Pfe daryf & semlali

Royaume du Maroc
Université Cadi Ayyad
Ecole Nationale des Sciences Appliquées
Projet de Fin d’Etudes
de Safi
Département : Génie Industriel

N° d’ordre : 2012/G.PMC/P5

MÉMOIRE
de

PROJET DE FIN D’ÉTUDES
Pour l’obtention du diplôme :

INGENIEUR D’ÉTAT
En Génie des Procédés et Matériaux Céramiques

Thème :

Optimisation de la désulfatation-décantation de l’acide
phosphorique des lignes Nissan à Maroc Phosphore I

Présenté par :

Jihad DARYF

Rachid SEMLALI EL IDRISSI

Projet réalisé à :

Groupe Office Chérifien des Phosphates – Maroc Phosphore Safi

Soutenu le : 03/07/2012

Devant le jury composé de :

Nom et prénom Qualité Etablissement d’attache

Fahd OUDRHIRI HASSANI Enseignant-chercheur ENSA – Safi
Younes ABOULIATIM
Projet de fin d’études Enseignant-chercheur ENSA – Safi Page | 1
M.BOUKHATEM Enseignant-chercheur ENSA – Safi


REMERCIEMENTS

Au terme de ce projet de fin d’études, nous tenons tout d’abord à adresser
nos sincères remerciements à M. MAHROU, chef de la division Maroc
Phosphore I, qui nous a donné la possibilité de réaliser notre travail au sein du
service stockage et expédition.

Nous remercions également, notre responsable de stage à l'OCP,
M. LECHGAR, chef du service stockage et expédition ainsi que notre
encadrant à l'ENSA de Safi M. OUDRHIRI, qui sans eux, ce projet n’aurait
pas vu le jour.

Nous ne saurions remercier suffisamment M. LOUHZ, chef de service
phosphorique, pour son aide, ses conseils et son encouragement tout au long de
notre période de stage.

Nos remerciements vont aussi à M. BOUSBOULA, M. ELKARARI et
tout le personnel du service stockage et expédition pour leurs aides, leurs
écoutes et leurs soutiens.

Enfin, à tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à l'élaboration de
ce mémoire, qu'ils trouvent ici l'expression de notre profonde gratitude.

Projet de fin d’études Page | 2


DÉDICACE

A nos parents

A nos frères et sœurs

A tous les membres de nos familles

A tous ceux qui nous sont chers…



SUJET DE STAGE

La désulfatation de la bouillie d'acide phosphorique est une opération nécessaire pour
répondre aux exigences qualité de nos clients en termes de sulfates libres. Cette opération
entrave la marche des unités filtration Nissan et par voie de conséquence la limitation des
cadences de marche.
Maroc phosphore I envisage la solution de la désulfatation d'acide 30% après
filtration, il est demandé de:
Faire un bilan matière au niveau du décanteur dédié à cette opération de
traitement ;
Déterminer la capacité maximale de désulfatation ;
Optimiser la génération et le recyclage des boues décantées ;
Déterminer la marche optimale avec génération d'un taux de solide conforme au
niveau de l'over flow du décanteur ;
Comparer la désulfatation d'acide 30% à l'atelier de traitement acide 54% de
Maroc Chimie ;
Envisager la production d'acide reconcentré (60% P2O5) destiné au client
FOSBRASIL à base d'un acide produit 30% traité au niveau du décanteur.



LISTE DES ABRÉVIATIONS

APP: Acide Phosphorique Purifié
CAP: Concentration d’Acide Phosphorique
DAP: Di-Ammonium Phosphate
DCP: Di Calcic Phosphate
IDS: Industrial Direction of Safi
MAP: Mono-Ammonium Phosphate
MCP: Mono Calcic Phosphate
MPI: Maroc Phosphore I
NPK: engrais à base d’azote (N), phosphore(P) et de potassium(K)
OCP: Office Chérifien des Phosphates
PC, MC: Maroc chimie
PP , MPI: Maroc Phosphore I
PM, MPII: Maroc Phosphore II
PI: Infrastructure Portuaire
TSP: Triple Super Phosphate
B.M: Bilan Matière



LISTE DES FIGURES

Figure 1.1 Schéma de Maroc Phosphore I .......................................................................... 08
Figure 1.2 Schéma de l'unité broyage ................................................................................. 10
Figure 1.3 Schéma de l'unité réaction ................................................................................. 10
Figure 1.4 Schéma de l'unité filtration ................................................................................ 12
Figure 1.5 Schéma d'un échelon de concentration .............................................................. 15
Figure 1.6 Schéma du stockage de l'acide phosphorique .................................................... 17
Figure 1.7 Schéma de l'expédition de l'acide phosphorique ................................................ 18
Figure 1.8 Schéma de l’unité de réaction du procédé Rhône-Poulenc ................................ 19
Figure 2.1 Courbe de sédimentation (h,t) ............................................................................ 29
Figure 2.2 Forces agissantes sur la particule ....................................................................... 29
Figure 2.3 Schéma d’un décanteur circulaire classique ...................................................... 32
Figure 3.1 Unité désulfatation ............................................................................................. 35
Figure 3.2 Désulfatation d’une seule ligne (circuit fermé) ................................................. 40
Figure 3.3 Désulfatation d’une seule ligne (circuit ouvert) ................................................. 41
Figure 3.4 Variation de volume (cm3) en fonction du temps (min) lors de la
sédimentation en éprouvette ................................................................................................. 43
Figure 3.5 Détermination du temps de séjour ..................................................................... 44
Figure 3.6 Détermination du temps de séjour lors du premier essai de décantation ........... 45
Figure 4.1 Comparaison des courbes de sédimentation avec et sans recyclage des boues.. 49
Figure 4.2 Schéma du décanteur avec recirculation des boues ........................................... 50
Figure 4.3 Système à étudier .............................................................................................. 54
Figure 4.4 Résultats selon JMP10 ....................................................................................... 57
Figure 4.5 Effet de l'interaction de deux facteurs sur le taux de solide de l'acide clarifié .. 60
Figure 4.6.a Cartographie du taux de solide en fonction des facteurs densité et taux de
solide dans l'acide ................................................................................................................. 61
Figure 4.6.b Cartographie du taux de solide en fonction des facteurs densité et taux de
solide dans les boues ............................................................................................................ 61
Figure 4.6.c Cartographie du taux de solide en fonction des facteurs taux de solide dans
l'acide et taux de solide dans les boues ................................................................................ 62



Figure 5.1 Procédé de fabrication de l'acide phosphorique « FOSBRASIL » .................... 66
Figure 5.2 Flowsheet de l'atelier TA (Réacteur de désulfatation) ....................................... 70
Figure 5.3 Comparaison entre l’atelier TA de MC et l’unité désulfatation de MP1 ........... 72
Figure 5.4 Débouchage manuel de conduite ....................................................................... 75
Figure 5.5.a Transfert par débordement .............................................................................. 76
Figure 5.5.b Transfert via une pompe ................................................................................. 76
Figure 5.6 Doseur de phosphate (Atelier TA) ..................................................................... 77



LISTE DES TABLEAUX

Tableau 2.1 Composition représentative du phosphate brut G10 et de ses acides 30% et
54% en P2O5 ....................................................................................................................... 22
Tableau 2.2 Analyse des impuretés des différentes qualités du phosphate brut de
Youssoufia ......................................................................................................................... 23
Tableau 2.3 Influence des principales impuretés contenues dans l’acide phosphorique... 26
Tableau 3.1 Résumé du calcul des taux de sulfates et débits de phosphate ..................... 39
Tableau 3.2 Temps de séjour relatif à chaque essai de sédimentation ............................. 45
Tableau 4.1 Données du plan d’expériences .................................................................... 55
Tableau 4.2 Matrice d’expériences et leurs réponses ....................................................... 55
Tableau 4.3 Matrice d’expériences et résultats avec les interactions entre les facteurs ... 56
Tableau 5.1 Exigences du client « FOSBRASIL » au niveau de l'acide phosphorique ... 65
Tableau 5.2 Comparaison des paramètres de marche ....................................................... 73
Tableau 5.3 Comparaison des équipements ..................................................................... 74



SOMMAIRE

Introduction générale ...................................................................................................... 12

Chapitre 1: Présentation du groupe OCP & Procédé de fabrication de l'acide
phosphorique

I- Introduction .................................................................................................................. 15
II- Aperçu général du groupe OCP ................................................................................ 15
II.1- Quelques dates clés ................................................................................................ 15
II.2- Phosphates: Quelques repères ................................................................................ 16
II.3- Diversification des produits de l’OCP ................................................................... 17
III- Description du Pôle Industriel: Maroc Phosphore Safi ........................................ 18
III.1- Maroc Chimie (IDS/PC) ....................................................................................... 18
III.2- Maroc Phosphore I (IDS/PP) ................................................................................ 18
III.3-Maroc Phosphore II (IDS/PM) ............................................................................... 20
III.4. Infrastructure portuaire de Safi (IDS/PI) ............................................................... 20
IV- Procédés de fabrication de l'acide phosphorique .................................................... 20
IV.1- Procédé Nissan ….................................................................................................. 20
IV.2- Procédé Rhône-Poulenc ........................................................................................ 29
V- Conclusion ................................................................................................................... 31

Chapitre 2: Etude bibliographique

I- Introduction .................................................................................................................. 33
II- Composition et impuretés du phosphate et de l'acide phosphorique .................... 33
II.1- Composition du phosphate et de l'acide phosphorique .......................................... 33
II.2- Impuretés dans l'acide phosphorique ...................................................................... 34
III- Sources et influences des impuretés dans l'acide phosphorique ......................... 36
III.1- Sources d’impuretés de l’acide phosphorique ...................................................... 36
III.2- Influence des impuretés de l’acide......................................................................... 36
IV- Purification de l'acide phosphorique ....................................................................... 38



IV.1- Raisons de la purification de l’acide phosphorique .............................................. 38
IV.2- Procédés de purification d’acide phosphorique à l’OCP ...................................... 38
IV.3- Décantation ........................................................................................................... 39
IV.3.1- Théorie de décantation .................................................................................. 39
IV.3.2- Théorie de Kynch .......................................................................................... 39
IV.3.3- Types de suspensions en décantation ............................................................ 41
IV.3.4- Vitesse de sédimentation des particules dans un liquide .............................. 42
IV.3.5- Exemples des équipements de décantation ................................................... 42
V- Conclusion ................................................................................................................... 44

Chapitre 3: Bilan matière autour de l’unité désulfatation & Capacité maximale de
désulfatation

I- Introduction .................................................................................................................. 46
II- Bilan matière ............................................................................................................... 46
II.1- Calcul du taux de sulfates requis ............................................................................ 47
II.2- Calcul du débit de phosphate requis ....................................................................... 48
II.3- Bilan matière .......................................................................................................... 51
III- Détermination de la capacité maximale de désulfatation-décantation ................ 53
III.1- Essais expérimentaux de décantation .................................................................... 54
III.2- Détermination du temps de séjour (résolution graphique) .................................... 55
III.3- Détermination de la capacité maximale de décantation ........................................ 57
III.4- Détermination de la capacité maximale de désulfatation ...................................... 57
IV- Conclusion ................................................................................................................. 58

Chapitre 4: Optimisation de la décantation de l’acide phosphorique

I- Introduction .................................................................................................................. 60
II- Importance de la recirculation des boues ................................................................ 60
III- Bilan en matière solide au niveau du décanteur .................................................... 61
IV- Plan d’expériences factoriel complet ....................................................................... 63
IV.1- Terminologie ......................................................................................................... 63



IV.2- Objectifs du plan d’expériences ............................................................................ 63
IV.3- Hypothèses ............................................................................................................ 64
IV.4- Système à étudier .................................................................................................. 65
V- Solutions et améliorations proposées ........................................................................ 74
VI- Conclusion ................................................................................................................. 74

Chapitre 5: Etude de la possibilité de production de l’acide « FOSBRASIL » à
partir de l’acide clarifié de MPI & Comparaison entre l’unité désulfatation de
MPI et l’atelier TA de Maroc Chimie

I- Introduction .................................................................................................................. 76
II- Acide « FOSBRASIL » .............................................................................................. 76
II.1- Présentation du client « FOSBRASIL » ................................................................. 76
II.2- Production de l'acide « FOSBRASIL » .................................................................. 77
III- Comparaison entre l’unité désulfatation de MP1 et l’atelier TA de MC ............ 80
III.1- Présentation de l’unité TA de Maroc Chimie ....................................................... 80
III.2- Comparaison entre l’atelier TA de MC et l’unité désulfatation de MPI .............. 83
III.3- Points à améliorer au niveau de la désulfatation de MP1 ..................................... 86
III.3.1- Installation d'un cyclone avant le réacteur de désulfatation ............................ 86
III.3.2- Installation d'une pompe de transfert entre le réacteur et le décanteur ............ 86
III.3.3- Installation d'un doseur de phosphate .............................................................. 88
IV- Conclusion ................................................................................................................. 88

Conclusion générale ......................................................................................................... 89
Références bibliographiques ........................................................................................... 91
Annexe ............................................................................................................................. 92



INTRODUCTION GÉNÉRALE

Ces dernières décennies, il s’est développé une prise de conscience de l’importance
des équilibres écologiques menacés par la pollution industrielle. Un nouvel état d’esprit
préside : les entreprises cherchent à satisfaire les exigences des clients vis-à-vis des
impuretés présentes dans leurs produits.

Parmi ces entreprises l’Office Chérifien des Phosphates (OCP), leader mondial sur le
marché du phosphate et ses produits dérivés, veille à réduire les impuretés contenues dans
ses produits principalement l’acide phosphorique.

Dans cette optique, Maroc Phosphore I (MPI) s’intéresse à la purification de l’acide
phosphorique produit par voie humide. Ce milieu contient plusieurs impuretés en particulier
les sulfates libres. Afin d’éliminer ces sulfates, l’atelier phosphorique Nissan de MPI adopte
un procédé de désulfatation suivie d’une décantation.

Dans ce contexte, s’inscrit notre projet intitulé «Optimisation de la désulfatation-
décantation de l’acide phosphorique des lignes Nissan à Maroc Phosphore I ».

Ce travail est divisé en cinq chapitres dont le premier est consacré à la présentation du
groupe OCP et le procédé de fabrication d’acide phosphorique dans MPI.

Ensuite, en deuxième chapitre, nous définirons dans une revue de littérature les
différentes impuretés susceptibles de nuire à la qualité de l’acide phosphorique parmi
lesquelles les sulfates libres. Puis, nous allons aborder l’opération de désulfatation-
décantation permettant d’éliminer les sulfates libres et de débarrasser l’acide désulfaté du
solide pour avoir un acide clarifié.

La désulfatation consiste à ajouter du phosphate à l'acide phosphorique produit afin de
diminuer le taux de sulfates. Un bilan matière autour de l'unité désulfatation est établi dans
le troisième chapitre afin de connaître la quantité exacte de phosphate à ajouter. En outre,
des essais expérimentaux seront réalisés visant à visualiser le comportement du mélange
dans le décanteur.



En quatrième chapitre, nous allons montrer d’une part l’importance du recyclage des
boues dans le décanteur et d’autre part nous allons utiliser comme outil les plans
d’expériences pour modéliser et optimiser le taux de solide dans l’acide clarifié à la sortie du
décanteur.

Enfin, le dernier chapitre sera consacré à étudier la possibilité de produire un acide
phosphorique destiné au client « FOSBRASIL » dans l'unité de désulfatation de MP1. Pour
réussir cette étude, il serait nécessaire de réaliser une comparaison entre cette unité et
l'atelier "Traitement d'Acide" de Maroc Chimie afin d’apporter quelques points
d’amélioration au niveau de l'unité de MPI.



CHAPITRE 1

Présentation du groupe OCP
&
Procédé de fabrication de l’acide phosphorique



I. Introduction

L'acide phosphorique est un composé chimique qui présente une grande importance au
niveau industriel car il intervient dans de nombreuses applications telles que la fabrication
des engrais phosphatés, le traitement des surfaces métalliques, la synthèse organique, la
fabrication des détergents, l'industrie alimentaire, etc.

De par son importance dans cette étude, le processus de production de l'acide
phosphorique est décrit plus en détail dans ce premier chapitre. Cependant, avant de
présenter cette description il est utile de présenter le groupe OCP qui est la société
responsable de la fabrication de l'acide phosphorique au Maroc.

