PURIFICATION DE L’ACIDE DES CHAMBRES
L’acide sulfurique, tel qu’il sort des chambres, ou qu’on le puise dans les réservoirs de dépôt, ce qu’on nomme l'acide des chambres. 11 maraue de 52 à 55" B, c’est-à-dire qu’il contient de 62 à 72 pour 100 d’acide sulfurique monohydrate, SO% Ha.
Il contient toujours diverses matières étrangères provenant des substances employées et de l’usure des appareils. C’est naturellement l’acide fabriqué avec les pyrites qui est le plus impur. Dans la plupart des applications il peut être employé tel quel, mais, pour certains usages, il faut le purifier avant de le livrer. Cette opération précède alors la concentration.
On y trouve toujours du fer et du plomb, et habituellement l’acide sulfureux, l’acide nitrique, l’acide, le sélénium, le chlore, le fluor, l’arsenic, l’alumine, la chaux et des matières organiques. Quelques-unes de ces matières s’excluent mutuellement comme l’acide sulfureux et l’acide nitrique. Parfois on rencontre le thallium, le mercure, etc.
Le sulfate de plomb se sépare de lui-même par un long repos lorsqu’on dilue l’acide et le fer cristallisé en petits cristaux très durs de sulfate de sesquioxyde.
L’acide sulfurique au soufre est toujours plus pur, notamment il ne contient pas d’arsenic.
L’arsenic doit être éliminé pour certaines industries, et les produits nitreux doivent être détruits, si l’acide doit être concentré dans les vases de platine; en effet l’acide sulfurique nitreux les attaque avec une grande énergie ainsi que l’a montré M. Scheurer-Kestner.
Élimination des composes nitreux. — La présence des composés nitreux dans
l’acide des chambres se reconnaît très facilement au moyen de 1 iodure de potassium amidonné, de la brucine et surtout du sulfate de protoxyde de fer.
Afin d’enlever sans perte la majeure partie des produits nitreux, on fait parfois circuler de l’acide sulfureux à la surface de la première chaudière de concentration (lig. 116). Cette chaudière est recouverte d’une boîte en plomb, divisée par des cloisons en plomb formant chicane, de façon à forcer l’acide sulfureux à lécher toute
Fig. H6.
la surface du bain. Le gaz emprunté aux conduites des fours arrive par le tuyau a et s’échappe par le tuyau b qui le conduit en tète de la première chambre ; un jet de vapeur déterminé dans le tuyau & l’appel nécessaire. L’acide sulfureux réagissant sur les produits nitreux à l’aide de la chaleur, et de la vapeur d’eau dégagée forme de l’acide sulfurique, et l’excès passe dans les chambres entraînant le bioxyde d’azote qui se trouve réutilisé.
Ce procédé ne donne pas un résultat complet, ainsi que nous l’avons vu en étudiant l’action de l’ acide nitroso-sulfurique. Pour arriver aune destruction complète des produits nitreux, on emploie le sulfate d’ammoniaque, qui donne de l’azote et de l’eau:
SO^ IIO + AzO^' + AzIP, HO, SO^ = 2Az + t>(SO”,HO) -f 3HO
Un essai préliminaire indique la proportion desulfate d’ammoniaque à introduire pour que l’acide sulfurique ne donne plus de coloration rose avec le sulfate de protoxyde de fer.
L’acide oxalique donne un résultat analogue, mais moins complet; chauffé au contact de l’acide sulfurique, il perd son eau de cristallisation, et se décompose en acide carbonique et oxyde de carbone : ce dernier corps est changé par les produits nitreux en acide carbonique et il se dégage de l’azote.
Élimination du sélénium. — Beaucoup de minerais sulfureux contiennent du sélénium ; qui se transforme dans les fours en acide sulfurique volatil. Il est réduit par l’acide sulfureux, et donne un précipité pulvérulent d’un rouge vif, qui reste en • ^spension dans l’acide des chambres et le colore. Lorsque cet acide est nitreux, le sélénium se redissout en partie.
