiting manner, the metaborate BO 2 - and tetraborate B 4 O 7 2- ions are borates.
Par « sel de bore », on inclut les sels de borate. Par exemple et de manière non limitative, le métaborate de sodium NaBO2 et le tétraborate de sodium Na2B4O7 sont des sels de bore. Le tétraborate de sodium pentahydrate Na2B4O7•5H2O ou décahydrate Na2B4O7•10H2O qui sont également appelés borax, sont des sels de bore.By "boron salt" is included borate salts. For example, and without limitation, sodium metaborate NaBO2 and sodium tetraborate Na2B4O7 are boron salts. Sodium tetraborate pentahydrate Na2B4O7•5H2O or decahydrate Na2B4O7•10H2O which are also called borax, are salts of boron.
Par « bore », on inclut tout composé comprenant au moins un atome de bore, présent en phase aqueuse ou organique. Par exemple, l’acide borique est inclus dans la définition de « bore » selon l’invention.By “boron” is included any compound comprising at least one boron atom, present in aqueous or organic phase. For example, boric acid is included in the definition of “boron” according to the invention.
Selon l’invention, le solvant organique comprend de préférence au moins un composé d’extraction et/ou au moins un composé modificateur et/ou au moins un composé diluant.According to the invention, the organic solvent preferably comprises at least one extraction compound and/or at least one modifying compound and/or at least one diluting compound.
Un composé d’extraction permet le transfert du bore d’une solution aqueuse au solvant organique. Généralement, il comprend au moins un alcool comportant une chaîne aliphatique ou aromatique de 6 à 18 atomes de carbone.An extraction compound allows the transfer of boron from an aqueous solution to the organic solvent. Generally, it comprises at least one alcohol having an aliphatic or aromatic chain of 6 to 18 carbon atoms.
Le composé d’extraction est de préférence choisi dans le groupe comprenant :
– 1-3 diols (diols β-aliphatiques), notamment 2-éthyl-1,3-hexanediol (EHD), 2-butyl-2-éthylpropane-1,3-diol (BEPD), 2,2,4-triméthyl-1,3-pentanediol, 2-chloro-4-(1,1,3,3-tetraméthylbutyl)-6-méthylol-phénol (CTMP) et leurs mélanges ;
– monoalcools de 6 à 18 atomes de carbone, notamment décan-1-ol, 2-propylheptanol (2PH), 2-éthylhexanol (2EH), isodécan-1-ol et leurs mélanges.The extraction compound is preferably selected from the group comprising:
– 1-3 diols (β-aliphatic diols), in particular 2-ethyl-1,3-hexanediol (EHD), 2-butyl-2-ethylpropane-1,3-diol (BEPD), 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol, 2-chloro-4-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)-6-methylol-phenol (CTMP) and mixtures thereof;
– monoalcohols of 6 to 18 carbon atoms, in particular decan-1-ol, 2-propylheptanol (2PH), 2-ethylhexanol (2EH), isodecan-1-ol and their mixtures.
Un composé modificateur est une substance permettant de modifier certaines propriétés spécifiques du solvant. Par exemple, le composé modificateur peut permettre d’améliorer la décantation du solvant organique et de la solution aqueuse basique.A modifier compound is a substance that can change some specific properties of the solvent. For example, the modifier compound can improve the settling of the organic solvent and the basic aqueous solution.
Généralement, le composé modificateur est constitué d’un alcool comportant une chaîne aliphatique de 6 à 18 atomes de carbone.Typically, the modifying compound consists of an alcohol with an aliphatic chain of 6 to 18 carbon atoms.
Le composé modificateur est de préférence choisi dans le groupe comprenant les monoalcools, notamment décan-1-ol, 2-propylheptanol (2PH), 2-éthylhexanol (2EH), isodécan-1-ol, octan-1-ol, et leurs mélanges.The modifying compound is preferably selected from the group comprising monoalcohols, in particular decan-1-ol, 2-propylheptanol (2PH), 2-ethylhexanol (2EH), isodecan-1-ol, octan-1-ol, and mixtures thereof.
Le composé diluant est une substance liquide ou un mélange de substances liquides dans lequel le composé d’extraction et/ou le composé modificateur sont dissous. Généralement, le composé diluant est constitué d’une chaîne hydrocarbonée aliphatique ou aromatique, de 6 à 18 atomes de carbone.The diluent compound is a liquid substance or a mixture of liquid substances in which the extracting compound and/or the modifying compound are dissolved. Typically, the diluent compound consists of an aliphatic or aromatic hydrocarbon chain, of 6 to 18 carbon atoms.
De préférence, le composé diluant est choisi dans le groupe comprenant : paraffines, cycloparaffines, hydrocarbures aromatiques, et leurs mélanges.Preferably, the diluent compound is selected from the group comprising: paraffins, cycloparaffins, aromatic hydrocarbons, and mixtures thereof.
Selon l’invention, le solvant organique comprend au moins un composé d’extraction constitué d’un alcool comportant une chaîne aliphatique ou aromatique de 6 à 18 atomes de carbone, éventuellement un composé modificateur constitué d’un alcool comprenant une chaîne aliphatique de 6 à 18 atomes de carbone et éventuellement un composé diluant constitué d’une chaîne hydrocarbonée aliphatique ou aromatique, de 6 à 18 atomes de carbone.According to the invention, the organic solvent comprises at least one extraction compound consisting of an alcohol comprising an aliphatic or aromatic chain of 6 to 18 carbon atoms, optionally a modifying compound consisting of an alcohol comprising an aliphatic chain of 6 to 18 carbon atoms and optionally a diluting compound consisting of an aliphatic or aromatic hydrocarbon chain of 6 to 18 carbon atoms.
Le solvant organique comprend également de l’acide borique à une concentration en bore comprise entre 1 mg/L et 14 g/L.The organic solvent also includes boric acid at a boron concentration between 1 mg/L and 14 g/L.
