Development of a new extraction solvent for the purification of phosphoric acid and study of the physicochemical phenomena involved in phosphoric acid extraction
Etude physicochimique et formulation d'un nouveau solvant d'extraction pour la purification de l'acide phosphorique
Résumé
This PhD thesis was focused on the development of new extraction systems to purify phosphoric acid from wet phosphoric acid (WPA). The new system should be respectful of the current Prayon’s process flowsheet designed for the use of the mixture tri-n-butyl phosphate(TBP) and diisopropyl ether (DiPE) as extraction solvent. Firstly, extractants exhibiting different structures and functional groups were screened in order to assess their efficiency and selectivity towards phosphoric acid. Three new promising extraction systems were identified: diisobutyl ether (DBE), diisocarbinol (DiBC) in DiPE, and Fentamine T0810 (ATS) in DiPE. Secondly, our effort was directed to the comprehension of the physico-chemical phenomena involved in the extraction of phosphoric acid by the mixture TBP/DiPE at first, and enriched to describe the other systems studied later. Finally, a simulation model describing the solvent extraction of phosphoric acid by the solvent currently employed by Prayon is presented. This model accounts for the significant volume variation during the extraction of phosphoric acid and allows performing optimizations of extraction parameters even at very high phosphoric acid concentrations (6-14M).
Cette thèse avait pour objectif de développer de nouveaux systèmes d’extraction liquide-liquide compatibles avec le procédé Prayon pour la purification de l’acide phosphorique produit par voie humide. Une étude bibliographique complète des solvants d’extraction étudiés dans la littérature pour l’extraction liquide-liquide de l’acide phosphorique nous a permis d’identifier des candidats potentiellement intéressants. Une étude approfondie des propriétés d’extraction de ces systèmes et de leur sélectivité vis-à-vis des espèces métalliques nous a finalement permis de nous focaliser par la suite sur trois solvants d’extraction : le dibutyl éther (DBE), le diisobutyl carbinol (DiBC) dilué dans le diisopropyl éther (DiPE) et la Fentamine T0810 (ATS) dilué dans le DiPE. La formulation de ces mélanges a ensuite été optimisée en veillant à étudier le comportement de ces systèmes à chaque étape du procédé d’extraction liquide-liquide, c’est à dire l’extraction, la désextraction et le lavage. Cette étude a également permis de fixer les conditions opératoires optimales, notamment le rapport des volumes des phases. Au cours de cette étude, des phénomènes complexes de transitions de phases réversibles de la phase organique de monophasique vers biphasique (formation de troisième phase) et biphasique vers monophasique (retour à une phase organique unique) ont été mis en évidences expérimentalement. Pour finir, un modèle physicochimique d’extraction fondé sur des bilans de masse a été développé. Ce modèle s’avère très utile pour décrire l’extraction de l’acide phosphorique et de l’eau et la variation des volumes des phases au cours de l’extraction.
Origine : Version validée par le jury (STAR)