La présence de sélénium dans l’acide n’a presque jamais d’inconvénients à moin.s qu’il ne s’agisse de traiter les alliages d’or pour l’extraction de ce métal, car il dé-
termine la dissolution de l’or. Pour éliminer le sélénium, on peut ajouter à l’acide du sulfate d’amoniaque ; l’acide sulfureux dégagé précipite le sélénium, tandis que l’ammoniaque détruit les composés nitreux.
On obtient également de l’acide privé de sélénium en concentrant les petites eaux distillées pendant la concentration de l’acide sulfurique dans les vases de platine. Au reste le traitement par l’hydrogène sulfuré qui a pour but d’éliminer l’arsenic précipite aussi le sélénium.
Élimination de l'arsenic. — L’acide sulfurique provenant de la combustion des pyrites est presque toujours arsenical. La proportion d’arsenic varie avec la qualité de pyrite employée, et avec la longueur des manches de départs. Une partie se trouve également retenue dans la tour de Glover.
Quelques pyrites allemandes contiennent tellement d’arsenic que dans certains cas, on trouve des cristaux d’acide arsénieux au fond des touries d’acide fabriqué avec ces pyrites. Gameron dit avoir trouvé jusqu’à 51 grammes d’acide arsénieux dans 4 kilogrammes d’acide sulfurique.
D’après Filhol et Lacassin, plusieurs acides du commerce contiennent de 6 à 12 millièmes d’arsenic.
L’acide sulfurique destiné à la fabrication de la soude peut être impunément arsénical, car l’arsenic s’élimine de lui-même à l’état de chlorure pendant l’opération. Dans la fabrication des engrais, il n’a pas non plus d’inconvénient.
Mais pour beaucoup d’usages, l’acide sulfurique ne peut être employé sans danger lorsqu’il contient de l’arsenic. Ainsi lorsqu’il sert au décapage des toiles destinées à la fabrication du fer-blanc, l’acide arsénieux qu’il contient se réduit et il se dépose sur le fer des taches d’arsenic métallique sur lesquelles l’étain ne prend pas.
Dans le procédé Deacon, l’arsenic est également un inconvénient sérieux.
Enfin au point de vue sanitaire, la présence de l’arsenic est inadmissible lorsque l’acide sulfurique doit servir à la fabrication de produits alimentaires ou pharmaceutiques : sucre d’amidon, fermentation des mélasses, préparation de la levure, acide tartrique, atrique, phosphorique, etc., fabrication de matières colorantes organiques destinées à la coloration de bonbons ou de sirops, etc.
On se trouve donc amené, dans nombre de cas, à faire subir à l’acide sulfurique une purification spéciale pour le débarrasser de l’arsenic.
On peut dépouiller partiellement les gaz des fours de l'arsenic qu’ils entraînent en les faisant séjourner dans de vastes chambres à dépôt : on peut aussi faire couler à part l’acidé des premiers tambours.
Élimmation à l’état de chlorure d’arsenic. — Comme la majeure partie de l’arsenic est à l’état d’acide arsénieux, si on fait passer dans l’acide, chauffé vers 150“ de l’acide chlorydrique, on formera du chlorure d’arsenic AsCD qui distille à 15o“, tandis que l’acide sulfurique bout à 527“. On chassera ensuite l’acide chlorydrique par un courant d’air.
On peut aussi déterminer la production d’acide chlorydrique au sein du liquide en y projetant du chlorure de sodium ou mieux encore du chlorure de baryum.
raCYCLOPÉDIE CHIMIQOE.
Quand l’arsenic est à l’état d’acide arsénique, il faut commencer par le réduire, pour cela on y ajoute un peu de charbon, ou d acide oxalique.
Élimination à l'état de sidfure. — On préfère généralement précipiter l’arsenic à l’état de sulfure; on élimine du même coup le plomb, le fer, le sélénium, l’antimoine, les acides sulfureux, nitreux et nitriques.