Par ailleurs, la solution aqueuse basique est obtenue par dilution d’une solution basique concentrée ou par solubilisation d’un composé basique solide. De préférence, elle est une solution de NaOH, KOH, LiOH, ou NH4OH. Le choix de la base dépend du sel de bore à produire, ainsi une solution de NaOH permettra la formation de borate de sodium. De même, on choisira une solution de KOH pour obtenir du borate de potassium.Furthermore, the basic aqueous solution is obtained by diluting a concentrated basic solution or by solubilizing a solid basic compound. Preferably, it is a solution of NaOH, KOH, LiOH, or NH 4 OH. The choice of the base depends on the boron salt to be produced, thus a NaOH solution will allow the formation of sodium borate. Similarly, a KOH solution will be chosen to obtain potassium borate.
Avantageusement, la solution aqueuse basique est introduite en quantité stœchiométrique par rapport à la quantité de sel de bore à produire.Advantageously, the basic aqueous solution is introduced in a stoichiometric quantity relative to the quantity of boron salt to be produced.
Ainsi, le nombre de moles d’alcalin ou d’ammonium ajouté détermine la structure du produit final. Par exemple, pour produire du tétraborate de sodium Na2B4O7, on introduit 0,5 mole de NaOH pour 1 mole de bore compris dans le solvant organique. De même, il faudra introduire 1 mole de NaOH pour 1 mole de bore pour générer du métaborate de sodium NaBO2.Thus, the number of moles of alkali or ammonium added determines the structure of the final product. For example, to produce sodium tetraborate Na 2 B 4 O 7 , 0.5 moles of NaOH are introduced for every 1 mole of boron in the organic solvent. Similarly, 1 mole of NaOH will be introduced for every 1 mole of boron to generate sodium metaborate NaBO 2 .
La solution basique n’est donc pas introduite en excès. Ce faisant, on réduit la consommation de produit alcalin.The basic solution is therefore not introduced in excess. In doing so, the consumption of alkaline product is reduced.
Selon l’invention, le rapport entre le nombre de moles d’alcalin ou d’ammonium de la solution basique et le nombre de moles de bore du solvant organique est compris entre 0.3 et 1.According to the invention, the ratio between the number of moles of alkali or ammonium in the basic solution and the number of moles of boron in the organic solvent is between 0.3 and 1.
Lors de l’étape de mise en contact de la solution aqueuse basique avec le solvant organique, l’acide borique compris dans le solvant est transféré de la phase organique à la phase aqueuse. On obtient alors une solution aqueuse basique chargée en borate.During the step of bringing the basic aqueous solution into contact with the organic solvent, the boric acid contained in the solvent is transferred from the organic phase to the aqueous phase. A basic aqueous solution loaded with borate is then obtained.
La mise en contact de la solution aqueuse basique avec le solvant organique est réalisée dans un dispositif d’extraction liquide-liquide comprenant plusieurs étages, où le solvant organique et la solution aqueuse basique circulent à contre-courant.The contacting of the basic aqueous solution with the organic solvent is carried out in a liquid-liquid extraction device comprising several stages, where the organic solvent and the basic aqueous solution circulate in countercurrent.
A cet effet, les deux liquides sont mis en circulation à des débits différents, tels que le rapport du débit de la solution aqueuse basique et du débit du solvant organique peut être compris entre 0,1 et 2, préférentiellement entre 0,1 et 1, et encore plus préférentiellement entre 0,1 et 0,5. Ces rapports de débits permettent de minimiser la quantité d’eau circulant dans le procédé et d’optimiser la consommation d’énergie du procédé.For this purpose, the two liquids are circulated at different flow rates, such that the ratio of the flow rate of the basic aqueous solution and the flow rate of the organic solvent can be between 0.1 and 2, preferably between 0.1 and 1, and even more preferably between 0.1 and 0.5. These flow rate ratios make it possible to minimize the amount of water circulating in the process and to optimize the energy consumption of the process.
Selon une variante, cette étape est réalisée à une température comprise entre 20°C et 70°C, préférentiellement entre 40°C et 60°C. Ces gammes de températures sont optimisées pour un rapport du débit de la solution aqueuse basique et du débit du solvant organique compris entre 0,1 et 2.According to one variant, this step is carried out at a temperature between 20°C and 70°C, preferably between 40°C and 60°C. These temperature ranges are optimized for a ratio of the flow rate of the basic aqueous solution and the flow rate of the organic solvent between 0.1 and 2.
On soumet ensuite, la solution aqueuse basique comprenant le borate solubilisé à une étape de concentration par distillation générant un distillat. La concentration de la solution permet d’obtenir une solution saturée en borate.The basic aqueous solution comprising the solubilized borate is then subjected to a concentration step by distillation generating a distillate. The concentration of the solution makes it possible to obtain a solution saturated with borate.
Selon une variante de l’invention, la cristallisation du borate est réalisée par distillation de la solution aqueuse basique concentrée en borate. Le solide cristallisé se retrouve alors en suspension dans la solution. Cette distillation est mise en œuvre jusqu’à obtenir la quantité de solide cristallisé en suspension souhaitée. Cette étape est réalisée à une température comprise entre 20°C et 110°C, de préférence entre 30°C et 105°C, et à une pression absolue comprise entre 2.104Pa et 105Pa, de préférence.According to a variant of the invention, the crystallization of the borate is carried out by distillation of the concentrated basic aqueous solution of borate. The crystallized solid is then suspended in the solution. This distillation is carried out until the desired quantity of crystallized solid in suspension is obtained. This step is carried out at a temperature between 20°C and 110°C, preferably between 30°C and 105°C, and at an absolute pressure between 2.10 4 Pa and 10 5 Pa, preferably.
La température à laquelle la distillation est réalisée détermine le degré d’hydratation du sel de bore produit. Par exemple, pour une température comprise entre 20°C et 60°C, on obtient du borax décahydrate Na2B4O7.10H2O. En revanche, on obtient du borax pentahydrate Na2B4O7.5H2O pour une température comprise entre 60°C et 100°C.The temperature at which the distillation is carried out determines the degree of hydration of the boron salt produced. For example, for a temperature between 20°C and 60°C, borax decahydrate Na 2 B 4 O 7 .10H 2 O is obtained. On the other hand, borax pentahydrate Na 2 B 4 O 7 .5H 2 O is obtained for a temperature between 60°C and 100°C.
