BR0111278B1 - processo para tratamento de materiais minerais. - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO PARA TRATAMENTO DE MATERIAIS MINERAIS".

A presente invenção refere-se ao tratamento de material mineral, especialmente resíduo do processo Bayer de produção de alumina, incluindo o tratamento de resíduos de lama vermelha, a fim de facilitar sua disposição final.

Processos de tratamento de minérios a fim de extrair minerais valiosos geram normalmente resíduos. Freqüentemente o resíduo consiste em uma pasta fluida aquosa ou lodo contendo material mineral particulado, por exemplo, argilas, areia, saibro, óxidos metálicos, etc. É normalmente necessário desagüar as lamas ou Iodos antes de sua disposição em local adequado.

Em alguns casos o resíduo, como estéril de mina, pode ser con- venientemente depositado em uma mina para formar um reaterro. Geralmen- te o reaterro de resíduo consiste em alta proporção de partículas grosseiras de tamanho grande juntamente com partículas de menor tamanho e é bom- beado para a mina como uma suspensão e desaguado, deixando os sólidos sedimentados no local. É prática comum o uso de floculantes para auxiliar no processo de floculação.

Para outras aplicações pode não ser possível dispor o resíduo em um poço ou mina. Neste caso, o material residuado pode ser transferido para lagoas, montes ou pilhas. Existe, por motivos ambientais, pressão para a minimização da alocação de novos terrenos e de uso mais eficiente das áreas atualmente usadas para deposição de resíduos. Uma solução consiste na deposição de múltiplas camadas de resíduos em uma área para formar pilhas mais altas. Entretanto esta solução apresenta a dificuldade de exigir que o resíduo possa fluir sobre a superfície de resíduo previamente enrijeci- do dentro de limites aceitáveis e possa, por sua vez, ser enrijecido para for- mar uma pilha e o resíduo deve ficar suficientemente consolidado para que suporte múltiplas camadas de material enrijecido sem risco de colapso ou deslizamento. Assim, as exigências referentes aos resíduos adequados para deposição em pilhas são totalmente diferentes das dos resíduos que irão ter outra forma de disposição, como reaterro.

No processo Bayer para recuperação de alumina a partir de bauxita, a bauxita é tratada por um licor aquoso alcalino para formar alumi- nato de sódio, que é separado do resíduo insolúvel. Este resíduo consiste principalmente em partículas de óxido férrico e é conhecido como lama ver- melha.

A lama vermelha é lavada em vários estágios seqüenciais de la- vagem, em que entra em contato com um licor de lavagem e é então flocula- da pela adição de um agente de floculação. O licor sobrenadante é proces- sado para recuperação de aluminato. Após o estágio de lavagem final, a lama vermelha é espessada tanto quanto possível e, então, enviada para deposição. Espessamento, no contexto desta especificação, significa au- mento do teor de sólidos da lama vermelha. O espessamento final pode consistir na sedimentação de lama floculada ou incluir uma etapa de filtra- gem. Alternativamente ou adicionalmente a lama pode ser submetida à se- dimentação de longa duração em uma lagoa.

Pode-se então dispor da lama e/ou submetê-la a secagem adici- onal para subseqüente deposição em área de empilhamento de lama. A lama adequada para empilhamento deve ter teor alto de sólidos e, quando empilhada, não deve fluir, mas apresentar uma certa rigidez, de modo que o ângulo de empilhamento seja tão alto quanto possível, permitindo que a pi- lha ocupe o mínimo de área para um determinado volume. A exigência de alto teor de sólidos é conflitante com a exigência de permanecer o material bombeável como fluido, assim pode acontecer que seja possível levar a lama a teor de sólidos adequado para empilhamento mas que isto a torne não-bombeável.