II. Aperçu général du groupe OCP

Leader mondial sur le marché du phosphate et ses produits dérivés, créé en 1920 en
tant qu’office devenu société anonyme en 2008, l’OCP est spécialisé dans l’extraction, la
valorisation et la commercialisation du phosphate et ses produits dérivés.

L'OCP a pour mission de maximiser la contribution globale des ressources
phosphatières au développement national dans le respect de ses responsabilités sociétales et
environnementales.

Ses 90 ans d’expérience dans la mine et 45 ans dans la chimie lui permettent d’offrir
l’une des plus larges gammes de roche de phosphate pour divers usages.

L'OCP joue un rôle économique et social important dans les six régions du Maroc où
se trouvent ses quatre centres miniers et ses deux centres industriels : Benguerir, Khouribga,
Laâyoune, Youssoufia, Jorf Lasfar et Safi. Il y crée richesses et emplois, y dispense des
formations, s’y approvisionne ou sous-traite auprès d’un réseau dense d’entreprises locales
qu’il contribue parfois à créer [1].

II.1.Quelques dates clés

1920 : Création, le 7 Août, de l’Office Chérifien des Phosphates (OCP)

1921 : Début de l’exploitation minière (Khouribga)

1921 : Première exportation de phosphate (Casablanca)



1965 : Début des opérations chimiques (Safi)

1975 : Création du Groupe OCP

1998 : Début de la production d’acide phosphorique purifié (Jorf Lasfar)

2008 : Le Groupe OCP devient OCP S.A.

II.2.Phosphates : Quelques repères

>>Le phosphore, dont le minerai de phosphate est riche, est essentiel à toute forme de
vie : il ne peut y avoir d’ADN sans phosphore. Environ 1% du poids d’un être humain est
composé de phosphore, entretenu par les aliments absorbés et se fixant, notamment, dans les
cellules, où il sert de support à l’énergie, et dans les os et les dents.

>>Environ 85% de l’utilisation des phosphates concernent la production d’engrais, le
reste étant à usage industriel et d’additifs alimentaires.

>>Les principales réserves de minerai de phosphate dans le monde proviennent de
dépôts sédimentaires des bassins océaniques préhistoriques, où la vie marine prospérait.
Elles sont estimées à plusieurs siècles d’exploitations pour le Maroc, détenteur des
premières réserves mondiales.

>>Au-delà de l’eau et du rayonnement solaire, les plantes ont un besoin vital de trois
composants essentiels à leur développement harmonieux : l’azote (N), le phosphore (P) et le
potassium (K). Les terres arables contiennent naturellement, dans des proportions très
variables, ces trois éléments. Jusqu’aux premières décennies du XXe siècle, la croissance de
la production agricole ne nécessitant pas d’apports importants de ces éléments (au-delà du
séculaire fumier). Entre 1900 et 2000, la production agricole mondiale a augmenté de 600%.
Désormais, entre 40 et 60% de la production agricole mondiale nécessitent l’utilisation des
engrais ternaire NPK (à base d’azote, phosphore et de potassium).

>>Le phosphate, dans l’état actuel des connaissances scientifiques est l’une des rares
matières premières au monde insubstituable.

>>Le phosphate, comme la potasse (surtout pour les sols bien dotés), ne nécessite pas
d’application sur les champs cultivés aussi régulière que les engrais azotés pour assurer les



besoins des plantes, d’où une forte sensibilité de la demande en phosphates à la conjoncture
économique et agricole.

C'est pourquoi l'OCP diversifie ses produits afin de viser tous les domaines.

II.3.Diversification des produits de l’OCP

L’OCP offre une large gamme de produits adaptée à la diversité des sols et des
variétés végétales [2].

Les produits commercialisés

 Phosphate
 Acide phosphorique marchand (H3PO4)
 Acide phosphorique purifié (APP)
 Di-Ammonium Phosphate (DAP)
 Triple Super Phosphate (TSP)
 Mono-Ammonium Phosphate (MAP)

Les produits en développement

 Engrais spéciaux
 Liquiphos 40 : Formulation ternaire riche en phosphate répondant à des besoins
importants en phosphore des cultures maraichères et arboricoles. Utilisé en fertigation et
permettant aussi le débouchage des goutteurs grâce à son action acidifiante.
 Liquiphos 30 : Formulation équilibrée et acidifiante, destinée à la fertigation des
cultures maraichères et arboricoles à différents stades de croissance.
 Agrimap : Engrais acidifiant destiné aux stades de démarrage et de croissance,
riche en phosphore et en azote ammoniacal.
 NPK : Trois formules régionales d’engrais NPK destinées à soutenir la
productivité du blé dans les régions : Gharb/Saiss, Chaouia/Tadla et Doukkala.
 Compléments d’aliment pour bétail et volaille
 Phosphate monocalcique (MCP)
 Phosphate bicalcique (DCP)



Pour procéder à la fabrication de tous ces éléments, l'OCP doit être bien organisé, et
ceci en étant divisé en plusieurs divisions qui sont-elles mêmes composées de différents
services et ateliers, l’ensemble de ces parties constitue le pôle industriel du groupe dont fait
partie l’usine Maroc Phosphore Safi.

III. Description du Pôle Industriel : Maroc Phosphore Safi

Premier site chimique du Groupe OCP, le complexe de Safi a démarré en 1965 pour
valoriser les phosphates de Gantour (région de Yousoufia). Il se compose de quatre
divisions: Maroc Chimie, Maroc Phosphore I, Maroc Phosphore II et la division
infrastructure portuaire qui assure l’importation des matières premières et l’exportation des
produits finis.

III.1. Maroc Chimie (IDS/PC)

La division Maroc Chimie, créée en 1965, est destinée à la valorisation des phosphates
et la production de l’acide phosphorique et les engrais TSP. Elle se compose de deux ateliers
de fabrication d'acide sulfurique, deux ateliers de fabrication d'acide phosphorique et trois
unités d’engrais.

III.2. Maroc Phosphore I (IDS/PP)

Pour faire face à la concurrence mondiale, la division Maroc Phosphore I s’engage à
satisfaire les exigences de ses clients en termes de qualité, quantité et délais, elle produit
deux qualités d’acide phosphorique : normal et désulfaté.

MPI comporte quatre ateliers principaux :

 Atelier énergie et fluides
 Cet atelier traite l’eau douce (eau de barrage) avec une capacité de 1.000 m3/h ;
 Station de pompage d’eau de mer d’une capacité de 18.000 m3/h ;
 Trois groupes turboalternateurs de puissance 43.2 MW.
 Atelier sulfurique
Il a été mis en place pour produire l’acide sulfurique nécessaire à l’attaque du
phosphate. Il est constitué de :



 Une unité de fusion et de filtration de soufre de capacité 536 t/h ;
 Quatre lignes de production d’acide sulfurique de capacité unitaire 1.500 t/j.
 Atelier phosphorique
Il dispose de quatre lignes : A, B, D et F dont le rôle est la production de l’acide
phosphorique, selon deux procédés différents:
 Nissan (lignes A, B, D) ;
 Rhône-Poulenc (ligne F).

La division comporte aussi un parc de stockage d’acide phosphorique et une unité
d’expédition du produit fini (trains).
L’ensemble des ateliers de Maroc Phosphore I est schématisé dans la figure 1.1:

Energie ONE

Fuel
Centrale
Traitement
Eau thermique
douce des eaux

Eau de
mer

Atelier Production
soufre liquide et
Stockage acide
acide sulfurique
Soufre phosphorique

Atelier production
acide

Phosphate phosphorique

Figure 1.1 : Schéma de Maroc Phosphore I



III. 3. Maroc Phosphore II (IDS/PM)
Cette entité a pour rôle de valoriser le phosphate humide provenant de Benguerir. Pour
cela, elle dispose d’une laverie de phosphate, de deux ateliers sulfurique et phosphorique
ainsi que d’une centrale électrique.

III.4. Infrastructure portuaire de Safi (IDS/PI)

Cette division, située au niveau du port, a pour activité la réception des matières
premières et le chargement du phosphate et ses dérivés destinés à l’exportation.

 Matières importées : soufre solide.
 Produits exportés : L’acide phosphorique, les engrais TSP et le phosphate brut.
Comme indiqué précédemment, la production de l'acide phosphorique dans la
division MPI suit soit le procédé Nissan soit le procédé Rhône-Poulenc, la différence entre
ces deux procédés repose sur le matériel utilisé ainsi que les étapes suivies.

IV.Procédés de fabrication de l'acide phosphorique
IV.1. Procédé Nissan

Dans le procédé Nissan, nous faisons intervenir les étapes suivantes :

 Broyage ;
 Réaction-Filtration-Désulfatation ;
 Concentration d’Acide Phosphorique (CAP) ;
 Stockage d’acide phosphorique.

 Broyage
Le phosphate provenant de Youssoufia est stocké dans le hall de stockage. Il est
ensuite soutiré à travers trois tunnels pour être transporté par des bandes alimentant les
lignes A, B et D. Ensuite, il alimente une trémie ayant une forme cylindrique à fond
conique. Par le biais d’une bascule intégratrice, le phosphate est acheminé vers le broyeur.
Le phosphate brut est repris du tube broyeur à l’aide de l’air de circulation produit par le
ventilateur exhausteur et séparé en fonction de la granulométrie dans le séparateur
dynamique. L’excès d’air du circuit de broyeur est dirigé vers les filtres à manches pour
récupérer les fines particules ayant échappées au cyclonage (figure 1.2).



Figure 1.2 : Schéma de l’unité broyage

 Réaction /Filtration/Désulfataion

Réaction

L’unité de réaction d’acide phosphorique (figure 1.3) est conçue pour l’attaque du
phosphate par l’acide sulfurique par voie humide. Chaque ligne comporte les équipements
suivants : deux pré-mélangeurs, deux digesteurs, quatre cristalliseurs et un laveur Korting.

Figure 1.3: Schéma de l’unité réaction



Pré-mélangeurs: C'est un réacteur bien agité de capacité de 10 m3 qui contient la
bouillie composée du phosphate broyé, de l'acide sulfurique concentré à 98% et de l'acide de
retour H3PO4 à 20% en P2O5. Son rôle est de transformer le phosphate tricalcique en
phosphate monocalcique selon la réaction suivante :
Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 3 Ca(H2PO4)2

Durant cette réaction la température s'élève à 85°C.

Digesteurs: Ce sont deux cuves agitées et identiques de capacité de 100 m3 dans
lesquelles se déroulent les réactions suivantes :

Les réactions principales :

Ca3(PO4) + 4H3PO4 3Ca(H2PO4)2
Ca(H2PO4)2 + H2SO4 + ½ H2O 2H3PO4 + (CaSO4, ½ H2O)

Les réactions secondaires:

CaCO3 + H2SO4 + ½ H2O (CaSO4, ½ H2O) + CO2 + H2O
H2SiF6 2HF + SiF4
(CaSO4, ½ H2O) + 3/2H2O (CaSO4, 2H2O)
SO3 + H2O H2SO4

La température de la bouillie est de 90°C dans la première cuve et 95° dans la
deuxième et le temps de séjour de la bouillie dans ces deux cuves est d’environ 50 min.
Laveur Korting: Les gaz produits lors de la réaction sont éliminés du digesteur grâce
à une dépression créée par l'eau de mer, cette dernière sert aussi au lavage de ces gaz et cela
se fait dans le laveur Korting. Les gaz aspirés subissent une douche par l'eau de mer, ceux
qui sont solubles dans l'eau sont rejetés dans la mer alors que ceux qui ne le sont pas sont
saturés par l'eau et rejetés dans l'atmosphère.
Cristalliseurs: La bouillie qui sort de la deuxième cuve de digestion est composée
essentiellement d'acide phosphorique, d'acide sulfurique et de gypse sous forme semi-
hydratée (CaSO4, ½ H2O). A ce stade, s'effectue la transformation de l’hémi-hydrate en
dihydrate par refroidissement de la bouillie avec l'air apporté à l'aide d'un ventilateur. La



cristallisation se fait dans quatre cuves appelées cristalliseurs de capacité identique et égale à
750 m3, les cuves sont agitées, disposées en série, reliées par des rigoles et destinées à
refroidir la bouillie pour favoriser la formation du gypse dihydrate.

La température dans les cristalliseurs est :
- Cristalliseur I : 65°C
- Cristalliseur II : 60°C
- Cristalliseur III : 57°C
- Cristalliseur IV : 55°C
La bouillie passe environ 2h30min dans chacun des cristalliseurs.

Filtration

Le but de la filtration est la séparation de la phase liquide (acide) et de la phase solide
(gypse ou gâteau).
La bouillie sortante du quatrième cristalliseur est dirigée vers un distributeur à l'aide
d'une pompe pour être acheminée par gravité vers le filtre UCEGO (figure 1.4).

Figure 1.4 : Schéma de l’unité filtration



Filtre UCEGO: C'est un filtre de forme ronde, il représente l'élément le plus
important de l'installation, il nous permet de connaître le rendement en P2O5 du procédé. Le
filtre est constitué d'un plateau mobile qui renferme plusieurs tuyaux collecteurs pour les
filtrats provenant de la table filtrante et d'un plateau fixe qui comprend des compartiments
dans lesquels nous recueillons les différents filtrats. La table du filtre est constituée de six
secteurs :
 Pré secteur ;
 Secteur acide fort ;
 Secteur acide moyen ;
 Secteur acide faible ;
 Lavage des toiles ;
 Extraction du gypse.
o Pré-secteur : La bouillie tombe directement sur les toiles filtrantes, la zone où il n’y a
pas encore formation du gâteau, le filtrat plein du solide passe pour rejoindre l’acide
de retour.
o Secteur acide fort : A ce stade, le filtrat recueilli a une teneur de 30% en P2O5, nommé
acide fort, est aspiré vers le séparateur d’acide puis repris par une pompe et envoyé
vers le stockage.
o Secteur acide moyen : Le gâteau formé après filtration de l’acide fort contient des
quantités importantes de P2O5, c’est pour cela le lavage du gâteau est indispensable.
Le lavage est réalisé à contre-courant par l’acide faible (6 à 8%).Le filtrat, après cette
opération, enrichi jusqu’à une teneur de 18 à 20% en P2O5, est mélangé avec l’acide
du pré-secteur puis repris par une pompe et renvoyé vers le pré-mélangeur.
o Secteur acide faible : Le gâteau du gypse contient toujours de P2O5, un deuxième
lavage est fait par l’eau gypseuse. Cette opération permet d’extraire le maximum
d’acide produit. Le filtrat obtenu contient 6 à 8% en P2O5 est refoulé vers le premier
lavage.
o Extraction du gypse : L’évacuation du gypse est effectuée en continu par un dispositif
d’extraction constitué d’une vis sans fin, faisant tomber le gâteau dans un entonnoir à
gypse où il est entraîné par l’eau de mer, puis évacué vers l’égout.
o Lavage toiles : La couche mince du gypse qui n’a pas été extrait par la vis, est lavée
par l’eau filtrée.



o Séchage toiles : Après l’opération de lavage, l’eau est renvoyée vers le bac d’eau
gypseuse.

Désulfatation
Une certaine teneur en acide sulfurique libre dans la bouillie du phosphate est
nécessaire pour le processus de cristallisation du gypse et d’hydratation des cristaux.
L’expérience montre qu’un excès en acide sulfurique libre de 3 à 4% dans le filtrat de la
bouillie garantit une hydratation optimale, une croissance parfaite des cristaux et un degré
d’attaque important. Du fait que la concentration du filtrat d’acide 30% en P2O5 à 54% en
P2O5 augmente forcément la teneur en acide sulfurique d’environ 6 à 7%, une désulfatation
est nécessaire. Cette dernière consiste en la réduction de l’acide sulfurique libre dans l’acide
phosphorique et elle est effectuée actuellement, après la filtration, dans un réacteur à l’aide
du phosphate broyé. L’acide désulfaté passe par la suite dans un décanteur pour être clarifié.

N.B : Il est à noter qu’auparavant la désulfatation s’est effectuée avant la filtration.

 Unité concentration d’acide phosphorique

La concentration consiste à augmenter la teneur de l’acide en P2O5 de 30% à 54% ou
de 54% à 60% en faisant évaporer une quantité d’eau contenue dans l’acide 30% ou 54%.
L’ébullition se fait dans un bouilleur sous vide à 80 mm Hg et à une température de 80°C.
La dépression est créée par une unité à vide qui est constituée principalement d’éjecteurs et
de laveurs.