Selon une autre variante de l’invention, la cristallisation du borate est réalisée par refroidissement de la solution aqueuse basique concentrée en borate, de sorte que la solubilité du sel de bore en solution diminue. Dans ce cas, la solution est refroidie selon un gradient de température de 10°C à 40°C par heure. La suspension de borate pourra être réchauffée pour obtenir une re-solubilisation partielle du borate puis resoumise à un refroidissement pour reformer une suspension de borate, cette opération constituant un cycle de cristallisation. Entre 1 et 3 cycles de cristallisation peuvent être effectués, préférentiellement 1 pour augmenter la pureté du borate cristallisé.According to another variant of the invention, the crystallization of the borate is carried out by cooling the concentrated basic aqueous solution of borate, so that the solubility of the boron salt in solution decreases. In this case, the solution is cooled according to a temperature gradient of 10°C to 40°C per hour. The borate suspension may be reheated to obtain partial re-solubilization of the borate and then resubmitted to cooling to reform a borate suspension, this operation constituting a crystallization cycle. Between 1 and 3 crystallization cycles may be carried out, preferably 1 to increase the purity of the crystallized borate.
Ces deux méthodes de cristallisation, respectivement distillation et refroidissement, permettent l’élimination des traces de solvant subsistant dans le solide vers les eaux mères de cristallisation.These two crystallization methods, respectively distillation and cooling, allow the elimination of traces of solvent remaining in the solid towards the crystallization mother liquors.
Par « traces de solvant » on désigne des quantités faibles de composé d’extraction, et/ou de composé modificateur et/ou de composé diluant.By “traces of solvent” we mean small quantities of extraction compound, and/or modifying compound and/or diluting compound.
Par ailleurs, la distillation réalisée lors de l’étape de concentration et éventuellement de cristallisation génère un distillat, qui contient généralement moins de 1 % en masse de traces de solvant.Furthermore, the distillation carried out during the concentration and possibly crystallization stage generates a distillate, which generally contains less than 1% by mass of traces of solvent.
Ce distillat est remis en circulation dans le procédé et/ou mélangé avec la solution aqueuse basique lors de l’étape de mise en contact de la solution aqueuse basique avec le solvant organique. En effet, le distillat dilue la solution basique concentrée ou solubiliser le composé basique solide.This distillate is recirculated in the process and/or mixed with the basic aqueous solution during the step of bringing the basic aqueous solution into contact with the organic solvent. In fact, the distillate dilutes the concentrated basic solution or solubilizes the solid basic compound.
Après l’étape de cristallisation, la suspension de cristaux de borate peut être soumise à une étape de maturation, dont la durée est de 30 minutes à 2 heures, de préférence 1 heure. Cette durée permet à la solution d’atteindre un équilibre thermodynamique.After the crystallization step, the borate crystal suspension can be subjected to a maturation step, the duration of which is 30 minutes to 2 hours, preferably 1 hour. This duration allows the solution to reach thermodynamic equilibrium.
Pour récupérer les cristaux de sel de bore hydraté, on procède à une étape de séparation solide-liquide. Parmi les méthodes de séparation solide-liquide, on peut citer de manière non limitative, la distillation, la centrifugation et la filtration.To recover the hydrated boron salt crystals, a solid-liquid separation step is carried out. Solid-liquid separation methods include, but are not limited to, distillation, centrifugation and filtration.
Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, le sel de bore hydraté cristallisé est filtré, générant des eaux-mères de cristallisation. Ces eaux-mères de cristallisation peuvent contenir moins de 1% en masse de traces de solvant.According to a preferred embodiment of the invention, the crystallized hydrated boron salt is filtered, generating crystallization mother liquors. These crystallization mother liquors may contain less than 1% by mass of traces of solvent.
La filtration peut être réalisée sous vide ou sous une pression positive comprise entre 105et 5.105Pa, de préférence 105Pa, ou sous pression réduite entre 104et 8.104Pa.Filtration can be carried out under vacuum or under positive pressure between 10 5 and 5.10 5 Pa, preferably 10 5 Pa, or under reduced pressure between 10 4 and 8.10 4 Pa.
Avantageusement, les eaux-mères de cristallisation sont remises en circulation dans le procédé lors de l’étape de mise en contact de la solution aqueuse basique avec le solvant organique. Elles sont mélangées avec la solution aqueuse basique lors de cette étape de mise en contact.Advantageously, the crystallization mother liquors are recirculated in the process during the step of bringing the basic aqueous solution into contact with the organic solvent. They are mixed with the basic aqueous solution during this contacting step.
Selon l’invention, le solide ainsi récupéré est un borate hydraté, dont la formule peut être NaBO2yH2O, Na2B4O7yH2O, Na2B5O8yH2O, Li2B4O7yH2O, K2B4O7yH2O, ou (NH4)2B4O7yH2O, où y est compris entre 0 et 11.According to the invention, the solid thus recovered is a hydrated borate, the formula of which may be NaBO 2 yH 2 O, Na 2 B 4 O 7 yH 2 O, Na 2 B 5 O 8 yH 2 O, Li 2 B 4 O 7 yH 2 O, K 2 B 4 O 7 yH 2 O, or (NH 4 ) 2 B 4 O 7 yH 2 O, where y is between 0 and 11.
Après la séparation solide-liquide, le solide récupéré peut subir un lavage, pour en nettoyer toutes traces de solvant. Dans ce cas, le sel de bore hydraté cristallisé est lavé avec une solution aqueuse et/ou avec le distillat, issu de la distillation, générant des eaux de lavage. Ces eaux de lavage peuvent contenir moins de 1% en masse de traces de solvant.After solid-liquid separation, the recovered solid can be washed to remove all traces of solvent. In this case, the crystallized hydrated boron salt is washed with an aqueous solution and/or with the distillate from the distillation, generating wash water. This wash water may contain less than 1% by mass of traces of solvent.
Les eaux de lavage sont avantageusement remises en circulation dans le procédé lors de l’étape de mise en contact de la solution aqueuse basique avec le solvant organique. Elles peuvent être mélangées avec la solution aqueuse basique lors de cette étape de mise en contact.The wash waters are advantageously recirculated in the process during the step of bringing the basic aqueous solution into contact with the organic solvent. They can be mixed with the basic aqueous solution during this contacting step.