La précipitation doit se faire dans de l’acide à 52“ environ pour éviter la décomposition de l’hydrogène sulfuré avec dépôt de soufre.
En France, on emploie d’habitude le sulfure de baryum qui a 1 avantage de ne pas introduire de composés étrangers dans l’acide.
On précipite aussi l’arsenic, dans quelques usines d’Allemagne par hyposulfite de soude ou de baryte : ce dernier, bien que plus cher est préférable parce qu il n apporte aucun corps soluble dans l’acide. On chauffe 1 acide des chambres à 70“ ou 80“, et on yajoute peu à peu le réactif en poudre. Le sulfure d arsenic vient flotter à la surface où il se réunit en flocons en entraînant le sulfate de baryte. On n’a qu’à soutirer l’acide. L’équation suivante rend compte de la réaction :
.AzO^’ + 3 BaO, S^O^= Az.S -f 5BaO.SO“
On peut aussi employer le sulfure de fer quand la présence du fer n’est pas nuisible.
On préfère presque partout en Allemagne employer Vhydrogène sulfuré gazeux, préparé au moyen du sulfure de fer.
On opère soit à chaud, en ramenant l’acide à marquer 43“, soit à froid en agissant sur l’acide des chambres.
A l’usine d’Oker, dans le Hartz, où l’on emploie depuis longtemps ce mode de purification, l’acide à traiter contient 11 à 14 de millièmes d’acide arsénieux et 2 à 5 de sulfate de plomb, avec des traces d’antimoine, de cuivre, de fer, de chaux et de potasse (Schnedermann) .
On fait arriver l’acide à 45" B, chauffé à 75“, dans une .chaudière en plomb, de 2“, 50 de longueur; 1”, 10 de largeur, 0“,5 de hauteur, munie à 0”,05 de la paroi d’un double fond en plomb percé de trous, et dont les bords sont légèrement recourbés vers le bas, de façon à former une sorte de cadre reposant sur le fond de la chaudière, les dimensions de cette feuille de plomb sont 1“,10 sur 1“,50. Dans le faux fond arrive un tuyau de plomb qui amène l’acide sulfhydrique qui passe par les trous ménagés' dans la feuille de plomb et arrive ainsi divisé dans l’acide. La chaudière est munie d’un couvercle à joint hydraulique; un tuyau part de ce couvercle et conduit l’hydrogène sulfuré en excès en dehors où on l’allume.
On traite à la fois 2000 kil. d’acide, l’opération dure 6 heures; on reconnaît qu’elle est terminée lorsque l’acide prend un aspect laiteux. D’après M. Schnedermann il ne reste alors que 3 cents millièmes d’acide arsénieux. On laisse l’acide se clarifier et on le siphonne pour l’envoyer aux chaudières de concentration. Le fond est fillré sur de l’amiante, retenue entre deux plaques de plomb perforées, ét joint au liquide decanté.
Pour obtenir l’hydrogène sulfuré, on fait réagir de l’acide à 50-52“ sur du sulfure de fer obtenu en fondant 280 parties de vieux fer avec 115 de soufre. L’attaque se fait dans 4 vases en fonte de O'",3o sur 0"',45 de haut. La liqueur de sulfate de fer obtenue est décantée dans des bacs où on achève de la saturer avec des rognures de
fer, puis concentrée pour donner du sulfate de fer, qui vient en déduction des frais de purification de l’acide sulfurique.
Pour chaque opération de ‘2000 kil., on remplit les 4 vases 2 fois, cliacun d’eux reçoit 46 kilogr. de sulfure et 50 kilogr. d’acide. Il y a donc une perte notable d’hydrogène sulfuré.
Dans les usines de Freyberg, on économise l’hydrogène sulfuré, grâce à la dispo-
Fig. 117.
sition des appareils, et on n’a pas besoin d’étendre l’acide, sans doute parce qu’on opère à froid.