Description du circuit acide dans un échelon: Une pompe de circulation refoule
l’acide à travers une pipe vers l’échangeur pour le chauffer, puis il pénètre tangentiellement
dans le bouilleur pour favoriser la séparation gaz liquide. Sous une dépression de 80 mm Hg,
la température d’ébullition d’eau devient seulement 80°C, la vapeur d’eau et les gaz sont
aspirés par l’unité à vide.

Dans les deux premiers échelons, l’acide produit a une teneur de 46% en P2O5, pour le
concentrer jusqu’à 54% nous le faisons passer dans le troisième échelon.

Les trois échelons constituent une ligne de concentration, ils sont identiques et
fonctionnent sous le même principe. Chaque échelon (figure 1.5) est équipé d’un bouilleur,



d’une pipe, d’un échangeur et de trois pompes : pompe de circulation, pompe à condensat et
pompe transporteuse.

Incondensable Grand laveur
Eau de mer (Condenseur)
Vapeur Coude DN 900
4,5 bars

Colonne DN 900

GAZ
2 petits
laveurs

Pot
Bouilleur
Conduites Conduite
500
DN 100

Coude 800

Comp. 800

Porte
visite
Cône
inclinée
supérieur
Entrée
Vapeur
Garde hydraulique 0,75 bar
Échangeur de
chaleur
ACP produit 54 ou 58% Colonne 800 Sortie
condensat
Compensateur
Appoint ACP 30 ou 52% Cône
DN 600 DN 800 inférieur

Pompe de circulation

Pipe

Figure 1.5 : Schéma d’un échelon de concentration



 Description de l’unité à vide :

Elle a pour but le lavage des gaz issus de la concentration et la création d’une
dépression au niveau du bouilleur pour diminuer la température d’ébullition d’eau. Elle est
constituée de:

Un grand laveur : Dans lequel l’eau de mer entre tangentiellement pour la création
d’une dépression qui va aspirer les gaz au niveau du bouilleur.

Deux petits laveurs : Les gaz, qui ne sont pas lavés par le grand laveur, sont
introduits par des éjecteurs. L’eau de mer qui entre du haut du petit laveur va absorber une
partie des gaz, l’autre partie sera éjectée dans un pot pour le lavage final.

Un pot: C’est une petite cuve dont le but est le lavage final et la diminution du bruit
des gaz.

Quatre éjecteurs : Leur but est d’augmenter la vitesse d’entraînement des gaz et de
créer par conséquent une dépression très importante au niveau du bouilleur.

Garde hydraulique: Elle rassemble l’eau de lavage issue des quatre appareils afin de
la mélanger avec le gypse (résultat de la filtration) pour faciliter son écoulement vers la mer.

 Unité stockage/expédition

Stockage d’acide phosphorique: La concentration entraîne un accroissement de la
teneur en matière solide avant que l'acide ne soit introduit dans les réservoirs de stockage, la
teneur en matière solide doit être abaissée en dessous de 0,5% par une clarification
appropriée. Les matières solides qui se déposent sont transportées sous forme de boue qui
est ramenée vers les digesteurs de la réaction. Le refroidissement de l'acide clarifié chaud est
effectué dans deux échangeurs de chaleur installés en série et refroidis à l'eau de mer.
L'acide refroidi est stocké dans deux réservoirs froids, un système de raclage et des pompes
de circulation y empêchent un dépôt de matière solide.

L’unité de stockage est schématisée dans la figure 1.6 :



ACP 58% Clarifié vers Stockage final ACP 54% Clarifié Froid vers Stockage final
U33
Arrivée Bac à boues
boues Boues
04DT03 04AT03 04BT03 des vers RF
bacs
5 000 m3 5 000 m3 5 000 m3
Bâtiment Administratif

ACP 54% Froid Clarifié
ACP 58% Froid
Clarifié

03BT05 03AT05 04AT02 04BT02 04DT02 03DT03

1 500 m3 1 500 m3 1 500 m3 1 500 m3 1 500 m3 1 500 m3

ACP 58% Froid

Refroidisseurs

ACP 58%
Chaud

03DT05 04DT01 04AT01
Vue
04BT01 03AT03 03BT03
panoramique :
1 500 m3 1 500 m3 1500 m3 1500 m3 1 500 m3 1 500 m3
OCP SAFI

Arrivée ACP 58% ACP 52%Vers échelon Arrivée ACP 52% Arrivée ACP 30%
Produit par l'échelon de ACP 30%
produisant ACP 58% Produit par l'échelon de concentration
concentration Vers les unités de
concentration
Produit par les lignes Réaction Filtration

Figue1.6 : Schéma du stockage de l’acide phosphorique

Expédition d’acide phosphorique: Elle est composée de deux voies ferrées de
chargement. Chaque voie est munie de 3 lignes A, B, D. Chaque ligne est constituée d’une
jupe de raccordement avec les sous rames. Le chargement se fait par gravite et à partir de
Maroc Phosphore II et Maroc Chimie le chargement se fait par des pompes. Il y a 2-3 rames
/ poste, la rame se compose de 17 à 19 wagons.

Le schéma de l’expédition est illustré dans la figure 1.7 :



U33

04XT04 OU

04XT05

Rampe principale d'alimentation DN 400

Vanne à papillon DN Vanne à papillon DN
Débitmètre
200 200 LD
Vanne pneumatique Vanne DN 50 de Vanne DN 200
Flexibl désaérage
Vanne Flexible
e Jupe Trou DN 250 Vanne DN 50
Jupe Jupe LA raccordement
LD d'homm de désaérage
LB citernes
e d'alime
Machine Citern
ntation
e
Vanne de vidange DN 80

Figure 1.7 : Schéma de l’expédition de l’acide phosphorique

IV.2. Procédé Rhône-Poulenc

Le procédé Rhône-Poulenc est reconnu mondialement (utilisé dans 26 pays). Au
Maroc, il est utilisé en dix unités dont deux à Safi et huit à Jorf Lasfar. Maroc Phosphore I
dispose d’une ligne de production d’acide phosphorique selon ce procédé.
Cette ligne dispose des unités suivantes : l'unité broyage, l'unité réaction, l'unité
filtration et l'unité de concentration.

 Unité broyage
Le broyage est une opération qui consiste à fragmenter le phosphate en petits grains de
granulométrie de 400µm et d’augmenter sa surface d’attaque qui a une influence importante
sur le rendement de la réaction.

 Unité réaction
Le phosphate broyé est mis en réaction avec H2SO4 et l’acide de retour (acide
phosphorique moyen de18 à 22% en P2O5) en milieux aqueux à une température de 78 à
80°C. La réaction d’attaque s’effectue dans une cuve d’attaque munie d’un agitateur central
(figure 1.8).
Cette réaction est exothermique, un refroidissement s'impose pour éviter toute
formation de semi-hydrate au-delà de 80°C. Opération assurée par un balayage de l'air à la
surface libre de la cuve. L'échange thermique est réalisé par contact direct entre l'air frais et



la bouillie projetée en gouttelettes par des agitateurs à double vis hélicoïdale. La chute des
gouttelettes casse mécaniquement les mousses qui se forment à la surface. Les gaz résultant
de la réaction sont aspirés par un ventilateur d'assainissement à travers un venturi et une tour
cyclonique. La bouillie obtenue dans le réacteur est transférée par débordement dans la cuve
de passage.

Figure 1.8: Schéma de l’unité de réaction du procédé Rhône-Poulenc

 Unité filtration
Le but de la filtration est de séparer l'acide phosphorique produit lors de l'attaque du
gypse, ceci se fait sur un filtre BIRD-PRAYON. Ce dernier est composé de plusieurs
secteurs:
Le pré secteur : il est prévu pour éviter la dilution de l'acide produit par l'eau
d'imprégnation des toiles. L'acide venant du pré-secteur est mélangé avec l'acide moyen.

Le secteur d'acide fort : alimenté par la bouillie venant de la cuve de passage par
l'intermédiaire des nacelles qui répartissent le liquide sur toute la surface.

Le secteur d'acide moyen: le solide sortant du secteur fort contient une quantité
importante de P2O5 ce qui représente une perte considérable en P2O5 si nous pouvions



effectuer un lavage efficace du gâteau par l'acide faible, l'acide moyen résultant est envoyé
vers la cuve d'attaque.

Le secteur d'acide faible et d'essorage: Le gâteau subit un lavage à l'eau gypseuse
pendant son parcours dans ce secteur. L'acide produit est alors un acide faible qui sert au
premier lavage.

Le secteur de lavage de toiles: Le gypse sortant de secteur faible est évacué dans la
trémie à gypse. Celui-ci est mélangé avec de l'eau de mer et est acheminé vers la mer.

 Unité concentration
La concentration Rhône-Poulenc consiste en un chauffage indirect de l'acide suivi
d'une évaporation sous vide, c’est le même principe que celui des lignes Nissan. Ceci est
réalisé dans deux échelons de concentration CAP X et Y.

V. Conclusion

Cette description du groupe OCP et ses activités nous a permis d'une part d'avoir une
idée générale sur le rôle des différentes unités de production de l'acide phosphorique au sein
de la division MP1 et d’autre part de donner au lecteur une vision claire sur le procédé de
fabrication afin qu’il puisse mieux suivre notre travail.

Le prochain chapitre concernera une étude bibliographique qui portera sur tous les
éléments nécessaires pour traiter l'ensemble du sujet.



CHAPITRE 2

Etude bibliographique



I. Introduction

L’objectif de notre sujet est la réduction des sulfates libres (%H2SO4) présents dans
l'acide phosphorique et qui sont des impuretés comme beaucoup d'autres présentes dans cet
acide, c'est pourquoi ce chapitre contiendra une présentation de différentes impuretés y
compris les sulfates libres existants dans la roche de phosphate et l’acide phosphorique, ainsi
que les différentes opérations nécessaires à la réduction ou voir même la suppression de ces
impuretés.

II. Composition et impuretés du phosphate et de l'acide phosphorique
II.1.Composition du phosphate et de l'acide phosphorique

Les analyses des différents essais au laboratoire central de Maroc Chimie, pour la
période de 01 Janvier 2012 au 15 Février 2012, nous ont permis d’estimer les teneurs en
éléments essentiels dans l’acide produit et le phosphate brut G10 (Phosphate de Youssoufia)
utilisé actuellement par Maroc Phosphore I. Les différents résultats sont donnés dans le
tableau 2.1 :

Phosphate G10 Acide 30%P2O5 Acide 54%P2O5
Elément Acide 30%P2O5
(brut) clarifié
CaO (%) 48 - - -
H2O(%) 4 - - -
CO2 (%) 5,80 - - -
SiO2 (%) 7,57 - - -
H2SO4 (%) - 2,48 2,20 3,09
MgO (%) 0,62 0,74 - 1,51
Cd (ppm) 8,40 - - -
M.org (%) 2,06 - - -

- : Non communiqué

Tableau 2.1: Composition représentative du phosphate brut G10 et de ses acides
30% et 54% P2O5



II.2.Impuretés dans l'acide phosphorique

L’acide phosphorique produit contient une grande variété d’impuretés qui nécessite
des traitements physico-chimiques pour éliminer les plus nuisibles. Afin de connaître ces
impuretés, nous présentons tout d’abord la composition de différentes qualités de phosphate
brut traitées au niveau de Maroc Phosphore I (tableau 2.2).

Elément Y1 design Y1 exploitation Y2 Y23 Y21 Y1C
CaO (%) 51,77 51,02 53,89 52,63 51,97 50,40
SO3 (%) 1,47 1,58 2,38 2,55 1,82 1,59
CO2 (%) 5,88 5,89 3,69 3,89 4,74 5,11
F - (%) 4,15 3,92 4,02 3,92 4,17 3,46
SiO2 (%) 2,94 3,81 1,14 3,64 3,82 5,34
MgO (%) 0,3 0,56 0,49 0.74 0,65 0,63
Al2O3 (%) 0,49 0,45 0,29 0,32 0,4 0,48
Na2O (%) 0,77 -- -- -- 0,94 1,04
K2O (%) 0,08 -- -- -- 0,07 0,06
Cl - (ppm) 250 240 235 240 300 --
%M.org 0,01 2,08 0,25 0,36 -- 0,15
%Humidité 1,1 2,47 1,14 0,24 0,43 1,5
Cd (ppm) -- -- -- -- -- 12,58
As (ppm) -- -- -- -- -- 6,37

Tableau 2.2: Analyse des impuretés des différentes qualités du phosphate brut de
Youssoufia

Depuis le démarrage de l’atelier Nissan, les principales qualités de phosphates utilisées
sont : Y1, Y2, Y23, Y21 et Y1C [3].

 Le phosphate Y1 de design :

L’atelier Nissan est destiné à la production de l’acide phosphorique concentré 30%
P2O5 à partir du phosphate clair de Youssoufia Y1.



 Le phosphate Y1 d’exploitation :

Le phosphate Y1 d’exploitation, utilisé de 1976 à 1989, a un comportement différent
de celui du design suite à des écarts enregistrés au niveau de certains éléments constitutifs,
notamment : P2O5 et CaO.

L’exploitation de cette qualité a connu des difficultés de fonctionnement du procédé
de la désulfatation comme le bouchage des cônes des décanteurs et les problèmes des
pompes à vis utilisées pour le soutirage des boues.

 Le phosphate Y2:

Ce phosphate est utilisé suite à l’épuisement du phosphate Y1. Cette qualité est
calcinée et difficilement broyable, en plus, ce phosphate a une faible réactivité en
comparaison avec le phosphate Y1 utilisé auparavant.


Pour corriger le phosphate Y2 notamment en % SiO2, en % Al2O3 et en % Fe2O3, des
investigations ont été envisagées en vue de remplacer Y2 par un autre phosphate permettant
d’améliorer les performances de la réaction filtration. Les investigations ont abouti à
l’utilisation d’une nouvelle qualité dite Y23 (qualité obtenue en mélangeant 90% du
phosphate Y2 et 10% de la couche C3 de Benguerir).


Compte tenu des difficultés présentées par le phosphate Y23 et particulièrement
l’encrassement des équipements et circuits, le pôle chimie de Safi, les responsables de
Maroc Phosphore I et le pôle mine de Youssoufia ont mis au point un nouveau phosphate
permettant d’améliorer la productivité des lignes et d’éviter les problèmes cités. Ce
phosphate est obtenu en faisant un mélange des phosphates Y2 et Y1 (60% Y2 et 40% Y1).
Cette qualité est utilisée depuis 2001.

 Le phosphate Y1C:

Depuis la fin de l’exercice 2005, le phosphate Y1C est utilisé au niveau des unités de
réaction de MPI, ce phosphate est composé du phosphate clair et du phosphate clair calciné.



Les impuretés citées précédemment au niveau de l'acide peuvent provenir de diverses
sources et ont des influences différentes comme le montre le paragraphe ci-après.

III. Sources et influences des impuretés dans l'acide phosphorique
III.1.Sources d’impuretés de l’acide phosphorique

 Sources primaires

Les études effectuées sur les impuretés de l’acide phosphorique montrent que la roche
de phosphate naturel est leur principale source. En effet, cette roche est constituée en
proportions variables par un mélange complexe formé d’une cinquantaine d’éléments
chimiques tels que la fluoropatite, quartz SiO2, carbone sous forme de CaCO3 et de matières
organiques, métaux et d’autres substances comme : CaO, SO3, SiO2, Al2O3, K2O, Na2O,
CO2, etc.

 Sources secondaires

Ces impuretés ont pour origine soit les additifs chimiques tels que : les dispersants, les
antimoussants, les agents de floculation et de conditionnement, soit l’acide sulfurique et
l’eau de procédé qui introduisent de faibles quantités d'impuretés tel que : Fe, Al, Si, etc.

Nous citons aussi la corrosion, l’abrasion et l’érosion des équipements qui introduisent
essentiellement le fer comme impureté.

III.2. Influence des impuretés de l’acide

La présence des impuretés dissoutes dans l’acide phosphorique a des effets néfastes
sur sa qualité. Toutefois ces impuretés peuvent avoir des effets bénéfiques sur le procédé de
fabrication d’acide phosphorique. Le tableau 2.3 résume l’effet des principales impuretés
contenues dans l’acide phosphorique :



Afin d'éliminer les impuretés nuisibles dans l'acide phosphorique, nous procédons par
la purification de l'acide qui consiste en des opérations physico-chimiques qui réduisent ou
suppriment ces impuretés.