La réutilisation du distillat, des eaux-mères de cristallisation et/ou des eaux de lavage a pour avantage de permettre la récupération de tous les flux aqueux et de l’intégralité du solvant.The reuse of the distillate, crystallization mother liquors and/or washing water has the advantage of allowing the recovery of all aqueous flows and all of the solvent.
Une étape de séchage peut être réalisée après le lavage. En particulier, le séchage peut être réalisé à une température comprise entre 50°C et 150°C, à une pression absolue comprise entre 104Pa et 105Pa.A drying step may be carried out after washing. In particular, drying may be carried out at a temperature between 50°C and 150°C, at an absolute pressure between 10 4 Pa and 10 5 Pa.
Selon la température de séchage, on obtiendra du borax hydraté ou anhydre. Par exemple, une température de séchage comprise entre 100°C et 150°C produira du borax anhydre.Depending on the drying temperature, hydrated or anhydrous borax will be obtained. For example, a drying temperature between 100°C and 150°C will produce anhydrous borax.
Finalement, le procédé selon l’invention permet de récupérer plus de 99 % du bore contenu dans le solvant organique. Le borate solide produit présente une pureté supérieure à 99 %.Finally, the process according to the invention makes it possible to recover more than 99% of the boron contained in the organic solvent. The solid borate produced has a purity greater than 99%.
La manière dont l’invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l’exemple de réalisation qui suit, donné à titre indicatif et non limitatif, à l’appui de la figure annexée.The manner in which the invention can be implemented and the advantages which result therefrom will become clearer from the following example of implementation, given for information purposes only and without limitation, in support of the appended figure.
La
La
Les étapes du procédé de récupération d’un borate solubilisé dans une batterie de quatre mélangeurs-décanteurs, selon l’invention sont schématisées sur la
Le procédé est réalisé dans un dispositif comprenant plusieurs étages, où le solvant organique et la solution aqueuse basique circulent à contre-courant.The process is carried out in a device comprising several stages, where the organic solvent and the basic aqueous solution circulate in countercurrent.
En particulier, le procédé peut être réalisé dans une batterie de mélangeurs-décanteurs ou dans des colonnes d’extraction liquide-liquide. Le nombre d’étages de ces dispositifs est préférentiellement compris entre 3 et 10, de préférence entre 5 et 7.In particular, the process can be carried out in a battery of mixer-decanters or in liquid-liquid extraction columns. The number of stages of these devices is preferably between 3 and 10, preferably between 5 and 7.
Le dispositif de la
Par ailleurs, une solution aqueuse de NaOH (13) est alimentée à contre-courant au quatrième étage (d).Furthermore, an aqueous solution of NaOH (13) is fed counter-currently to the fourth stage (d).
Un distillat (20) obtenu au cours de la mise en œuvre de l’invention est également alimenté à contre-courant au quatrième étage (d).A distillate (20) obtained during the implementation of the invention is also fed counter-currently to the fourth stage (d).
Le solvant organique chargé en bore (11) du premier étage (a), est ensuite transféré vers le deuxième étage (b), puis vers le troisième étage (c) et enfin vers le quatrième étage (d), mélangé et décanté à chaque étage.The boron-loaded organic solvent (11) from the first stage (a) is then transferred to the second stage (b), then to the third stage (c) and finally to the fourth stage (d), mixed and decanted at each stage.
La phase aqueuse qui alimente le quatrième étage (d), constituée de la solution aqueuse de NaOH (13), est transférée via les étages (c), (b), vers le premier étage (a) où elle se combine à la solution de borax (12), dans chaque étage les phases aqueuses et solvant sont mélangées et décantées.The aqueous phase that feeds the fourth stage (d), consisting of the aqueous NaOH solution (13), is transferred via stages (c), (b), to the first stage (a) where it combines with the borax solution (12), in each stage the aqueous and solvent phases are mixed and decanted.
La solution aqueuse de borate alcalin (14) est récupérée en sortie du premier étage (a). Le solvant d’extraction (15) sort, exempt de bore, au quatrième étage (d).The aqueous solution of alkali borate (14) is recovered at the outlet of the first stage (a). The extraction solvent (15) exits, free of boron, at the fourth stage (d).
Les étapes du procédé de récupération d’un borate cristallisé selon l’invention sont schématisées sur la
La solution aqueuse de borate (14) sortant de la batterie de mélangeurs-décanteurs (e) est récupérée et traitée pour faire cristalliser le borate.The aqueous borate solution (14) leaving the mixer-decanter battery (e) is recovered and treated to crystallize the borate.
La solution aqueuse de borate (14) est d’abord distillée (g) en augmentant la température et/ou en modifiant la pression du milieu jusqu’à obtenir une solution saturée en borate et un distillat (20). La cristallisation (h) est réalisée ensuite soit par distillation générant à nouveau du distillat (20), soit par refroidissement entrainant dans les deux cas la formation d’une suspension de borate cristallisé.The aqueous borate solution (14) is first distilled (g) by increasing the temperature and/or by modifying the pressure of the medium until a borate-saturated solution and a distillate (20) are obtained. Crystallization (h) is then carried out either by distillation generating distillate (20) again, or by cooling leading in both cases to the formation of a suspension of crystallized borate.
Enfin, la suspension de sel de bore est filtrée (i), permettant de récupérer les eaux-mères de cristallisation (21) et le borate cristallisé (16). Au besoin, le borate peut être lavé (j), ceci générant des eaux de lavage (22). Le distillat (20) est également utilisé pour laver le borate.Finally, the boron salt suspension is filtered (i), allowing the recovery of the crystallization mother liquors (21) and the crystallized borate (16). If necessary, the borate can be washed (j), this generating wash waters (22). The distillate (20) is also used to wash the borate.
Le distillat (20) est réutilisé pour diluer (f) une solution basique concentrée en soude (17) permettant d’obtenir la solution aqueuse de NaOH (13), qui sera introduite dans la batterie de mélangeurs-décanteurs (e) pour l’extraction liquide-liquide du bore.The distillate (20) is reused to dilute (f) a concentrated basic solution of soda (17) to obtain the aqueous solution of NaOH (13), which will be introduced into the battery of mixer-decanters (e) for the liquid-liquid extraction of boron.