EP-A-388108 descreve a adição de um polímero insolúvel em água, que absorve água, a um material contendo um líquido aquoso com sólidos particulados dispersos, como lama vermelha, antes do bombeamen- toe o material é bombeado e deixado parado para ser enrijecido e tomar a forma de um sólido empilhável. O polímero absorve o líquido aquoso da pasta fluida ajudando a ligação dos sólidos particulados e assim a solidifica- ção do material. O processo tem, entretanto, a desvantagem de exigir altas doses de polímero absorvente, para obtenção de solidificação adequada. Para obtenção de material suficientemente enrijecido, é freqüentemente ne- cessário usar doses de até 10 a 20 quilos por tonelada de lama. Embora o uso de um polímero inchável com água possa parecer conduzir a um au- mento de sólidos, o líquido aquoso está, na realidade, contido no polímero absorvente. Isto constitui uma desvantagem como o líquido aquoso não foi removido do material solidificado, ele pode em certas circunstâncias sofrer subseqüentemente uma dessorção, com risco de fluidização do material re- síduo e com risco inevitável de desestabilização da pilha.

Existe, assim, a necessidade de um processo que permita, de modo mais eficaz e conveniente, o bombeamento do material como fluido, que deixado parado torne-se enrijecido, transformando-se em um resíduo sólido empilhável. Existe também a necessidade de isto ser feito com redu- ção substancial de quantidade de líquido aquoso contido no material.

A presente invenção provê um processo em que um material compreendendo um líquido aquoso com sólidos particulados dispersos é bombeado como fluido e então deixado parado para enrijecer, sendo o enri- jecimento melhorado ao mesmo tempo em que é mantida a bombeabilidade do material, pela combinação deste material com partículas poliméricas com o material durante ou antes do bombeamento do material, em que as partí- culas poliméricas compreendendo um polímero solúvel em água que tem viscosidade intrínseca de pelo menos 3 dl/g.

A adição de partículas poliméricas compreendendo um polímero solúvel em água ao material permite que este retenha sua fluidez e seja de fácil bombeamento, mas que, quando parado, forme uma massa sólida sufi- cientemente forte para suportar camadas subseqüentes de material enrijeci- do. Descobriu-se surpreendentemente que a presença de polímeros solúveis em água aplicados em forma de partículas, na realidade permite que o mate- rial permaneça fluido e bombeável durante o estágio de bombeamento, mas conduz a rápida perda de fluidez e enrijecimento, quando deixado parado. Além disso, este tratamento leva a liberação de líquido aquoso do material, quando ele é mantido parado. Aparentemente, a adição de partículas de po- límero solúvel em água ao material resulta em gradual aumento de viscosi- dade, que entretanto não é tão significativo que impeça o bombeamento do material. É também surpreendente que a adição do polímero solúvel em água não resulta em imediato desagüamento do material antes do local de deposição, o que poderia ocasionar bloqueio da tubulação.

Doses adequadas de polímero estão na faixa de 10 g a 10 000 gramas por tonelada de material sólido. De modo geral, a dose apropriada varia de acordo com o material específico e o teor de sólidos. Doses preferi- das estão na faixa de 100 a 3000 gramas por tonelada.

O processo da invenção é adequado para tratamento de material em que as partículas sólidas dispersas têm tamanho muito pequeno, por exemplo, substancialmente todas com tamanhos inferiores a 100 mícrons e mesmo para materiais em que substancialmente todas as partículas têm ta- manhos inferiores a 50 mícrons. O processo é particularmente vantajoso, quando pelo menos 90 % das partículas têm tamanhos inferiores a 20 mí- crons, especialmente quando a proporção de licor na corrente de resíduo não pode ser reduzida fácil ou economicamente.

As partículas de material são, usualmente, inorgânicas e/ou mi- nerais. O processo pode ser útil para materiais que precisam ser bombeados e em seguida empilhados, especialmente para materiais como tortas de fil- tro, estéreis, subfluentes de espessadores ou correntes de resíduos de plantas de concentração não espessados, por exemplo, estéreis ou lamas de processamento de, entre outros, fosfato, diamante, ouro, carvão, minérios de cobre, prata, urânio, ferro. Entretanto o uso principal do presente proces- so é para o tratamento do resíduo do estágio final de espessamento ou la- vagem do processo Bayer. A lama vermelha pode ser constituída pelos sóli- dos sedimentados no estágio final de espessamento ou lavagem pela adição de floculante ou, opcionalmente, por torta de filtro da filtragem (por exemplo, em filtro de pressão ou de vácuo) da pasta fluida produzida no estágio final de lavagem.