IV. Purification de l'acide phosphorique
IV.1.Raisons de la purification de l’acide phosphorique

L’utilisation de l’acide phosphorique dans les différents domaines exige des qualités
d’acide qui respectent les normes en vigueur dans chaque domaine. C’est ainsi que :

 Pour les engrais solides, sauf exception, nous ne purifions pas l’acide.
 Pour les engrais liquides (ou en suspension), nous devons éviter les précipités
dans la fabrication (en particulier des solutions de polyphosphate d’ammonium). Il
faut donc enlever la grande partie des impuretés fluorées et métalliques.
 Pour les détergents, nous devons éliminer la mauvaise couleur. Dans ce cas il est
recommandé de purifier le phosphate et l’acide.
 Pour les usages techniques, telle que la métallurgie, nous devons utiliser un acide
bien purifié en métaux, dont notamment le plomb.
 Pour l’agro-alimentaire et pour les usages pharmaceutiques, nous devons avoir un
acide très pur.

IV.2.Procédés de purification d’acide phosphorique à l’OCP

L’élimination des impuretés se fait par différentes opérations physico-chimiques de
traitement d’acide phosphorique :

 La décadmiation : elle consiste à réduire la teneur en Cd par ajout d’acide
sulfurique à 98% H2SO4 ;
 La défluoration : l’objectif de cette opération est la réduction de la teneur en fluor
par ajout de la silice ;
 La désarséniation : elle consiste en la précipitation de l’arsenic sous forme de
sulfure. L’agent de précipitation utilisé est une solution d’hydrosulfite de sodium
(Na, HS) ayant un titre en NaHS de 30% poids. Cette solution est préparée par
dissolution de NaHS solide dans l’eau.



 La désulfatation : elle est réalisée dans un réacteur agité qui est chauffé à 90°C, elle
consiste à réduire la teneur en acide libre (%H2SO4) par l’ajout de phosphate broyé.
Cette désulfatation est suivie d’une opération de décantation qui consiste à séparer
l’acide désulfaté des boues formées après l’ajout de phosphate.

IV.3.Décantation

La décantation est une opération unitaire, parmi les techniques de séparation liquide-
solide, basée sur le phénomène de sédimentation, qui consiste à séparer d’un liquide les
particules en suspension en utilisant les forces gravitaires. Les procédés mis en œuvre
diffèrent selon que nous recherchons seulement à augmenter la concentration des solides
(épaississage) ou que nous visons à obtenir un liquide clair à partir d’une suspension diluée
(clarification).

La sédimentation est réalisée sur différents types de matières solides en suspension,
parmi lesquelles nous pouvons distinguer deux comportements opposés : celui des particules
grenues, qui décantent indépendamment les unes des autres, et celui des particules plus ou
moins floculées, qui ont des vitesses de chute variables, en fonction de la taille des flocs et
de leur abondance [5].

La théorie de la décantation et la procédure de dimensionnement des appareils tiennent
compte de ces considérations.

IV.3.1.Théorie de décantation

Il existe plusieurs théories de décantation dont la plus connue est la théorie de Kynch.

IV.3.2.Théorie de Kynch

En 1952, Kynch proposa la théorie suivante : la vitesse de chute de particules rigides
en sédimentation libre ne dépend que de la concentration locale en solide de la suspension.
Elle est une fonction décroissante de la concentration en solide. Les particules de même
dimension, de même forme et de même masse volumique sont équitombantes et leur
concentration est uniforme pour chaque niveau de la colonne de sédimentation.



Ainsi, à partir des essais en éprouvette, Kynch traça le diagramme (h, t) (figure 2.1)
en mesurant la concentration des matières en suspension dans l’éprouvette dans les
différents temps.

Figure 2.1: Courbe de sédimentation (h,t)

A t0 l’éprouvette, de hauteur h0, est remplie de la suspension initiale de concentration
en matières solide C0. Dès que les particules commencent à sédimenter, à un certain temps
t1, nous visualisons l’apparition d’une interface de hauteur h1 entre la phase liquide et la
phase solide. Cette interface descend au fur et à mesure jusqu’à atteindre une hauteur limite
h3. Avec cette courbe, Kynch a défini quatre phases de décantation.

Phase AB : phase de décantation GRENUE

La décantation des particules discrètes est caractérisée par conservation de leurs
propriétés physiques initiales (forme, dimension, densité) au cours de leur chute. La vitesse
de chute est indépendante de la concentration en solide c'est pour cette raison que nous
pouvons appliquer la loi de stocks pour déterminer cette vitesse. Pour qu'une particule chute
il faut que sa vitesse augmente jusqu'à ce que les forces de décantation (poids) équilibrent
les forces de frottement. Considérons les forces agissantes sur une particule isolée dans un
liquide :

Figure 2.2 : Forces agissantes sur la particule



D’après la figure 2.2, la particule en suspension est soumise à trois forces: G, la
pesanteur : F, la réaction I: l'inertie.

Phase BC : phase de sédimentation diffuse ou de coalescence (flocon)

Ce type de décantation est caractérisé par l’agglomération des particules, c'est la phase
de sédimentation diffuse ou de coalescence, c'est une partie rectiligne qui traduit une vitesse
de chute constante. Les propriétés physiques de ces particules (formes, dimensions, densité)
sont donc modifiées et la concentration initiale de matières en suspension C0 a un rapport
avec la vitesse de chute. Nous trouvons ce type de décantation dans les décanteurs de
traitement des eaux et dans les décanteurs secondaires des usines d'épuration.

Phase CD: phase de décantation freinée

Elle est relative à une décantation globale d'un ensemble de particules qui ont une
concentration très élevée, ce qui entraîne la formation d'une couche de particules suspendue
en matières en suspension, c'est la sédimentation en piston, à ce stade nous assistons à un
ralentissement de la vitesse de chute des particules. Ce type de décantation existe dans la
partie profonde du décanteur.

Phase DE : phase de décantation en compression des boues

Au point D de la courbe, les particules sont très proches les unes par rapport aux
autres, elles entrent en contact et exercent une compression et reposent sur les couches
inférieures, dans cette zone, le phénomène de consolidation est relativement lent, ce qui
entraîne une vitesse de chute presque nulle.

Remarque : Il faut noter que la transition entre les différentes phases se fait de
manière continue et le classement qui vient d’être proposé constitue une simplification pour
mieux les caractériser.

Après avoir parlé de la théorie de décantation, nous allons présenter dans le
paragraphe suivant les types de suspensions rencontrés dans la décantation.

IV.3.3.Types de suspensions en décantation

Selon la concentration en volume des solides, nous distinguons deux types de
suspension :



 Suspensions diluées

Lorsque la concentration en volume des solides en suspension est inférieure à 0,5 %,
nous considérons que les particules sont suffisamment éloignées les unes des autres et que,
de ce fait, chacune d’entre elles sédimente comme si elle était isolée dans le liquide

 Suspensions concentrées

Dès que la concentration volumique en solides devient élevée (> 0,5 %), les
interactions entre particules ne sont plus négligeables. Les particules adhèrent entre elles et
la masse décante en piston avec une interface nette entre les boues et le liquide surnageant.

Théoriquement, pour calculer la vitesse de sédimentation, il faut faire intervenir la
masse volumique et la viscosité équivalente de la suspension.

IV.3.4.Vitesse de sédimentation des particules dans un liquide

La théorie de la sédimentation de solides fins dans un liquide, qui obéit à la loi de
Stokes, montre que la vitesse de chute d’une particule est proportionnelle à la différence des
masses volumiques entre la particule et le liquide et au carré de la dimension de la particule.

La loi de Stocks, en régime laminaire, s’écrit Ulim = 0,545. (sf).f1.d2

Avec Ulim : vitesse limite de chute

f,s : les masses volumiques du fluide et solide respectivement

f : viscosité dynamique du fluide

d : diamètre d’une particule sphérique

En conséquence, tout phénomène susceptible d’augmenter le diamètre des particules
favorise la sédimentation de façon très significative, de sorte que la floculation est devenue
une partie intrinsèque de la sédimentation. La plupart des matériaux en suspension dans un
liquide sont naturellement floculés et, de ce fait, peuvent être concentrés par sédimentation.

IV.3.5.Exemples des équipements de décantation

Il existe plusieurs types des équipements de décantation dont le choix tient compte de
plusieurs considérations, notamment de la concentration de la suspension (suspension



diluée, suspension concentrée), de la dimension et de la nature des particules (particules
grenues, floculées...), de la fonction recherchée (clarification, épaississage), des débits à
traiter, etc. Dans ce paragraphe nous allons présenter deux types de décanteurs : Les
décanteurs circulaires classiques pour mieux comprendre le mécanisme de décantation à
l’échelle industrielle et les décanteurs à contact de boues comme ceux utilisés dans MPI.

 Décanteurs circulaires classiques

Les décanteurs circulaires classiques (figure 2.3) comportent plusieurs éléments:

Figure 2.3: Schéma d’un décanteur circulaire classique

- Une cuve avec une goulotte périphérique pour recueillir la surverse, qui est évacuée
par débordement, et un orifice central ménagé à sa base pour évacuer les sédiments ;

- Une chambre d'alimentation consistant en un cylindre recevant la pulpe à traiter. Elle
peut être pourvue de dispositifs servant à la floculation ;

- Un mécanisme de raclage, dont le rôle est d'entraîner les solides décantés vers
l'orifice d'évacuation par un mouvement de rotation lent des râteaux. Le mécanisme de
raclage est entraîné par une tête de commande située sur la colonne centrale ou sur une



poutre reposant sur la cuve, ou encore par un chariot roulant sur le bord de la cuve, qui
entraîne une poutre dans un mouvement circulaire communiquant elle-même le mouvement
de rotation à la colonne centrale.

 Décanteurs à contact de boues

L'obstacle majeur à une bonne décantation est la mauvaise floculation des particules
(trop faible, ou trop forte d'où une viscosité élevée).

Le principe de ces appareils vise à favoriser la formation de particules plus grosses,
qui décantent plus rapidement, en mélangeant des boues déjà décantées à la suspension à
décanter, nous distinguons quatre types de décanteurs à contact de boues :

 Le décanteur à lit de boues, qui fait circuler le liquide de bas en haut à travers
la masse de boue formée par floculation. Nous récoltons en surface le liquide
clarifié par son passage à travers le lit de boues.
 Le décanteur lamellaire, fonctionne selon le même principe que le précédent
mais la présence des compartiments lamellaires augmente la surface de
décantation considérablement et permet des installations plus compactes.
 Le décanteur à recirculation de boues, où les boues sont recyclées. Après
prélèvement du liquide clarifié, elles sont mélangées avec la nouvelle
suspension à traiter avant d'être à nouveau laissées en décantation. Ce
décanteur est le même utilisé au niveau de l’atelier phosphorique de MP1
 Le décanteur-épaississeur, qui est composé d'un décanteur à recirculation de
boues externes et d'un système de décantation lamellaire. Les boues extraites
sont déshydratées sans épaississeur intermédiaire [6].

V. Conclusion

Cette revue de littérature nous a permis de mettre l’accent sur les différentes
impuretés susceptibles de nuire à la qualité de l’acide phosphorique parmi lesquelles les
sulfates libres. Par la suite, nous avons abordé l’opération de désulfatation-décantation qui
permet d’éliminer les sulfates libres et les boues pour avoir un acide désulfaté et clarifié, et
qui servira de base pour le chapitre suivant.



CHAPITRE 3

Bilan matière autour de l’unité désulfatation

&

Capacité maximale de désulfatation



I.Introduction

Afin de satisfaire les exigences des clients au niveau de la qualité de l'acide
phosphorique produit, l'OCP utilise différentes opérations physico-chimiques pour traiter les
éléments nuisibles à la conformité de l'acide. L'un des éléments les plus importants est le
taux de sulfates (%H2SO4) présent dans l'acide phosphorique et qui ne doit pas dépasser une
teneur de 2.5% pour un acide concentré à 30% en P2O5, c'est pourquoi nous procédons à
une opération de désulfatation qui consiste à ajouter du phosphate à l'acide phosphorique
produit afin de diminuer ce taux de sulfates pour atteindre une valeur inférieure à 2.5%.

Au niveau de l'unité de désulfatation de MP1, nous ajoutons des quantités du
phosphate d’une manière non précise jusqu'à obtenir un taux de sulfates acceptable, sauf
que nous générons des pertes au niveau de la quantité de phosphate utilisée car nous ne
pouvons pas être sûrs que la totalité du phosphate a réagi. C'est la raison pour laquelle nous
allons établir un bilan matière autour de l'unité désulfatation afin de connaître la quantité
exacte de phosphate à ajouter pour répondre aux exigences demandées en taux de sulfates.

II.Bilan matière (B.M)

La désulfatation s’effectue par l’ajout du phosphate dans un réacteur équipé d’un
agitateur et alimenté tangentiellement par l’acide phosphorique arrivé du filtre, ce qui
produit un mélange d’acide phosphorique et de phosphate finement broyé qui sera acheminé
vers un décanteur afin de séparer les boues de l’acide désulfaté, cet acide sera transféré vers
un bac tampon afin d’être envoyé vers le stockage (figure 3.1).
Phosphate broyé

H3PO4

Réacteur

Décanteur
H3PO4 clarifié vers
stockage

Boues

Figure 3.1: Unité désulfatation



L’atelier de fabrication d’acide phosphorique dispose de quatre lignes : A, B, D et F,
selon deux procédés : Nissan (Lignes A, B, D) et Rhône-Poulenc (ligne F).

Les lignes pouvant être désulfatées sont les lignes B et D en raison de leur proximité
de l’unité de désulfatation, par contre les deux autres lignes sont en marche normale. Le
mélange des quatre lignes doit avoir un taux de sulfates aux environs de 2,2 % pour être
conforme aux exigences des clients qui demandent un taux de sulfates (≤ 2,5%) pour un
acide phosphorique de concentration 30% en P2O5, donc les possibilités que nous pouvons
étudier sont la désulfatation d’une seule ligne (B ou D) ou bien la désulfatation des deux
lignes en même temps (B et D). Pour cela il faut calculer dans les deux cas le taux de
sulfates requis et le débit de phosphate nécessaire pour réaliser cette opération et aboutir au
bilan matière recherché.

II.1.Calcul du taux de sulfate requis

 Désulfatation d’une seule ligne :
En marche normale, l’acide phosphorique produit contient un pourcentage de 2.8% en
H2SO4, donc il faut calculer le taux de sulfates nécessaire pour désulfater une seule ligne et
avoir un mélange avec un taux de sulfates de 2.2%.

Soit :

- QM : le débit massique du mélange des 4 lignes de production.

- QA, QB, QD, QF : les débits massiques respectivement des lignes A, B, D et F.

- x, y, z, t : les taux de sulfates respectivement dans les lignes A, B, D et F.

- Supposons que la ligne désulfatée est la ligne D.

- Le débit massique journalier des quatre lignes est identique et égale à 1786
tonnes de H3PO4.

( ) ( ) ( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( ) ( )



( ) ( ) ( ) ( )

A.N : z = 0.4%

 Désulfatation de deux lignes :
Dans ce cas, nous introduisons le mélange des deux lignes (B et D) dans le réacteur.

Soit:

- QC : Débit du mélange des deux lignes B et D.

- QA, QF : les débits massiques respectivement des lignes A, F.

- x, z, t : les taux de sulfates respectivement dans les lignes A, (B + D) et F.

( ) ( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )

A.N: z = 1.6%

II.2.Calcul du débit de phosphate requis

 Désulfatation d’une seule ligne :

Les réactions mises en jeu au niveau du réacteur sont les suivantes :

CaO(Phosphate) + H2SO4 + H2O CaSO4, 2 H2O

H2SO4 SO42- + 2H+

Donc: n(CaO) = n(H2SO4)



( ) ( )
( ) ( )

( ) ( )
( ) (1)
( )

Pour calculer le débit d’H2SO4, nous utiliserons la conversion des sulfates en se
basant sur le débit d’H3PO4 : m(H3PO4) = 80.12 t/h

Conversion = masse réagie du réactif / masse du réactif dans l’alimentation (2)

( ) ( )
Conversion =
( )

A.N: Conversion = 86%

(2)  m(H2SO4) Réagie = Conversion * m(H2SO4) Alimentation

Or, l’acide phosphorique contient 2.8% d’H2SO4 (m(H2SO4) Alimentation = 2.8% *m(H3PO4))

Donc: m(H2SO4) Réagie = 86% * 2.8% *m(H3PO4) m(H2SO4) = 1.92 t/h

(1)  m(CaO) = m(CaO) = 1.09 t/h

D’après les analyses du phosphate sec du mois de janvier et février (Cf. chapitre 2), le
phosphate utilisé a une teneur moyenne en CaO de 48%.