Les figures 117-118 représentent en coupe et en plan la disposition des appareils. La tour de chute A a 2,55 de haut sur 0”,75 de diamètre. L’hydrogène sulfuré y arrive par le tuyau de plomb a. L’acide sulfurique, emmagasiné tel qu’il sort des chambres dans les bassins en plomb B, descend par le tuyau b dans la caisse c d’où il jaillit par 8 trous en jets minces dans l’intérieur de la tour. 11 se
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divise ainsi en gouttelettes ce qui favorise l’action du réactif, en aéveioppant une très grande surface. On peut supprimer l’écoulement en manœuvrant par la tige i une plaque portant de petits cônes qui viennent fermer les orifices. L acide vient ensuile par les tuyaux d dans les cuves G où il se clarifie ; on ferme les tuyaux d en pinçant les tubes en caoutchouc e.
Si l’acide est suffisamment purifié, on l’envoie des cuves G aux chaudières de concentration, sinon il est dirigé, par les valves en caoutchouc f, dans les appareils à pression D, d’où on le fait remonter pour le soumettre à un nouveau traitement, dans les réservoirs B par les tuyaux K munis de soupapes g. Les appareils de pression D sont en fonte doublée de plomb ; l’air comprimé y arrive par la conduite E et la tubulure h. Les soupapes et leurs sièges sont en alliage de plomb et d’antimoine.
11 faut d’habitude trois traitements pour purifier l’acide à tel point qu’il ne soit plus noirci par l’hydrogène sulfui'é.
Lorsque le sulfure d’arsenic s’est déposé, on décante le liquide clair, au moyen d’un siphon en plomb, et on l’envoie aux chaudières à concentration. Quant au précipité lavé, on l’envoie aux usines où l’on prépare l’arsenic.
On a depuis adopté un autre appareil pour la précipitation du sulfure d’arsenic (fig. 119. Voy. p. 216, 217). L’acide coule en nappes minces sur 24 séries de petits toits en plomb à bords finement dentelés, disposés en chicanrs les uns sous les autres. Le couvercle de la tour forme cuvette et est divisé par des cloisons verticales de plomb a (fig. 120) en compartiments alimentés chacun par un tuyau spécial b, qui verse l’acide dans un petit basculeur e, lequel répand son contenu dans des cases dd à fond perforé, munies d’un couvercle e à joint hvdraulique.
Le gaz entre dans la tour par le tuyau h et s’échappe à la partie supérieure. L’acide tombe par le tube t et est recueilli dans la cuve G où on laisse toujours un peu de liquide pour former le joint hydraulique. Il faut généralement plusieurs traitements pour purifier l’acide.
Des portes jj en bois garni de plomb sont pratiquées dans les parois et permettent de changer les petits toits lorsqu’ils sont encrassés.
Le précipité de sulfure d’arsenic est filtré à l’aide des vides dans de grandes caisses plates garnies de plomb ; la matière filtrante est du sulfure d’arsenic pulvérisé, reposant sur une plaque de plomb perforée, que supporte un lit de petits silex.
On produit l’hydrogène sulfuré, en attaquant par l’acide sulfurique de 20 à 40“ B une matte de fer provenant de la fusion de pyrite avec du coke. Le sulfure de fer réduit en fragments de la grosseur du poing est chargé dans une caisse en bois doublée de plomb A, sur unfaux fond en plomb soutenu par des briques. Le couvercle de cette caisse est serré par des boulons sur une plaque de caoutchouc. Le trou d’homme b sert au chargement, le trou d’homme c à l’extraction du résidu insoluble qui, dans plusieurs usines d’Allemagne, est ensuite traité pour l’extraction de l’argent.
La caisse A communique avec le réservoir à acide B par un tuyau s muni d'une tige intérieure qui permet de le nettoyer. Les liquides épuisés sont extraits en démasquant le tampon à vis e. Enfin un tuyau à vapeur f-f empêche la cristallisation du sulfate de fer produit.
Le gaz s’échappe par un tuyan a et se rend dans le laveur D avant d’arriver par le tuyau h à la tour de précipitation.