A lama vermelha ou outro material a ser bombeado pode ter teor de sólidos na faixa de 15 % a 80 % em peso. As lamas vermelhas estão usualmente na faixa de 20 % ou 30 % a 70 % em peso, por exemplo, 45 % a 65 % em peso. As partículas de uma lama vermelha típica são substancial- mente todas de tamanho inferior a 25 mícrons, por exemplo, cerca de 95 % em peso de partículas inferiores a 20 mícrons e cerca de 75 % de partículas inferiores a 10 mícrons, e cerca de 95 % em peso de partículas inferiores a 20 mícrons, cerca de 75 % de partículas inferiores a 10 mícrons e cerca de 95 % de partículas superiores a 3 mícrons.

Descobriu-se que melhores resultados são obtidos quando o material é relativamente concentrado e homogêneo. Pode ser também de- sejável combinar a adição das partículas poliméricas com outros aditivos.

Por exemplo, as propriedades de fluxo do material através de um conduto podem ser melhoradas pela inclusão de um dispersante. Tipicamente quan- do um dispersante é incluído ele o é em quantidades convencionais. Verifi- cou-se, entretanto, surpreendentemente, que a presença de dispersantes ou outros aditivos não interfere com o enrijecimento do material quando parado.

Na presente invenção as partículas poliméricas são adicionadas diretamente ao material mencionado. As partículas poliméricas podem con- sistir de polímero total ou parcialmente solúvel em água. Assim, o polímero particulado pode consistir de uma blenda de polímero reticulado insolúvel em água, inchável em água e polímero solúvel em água. Podendo ser uma blenda física de polímero inchável e polímero solúvel ou, alternativamente, um polímero levemente reticulado como descrito na EP-202780. Embora as partículas poliméricas possam conter algum polímero reticulado, é essencial para a presente invenção que uma quantidade significativa de polímero so- lúvel em água esteja presente. Quando as partículas poliméricas contêm algum polímero inchável, é desejável que pelo menos 80 % do polímero seja solúvel em água. De preferência, as partículas poliméricas devem ser total- mente ou pelo menos substancialmente solúveis em água. O polímero solú- vel em água pode ser ramificado pela presença de um agente de ramifica- ção, como descrito em W0-A-9829604, por exemplo, na reivindicação 12, ou o polímero solúvel em água pode ser substancialmente linear. O polímero solúvel em água é, preferivelmente, de massa mole- cular moderada a alta e terá preferencialmente uma viscosidade intrínseca de pelo menos 3 dl/g e geralmente pelo menos 5 ou 6 dl/g, se bem que o polímero possa ter massa molecular significativamente alta e apresentar vis- cosidade intrínseca de 25 dl/g, 30 dl/g ou mesmo maior. Preferencialmente, o polímero terá uma viscosidade intrínseca na faixa de 8 dl/g a 20 dl/g, com maior preferência 11 dl/g ou 12 dl/g a 16 dl/g ou 17 dl/g.

O polímero solúvel em água pode ser um polímero natural, por exemplo, um polissacarídeo, como amido ou dextrano, ou um polímero se- minatural, como carboximetilcelulose ou hidroxietil celulose. O polímero é preferivelmente sintético sendo, com preferência, formado a partir de monô- mero ou de uma blenda de monômeros etilenicamente insaturados solúveis em água.

O polímero solúvel em água pode ser catiônico, não-iônico ou anfótero, mas é de preferência aniônico. Polímeros aniônicos preferidos são polímeros formados a partir de monômeros selecionados entre ácidos car- boxílicos e ácidos sulfônicos etilenicamente insaturados, são preferencial- mente selecionados entre ácido (met)acrílico, ácido alilsulfônico e ácido 2- acrilamido-2-metil propano sulfônico, opcionalmente em combinação com comonômeros não-iônicos, preferivelmente selecionados entre (met)acrila- mida, hidroxialquil ésteres de ácido (met)acrílico e N-vinil pirrolidona.