Les eaux-mères de cristallisation (21) et les eaux de lavage (22) sont mélangées pour former la solution de borax (12) qui est réintroduite dans la batterie (e).The crystallization mother liquors (21) and the washing waters (22) are mixed to form the borax solution (12) which is reintroduced into the battery (e).
Exemple 1 : Régénération du bore à partir d’un solvant organique chargé en acide borique et comprenant du BEPDExample 1: Regeneration of boron from an organic solvent loaded with boric acid and including BEPD
Dans une batterie de cinq mélangeurs-décanteurs fonctionnant à contre-courant, à une température de 50°C, on alimente :
– à l’étage 1 : un solvant organique constitué de 15 % en masse de 2-butyl-2-éthylpropane-1,3-diol (BEPD), de 25 % en masse de kérosène et de 60 % en masse de decan-1-ol, la concentration du solvant en bore étant de 4,40 g/L, avec un débit de 100 L/h ;
– à l’étage 5 : une solution de NaOH, concentrée en sodium à 9,40 g/L, avec un débit de 50 L/h.In a battery of five mixer-decanters operating in counter-current, at a temperature of 50°C, the following are supplied:
– on stage 1: an organic solvent consisting of 15% by mass of 2-butyl-2-ethylpropane-1,3-diol (BEPD), 25% by mass of kerosene and 60% by mass of decan-1-ol, the boron concentration of the solvent being 4.40 g/L, with a flow rate of 100 L/h;
– on floor 5: a NaOH solution, concentrated in sodium at 9.40 g/L, with a flow rate of 50 L/h.
On récupère :
– à l’étage 1 : une solution aqueuse de borate concentrée en bore à 8,78 g/L, et concentrée en sodium à 9,40 g/L, avec 0.1% en masse de BEPD, avec un débit 50 L/h. Le rapport molaire Na/B est de 0,5 soit la stœchiométrie de l’ion tétraborate Na2B4O7;
– à l’étage 5 : un solvant organique de concentration résiduelle en bore inférieure à 0,01 g/L,avec un débit de 100 L/h.We recover:
– on stage 1: an aqueous solution of borate concentrated in boron at 8.78 g/L, and concentrated in sodium at 9.40 g/L, with 0.1% by mass of BEPD, with a flow rate of 50 L/h. The molar ratio Na/B is 0.5, i.e. the stoichiometry of the tetraborate ion Na 2 B 4 O 7 ;
– on stage 5: an organic solvent with a residual boron concentration of less than 0.01 g/L , with a flow rate of 100 L/h.
Ainsi, 99,8% du bore compris dans le solvant d’extraction est récupéré.Thus, 99.8% of the boron included in the extraction solvent is recovered.
Les concentrations et débits sont détaillés dans le tableau 1.Concentrations and flow rates are detailed in Table 1.
[Tab.1]
[Tab.1]
Exemple 2 : Cristallisation du tétraborate de sodium pentahydrate ou borax (Na2B4O7•5H2O) à partir d’une solution de tétraborate de sodiumExample 2: Crystallization of sodium tetraborate pentahydrate or borax (Na 2 B 4 O 7 •5H 2 O) from a sodium tetraborate solution
4,7 L de solution aqueuse de borax, soit 4,8 kg, sont obtenus après extraction du bore à partir d’un solvant d’extraction organique constitué de BEPD, de kérosène et de decan-1-ol, et à partir d’une solution de soude.4.7 L of aqueous borax solution, or 4.8 kg, are obtained after extraction of boron from an organic extraction solvent consisting of BEPD, kerosene and decan-1-ol, and from a sodium hydroxide solution.
La solution aqueuse a une concentration en bore de 8,78 g/L, une concentration en sodium de 9,40 g/L. Elle comprend 0,1% en masse de BEPD, soit 4,8 g de BEPD résiduel.The aqueous solution has a boron concentration of 8.78 g/L, a sodium concentration of 9.40 g/L. It contains 0.1% by mass of BEPD, or 4.8 g of residual BEPD.
La cristallisation du borax pentahydrate à partir de la solution aqueuse se fait selon les étapes suivantes :
i. distillation de la solution aqueuse à 100°C jusqu’à obtenir 0,7 kg de solution, avec une concentration en bore de 6,0 % en masse (approximativement 60 g/L) et 4.1 kg de distillat ;
ii. refroidissement de la solution obtenue de 100°C à 65°C en une heure pour cristalliser le borax pentahydrate ;
iii. maturation des cristaux pendant une heure à 65°C entraînant la formation d’une suspension de borax pentahydrate ;
iv. filtration de la suspension de borax pentahydrate sous 105Pa de pression positive ;
v. lavage du sel de bore avec 110 g d’eau distillée à 5°C ;
vi. séchage du sel de bore dans une étuve ventilée à 65°C jusqu’à masse constante.The crystallization of borax pentahydrate from aqueous solution is carried out in the following steps:
i. distillation of the aqueous solution at 100°C until 0.7 kg of solution is obtained, with a boron concentration of 6.0% by mass (approximately 60 g/L) and 4.1 kg of distillate;
ii. cooling the solution obtained from 100°C to 65°C over one hour to crystallize the borax pentahydrate;
iii. maturation of the crystals for one hour at 65°C resulting in the formation of a suspension of borax pentahydrate;
iv. filtration of the borax pentahydrate suspension under 10 5 Pa positive pressure;
v. washing the boron salt with 110 g of distilled water at 5°C;
vi. drying the boron salt in a ventilated oven at 65°C until constant mass.
On obtient:
– 0,55 kg d’eaux-mères de cristallisation comprenant 3,8 % en masse de bore et comprenant moins de 50 ppm de solvant ;
– 4,1 kg de distillat comprenant 0,12% en masse BEPD, soit 4,8 g de BEPD ;
– 130 g d’eaux de lavage comprenant 3,6 % en masse de bore ;
– 106 g de borax pentahydrate de pureté supérieure à 99,8 % ;
– moins de 350 mg/kg de carbone organique résiduel dans le borax ;
– 24 g d’eau d’imprégnation du borax pentahydrate.We obtain:
– 0.55 kg of crystallization mother liquors comprising 3.8% by mass of boron and comprising less than 50 ppm of solvent;
– 4.1 kg of distillate comprising 0.12% by mass BEPD, or 4.8 g of BEPD;
– 130 g of wash water comprising 3.6% boron by mass;
– 106 g of borax pentahydrate with a purity greater than 99.8%;
– less than 350 mg/kg of residual organic carbon in borax;
– 24 g of borax pentahydrate impregnation water.