Donc : m(CaO) = 0.48 * m(phosphate sec)

m(phosphate sec) = m(CaO)/0.48 m(phosphate sec) = 2.27 t/h

Cependant, le phosphate utilisé est humide avec un taux d’humidité de 4%.

Donc le débit nécessaire est de: m(phosphate humide) = m(phosphate sec) / (1-0.04)

A.N : m(phosphate humide) = 2.36 t/h



Donc, pour diminuer le taux de sulfates d’une ligne de production d’acide phosphorique
avec un débit de 80.12 t/h, d’une teneur en sulfates de 2,8% à 0,4%, nous devons introduire
une quantité de phosphate égale à 2.36 t/h.

 Désulfatation de deux lignes :

Les réactions mises en jeu conduisent à l’équation :

( ) ( )
( ) (1)
( )

De la même manière que précédemment, nous utiliserons la conversion pour
determiner le debit d’H2SO4 (m(H3PO4) = 160.24 t/h).

 Conversion = 43%

Donc: m(H2SO4) Réagie = 43% * 2.8% *m(H3PO4) m(H2SO4) = 1.92 t/h

Tout calcul fait :
m(phosphate humide) = 2.36 t/h

Donc, pour désulfater deux lignes de production d’acide phosphorique avec un débit
de 160.24 t/h d’une teneur en sulfates de 2,8% jusqu’à 1,6%, Nous devons introduire une
quantité de phosphate égale à 2.36 t/h.

Le tableau 3.1 récapitule les résultats obtenus :

Nombre de lignes m (H3PO4) % H2SO4 à %H2SO4 à la Débit de
désulfatées (t/h) l’entrée sortie phosphate (t/h)
1 ligne 80.12 2.8 0.4 2.36
2 lignes 160.24 2.8 1.6 2.36

Tableau 3.1: Résumé du calcul des taux de sulfates et débits de phosphate

En se basant sur ces résultats, nous pourrons établir un bilan matière autour de l'unité
désulfatation.



II.3.Bilan Matière

Afin de réduire le taux de sulfate de l'acide phosphorique nous ajoutons du phosphate,
toutefois nous nous confrontons au problème de la génération des boues au niveau du
décanteur, car plus nous ajouterons du phosphate plus nous créerons des boues.

Le décanteur utilisé dans cette unité dispose d'un racleur qui rassemble les boues vers
un cône de décharge permettant leur extraction. Si la viscosité de ces boues est faible elles
seront recyclées vers ce même décanteur et nous parlons de circuit fermé (figure 3.2), mais
si la viscosité des boues est plus élevée alors elles seront transférées vers les digesteurs de la
réaction et nous parlons alors de circuit ouvert (figure 3.3).

Pour établir le bilan matière autour du décanteur nous avons eu recours à faire des
analyses au niveau de l’unité désulfatation. Cependant durant la période de stage, le cas
choisi par l’atelier phosphorique est celui d’une seule ligne désulfatée, c’est la raison pour
laquelle nous nous somme limités à l’étude d’une seule désulfatée.

 Circuit fermé (viscosité faible des boues) :
Soit :

- QA le débit d’acide phosphorique produit par la ligne B ou D.

- Qϕϕ le débit de phosphate broyé.

- QB le débit des boues recyclées.

- QAC le débit de l’acide clarifié.
Qϕϕ
QA QAC

QB

Figure 3.2 : Désulfatation d’une seule ligne (circuit fermé)



B.M.Global: QA+ Qϕϕ = QB + QAC

Or : QB=0 car nous procédons en circuit fermé.

Donc : QAC = QA+ Qϕϕ

A.N : QAC = 80.12 + 2.36
QAC = 82.48 t/h

 Circuit Ouvert (viscosité élevée des boues) :
Soit :

- QA le débit d’acide phosphorique produit par la ligne B ou D.

- Qϕϕ le débit de phosphate broyé.

- QB le débit des boues recyclées.

- QAC le débit de l’acide clarifié.

Qϕϕ
QA QAC

Q(B)

Figure 3.3: Désulfatation d’une seule ligne (circuit ouvert)

Pour calculer le débit des boues dans le cas du circuit ouvert, nous sommes amenés à
faire quelques analyses pour le taux de solide (annexe 1) ainsi que le taux de sulfates
(%H2SO4) (annexe 2). Les résultats obtenus sont présentés sous forme de tableau dans
l’annexe 3.

Les résultats d’analyses des boues nous donne un taux de sulfate moyen de :

%H2SO4 ≈ 10%



B.M.Global : QA+ Qϕϕ = QB + QAC

Or : QB ≠ 0 car nous procédons en circuit ouvert.

B.M.Partiel/H2SO4: 2.8%*QA + 2.14%*Qϕϕ = 0.4%*QAC + 10%*QB

Or: QA= QAC.

( ) ( )
A.N : QB =

QB = 19.73t/h

Tout au long de notre stage, nous n'avons fait que des analyses par rapport à une seule
ligne désulfatée, c'est ce qui nous a poussé à calculer la capacité maximale de désulfatation
pour savoir si le fait d'utiliser qu'une seule ligne désulfatée est un choix de l’atelier
phosphorique ou bien une contrainte liée à la capacité de production du matériel utilisé pour
cette désulfatation.

III.Détermination de la capacité maximale de la désulfatation-décantation

L’atelier phosphorique Nissan a pour mission de produire l’acide phosphorique 30%
en P2O5 en utilisant 3 lignes identiques A, B, D. Les deux lignes B et D peuvent être
désulfatées alors que la ligne A est en marche normale. Ceci dit, l’unité réduit souvent le
taux de sulfate de la ligne B ou D et rarement plus d’une ligne (par exemple la ligne B et une
petite partie de la ligne D). C'est pourquoi nous pouvons poser la question suivante : quelle
est la quantité maximale que nous pouvons désulfater pour atteindre nos objectifs sans
entraver la marche normale du décanteur ?

Afin de répondre à cette question nous devons déterminer la capacité maximale du
mélange (acide phosphorique, phosphate) pouvant être décantée puisque ce mélange passe
toujours par le décanteur afin de séparer l’acide désulfaté des boues engendrées lors de la
réaction de désulfatation.

La détermination de la capacité maximale passe par des essais expérimentaux visant à
visualiser le comportement du mélange dans le décanteur. Ces essais se basent sur le traçage
d'une courbe de sédimentation à travers laquelle nous déterminerons graphiquement le temps
de séjour nécessaire pour la décantation des particules solides du mélange.



III.1.Essais expérimentaux de décantation
 Décantation en cylindre

La décantation en cylindre est une méthode simple traditionnellement utilisée pour
estimer les caractéristiques de floculation et de sédimentation du solide. Le cylindre de
sédimentation consiste en une éprouvette graduée de 500 ml remplie d'une suspension
homogène de boue et de liquide. Les agglomérats de boue sédimentent et se déposent au
fond du cylindre sous l'action de la gravité.

 Courbe de sédimentation

Après avoir prélevé un échantillon du mélange à l’entrée du décanteur, nous le versons
dans une éprouvette cylindrique de section S (annexe 4). Nous étudions ensuite le
comportement de la suspension (mélange) en sédimentation en traçant soit la variation de la
hauteur h de l’interface séparant le liquide clair de la suspension, soit la variation du volume
V en fonction du temps écoulé depuis le début de la décantation. La vitesse de sédimentation
est représentée à tout moment par la tangente à la courbe obtenue: V= - dh /dt

La figure 3.4 présente les résultats de la position de l'interface de sédimentation en
fonction du temps lors de la sédimentation en éprouvette d’un échantillon.

600

500

400
Volume(cm3)

300

200

100

0
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Temps (min)

Figure 3.4: Variation de volume (cm3) en fonction du temps (min) lors de la
sédimentation en éprouvette



D’après cette courbe de sédimentation nous constatons que :

 Au départ les gros grains sédimentent rapidement et se déposent sur le fond de
l’éprouvette ce qui explique l'augmentation rapide de la hauteur de cette zone. Cette étape
est suivie de l’apparition d’une interface entre un liquide clair et une phase boueuse (annexe
4) qui peut elle-même être divisé en deux parties : une partie supérieure conservant l’aspect
de la suspension de départ et une zone inférieur d’aspect intermédiaire.
 La vitesse de sédimentation de la suspension faible est plus importante que celle de
la suspension forte.
 D'après cette courbe, nous pourrons déterminer le temps de séjour de la suspension.
III.2.Détermination du temps de séjour (résolution graphique)

Pour déterminer le temps de séjour, nous avons utilisé une méthode graphique qui
propose de choisir un point intermédiaire de la courbe CD (figure 3.5). La tangente en (m)
coupe l'horizontal d'ordonnée (hr) en un point K d'abscisse (t). Cette valeur est le temps de
séjour.

Figure 3.5: Détermination du temps de séjour

Dans notre étude, l'utilisation de cette méthode nous a permis de tracer la courbe de la
figure 3.6:



600

500

400
Volume(cm3)

300

200
m
100
K
0
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Temps (min)

Figure 3.6: Détermination du temps de séjour lors du premier essai de décantation

D’après la courbe, nous obtenons un temps de séjour de 800 min, c.à.d. 13,3 h.

Afin de calculer un temps de séjour moyen, plusieurs essais ont été effectuées dont les
courbes sont présentées dans l’annexe 5.

Le tableau 3.2 regroupe les temps de séjour calculés pour chaque essai.

Essai 1 2 3 4 5 6
Temps de séjour (min) 800 870 840 865 830 810

Tableau 3.2: Temps de séjour relatif à chaque essai de sédimentation

Ces différences entre les temps de séjour ne peuvent être expliquées que par le taux de
solide présent dans chaque échantillon de la suspension initiale qui varie suite à l’instabilité
de la marche de processus de décantation.

Ainsi, d’après ces essais expérimentaux de sédimentation par éprouvette cylindrique,
nous estimons un temps de séjour moyen de 836 min c.à.d. d’environ 14h. Ce temps de
séjour sera utilisé pour déterminer la capacité maximale des suspensions que nous pouvons
décanter.



III.3.Détermination de la capacité maximale de décantation

Le débit maximal de la suspension à décanter ( ) peut être calculé par la

relation suivante:
=

Avec : = débit de suspension à décanter (m3/h)

V = capacité du décanteur (volume) (m3)

ts = temps de séjour (h)

La capacité de décantation V est donnée dans une fiche de caractéristique du décanteur
dans l’annexe 6, cette capacité est égale à 1250 m3.

A.N : = = 89,28 m3/h

Or, H3PO4 a une densité de 1.3 donc : = 116,064 t/h

Ce débit permettra de calculer la capacité maximale de suspension pouvant être
désulfatée.

III.4.Détermination de la capacité maximale de désulfatation

La capacité maximale de désulfatation désigne le débit d’acide phosphorique à
introduire à l’entrée du réacteur de désulfatation. Pour calculer ce débit, nous suivons le
raisonnement suivant :

D'après le bilan matière effectué pour calculer le débit de phosphate nécessaire pour
désulfater une seule ligne de production (paragraphe II.2), nous pouvons déterminer le
rapport entre le débit massique de phosphate et celui de l’acide phosphorique à désulfater :

Nous calculons le rapport: = 0.03

Donc le débit massique total (phosphate + acide phosphorique) :

mT = + 0,03. mT = 1,03. (1)



A partir de la relation (1), nous trouvons : mt= 119.54 t/h

C’est la capacité maximale que nous pouvons désulfater et qui correspond presque à
une ligne (80.12 t/h) et demi (39.8 t/h), donc le choix d’une seule ligne désulfatée ou bien
une ligne et demi est un critère imposé par le matériel utilisé dans l’unité de désulfatation.
Ainsi, la désulfatation de deux lignes de production est irréalisable avec le matériel utilisé.

IV. Conclusion

Cette étude nous a permis d'une part de calculer le débit exact de phosphate à
introduire dans le réacteur de désulfatation pour atteindre les exigences des clients de l'OCP
ainsi que d’éviter les pertes de phosphate dans ce réacteur; et d'autre part de déterminer la
capacité maximale de l’acide phosphorique à désulfater afin de connaître la limite de
production des équipements utilisés dans cette unité de désulfatation.

Cependant, la désulfatation de l’acide phosphorique entraine la génération des boues
au niveau du décanteur, ces boues sont le résultat de l’accumulation du solide dans l’acide
désulfaté. Ce problème nous a poussés à faire une étude sur le taux de solide dans cet acide
afin d’optimiser la clarification de l’acide phosphorique pour satisfaire les exigences des
clients vis-à-vis de ce taux de solide.



CHAPITRE 4

Optimisation de la décantation de l’acide
phosphorique



I. Introduction

La décantation à recirculation des boues est le procédé adopté pour clarifier l’acide
phosphorique dans MPI. Elle consiste à recycler les boues décantées vers l’entrée du
décanteur. Ce recyclage des boues a pour objet d’augmenter la vitesse de sédimentation des
particules solides dans le décanteur et par conséquent favoriser la séparation de l’acide
clarifié des boues décantées. Toutefois nous devons recycler un débit des boues avec une
concentration bien déterminée en matière solide pour ne pas avoir un taux de solide élevé
dans l’acide clarifié (l’over-flow du décanteur). Ainsi, nous allons étudier l’influence de
différents paramètres sur le taux de solide dans l’acide clarifié.

Pour ce faire, nous allons montrer d’abord l’importance du recyclage des boues, en
faisant une petite comparaison entre la décantation d’acide désulfaté avec et sans recyclage
des boues. Ensuite, en établissant un bilan en matière solide au niveau du décanteur afin
d’estimer le débit des boues à recycler. Enfin nous allons utiliser comme outil les plans
d’expériences pour modéliser et optimiser le taux de solide dans l’over-flow du décanteur.

II. Importance de la recirculation des boues

Pour montrer le rôle primordial du recyclage des boues décantées, nous avons effectué
deux essais de décantation en éprouvette avec et sans recyclage des boues, la figure 4.1
montre les courbes de sédimentation en éprouvette des deux essais.

600

500

400
Volume(cm3)

300

200 essai 2

essai 1
100

0
0 20 40 60 80 100 120
Temps (min)

Figure 4.1 : Comparaison des courbes de sédimentation avec et sans recyclage des boues



La courbe de sédimentation de l’essai 1 représente bel et bien celle de la théorie de
Kynch que nous avons vue précédemment où la décantation commence dès le départ après
avoir versé le mélange dans l’éprouvette. Par contre, la décantation sans recyclage des boues
est très lente au départ car elle nécessite, selon la courbe de sédimentation de l’essai 2, à peu
près 80 min pour s’accélérer. Donc nous pouvons dire que la vitesse de sédimentation avec
recyclage des boues est plus élevée que celle sans recyclage des boues ce qui favorise la
décantation de l’acide phosphorique.

Par la suite, nous établirons un bilan en matière solide dans le cas de circuit fermé
(avec recyclage des boues) afin d’estimer le débit des boues que nous pouvons recycler.

III. Bilan en matière solide au niveau du décanteur

La figure 4.2 illustre le schéma du décanteur avec recirculation des boues :

MAD
MBR
MBR

MAC

Décanteur

MBD

Figure 4.2 : Schéma du décanteur avec recirculation des boues

Avec :

MAD : débit massique d’acide désulfaté ;

MAC : débit massique d’acide clarifié ;

MBD : débit massique des boues décantées ;

MBR : débit massique des boues recyclées ;



TS1 : taux de solide d’acide désulfaté ;

TS2 : taux de solide des boues décantées ;

TS : taux de solide d’acide clarifié.

Bilan globale : MAD + MBR = MBD + MAC

Bilan partiel par rapport au solide : (MAD + MBR).TS1 = MBD.TS2 + MAC. TS (1)

Or, en régime continu, nous considérons qu’il n’y a pas d’accumulation de solide dans
l’appareil et nous pouvons écrire : MBR = MBD

De (1), nous obtenons : MBD =

Pour une seule ligne de production, nous avons : MAD = 80,12 t/h

Et en régime permanant le débit d’acide clarifié est pratiquement égal au débit d’entrée
d’acide désulfaté : MAD = MAC = 80,12 t/h.

Pour les taux de solide de l’acide désulfaté et les boues décantées, nous prenons les
valeurs moyennes calculées lors des analyses effectuées au laboratoire (annexe 3):

TS1 = 20% et TS2 = 40%

Quant au taux de solide de l’acide clarifié, Maroc Phosphore I admet un pourcentage de 1%.