Na invenção, o polímero solúvel em água pode ser formado por qualquer processo de polimerização. Os polímeros podem ser preparados, por exemplo, como polímeros gel por polimerização em solução, polimeriza- ção em suspensão óleo em água ou polimerização em emulsão água em óleo. Na preparação de polímeros gel por polimerização em solução os inici- adores são geralmente introduzidos na solução de monômeros. Opcional- mente, um sistema de iniciação térmica pode ser usado. Tipicamente um sistema de iniciação térmica inclui qualquer composto iniciador adequado que libera radicais em temperatura elevada, por exemplo, compostos azo como azobisisobutironitrila. A temperatura durante a polimerização deve su- bir até pelo menos 70°C, mas preferivelmente abaixo de 95°C. Alternati- vãmente, a polimerização pode ser efetuada por irradiação (ultravioleta vi- sível, energia microonda, calorífica, etc), opcionalmente usando iniciadores de radiação adequados. Completada a polimerização, e depois de suficien- te resfriamento do gel polimérico, o gel pode ser processado de maneira padronizada com cominuição em peças menores, secagem até obtenção de polímero substancialmente desidratado seguida por moagem até obten- ção de pó. Alternativamente, géis polimèricos podem ser fornecidos na forma de gel, por exemplo, como tronco de gel polimérico do tipo neutron

Tais géis polimèricos podem ser preparados por técnicas adequadas de polimerização como acima descritas, por exemplo, por irradiação. Os géis podem ser cortados em tamanho adequado à necessidade e então, na a- plicação, misturados com partículas poliméricas solúveis em água parcial- mente hidratadas.

Os polímeros podem ser produzidos como contas, por polimeri- zação em suspensão, ou como emulsão ou dispersão água em óleo, por polimerização em emulsão água em óleo, por exemplo, de acordo com um processo definido por EP-A-150933, EP-A-102760 ou EP-A-126528.

Alternativamente, as partículas poliméricas solúveis em água podem ser providas como uma dispersão em um meio aquoso. Por exemplo como uma dispersão de partículas poliméricas de pelo menos 20 mícrons em um meio aquoso contendo um agente de equilíbrio, como divulgado em EP-A-170394. Isto pode, por exemplo, também incluir dispersões aquosas de partículas poliméricas preparadas pela polimerização de monômeros a- quosos na presença de um meio aquoso contendo polímeros IV inferior co- mo polidialil dimetilcloreto de amônio e, opcionalmente, outros materiais dis- solvidos, por exemplo, eletrólito e /ou compostos multihidróxi, por exemplo, polialquilenoglicóis, como divulgado em WO-A-9831749 ou WO-A-9831748.

Em uma forma da invenção, as partículas poliméricas podem ser adicionadas ao material (por exemplo, lama vermelha), como partículas de polímero solúveis em água, em uma dispersão aquosa.

Em uma forma particularmente preferida da invenção, as partícu- las poliméricas estão em forma de uma dispersão aquosa. Neste aspecto, a dispersão aquosa consiste em (a) um meio de dispersão líquido que é es- sencialmente uma solução salina com pelo menos 25 % em peso de sal i- norgânico com base no peso total do meio dispersante e (b) um polímero de adição vinílico solúvel em água não-iônico ou aniônico, que é substancial- mente insolúvel na referida solução salina, em que o referido polímero é formado a partir de monômeros etilenicamente insaturados consistindo em ácido (ou sais) acrílicos, opcionalmente (met)acrilamida e opcionalmente pelo menos um monômero de reticulação contendo pelo menos dois grupos etilenicamente insaturados polimerizáveis, em que o sal inorgânico é um ha- logeneto de metal do grupo II.