Sur les 41,3 g de bore contenus dans la solution aqueuse initiale, 15,7 g sont récupérés sous forme de borax pentahydrate. Ainsi, 38 % du bore contenu initialement dans la phase aqueuse est cristallisé. Les 62% de borate contenus dans les eaux-mères sont recyclés à l’étape de mise en contact du solvant organique chargé en bore et de la solution aqueuse basique.Of the 41.3 g of boron contained in the initial aqueous solution, 15.7 g are recovered in the form of borax pentahydrate. Thus, 38% of the boron initially contained in the aqueous phase is crystallized. The 62% of borate contained in the mother liquors are recycled at the stage of contacting the organic solvent loaded with boron and the basic aqueous solution.
Le même résultat peut être obtenu en distillant la solution chargée en bore à 65°C sous pression réduite, comprise entre 104Pa et 7.104Pa, jusqu’à avoir 106 g de borax pentahydrate en suspension avant filtration.The same result can be obtained by distilling the boron-laden solution at 65°C under reduced pressure, between 10 4 Pa and 7.10 4 Pa, until 106 g of borax pentahydrate is suspended before filtration.
Les 4,1 kg de distillat contiennent plus de 99 % du composé d’extraction BEPD du solvant initialement soluble en phase aqueuse. Le distillat est recyclé pour la production de la solution aqueuse basique.The 4.1 kg of distillate contains more than 99% of the BEPD extraction compound of the initially aqueous-soluble solvent. The distillate is recycled for the production of the basic aqueous solution.
Du borax décahydrate peut être obtenu avec le même procédé, en concentrant la solution aqueuse initiale sous vide à 60°C, et en la refroidissant à 5°C en une heure avant filtration.Borax decahydrate can be obtained by the same process, by concentrating the initial aqueous solution under vacuum at 60°C, and cooling it to 5°C over one hour before filtration.
Les masses sont détaillées dans le tableau 2.The masses are detailed in Table 2.
[Tab.2]
[Tab.2]
Exemple 3 : Régénération du bore à partir d’un solvant à base de 2-propylheptanol (2PH) chargé en acide boriqueExample 3: Regeneration of boron from a 2-propylheptanol (2PH) solvent loaded with boric acid
Dans une batterie de six mélangeurs-décanteurs fonctionnant à contre-courant, à une température de 50°C, on alimente :
– à l’étage 1 : un solvant organique comprenant un composé d’extraction constitué de 2-propylheptanol pur, la concentration du solvant en bore étant de 1,5 g/L, avec un débit de 100 L/h ;
– à l’étage 6 : une solution de NaOH concentrée en sodium à 12,28 g/L, avec un débit de 10 L/h.In a battery of six mixer-decanters operating in counter-current, at a temperature of 50°C, the following are supplied:
– at stage 1: an organic solvent comprising an extraction compound consisting of pure 2-propylheptanol, the boron concentration of the solvent being 1.5 g/L, with a flow rate of 100 L/h;
– on floor 6: a concentrated sodium NaOH solution at 12.28 g/L, with a flow rate of 10 L/h.
On récupère :
– à l’étage 1 : une solution aqueuse de borate concentrée en bore à 14,9 g/L, concentrée en sodium à 12,28 g/L, et concentrée en 2-propylheptanol à 70 mg/L, avec un débit de 10 L/h. Le rapport molaire Na/B est de 0,39 ;
– à l’étage 6 : un solvant dont la concentration en bore résiduelle est inférieure à 0,01 g/L, avec un débit de 100 L/h.We recover:
– on stage 1: an aqueous solution of borate concentrated in boron at 14.9 g/L, concentrated in sodium at 12.28 g/L, and concentrated in 2-propylheptanol at 70 mg/L, with a flow rate of 10 L/h. The Na/B molar ratio is 0.39;
– on stage 6: a solvent with a residual boron concentration of less than 0.01 g/L, with a flow rate of 100 L/h.
Ainsi, 99,3 % du bore compris dans le solvant d’extraction est récupéré.Thus, 99.3% of the boron included in the extraction solvent is recovered.
Les concentrations, débits et masses sont détaillés dans le tableau 3.Concentrations, flow rates and masses are detailed in Table 3.
[Tab.3]
[Tab.3]
Exemple 4 : récupération du borax pentahydrate (Na2B4O7•5H2O) à partir de BEPDExample 4: Recovery of borax pentahydrate (Na 2 B 4 O 7 •5H 2 O) from BEPD
Dans une batterie de cinq mélangeurs-décanteurs fonctionnant à contre-courant, à une température de 50°C, on alimente :
– à l’étage 1 : un solvant organique constitué de 15 % en masse de BEPD, 25 % en masse de kérosène et 60 % en masse de décan-1-ol, le solvant a une concentration en bore de 3,52 g/L et il est introduit avec un débit de 576 L/h et une solution de borax concentrée en bore à 39,7 g/L et en sodium à 42,3 g/L, issue du recyclage des eaux mère de cristallisation du borax produit dont la description suit, avec un débit de 39.6 L/h ;
– à l’étage 5 : une solution de NaOH concentrée en sodium à 11,5 g/L introduit à un débit de 187,8 L/h. Cette solution est fabriquée à partir de 3,76 kg de NaOH solide et de 187,8 L de distillat.In a battery of five mixer-decanters operating in counter-current, at a temperature of 50°C, the following are supplied:
– on stage 1: an organic solvent consisting of 15% by mass of BEPD, 25% by mass of kerosene and 60% by mass of decan-1-ol, the solvent has a boron concentration of 3.52 g/L and it is introduced with a flow rate of 576 L/h and a borax solution concentrated in boron at 39.7 g/L and in sodium at 42.3 g/L, resulting from the recycling of the mother liquors from the crystallization of the borax produced, the description of which follows, with a flow rate of 39.6 L/h;
– on stage 5: a concentrated sodium NaOH solution at 11.5 g/L introduced at a flow rate of 187.8 L/h. This solution is made from 3.76 kg of solid NaOH and 187.8 L of distillate.