En remplaçant donc tous les paramètres par leurs valeurs numériques, nous obtenons :

MBD = 76,114 t/h = 50,74 m3/h (ρ=1500 kg/m3)

Ce débit calculé est réalisable puisqu’il peut être généré par la pompe de recirculation des
boues dont le débit maximal est 59,4 m3/h.

Généralement, pour une alimentation donnée, le débit d’extraction des boues de la
sousverse doit être maximal afin d’assurer un niveau minimal de pulpe épaissie dans le
décanteur. En effet, si le soutirage de la sousverse est insuffisant, les boues vont alors
occuper de plus en plus de place et peuvent se retrouver dans la surverse, compromettant
ainsi l'efficacité de l'opération de clarification. Le choix de la concentration et du débit des
boues peut influencer donc la décantation et en particulier le taux de solide d’acide clarifié.



Dans ce contexte, nous allons étudier l’influence des boues et les éventuels paramètres
agissants sur le taux de solide d’acide clarifié en se basant sur l’utilisation d’un plan
d’expériences factoriel complet pour optimiser le taux de solide au niveau de l’over-flow.

IV. Plan d’expériences factoriel complet

Le plan d’expériences est une méthode puissante d’expérimentation qui présente sous
forme d’équation mathématique un système complexe, le principe est de trouver une relation
entre les paramètres d’entrée et les résultats mesurables de sortie.

Il permet d'organiser au mieux les essais qui accompagnent une recherche scientifique
ou des études industrielles. Ils sont applicables à de nombreuses disciplines et à toutes les
industries à partir du moment où l’on recherche le lien qui existe entre une grandeur
d’intérêt ou de sortie, y, et des k variables d’entrées ou facteurs, xk. Il faut penser aux plans
d'expériences si l’on s’intéresse à une fonction du type : Y= f(x1, x2, x3, … xk)

L’étude d’un phénomène se ramène à déterminer la fonction f( ) qui lie la réponse Y
aux différents facteurs x1, x2, …, xk. Pour approfondir cette approche il faut introduire
quelques notions particulières et une terminologie spécifique aux plans d’expériences [7].

IV.1.Terminologie

 Paramètres: les variables du système ou ses facteurs.
 Modalité/niveau: c’est la valeur d’un paramètre à un stade particulier de l’expérience,
nous représentons les valeurs réelles par des unités codées (-1 et 1) pour ne pas
complexer le plan.
 Interaction : influence d’un facteur sur un autre.

IV.2.Objectifs du plan d’expériences

 Connaître le comportement du système étudié ;
 Optimiser, maitriser et modéliser le système considéré ;
 Évaluer la part de chacun des paramètres étudiés sur la décantation d’acide ;
 Déterminer le facteur le plus influent ;
 Déterminer les conditions dans lesquelles les performances les plus optimales sont
réalisées en termes de taux de solide dans l’acide clarifié.



Avant d’entamer le plan d’expériences pour notre système étudié, nous allons faire
quelques hypothèses afin de déterminer les facteurs agissants sur la décantation.

IV.3.Hypothèses

Les principaux facteurs régissant la séparation liquide clarifié-boues lors de la
décantation d’acide phosphorique sont:

 La densité d’acide phosphorique (1)
 Le taux de solide d’acide phosphorique (2)
 Le taux de solide des boues (3)
 La viscosité d’acide phosphorique (4)
 La température de milieu réactionnel (5)
 Le système de décantation (6)
 Qualité du phosphate : chimique et physique (7)

Pour obtenir un plan d’expériences pertinent, il est nécessaire d’étudier tous les
paramètres qui ont une influence sur le système considéré qui est dans notre cas la
décantation de l’acide phosphorique, mais vu les contraintes et les obligations, nous ne
pouvons varier que certains facteurs, d’où les hypothèses suivantes :

1. Vu qu’il s’agit toujours d’une même réaction entre un phosphate broyé et l’acide
phosphorique, nous supposons que la température du milieu réactionnel est constante
ainsi que la viscosité de l’acide phosphorique qui dépend de la température. Nous
considérons donc que les facteurs (4) et (5) sont gardés constants.
2. Le bac de décantation existe déjà avec des dimensions bien déterminées pour séparer
le liquide du solide, nous considérons donc que le système de décantation, le facteur
(6), est invariable.
3. Durant le suivi, la ligne D réalise la production en utilisant le phosphate G10 (voir le
tableau 2.1 chapitre 2), alors nous admettons ainsi que le facteur (7) est constant et
que la granulométrie de ce même phosphate est constante.
4. Les facteurs auxquels nous pouvons accéder sont la densité d’acide phosphorique, le
taux de solide d’acide phosphorique et le taux de solide des boues car nous avons un
suivi permanent de ces facteurs dans le laboratoire. Par conséquent, nous allons
étudier notre système à travers les facteurs (1), (2) et (3).



IV.4.Système à étudier

Facteur 1 : Densité d’acide
d Réponse
phosphorique

Facteur 2 : Taux de solide Système Taux de solide d’acide
Ts1 Y clarifié en %
d’acide phosphorique
Décanteur
Facteur 3 : Taux de Ts2
solide des boues

Figure 4.3 : Système à étudier

Suite aux données du suivi de la production de la ligne D, nous avons adopté un plan
d’expériences factoriel complet à 3 facteurs et à 2 niveaux, avec :

 Les facteurs (d, Ts1 et Ts2) représentent respectivement la densité d’acide
phosphorique, le taux de solide d’acide phosphorique et le taux de solide des boues ;
 La réponse Y représente le taux de solide d’acide clarifié en %.

Et pour le traitement des données et l’interprétation du plan d’expériences, nous avons
utilisé le logiciel JMP10 qui est un logiciel de statistiques dans lequel une partie est
consacrée aux plans d'expériences.

Nous allons exposer notre travail et les résultats étape par étape.

Pour le calcul moyennant l’utilisation de logiciel JMP10, les différentes étapes sont
données en annexe 7.

 Modélisation du système

Puisque nous avons trois facteurs à deux niveaux, le plan d’expériences
correspondant est donc : 23 = 8 expériences.

Nous cherchons à trouver une fonction de transfert entre les facteurs d’entrées
(densité d’acide phosphorique, le taux de solide d’acide phosphorique et le taux de solide
des boues) et la réponse qui est le taux de solide d’acide clarifié en %, les données du
plan sont présentées dans le tableau 4.1:



Densité en Taux de solide dans Taux de solide dans les
Niveau / facteur
Kg/m3 l’acide en % boues en %
Niveau bas -1 1280 0,5 40
Niveau haut 1 1300 1,3 50

Tableau 4.1 : Données du plan d’expériences

Ce tableau est important car les conclusions de l’expérimentation ne seront valables qu’à
l’intérieur du domaine d’étude de chaque facteur. Si nous opérons par exemple avec une densité
de 1400 Kg/m3 et un taux de solide des boues de 60 %, nous ne pourrons pas utiliser les
conclusions de cette étude.

Nous pouvons représenter le plan par des matrices d’expériences en unités codées pour
faciliter les calculs (tableau 4.2).

Expérience d Ts1 Ts2 Y(Ts)
1 -1 -1 -1 Y1= 1,83 %
2 1 -1 -1 Y2= 0,91 %
3 -1 1 -1 Y3= 1,58 %
4 1 1 -1 Y4= 0,71 %
5 -1 -1 1 Y5= 1,72 %
6 1 -1 1 Y6= 0,96 %
7 -1 1 1 Y7= 2,26 %
8 1 1 1 Y8= 1,69 %

Tableau 4.2 : Matrice d’expériences et leurs réponses

Le modèle correspondant à notre système, s’écrit :

Y (Ts) = a0+ a1.d + a2.Ts1 + a3.Ts2 + a12.d.Ts1 + a13.d.Ts2 + a23.Ts1.Ts2

Avec :

 a0: la moyenne des réponses ;
 d, Ts1 et Ts2 : sont respectivement densité d’acide phosphorique, le taux de solide
d’acide phosphorique et le taux de solide des boues ;



 a1, a2 et a3 : coefficients relatifs aux facteurs d, Ts1 et Ts2 ;
 d.Ts1, d.Ts2 et Ts1.Ts2: interactions entre les facteurs ;

 a12, a13 et a23: coefficients relatifs aux interactions d.Ts1 , d.Ts2 et Ts1.Ts2.

 Calculs

Pour trouver le coefficient constant a0, il suffit de diviser la somme des réponses sur le
nombre d’expériences :

a0 = = 1.4575 %

Calcul des coefficients relatifs aux trois facteurs étudiés et leurs interactions :

Pour effectuer les calculs nous utiliserons le tableau 4.3 où tous les niveaux bas et
haut des facteurs ainsi que leurs interactions sont présentés en unités codées. Ainsi par
exemple, d*Ts1 est le produit des niveaux des facteurs (1) et (2) ; en unités codées, ce
produit est égal à – 1 (d*Ts1= –1*+1 = +1*–1 = – 1) ou à +1 (d*Ts1= –1*–1 = +1*+1 = +1).

Expérience d Ts1 Ts2 d. Ts1 d. Ts2 Ts1. Ts2 Y(Ts)
1 -1 -1 -1 1 1 1 Y1= 1,83 %
2 1 -1 -1 -1 -1 1 Y2= 0,91 %
3 -1 1 -1 -1 1 -1 Y3= 1,58 %
4 1 1 -1 1 -1 -1 Y4= 0,71 %
5 -1 -1 1 1 -1 -1 Y5= 1,72 %
6 1 -1 1 -1 1 -1 Y6= 0,96 %
7 -1 1 1 -1 -1 1 Y7= 2,26 %
8 1 1 1 1 1 1 Y8= 1,69 %
a1 a2 a3 a12 a13 a23

Tableau 4.3 : Matrice d’expériences et résultats avec les interactions entre les facteurs

Nous calculons un coefficient en faisant la somme des réponses divisée par le nombre
d’expériences (8) où chaque réponse est multipliée par l’unité codée (1 ou -1) selon la colonne
correspondante à chaque coefficient. Nous calculons le coefficient a1 pour bien expliquer la
démarche :



( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
a1 = = - 0,39

Nous procéderons de la même façon pour calculer les autres coefficients du modèle,
nous obtenons donc :

a2 = 0,1025
a3= 0,2
a12 = 0,03
a13 = 0,0575
a23 = 0,215
Nous pouvons aussi déterminer ces coefficients en utilisant JMP10 (annexe 7).
Le résultat obtenu est affiché comme dans la figure 4.4 :

Figure 4.4: Résultats selon JMP10

Nous vérifions que les coefficients estimés sont égaux aux ceux que nous avons
calculé littéralement. De plus, ce logiciel permet aussi de calculer plusieurs paramètres
statistiques relatifs au modèle développé permettant de juger la validation de ce modèle.

Finalement le modèle représentant notre système s’écrit :

Ts en % = 1,4575 - 0,39.d + 0,1025.Ts1 + 0,2.Ts2 + 0,03.d.Ts1 + 0,0575.d.Ts2 + 0,215.Ts1.Ts2



 Vérification du modèle

Exemple 1 :

Soit la densité d’acide phosphorique, le taux de solide d’acide phosphorique et le taux
de solide des boues respectivement au niveau 1, -1 et 1 :

Donc : Ts en % = 1,4575 - 0,39 - 0,1025 + 0,2 - 0,03 + 0,0575 - 0,215 = 0,9775%

Et suivant l’expérience 6, le taux de solide d’acide clarifié correspondant à ce cas est
égal à 0,96%.

Exemple 2 :

Soit la densité d’acide phosphorique, le taux de solide d’acide phosphorique et le taux
de solide des boues respectivement au niveau 1, 1 et 1.

Donc : Ts en % = 1,4575 - 0,39 + 0,1025 + 0,2 + 0,03 + 0,0575 + 0,215 = 1,6725%

Et suivant l’expérience 6, le taux de solide d’acide clarifié correspondant à ce cas est
égal à 1,69%.

Nous admettons que ce modèle est valide et l’erreur est négligeable, elle pourrait être
dû soit aux valeurs de départ, soit à la négligence de l’interaction d.Ts1.Ts2 d’ordre 3. La
validité du modèle s’avère également à travers le logiciel JMP10 qui a donné un coefficient
de régression R2 = 0,998791 (plus R2 proche de 1 plus le modèle est valide).

 Interprétation des résultats du plan d’expériences

Nous connaissons maintenant les valeurs :
– du coefficient du facteur 1 (d) : a1= - 0,39 ;
– du coefficient du facteur 2 (Ts1) : a2= 0,1025 ;
– du coefficient du facteur 3 (Ts2) : a3= 0,2 .
Or, d’une manière générale, quand le modèle choisi est un polynôme, les coefficients
des termes du premier degré correspondent aux effets des facteurs.

D’où :

 Effet de la densité d’acide phosphorique: E1 = |a1|= 0,39 ;
 Effet taux de solide d’acide phosphorique : E2 = |a2|= 0,1025 ;
 Effet taux de solide des boues : E3 = |a3|= 0,2



D’après ces résultats : (E1 > E3 > E2). Donc le facteur le plus influent est la densité,
suivi de taux de solide des boues et en dernière position le taux de solide d’acide
phosphorique.

Calculons maintenant la part de chaque facteur sur le système étudié.

 Calcul de la part de chaque facteur sur le système étudié

En ne prenant en considération que les trois facteurs cités précédemment, la part de
chaque facteur sur le système étudié peut être calculée de la manière suivante :

%E1= .100 = 0,56%

%E2 = .100 = 0,15%

%E3 = .100 = 0,29%

 Les interactions

Nous suivons le même raisonnement et nous classons les interactions par ordre d’importance,

Ts1.Ts2 > d.Ts1 > d.Ts2

 Interprétation des résultats du plan d’expériences selon le logiciel JMP10

Nous construisons un diagramme qui indique les effets principaux des facteurs (voir
annexe 8), c’est-à-dire les coefficients des termes du premier degré du modèle mathématique.

Ce diagramme peut être construit avec les unités codées ou avec les unités normales.
L’impression visuelle est la même. Pour la présentation des résultats, il est plus commode
d’employer les unités normales qui donnent immédiatement les valeurs de comparaison.

Un diagramme des d’interactions indique les effets d’un facteur au niveau bas et au
niveau haut d’un autre facteur. Nous savons que si les droites des effets ne sont pas parallèles,
alors il y a une interaction significative entre ces deux effets.



Figure 4.5 : Effet de l'interaction de deux facteurs sur le taux de solide de l'acide clarifié

Nous constatons que les droites d’interaction des facteurs densité et taux de solide de
l'acide sont presque parallèles ce qui signifie que leur effet est peu significatif. De même pour
les droites d’interactions des facteurs densité et taux de solide des boues. Par contre, les
droites d'interaction des facteurs taux de solide de l'acide et taux de solide des boues ne sont
pas parallèles, nous pouvons dire donc que l’interaction de ces deux facteurs représente un
effet important sur le taux de solide.

Pour déterminer les conditions optimales en termes de taux de solide dans l’acide
clarifié, nous traçons les graphiques d’isoréponses (figure 4.6.a ; figure 4.6.b; figure 4.6.c) :



Figure 4.6.a : Cartographie du taux de solide en fonction des facteurs densité et taux de
solide dans l'acide

Figure 4.6.b : Cartographie du taux de solide en fonction des facteurs densité et taux de
solide dans les boues



Figure 4.6.c : Cartographie du taux de solide en fonction des facteurs taux de solide dans
l'acide et taux de solide dans les boues

Le plan d’expériences montre l’influence de la densité d’acide phosphorique, le taux
de solide d’acide phosphorique et le taux de solide des boues sur le taux de solide d’acide
clarifié. Les informations pouvant être extraites de cette étude sont :

 Au fur et à mesure que la densité d’acide augmente, le taux de solide d’acide
clarifié diminue.
 Le taux de solide d’acide clarifié s’améliore lorsque le taux de solide des boues ou
de l’acide augmente.
 Le taux de solide d’acide clarifié est satisfaisant pour une densité d’acide proche de
1300 Kg/m3.