Nesta forma da invenção o meio dispersante líquido deve con- sistir essencialmente em solução de sal inorgânico e embora pequenas quantidades de outros materiais possam ser tolerados, eles não são neces- sários para a realização da invenção. Além disso, materiais que aumentam a viscosidade do meio dispersante podem ser desvantajosos, se a viscosidade é aumentada em extensão que impeça a dispersão de escoar ou ser bom- beada.

A solução salina pode conter outros sais dissolvidos, mas deve conter quantidade suficiente de halogeneto de metal do grupo Il para impedir a dissolução do polímero. Soluções salinas feitas inteiramente com metais do grupo I, por exemplo, cloreto de sódio ou iodeto de potássio, não impe- dem a hidratação do polímero. Mesmo soluções saturadas de tais sais não proporcionam uma dispersão de polímero aceitável. Assim, quando outros sais inorgânicos metálicos estão presentes na solução salina é essencial que o componente salino predominante seja um halogeneto de metal do grupo II. Preferencialmente, o meio dispersante contém apenas o sal inorgâ- nico halogeneto de metal do grupo II, que proporciona uma dispersão ade- quada em que o polímero permanece substancialmente não-hidratado inde- finidamente ou pelo menos por prolongados períodos de tempo, o que torna a estocagem possível. O polímero pode ficar parcialmente hidratado e inchar parcialmente, desde que as partículas poliméricas conservem-se discretas e dispersáveis. Preferencialmente, as partículas poliméricas permanecem dispersáveis. Preferencialmente, as partículas poliméricas permanecem substancialmente não-hidratadas e não-inchadas. Quando a dispersão não é agitada ou as partículas poliméricas terão a tendência de se sedimentar. Entretanto, surpreendentemente, as partículas substancialmente não sofrem hidratação ou formação de aglomerados e podem, assim, ser redispersadas reconstituindo a dispersão.

Preferencialmente o halogeneto de metal do grupo Il é um halo- geneto de berílio, magnésio, cálcio e estrôncio, pois estes metais parecem prover os melhores resultados na redução ou prevenção da hidratação dos polímeros na dispersão.

São obtidos resultados adequados quando o halogeneto de me- tal do grupo II é fluoreto, cloreto ou brometo.

É possível usar uma mistura de diferentes halogenetos de metal do grupo II, se bem que é normalmente suficiente a presença de apenas um dos sais.

São obtidos resultados melhorados quando a dispersão aquosa contém um meio dispersante que é uma solução aquosa salina de pelo me- nos um dos seguintes halogenetos de metal do grupo II : cloreto de magné- sio, brometo de magnésio, cloreto de cálcio ou brometo de cálcio. Os melho- res resultados são obtidos quando o sal inorgânico é cloreto de cálcio.

Geralmente, o meio dispersante da dispersão aquosa contém concentrações altas do halogeneto de metal do grupo II. A concentração de sal no meio dispersante deve ser pelo menos 25% em peso e, portanto, a escolha do sal dependerá de sua solubilidade. Resultados preferidos são obtidos quando a concentração de sal é de pelo menos 30% em peso, e usualmente pelo menos 35%. Melhores resultados têm sido observados quando a concentração de sal é de pelo menos 36% em peso. Com maior preferência ainda resultados muito melhorados são obtidos quando o sal inorgânico está presente em quantidade entre 39 e 45% em peso.

Verificou-se que a dispersão pode surpreendentemente conter quantidades relativamente grandes de polímero, por exemplo pelo menos 30% em peso de polímero por volume de meio dispersante. Usualmente a quantidade de polímero contido nas dispersões é ainda maior. Por exemplo, a dispersão aquosa pode conter entre 40 e 60 % em peso de polímero por volume de meio dispersante.

Em uma forma preferida da invenção prove-se uma dispersão aquosa tendo uma viscosidade de massa inferior a cerca de 10 cps, quando medida a um pH de 7,0 a 25°C constituída de (a) um meio de dispersão que é essencialmente uma solução salina com cerca de 35% a cerca de 45 % em peso com base no peso total do meio dispersante de sal inorgânico selecionado no grupo que consiste em cloreto de cálcio, brometo de cálcio, cloreto de magnésio e brometo de magnésio; e (b) pelo menos 30% em peso de um polímero de adição vinílico, solúvel em água ou inchável em água, não-iônico ou aniônico, por volume de meio dispersante, em que o referido polímero formado a partir de monômeros etilenicamente insaturados consistindo em ácido (ou sais) acrílicos, e/ou (met)acrilamida e opcional- mente pelo menos um monômero de reticulação contendo pelo menos dois grupos etilenicamente insaturados polimerizáveis.