On récupère :
– à l’étage 1 : une solution aqueuse de concentration en bore de 15.4 g/L, de concentration en sodium de 16,4 g/L et comprenant 0,1 % en masse de solvant, avec un débit de 233,3 L/h car la conversion de l’acide borique en borax génère 5,9 L d’eau. Le rapport molaire Na/B est de 0,5 soit la stœchiométrie de l’ion tétraborate Na2B4O7;
– à l’étage 5 : un solvant de concentration en bore inférieure 0,01 g/L, avec un débit de 576 L/h.We recover:
– on stage 1: an aqueous solution with a boron concentration of 15.4 g/L, a sodium concentration of 16.4 g/L and comprising 0.1% by mass of solvent, with a flow rate of 233.3 L/h because the conversion of boric acid into borax generates 5.9 L of water. The molar ratio Na/B is 0.5, which is the stoichiometry of the tetraborate ion Na 2 B 4 O 7 ;
– on stage 5: a solvent with a boron concentration of less than 0.01 g/L, with a flow rate of 576 L/h.
Ainsi, 99,7 % du bore compris dans le solvant d’extraction est récupéré.Thus, 99.7% of the boron included in the extraction solvent is recovered.
La cristallisation du borax pentahydrate à partir de la solution aqueuse récupérée à l’étage 1 se fait selon les étapes suivantes :
i. distillation de la solution aqueuse récupérée à l’étage 1 sous vide à 65°C, pendant laquelle le borax pentahydrate précipite, jusqu’à obtenir une solution avec une concentration en bore total (bore solide et bore solubilisé) de 73,1 g/L et en sodium de 77,9 g/L, avec un débit de 49,2 L/h et 187,8 L/h de distillat ;
ii. maturation des cristaux pendant une heure entraînant la formation d’une suspension de borax pentahydrate ;
iii. filtration de la suspension de borax pentahydrate sous 105Pa de pression positive ;
iv. séchage du sel de bore dans une étuve ventilée à 65°C jusqu’à masse constante.The crystallization of borax pentahydrate from the aqueous solution recovered in stage 1 is carried out according to the following steps:
i. distillation of the aqueous solution recovered in stage 1 under vacuum at 65°C, during which the borax pentahydrate precipitates, until obtaining a solution with a concentration of total boron (solid boron and solubilized boron) of 73.1 g/L and sodium of 77.9 g/L, with a flow rate of 49.2 L/h and 187.8 L/h of distillate;
ii. maturation of the crystals for one hour resulting in the formation of a suspension of borax pentahydrate;
iii. filtration of the borax pentahydrate suspension under 10 5 Pa of positive pressure;
iv. drying the boron salt in a ventilated oven at 65°C until constant mass.
On obtient :
– 187,8 L/h de distillat contenant 0,12% de solvant, qui seront recyclés vers la batterie ;
– 39,6 L/h d’eaux-mères de cristallisation ayant une concentration en bore de 39,7 g/L et en sodium à 42,3 g/L ;
– 14,4 kg/h de borax pentahydrate comprenant 5% en masse d’eau soit 13,7 kg/h de borax pentahydrate, avec moins de 50 ppm de BEPD soit moins de 0,035 g/kg de carbone organique résiduel.We obtain:
– 187.8 L/h of distillate containing 0.12% solvent, which will be recycled to the battery;
– 39.6 L/h of crystallization mother liquors with a boron concentration of 39.7 g/L and sodium concentration of 42.3 g/L;
– 14.4 kg/h of borax pentahydrate comprising 5% by mass of water or 13.7 kg/h of borax pentahydrate, with less than 50 ppm of BEPD or less than 0.035 g/kg of residual organic carbon.
Le borax pentahydrate obtenu est pur à plus de 99.8%.The borax pentahydrate obtained is more than 99.8% pure.
Les eaux-mères de cristallisation contiennent 44% du bore total.The crystallization mother liquors contain 44% of the total boron.
Le distillat contient l’ensemble du solvant soluble en phase aqueuse contenu dans la solution de bore récupérée à l’étage 1.The distillate contains all of the aqueous phase soluble solvent contained in the boron solution recovered in stage 1.
Les concentrations et débits de l’extraction liquide-liquide et de la cristallisation sont détaillés dans les tableaux 4 et 5.The concentrations and flow rates of liquid-liquid extraction and crystallization are detailed in Tables 4 and 5.
[Tab.4]
[Tab.4]
[Tab.5]
[Tab.5]
Exemple 5 : Récupération du borax pentahydrate (Na2B4O7•5H2O) à partir de 2-propylheptanolExample 5: Recovery of borax pentahydrate (Na 2 B 4 O 7 •5H 2 O) from 2-propylheptanol
Dans une batterie de cinq mélangeurs-décanteurs fonctionnant à contre-courant, à une température de 50°C, on alimente :
– à l’étage 1 : un solvant organique constitué de 2-propylheptanol,avec une concentration en bore de 1,5 g/L, il est introduit avec un débit de 1352 L/h et une solution de borax concentrée en bore à 39,7 g/L et en sodium à 42,3 g/L issue du recyclage des eaux-mères de cristallisation du borax produit dont la description suit, avec un débit de 39,6 L/h ;
– à l’étage 5 : une solution de NaOH concentrée en sodium à 11,5 g/L introduit à un débit de 187,8 L/h. Cette solution est fabriquée à partir de 3.76 kg de NaOH solide et de 187.8 L de distillat.In a battery of five mixer-decanters operating in counter-current, at a temperature of 50°C, the following are supplied:
– on stage 1: an organic solvent consisting of 2-propylheptanol , with a boron concentration of 1.5 g/L, it is introduced with a flow rate of 1352 L/h and a borax solution concentrated in boron at 39.7 g/L and in sodium at 42.3 g/L resulting from the recycling of the mother liquors from the crystallization of the borax produced, the description of which follows, with a flow rate of 39.6 L/h;
– on stage 5: a concentrated sodium NaOH solution at 11.5 g/L introduced at a flow rate of 187.8 L/h. This solution is made from 3.76 kg of solid NaOH and 187.8 L of distillate.