D’après le plan d’expériences et son interprétation, c’est évident que le facteur le plus
influençant est la densité d’acide, suivi du taux de solide des boues, et en dernière position le
taux de solide d’acide, nous constatons aussi que les conditions optimales, selon les
graphiques d’isoréponses, des paramètres sont présentes dans les intervalles :

 d = [1290 – 1300]
 TS1 = [1,3 – 1,4%]
 TS2 = [40 - 43%]



V. Solutions et améliorations proposées
A partir de cette étude, nous avons proposé quelques solutions et recommandations à
adopter pour optimiser l’unité de désulfatation-décantation de Maroc Phosphore I, à savoir :

 Faire un suivi permanant des différents paramètres de désulafation-décantation ;
 Agir sur la densité d’acide phosphorique, le facteur le plus influent, en ajoutant
l’eau de dilution en cas des densités élevées (>1300) et les boues en cas des densités faibles
d’une manière à rester dans l’optimum [1290 – 1300] ;
 Faire un suivi du taux de solide des boues qui est le deuxième facteur le plus
influent représentant un effet de 20% et une forte interaction avec le taux de solide d’acide
selon le modèle établi précédemment ;
 Installer un dispositif de mesure en continu du couple exercé par le mécanisme
d'entraînement. Les systèmes de protection consistent en une alarme de surcharge de type
hydraulique, mécanique ou électrique, qui déclenche une alarme sonore et un arrêt de
moteur suivant le niveau de la surcharge de décanteur avec les boues ;
 asservir la vanne de débit des boues recyclées à la mesure du couple de torsion. Si
nous atteignons une valeur critique du couple due à la surcharge du décanteur avec les
boues, la vanne change directement le débit des boues vers le circuit ouvert pour soulager le
racleur.

VI. Conclusion

La modélisation a permis de déterminer le taux de solide optimum dans l'acide clarifié
dont le nombre varie entre 0,95 et 1%. Elle a permis aussi, à base du logiciel JMP10,
d'étudier l'effet de certains paramètres sur le taux de solide d’acide clarifié, tels que le taux
de solide d’acide phosphorique, le taux de solide des boues et la densité d’acide
phosphorique qui est le facteur le plus influent sur le taux de solide de l’acide clarifié.

Ainsi, par le contrôle et la régulation de cette densité, nous allons satisfaire au mieux
les exigences des clients.

Pour accomplir cette étude, nous allons envisager dans le prochain chapitre, la
production d’un acide phosphorique destiné à un client de l’OCP (FOSBRASIL) à partir de
l’acide clarifié de MPI et ceci en se basant sur les résultats des précédents chapitres.



CHAPITRE 5

Etude de la possibilité de production de l’acide
« FOSBRASIL » à partir de l’acide clarifié de MPI

&

Comparaison entre l’unité désulfatation de MPI et
l’atelier TA de Maroc Chimie



I. Introduction
L'un des clients les plus importants de l'OCP est le client « FOSBRASIL » car c'est un
client qui exige un acide phosphorique avec une valeur en taux de sulfates très basse.
Cet acide est produit au niveau d'un atelier de traitement d'acide (TA) à Maroc Chimie,
cet atelier est une unité récente (2003) qui traite l'acide phosphorique produit au niveau de
Maroc Chimie, son unique rôle est de réduire les teneurs des différentes impuretés présentes
dans l'acide.
Le but de ce chapitre est d'étudier la possibilité de produire l'acide du client
"FOSBRASIL" au niveau de l'unité désulfatation de MP1 ainsi que de faire une comparaison
entre cette unité et l'atelier TA de Maroc Chimie afin d’apporter quelques améliorations à la
désulfatation de MP1.

II. Acide « FOSBRASIL »
II.1.Présentation du client « FOSBRASIL »

"FOSBRASIL" est un client brésilien régulier de l'OCP, chaque mois il demande une
quantité de 10.000 tonnes de solution d'acide phosphorique avec des exigences bien
déterminées, comme le montre le tableau 5.1:

% P2O5 58 - 60

% H2SO4 1.2 max

Tableau 5.1: Exigences du client « FOSBRASIL » au niveau de l'acide phosphorique

Afin de pouvoir produire cet acide phosphorique nommé « FOSBRASIL » au niveau
de l'unité de désulfatation de MP1, nous utiliserons l’acide phosphorique issu du décanteur
lors de la désulfatation d’une seule ligne de production (Cf. chapitre 3).

II.2.Production de l'acide "FOSBRASIL"

Comme indiqué précédemment, l'acide « FOSBRASIL » de concentration (58-60%)
doit avoir un taux de sulfates maximum de 1.2%, c'est pourquoi nous utiliserons l'acide
clarifié obtenu au niveau du décanteur de l'unité désulfatation de MPI lors de la désulfatation



d'une seule ligne de production (Cf. chapitre 3) pour produire cet acide. La figure 5.1
illustre le procédé de fabrication de l’acide « FOSBRASIL »:

Phosphate 1er échelon de concentration 2ème échelon de concentration
H3PO4

Décanteur

QD

H3PO4 30%

%H2SO4 = 0.4
QE1

H3PO4 46% QE2
%H2SO4 = 0.5 - 0.6 H3PO4 54%

%H2SO4 = 0.7 – 0.8

Vanne Débitmètre QE3

H3PO4 60%

%H2SO4 = 0.9 - 1

3ème échelon de concentration

Stockage acide « FOSBRASIL »

Figure 5.1: Procédé de fabrication de l'acide phosphorique « FOSBRASIL »



L'acide phosphorique (30% en P2O5) obtenu à la sortie du décanteur avec une teneur
en sulfates de 0.4%, est conduit vers un premier échelon de concentration afin d'augmenter
sa concentration en P2O5 en évaporant l'eau présente dans l'acide (Cf. chapitre 1). A la sortie
du premier échelon, l'acide a une concentration de 46% en P2O5 et un taux de sulfates de
0.5% à 0.6 %. Ensuite l’acide est introduit vers un deuxième échelon pour augmenter sa
concentration à 54% en P2O5 et son taux de sulfates atteint une valeur de 0.6% à 0.7%.
Enfin, à la sortie du troisième échelon, la concentration de l’acide est de 58-60% et son taux
de sulfates est de 0.9 à 1%.

Soit :
- QD le débit d’acide (30% en P2O5) à la sortie du décanteur.
- QE1 le débit d’acide (46% en P2O5) à la sortie du 1er échelon de concentration.
- QE2 le débit d’acide (54% en P2O5) à la sortie du 2ème échelon de concentration.
- QE3 le débit d’acide (60% en P2O5) à la sortie du 3ème échelon de concentration.

Nous savons que pour une ligne désulfatée :

QD = 80.12 t/h

Cependant, dans le premier échelon, une quantité d’eau de l’acide phosphorique est
évaporée, donc le débit d’acide à la sortie du premier échelon sera égal à :

1er échelon : QE1 = QD – (46% - 30%)*QD

Avec : (46% - 30%)*QD : la quantité d’eau évaporée dans le 1er échelon.

A.N : QE1 = 67.3 t/h

Nous suivrons le même raisonnement pour calculer le débit d’acide phosphorique à la
sortie du deuxième et du troisième échelon :

2ème échelon : QE2 = QE1 – (54%-46%)*QE1

Avec : (54% - 46%)*QE1 : la quantité d’eau évaporée dans le 2ème échelon.

A.N : QE2 = 61.9 t/h



3ème échelon : QE3 = QE2 – (60% - 54%)*QE2

Avec : (60% - 54%)*QE2 : la quantité d’eau évaporée dans le 3ème échelon.

A.N : QE2 = 58.2 t/h

Donc, le débit d’acide phosphorique « FOSBRASIL » que nous pouvons produire
dans l’unité désulfatation de MPI est de 58.2 t/h soit 1397 t/jour.

Or, la quantité demandée par le client est de 10000 tonnes de solution d’acide
phosphorique par mois, donc pour satisfaire cette demande, nous devons produire cet acide
« FOSBRASIL » pour une durée de :

10000 / 1397 = 7.15 ≈ 8 jours

Ainsi, pour une période de 8 jours/mois, nous ne devons produire que l’acide destiné
au client « FOSBRASIL » au niveau de MPI. Cependant, l’OCP doit satisfaire les
demandes en acide phosphorique des autres clients.

Pour remédier à ce problème, nous choisirons de produire l’acide « FOSBRASIL »
par poste de travail, sachant qu’une journée de travail (24h) est divisée en trois postes
(3*8h). Alors, la quantité d’acide phosphorique à produire pour le client « FOSBRASIL »
est :

QE3 = 1397 / 3 = 466 t/poste

D’où une période de 22 jours (10000/466) est nécessaire pour satisfaire la demande du
client « FOSBRASIL » ainsi que la demande des autres clients, et ceci en produisant l’acide
phosphorique désulfaté durant 2 postes/jour et l’acide « FOSBRASIL » durant le 3ème
poste.

L'avantage de cette production d'acide phosphorique « FOSBRASIL » au niveau de la
désulfatation de MP1 est la réduction du coût de production de cet acide, car jusqu'à
aujourd'hui l'acide phosphorique « FOSBRASIL » est produit à Maroc Chimie et vendu à
MP1 avec un prix de 6424 dh / tonne d’acide. Or, si nous produisons cet acide au niveau de
l'unité de désulfatation de MP1, son prix de revient sera le même que celui de l'acide
désulfaté et qui est de 5263 dh / tonne d’acide, donc nous réaliserons un gain de 1161 dh/
tonne.



Afin d'améliorer la production de l'acide phosphorique désulfaté en général et celle de
l'acide phosphorique « FOSBRASIL » en particulier, nous avons choisi de faire une
comparaison entre l'unité de désulfatation de MP1 et l'atelier traitement d'acide de Maroc
Chimie pour montrer les points à améliorer au niveau de la désulfatation de MP1.

III. Comparaison entre l'unité désulfatation de MP1 et l'atelier TA de MC
III.1.Présentation de l'atelier TA de Maroc Chimie

Afin de répondre à la demande accrue en matière de qualités techniques d’acide
phosphorique, l’unité de traitement d’acide de Maroc Chimie utilise plusieurs moyens
d’épuration à savoir :

La décadmiation ;

La désulfatation ;

La défluoration ;

La désursaturation ;

La désarseniation.

Ces opérations de purification permettent de réduire la teneur de quelques impuretés
présentes dans l’acide à des seuils bien déterminés qui sont définis suivant les critères des
clients et nous parlons ainsi de performances attendues.

 Performances attendues

Capacité : Capacité journalière projetée : 700T P2O5

Décadmiation: Réduction de la teneur en Cd de 40 ppm à moins de 10 ppm.

Désulfatation: Réduction de la teneur en SO3 de 6,5% à moins de 1% (acide 54%).

Défluoration: - Réduction de la teneur en fluor de 0,23% à moins de 0,12%.

- Teneur en fluor dans les rejets (après lavage) ≤ 5 mg/Nm3.

Désarseniation: - Réduction de la teneur en arsenic de 7 ppm à moins de 1 ppm.

- Teneur en H2S dans les rejets (après lavage) ≤ 10 ppm.



Cependant, ces procédés de purification ne sont pas toujours simples. Le paragraphe
suivant donne une description complète des différentes opérations de purification de
l’atelier TA de Maroc Chimie.
 Description des différentes opérations de traitement
 Décadmiation
La bouillie 30% provenant de l’atelier de fabrication de l’acide phosphorique est
constituée d’un solide riche en gypse dihydrate, c’est ce gypse qui permettra l’opération de
décadmiation en substituant les ions Cd2+ présents dans l’acide phosphorique par les ions
Ca2+ contenus dans la bouillie.

 Désulfatation

La désulfatation est réalisée dans un réacteur (figure 5.2) qui est chauffé à 90°C, elle
consiste à réduire la teneur en acide libre H2SO4 à 1%, par l’ajout du phosphate broyé.

La réaction mise en jeu est la suivante :

CaO(Phosphate) + H2SO4 + H2O CaSO4, 2H2O ; à 90°C

Figure 5.2: Flowsheet de l'atelier TA (Réacteur de désulfatation)



 Défluoration

L’objectif de la défluoration est de réduire la teneur en fluor par ajout de la silice.
Cette opération est réalisée dans le même réacteur que celui de la désulfatation; les réactions
mises en jeu sont:

6HF+ SiO2 SiF6 + H2 +2H2O à 90°C

H2SiF6 SiF4 + 2HF

La quantité de silice à ajouter dépend de la teneur en fluor contenu dans l’acide à
traiter, elle est mesurée par un dosomètre et mélangée avec l’acide dans un mélangeur avant
son introduction dans le réacteur.

 Désursaturation

L’acide phosphorique sortant du réacteur de désulfatation, défluoration, est chargé en
matières solides. Le désursaturateur permet grâce au temps de séjour et un refroidissement
naturel d’obtenir un acide désurasaturé.

 Décantation

La clarification se fait dans un décanteur pour permettre la séparation de l’acide clair
traité des boues.

 Désarseniation

La désarseniation consiste en la précipitation de l’arsenic sous forme de sulfure.
L’agent de précipitation utilisé est une solution d’hydrosulfite de sodium ayant un titre en
NaHS de 30 % en poids. Cette solution est préparée par dissolution de NaHS solide dans
l’eau dans une cuve agitée.

Le principe de la désarseniation par les sulfures (NaHS) repose sur les réactions
suivantes :

En phase aqueuse, le pH est compris entre 7 et 12

NaHS Na+ + HS- (Réaction prédominante)

Dans l’acide phosphorique : HS- + H+ H2 S



8H2S + 2As3+ + 2As5+ As2S3 + As2S5 + 16H+

A la sortie du réacteur de désarseniation, l’acide phosphorique contient du H2S
gazeux.
Le dégazage de l’acide est effectué dans un dégazeur. Ces gaz sont aspirés vers une
tour de lavage où ils sont lavés avec une solution de soude diluée. Cette soude réagit avec
H2S pour former NaSH qui est récupéré pour la désarseniation de l’acide.

Les réactions de neutralisation sont :

NaOH + H2S NaSH + H2O
2NaOH + H2S Na2S + H2O

L’acide phosphorique désulfaté et désarsenié s’écoule du dégazeur vers le répartiteur.
Cet acide contient des précipités arsénieux difficiles à décanter ainsi que les solides formés
par la désulfatation; nous lui ajoutons dans le répartiteur un floculant qui favorise la
décantation des solides dans le décanteur.

III.2.Comparaison entre l’atelier TA de MC et l’unité désulfatation de MP1

Phosphate broyé

H3PO4

Décanteur
H3PO4 clarifié

Boues

Figure 5.3: Comparaison entre l’atelier TA de MC et l’unité désulfatation de MPI



La comparaison entre les deux unités portera sur les paramètres de marche (tableau
5.2), les équipements (tableau 5.3) et le recyclage des boues.

 Paramètres de marche

Paramètres de marche Désulfatation (TA/MC) Désulfatation (MP1)
Acide phosphorique à Acide phosphorique à
Acide traité
concentration de 54% P2O5 concentration de 30% P2O5
Taux de sulfates de l’acide à
2.5% à 3% (acide à 54%) 2.6% à 2.8% (acide à 30%)
l’entrée de l’unité
Taux de sulfates de l’acide à
≤ 1% (acide à 54%) ≤ 1% (acide à 30%)
la sortie de l’unité
Temps de séjour au niveau du
24 h à 30 h 14 h
décanteur
Débit d'H3PO4 à l’entrée 20 m3/h 60 m3/h à 120 m3/h

Tableau 5.2: Comparaison des paramètres de marche

Ce tableau montre que le débit d’acide phosphorique de l’unité TA à Maroc chimie est
inférieur à celui de MP1, cette différence est due à la viscosité plus élevée de l’acide
phosphorique utilisé à Maroc Chimie (acide phosphorique concentré à 54% en P 2O5). Ainsi,
la vitesse de sédimentation sera plus longue, ce qui traduit aussi le temps de séjour plus long
dans l’atelier TA (24 à 30h) au lieu de 14h dans MP1.

Le taux de sulfates à la sortie de l’unité restera le même dans l’atelier TA car l’acide
commercialisé est celui de 54% en P2O5, alors que le taux de sulfates de l’acide à la sortie de
l’unité désulfatation de MP1 connaîtra une augmentation car il sera reconcentré pour être
commercialisé.



 Equipements et dimensionnement

Equipements et
Désulfatation (TA/MC) Désulfatation (MP1)
dimensionnement
Doseur de phosphate Présence Absence
Cyclone avant le Réacteur Présence Absence
Pompe de transfert entre le
Présence Absence
réacteur et le décanteur
Hauteur Réacteur 9m 5m
Diamètre extérieur Réacteur 7m 4.8 m
Surface Réacteur 38 m² 18 m²
Volume utile Réacteur 342 m3 90 m3
Hauteur décanteur 8.95 m 8m
Diamètre décanteur 24 m 15 m
Surface décanteur 452 m² 156 m²
3
Volume utile décanteur 4045 m 1250 m3

Tableau 5.3: Comparaison des équipements

La présence d’un doseur de phosphate permet de contrôler la quantité de phosphate à
introduire dans le réacteur.