As partículas poliméricas usadas neste aspecto da invenção po- dem ser preparadas por qualquer processo conveniente. As partículas poli- méricas podem ser preparadas como partículas secas escoáveis. Por exem- pio, elas podem ter sido preparadas como um gel aquoso que é seco e moí- do até um tamanho de partícula apropriado, ou como contas usando uma polimerização em suspensão de fase reversa. Alternativamente, as partícu- las poliméricas podem ter sido preparadas por uma polimerização em sus- pensão de fase reversa, opcionalmente seguida por destilação a vácuo para desidratar parcialmente as partículas poliméricas da fase dispersa. As partí- culas podem então ser separadas da fase contínua oleosa por técnicas con- vencionais, e ser redispersas no meio de dispersão aquoso.

Geralmente a viscosidade da dispersão será inferior a 10cps, por exemplo chegando a 5 cps ou menos. Em alguns casos a viscosidade pode descer até 1 ou 2 cps ou menos.

Assim, a dispersão aquosa de polímero pode ser preparada pe- las etapas de (a) formação de um meio de dispersão líquido que consiste em solução salina aquosa com pelo menos 25 % em peso de sal inorgânico que é um halogeneto de metal do grupo II; (b) combinação do meio dispersante com um polímero de adição vinílico, solúvel em água ou inchável em água, não-iônico ou aniônico, e que é insolúvel no meio dispersante, sendo o refe- rido polímero formado a partir de monômeros etilenicamente insaturados consistindo em ácido (ou sais) acrílicos, opcionalmente (met)acrilamida, e opcionalmente pelo menos um monômero de reticulação contendo pelo me- nos dois grupos polimerizáveis para formar uma mistura de polímero e meio dispersante, sendo o meio dispersante agitado durante e/ou após a forma- ção da mistura a fim de formar uma dispersão.

Geralmente o meio dispersante é agitado e as partículas polimé- ricas são adicionadas ao meio, por exemplo, por um alimentador de rosca.As partículas podem também ser despejadas ou sopradas no meio. Muitas ve- zes o meio está em um tanque com misturador e o polímero é adicionado ao líquido agitado. O líquido agitado pode também ser um líquido que escoa por um conduto no qual o polímero é alimentado.

Alternativamente, o polímero pode ser adicionado a meio disper- sante substancialmente não agitado. Por exemplo, o polímero pode ser dei- xado em sedimentação no meio dispersante e em seguida a dispersão é formada por agitação subseqüente, por exemplo, por ação de um misturador ou escoamento por uma tubulação.

A dispersão aquosa de partículas poliméricas no meio disper- sante formado por solução salina com halogeneto de metal do grupo Il pode ser incorporada ao material por qualquer modo que for conveniente. Por exemplo, a dispersão pode ser bombeada diretamente em um conduto atra- vés do qual o material escoa. Alternativamente, a dispersão aquosa pode ser adicionada no estágio final de sedimentação, antes do transporte do material subfluente por um conduite. Qualquer destas maneiras é adequada, por exemplo, quando o material é lama vermelha do processo Bayer Alumina.

Em outra forma da invenção, as partículas poliméricas adiciona- das ao material têm menos 10 mícrons de tamanho médio de partícula. As partículas poliméricas podem ser adicionadas em forma de emulsão de fase reversa compreendendo uma fase dispersa de polímero solúvel em água em um líquido imiscível com água. Alternativamente, as partículas podem ser adicionadas na forma de dispersão de fase reversa que foi preparada por desidratação de emulsão de fase reversa sob pressão reduzida, de modo a eliminar a maior parte da água da fase dispersa. As emulsões ou dispersões de fase reversa contêm freqüentemente partículas poliméricas com tamanho inferior a 2 mícrons em pelo menos 90 %, usualmente abaixo de 1 mícron, tendo, por exemplo, tamanho médio de partícula na faixa de 500 a 750 na- nomêtros. As partículas poliméricas podem, também, ser adicionadas em forma de microemulsão, em que o tamanho médio de partícula pode ser infe- rior a 200 nm, por exemplo 50 a 100 nanomêtros.