On récupère :
– à l’étage 1 : une solution aqueuse de concentration en bore de 15,4 g/L, de concentration en sodium de 16,4 g/L et comprenant 70 ppm en masse de solvant, avec un débit de 233,3 L/h car la conversion de l’acide borique en borax génère 5,9 L d’eau. Le rapport molaire Na/B est de 0,5 ;
– à l’étage 5 : un solvant de concentration en bore inférieure 0,01 g/L, avec un débit de 1352 L/h.We recover:
– on stage 1: an aqueous solution with a boron concentration of 15.4 g/L, a sodium concentration of 16.4 g/L and comprising 70 ppm by mass of solvent, with a flow rate of 233.3 L/h because the conversion of boric acid into borax generates 5.9 L of water. The Na/B molar ratio is 0.5;
– on stage 5: a solvent with a boron concentration of less than 0.01 g/L, with a flow rate of 1352 L/h.
Ainsi, 99,3 % du bore compris dans le solvant d’extraction est récupéré.Thus, 99.3% of the boron included in the extraction solvent is recovered.
La cristallisation du borax pentahydrate à partir de la solution aqueuse récupérée à l’étage 1 se fait selon les étapes suivantes :
i. distillation de la solution aqueuse récupérée à l’étage 1 sous vide à 65°C, pendant laquelle le borax pentahydrate précipite, jusqu’à obtenir une solution avec une concentration en bore totale (bore solide et bore solubilisé) de 73,1 g/L et en sodium de 77,9 g/L, avec un débit de 49,2 L/h et 187,8 L/h de distillat ;
ii. maturation des cristaux pendant une heure entraînant la formation d’une suspension de borax pentahydrate ;
iii. filtration de la suspension de borax pentahydrate sous 105Pa de pression ;
iv. séchage du sel de bore dans une étuve ventilée à 65°C jusqu’à masse constante.The crystallization of borax pentahydrate from the aqueous solution recovered in stage 1 is carried out according to the following steps:
i. distillation of the aqueous solution recovered in stage 1 under vacuum at 65°C, during which the borax pentahydrate precipitates, until obtaining a solution with a total boron concentration (solid boron and solubilized boron) of 73.1 g/L and sodium of 77.9 g/L, with a flow rate of 49.2 L/h and 187.8 L/h of distillate;
ii. maturation of the crystals for one hour resulting in the formation of a suspension of borax pentahydrate;
iii. filtration of the borax pentahydrate suspension under 10 5 Pa pressure;
iv. drying the boron salt in a ventilated oven at 65°C until constant mass.
On obtient :
– 187,8 L/h de distillat contenant 87 ppm de solvant, qui seront recyclés vers la batterie ;
– 39,6 L/h d’eaux mères de cristallisation ayant une concentration en bore de 39,7 g/L et en sodium à 42,3 g/L ;
– 14,4 kg/h de borax pentahydrate comprenant 5 % en masse d’eau soit 13,7 kg/h de borax pentahydrate avec moins de 50 ppm de 2PH soit moins de 0,037 g/kg de carbone organique résiduel.We obtain:
– 187.8 L/h of distillate containing 87 ppm of solvent, which will be recycled to the battery;
– 39.6 L/h of crystallization mother liquors with a boron concentration of 39.7 g/L and sodium concentration of 42.3 g/L;
– 14.4 kg/h of borax pentahydrate comprising 5% by mass of water or 13.7 kg/h of borax pentahydrate with less than 50 ppm of 2PH or less than 0.037 g/kg of residual organic carbon.
Le borax pentahydrate obtenu a une pureté supérieure à 99.8%.The borax pentahydrate obtained has a purity greater than 99.8%.
Les eaux-mères de cristallisation contiennent 44% du bore total.The crystallization mother liquors contain 44% of the total boron.
Le distillat contient l’ensemble du solvant soluble en phase aqueuse contenu dans la solution de bore récupérée à l’étage 1.The distillate contains all of the aqueous phase soluble solvent contained in the boron solution recovered in stage 1.
Les concentrations et débits de l’extraction liquide-liquide et de la cristallisation sont détaillés dans les tableaux 6 et 7.The concentrations and flow rates of liquid-liquid extraction and crystallization are detailed in Tables 6 and 7.
[Tab.6]
[Tab.6]
[Tab.7]
[Tab.7]
Les tétraborates de lithium, de potassium et d’ammonium ainsi que le tétraborate de sodium décahydrate peuvent être fabriqués en utilisant le procédé selon l’invention.Lithium, potassium and ammonium tetraborates as well as sodium tetraborate decahydrate can be manufactured using the process according to the invention.
La solubilité de ces sels dans l’eau étant différente de celle du tétraborate de sodium pentahydrate, la quantité de distillat, d’eaux mères et de sel de bore produits durant la cristallisation varient en conséquence.Since the solubility of these salts in water is different from that of sodium tetraborate pentahydrate, the amount of distillate, mother liquors and boron salt produced during crystallization vary accordingly.
Claims (9)
– mise en contact d’une solution aqueuse basique avec le solvant organique pour extraire le bore sous forme de borate solubilisé vers la solution aqueuse basique ;
– distillation de la solution aqueuse basique chargée en borate pour concentrer ladite solution, générant un distillat ;
– cristallisation du borate sous forme de sel de bore hydraté ;
– séparation solide-liquide du sel de bore hydraté cristallisé, générant des eaux-mères de cristallisation ;
– réintroduction du distillat et des eaux-mères de cristallisation à l’étape de mise en contact de la solution aqueuse basique avec le solvant organique.A process for recovering boron in the form of boron salt from boric acid included in an organic solvent, the process comprising the following steps:
– contacting a basic aqueous solution with the organic solvent to extract the boron in the form of solubilized borate into the basic aqueous solution;
– distillation of the basic aqueous solution loaded with borate to concentrate said solution, generating a distillate;
– crystallization of borate in the form of hydrated boron salt;
– solid-liquid separation of crystallized hydrated boron salt, generating crystallization mother liquors;
– reintroduction of the distillate and the crystallization mother liquors at the stage of bringing the basic aqueous solution into contact with the organic solvent.
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