La présence d’un cyclone avant le réacteur de désulfatation permet d'éviter la réaction
entre le phosphate et les gaz présents dans l'acide phosphorique.

 Recyclage des boues

Au niveau de l'atelier TA de Maroc Chimie, les boues du décanteur sont toujours
recyclés vers un bac de stockage appelé "bac à boues" avec un débit de 6 m3/h, sauf en cas
d'arrêt de l'unité TA pour lavage ou tout autre problème nous procédons en circuit fermé
(boues recyclées vers le décanteur). Alors que dans l'unité de désulfatation de MP1 nous
vérifions l'état du racleur du décanteur manuellement et nous procédons soit en circuit fermé
soit en circuit ouvert (Cf. chapitre 3).

Cette comparaison nous a permis de déceler quelques améliorations matérielles
pouvant être apportées au niveau de l’unité désulfatation de MP1.



III.3. Points à améliorer au niveau de la désulfatation de MP1
III.3.1.Installation d'un cyclone avant le réacteur de désulfatation

Dans l'atelier TA de Maroc Chimie, nous notons la présence d'un cyclone en dessus du
réacteur de désulfatation, dont le rôle est d’éviter toute réaction entre le phosphate et les gaz
dégagés par l'acide phosphorique dans le réacteur, et ainsi le colmatage du phosphate sur la
surface du réacteur de désulfatation. Contrairement à l'atelier de désulfatation de MP1 où
nous avons toujours ce problème de colmatage et nous devons déboucher manuellement la
conduite du phosphate, comme illustre la figure 5.4 :

Figure 5.4: Débouchage manuel de conduite

III.3.2.Installation d'une pompe de transfert entre le réacteur et le décanteur

Comme cité précédemment au niveau de l'unité de désulfatation de MP1, le produit du
mélange de la réaction entre le phosphate et l'acide phosphorique au niveau du réacteur est
transféré dans le décanteur par débordement (figure 5.5.a) contrairement à l'atelier TA de
Maroc Chimie où le transfert se fait via une pompe (figure 5.5.b).



Réacteur

Décanteur

Figure 5.5.a: Transfert par débordement

Réacteur Décanteur

Figure 5.5.b: Transfert via une pompe

L'avantage de la pompe de transfert est son emplacement, car elle se situe en bas du
réacteur ce qui laisse au mélange (phosphate + acide phosphorique) tout le temps de séjour
nécessaire pour favoriser au maximum la réaction. Par contre, lors du transfert par
débordement le phosphate est introduit au haut du réacteur et le transfert se fait au même
niveau, ce qui peut controverser la réaction et agir sur le mélange transféré vers le décanteur.



III.3.3.Installation d'un doseur de phosphate

Le doseur de phosphate permet de régler la quantité de phosphate exacte à introduire
dans le réacteur, son absence au niveau de l'unité désulfatation de MP1 est la cause des
pertes de grandes quantités de phosphates au niveau du réacteur (Cf. chapitre 3).
Donc, l'une des solutions possibles est d'installer un doseur, comme celui présent dans
l'atelier TA de Maroc Chimie (figure 5.6).

Figure 5.6: Doseur de phosphate (Atelier TA)

IV. Conclusion

Ce chapitre nous a permis de mettre en place un procédé simple de fabrication de
l'acide phosphorique "FOSBRASIL" au niveau de la division de MP1 à partir de l'acide
désulfaté produit dans l'unité de désulfatation de MP1, ainsi que de montrer quelques points
à améliorer au niveau de cette unité en se basant sur une comparaison entre l'atelier de
traitement d'acide de Maroc Chimie et la désulfatation de MP1.



CONCLUSION GÉNÉRALE

La description du groupe OCP et ses activités nous a permis d'une part d'avoir une idée
générale sur le rôle des différentes unités de production de l'acide phosphorique au sein de la
division MPI et d’autre part de donner au lecteur une vision claire sur le procédé de
fabrication afin qu'il puisse mieux suivre notre travail.

La recherche bibliographique effectuée lors de ce travail a mis en évidence
l'importance de la purification de l'acide phosphorique obtenu par l’opération de
désulfatation-décantation permettant d’éliminer les sulfates libres et de débarrasser l’acide
désulfaté du solide pour avoir un acide clarifié.

Cette désulfatation d’acide phosphorique s’effectue par ajout du phosphate broyé dont
la quantité à ajouter dépend de la teneur de sulfates libres présents dans l'acide. C’est ainsi
que le bilan matière a permis de calculer le débit exact de phosphate à introduire dans le
réacteur de désulfatation.

L’étude expérimentale de la décantation en éprouvette cylindrique nous a permis de
déterminer la capacité maximale de la bouillie pouvant être désulfatée afin de remonter à la
limite de production des équipements utilisés dans l’unité de désulfatation.

Dans l’objectif d’optimiser le taux de solide dans l’acide clarifié nous avons utilisé les
plans d’expériences. Cette démarche a permis de déterminer le taux de solide optimum dans
la solution d'acide clarifié dont le nombre varie entre 0,95 et 1%. Elle a permis également, à
base du logiciel JMP10, d'étudier l'effet de certains paramètres sur le taux de solide d’acide
clarifié, tels que l'effet de la densité d’acide phosphorique, le taux de solide d’acide
phosphorique et le taux de solide des boues. La comparaison entre les résultats calculés et
ceux obtenus expérimentalement permet de considérer le modèle élaboré comme étant
validé.

Les résultats obtenus ont ouvert la voie d’étudier la possibilité de mettre en place un
procédé de fabrication d’un acide phosphorique destiné au client "FOSBRASIL" à partir de
l’acide désulfaté issu de l'unité de désulfatation de MPI. La réalisation de ce procédé
permettra de réduire le coût de revient de 6424 dh à 5263 dh par tonne d’acide.



Par ailleurs, suite à une comparaison entre l'unité désulfatation de Maroc Phosphore I
et l'atelier de traitement d'acide de Maroc Chimie, nous avons proposé quelques
améliorations à apporter aux équipements de désulfatation-décantation, tels que l’installation
d’un doseur de phosphate et le changement de la méthode de transfert du mélange
phosphate-acide phosphorique.



RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

[1] www.ocpgroupe.ma ;

[2] Rapport annuel 2009 de l’OCP ;

[3] Lechgar M., Rapport de stage de titularisation (2006), Division Maroc Phosphore I ;

[4] Données d’étude des équipements, fournies par le bureau d’étude de Maroc Phosphore I ;

[5] Blazy P., Jdid E., Décantation, Aspects théoriques, Traité Génie des procédés, Techniques
de l’ingénieur J 3 450 ;

[6] Blazy P., Jdid E., Décantation, équipements et procédés, Traité Génie des procédés,
Techniques de l’ingénieur J 3 451 ;

[7] Goupy J., Creighton L., Introduction aux plans d'expériences, Dunod, Paris, 3ème édition,
2006.



ANNEXES



Annexe 1 : Mode opératoire pour le calcul du taux de solide

Pour déterminer le taux de solide massique dans l'acide phosphorique à l'entrée et à la
sortie du décanteur ainsi que dans les boues nous utilisons le cône de sédimentation gradué
d’IMHOFF (figure 1). Ce cône permet, pour tout échantillon d'acide ou de boues, la
sédimentation du solide dans la base du cône alors que le liquide (l'acide) se dépose en haut
du cône comme le montre la figure 2.

A l'aide des graduations, nous déterminons le taux de solide volumique et ensuite nous
utilisons la relation d’IMHOFF suivante afin de déterminer le taux de solide massique:

Taux de solide massique = 0.68 * taux de solide volumique

Figure 1: Cône de sédimentation d’IMHOFF Figure 2: Séparation du solide et de l’acide



Annexe 2 : Mode opératoire pour le calcul du taux de
sulfates (%H2SO4)

Le contrôle de la teneur en sulfates libres (SO42-) dans l'acide ou dans les boues se fait
au laboratoire local selon le mode opératoire suivant:

1) Nous calculons la densité de l'échantillon par un densimètre (Figure 1).
2) Nous titrons 2cm3 de l'échantillon par le chlorure de baryum (BaCl2 - 0.2N).
L'indicateur coloré utilisé est le sulfonazo III et nous utilisons l'acétone comme catalyseur.
Une fois le virage est atteint, nous procédons à la lecture de la tombée de burette (Figure 2).

La réaction du titrage s’écrit :

BaCl2 + H2SO4  BaSO4 + 2HCl

Figure 1: Densimètre

En calculant la densité de l'échantillon et le volume nécessaire pour le virage de
l'indicateur (tombée de burette), nous déterminons le taux de sulfates par la relation
suivante :

%H2SO4 =



Avec :

- T.B : Tombé de burette en ml

Figure 2: Dosage de l’échantillon par BaCl2



Annexe 3 : Analyses entrée décanteur, sortie décanteur,
boues pour une seule ligne désulfatée

N° Echantillon Densité Taux de sulfates Taux de solide
03BT03 (Entrée décanteur) 1280 1.3% 19%
1 04BT02 (Sortie décanteur) 1275 0.9% 1.3%
04DT03 (Boues) 1295 9.92% 38%

2 04BT02 (Sortie décanteur) 1281 1% 1.5%
04DT03 (Boues) 1298 10.35% 43%

04DT03 (Boues) 1286 10.46% 45%

03BT03 (Entrée décanteur) 1296 1.32% 18.5%
04DT03 (Boues) 1300 9.87% 38%

04DT03 (Boues) 1285 10.32% 39%

04DT03 (Boues) 1290 9.95% 42%

04DT03 (Boues) 1296 10.14% 45%

04DT03 (Boues) 1284 9.83% 42%

04DT03 (Boues) 1291 10.26% 40%

04DT03 (Boues) 1290 9.99% 39%



04DT03 (Boues) 1294 10.1% 40%

04DT03 (Boues) 1292 9.79% 48%

04DT03 (Boues) 1287 10.44% 39%

04DT03 (Boues) 1300 10.32% 42%

04DT03 (Boues) 1282 9.92% 43%

04DT03 (Boues) 1295 9.88% 47%

04DT03 (Boues) 1289 10.18% 40%



Annexe 4 : Essai de décantation

Figure 1: Eprouvette Vide Figure 2: Eprouvette contenant l'échantillon

Figure 3: Apparition de 4 phases Figure 4: Décantation de l'acide



Annexe 5 : Courbes des essais de sédimentation

600 600
500 Essai 1 500 Essai 2
Volume(cm3)

Volume(cm3)
400 400
300 300
200 200
100 100
0 0
0 500 1000 1500 0 200 400 600 800 1000 1200
Temps (min) Temps (min)

600 600
Volume(cm3)

Volume(cm3)

400 400
300 300
200 200
100 100
0 0
0 200 400 600 800 1000 1200 0 500 1000 1500

600 600
Volume(cm3)

Volume(cm3)

400 400
300 300
200 200
100 100
0 0
0 500 1000 1500 0 500 1000 1500



Annexe 6 : Données d'étude pour le réacteur de
désulfatation et le décanteur

Récipient n° 03DT02
Client OCP Maroc
Lieu Safi
Diamètre extérieur(m) 15
Hauteur(m) 8
3
Volume utile (m ) 1250
Fluide procédé (liquide) Acide phosphorique
Densité (kg/m3) 1,73
Température de service (°C) 50
Concentration 32% P2O5
Température d’utilisation admissible (°C) 70
Fluide d’essai Eau
Protection surface intérieure Caoutchoutage et revêtement en briques

Tableau 1: Données d’étude pour réservoir de décantation

Récipient n° 03DD20
Client Maroc phosphore
Lieu Safi
Diamètre extérieur(m) 4,8
Hauteur(m) 5
Volume utile (m3) 89,5
Fluide procédé (solide/liquide) Phosphate brut, acide phosphorique
3
Densité (kg/m ) 1400
Température de service (°C) 50
Concentration 30% P2O5
Température d’utilisation admissible (°C) 70
Fluide d’essai Eau
Protection surface intérieure Caoutchouc-butyl, dureté shore ASS°+- 5°

Tableau 2: Données d’étude pour réacteur de désulfatation



Annexe 7 : Utilisation du logiciel JMP10
Accès au plan d’expériences factoriel complet :

Définition des niveaux et la réponse :



Définition des facteurs :

Construction du plan et attribution des réponses :



Calcul des coefficients du modèle

Nous continuerons avec JMP10 pour modéliser la fonction y(TS) = f(d,Ts,Ts2). Nous
exécutons alors le script en cliquant de la droite de la souris sur Modèle :

Exécution du modèle

La fenêtre suivante s’affichera, en sélectionnant la réponse et en choisissant les effets du
modèle et nous cliquons sur exécuter :



Annexe 8 : Effets des facteurs sur le taux de solide

Effet du facteur densité de l'acide phosphorique :

Effet du facteur taux de solide de l'acide phosphorique :



Effet du facteur taux de solide des boues :


‫‪Projet de Fin d’Etudes‬‬

‫ملخـص‬

‫تتمثل عملية إنتاج الحامض الفوسفوري، بالوحدة الصناعية فسفور المغرب ‪ ، I‬في تفاعل‬
‫الفوسفاط الخام مع حمض الكبريتيك. وهذا يؤدي إلى مزيج من الحامض الفوسفوري والشوائب‬
‫المختلفة التي نذكر من بينها أيونات الكبريتات الحرة. تتم عملية تنقية الحامض الفوسفوري من خالل‬
‫عملية كيميائية تسمى "إزالة الكبريتات".‬

‫أوال، تتم "إزالة الكبريتات" في مفاعل بإضافة الفوسفاط على الحامض الفوسفوري المراد‬
‫تنقيته. ثم تليها عملية التصفية من أجل فصل السائل المصفى(الحامض الفوسفوري) و الترسبات‬
‫الناتجة عن إضافة الفوسفاط٠‬

‫في هذه الدراسة اخترنا كموضوع "تحسين عمليتي إزالة الكبريتات وتصفية الحامض‬
‫الفوسفوري".‬

‫وتنقسم هذه الدراسة إلى عدة مراحل ، أولها هو تحقيق توازن المادة في نظام التخلص من مادة‬
‫الكبريتات، وذلك لحساب كمية الفوسفاط التي يمكن ان تضاف٠ ثم يتم إجراء دراسة تجريبية للتصفية‬
‫حيث استخدمت النتائج على النحو الوارد في تحديد الكمية القصوى للحامض الفوسفوري الممكن‬
‫لمعدل الترسبات الموجود في الحامض الفوسفوري‬ ‫معالجتها. ثم قمنا بصياغة نموذج رياضي‬
‫باستخدام أداة تصميم التجارب. في المرحلة النهائية، درسنا من جهة، إمكانية إنتاج الحامض‬
‫الفوسفوري الموجه لزبون في البرازيل ومن جهة أخرى إجراء مقارنة عمليتي "إزالة الكبريتات"‬
‫والتصفية بين الوحدة الصناعية فسفور المغرب ‪ I‬ومحطة معالجة الحامض الفوسفوري بكيمياء‬
‫المغرب.‬

‫‪Projet de fin d’études‬‬ ‫601 | ‪Page‬‬


ABSTRACT

The production of phosphoric acid by the wet process, in the unit phosphoric of Maroc
Phosphore I, involves the dissolution of phosphate ore in sulfuric acid. This leads to a mixture
of phosphoric acid and various impurities, mainly free sulfates.
The purification of phosphoric acid is done by an operation of sulphates removal and
settling. In the first place the removal of sulphates takes place in a reactor by addition of
phosphate with phosphoric acid to be purified. Then, the settling is carried out in a decanter
with a sludge recirculation in order to separate the liquid clarified and the settled sludge.
The aim of this study is to treat the optimization problem of sulphates removal and
settling of phosphoric acid. The work is divided into several steps. The beginning has been to
establish a material balance for the system of sulphates removal and settling in order to
calculate the amount of phosphate to be added. The next step is how an experimental study
about settling is performed. The results have been used in determining the maximum capacity
of phosphoric acid to be purified. Thirdly we have applied a model of the rate of solids
content in the acid clarified using as a tool design of experiments. In the final step, we have
considered the possibility of producing phosphoric acid for a client "FOSBRASIL" by starting
from the clarified acid and we have made a comparison between the two operations of sulfates
removal-settling in Maroc Phosphore I and Maroc Chimie in order to improve the production
of clarified acid in Maroc phosphore I.

Keywords: phosphoric acid, phosphate, sulphates free, sulphates removal, settling, decanter
with sludge recirculation, design of experiments.


Pfe daryf & semlali

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