Nesta modalidade, a emulsão ou dispersão de fase reversa pode ser bombeada diretamente em um conduíte em que o material esteja sendo transportado, por exemplo, da mesma maneira usada no primeiro aspecto da invenção. Pode ser desejável adicionar um ativador juntamente com a emul- são ou dispersão de fase reversa. O ativador pode ser qualquer ativador convencional normalmente usado para ativar emulsões ou dispersões de fase reversa. O ativador pode ser adicionado em qualquer quantidade ade- quada, tipicamente entre 1 e 5 % em peso da emulsão, por exemplo, entre 2 e 4 %.

Alternativamente, as partículas poliméricas podem ser aglome- rados ou agregados de partículas primárias que têm um tamanho médio de partícula inferior a 10 mícrons e tem que os agregados tamanho médio de partícula acima de 20 mícrons. Assim, as partículas podem existir como agregados ligados friáveis com pelo menos 90 % em peso com tamanho superior a 50 mícrons. Na adição ao material aquoso os agregados dividem- se em partículas primárias.

No processo da invenção, as partículas poliméricas são preferi- velmente adicionadas ao material como partículas substancialmente indivi- duais de tamanho superior a 20 mícrons, com maior preferência, superior a 50 mícrons. Os melhores resultados são obtidos quando as partículas poli- méricas são muito maiores, por exemplo, pelo menos 100 mícrons, por exemplo em pelo menos 90 % acima de 200 mícrons. Preferencialmente, as partículas poliméricas devem ter tamanho até o limite superior de 2,5 mm, por exemplo até 2 mm. Geralmente as partículas poliméricas têm tamanho de partícula na faixa de 500 mícrons a 1 mm ou 1,5 mm. Neste aspecto preferido da invenção, as partículas poliméricas podem ser adicionadas como pó formado a partir de polimerização em solução ou contas formadas por polimerização em suspensão.

As partículas poliméricas são adicionadas diretamente,ao mate- rial por qualquer modo conveniente, usando equipamento convencional de dosagem. Por exemplo, quando as partículas existem como uma dispersão em um líquido adequado (aquoso ou fase reversa) a dispersão pode ser do- sada diretamente no material que está sendo bombeado através de um con- duíte. Quando as partículas poliméricas estão em forma de partículas de escoamento livre, elas podem ser alimentadas a partir de uma tremonha por um alimentador de rosca e misturadas diretamente ao material em escoa- mento através de um conduíte. As partículas poliméricas podem também ser adicionadas ao material por meio de uma corrente de ar. Em algumas situa- ções em que o material está sendo escoado através de um tubo sob pressão alta, pode ser necessário forçar as partículas poliméricas secas diretamente no material por algum meio adequado. Este pode ser, por exemplo, uma bomba de alta pressão, por exemplo, um alimentador de rosca ou uma bom- ba de cavidade progressiva. Em alguns casos, as partículas poliméricas são adicionadas ao material por meio de uma bomba de alta pressão em combi- nação com sopro de ar.

Verificou-se que resultados particularmente bons são obtidos quando as partículas poliméricas solúveis em água são rapidamente distri- buídas através do material. Isto pode ser obtido pela combinação das partí- culas poliméricas com um diluente de particulado. Tipicamente as partículas poliméricas são misturadas com o diluente de modo que as partículas poli- méricas sejam distribuídas através do diluente. O diluente pode ser vantajo- samente cloreto de sódio ou, alternativamente, sacarose. A relação adequa- da entre polímero e diluente pode estar na faixa de 10 : 90 a 90 : 10. Em uma forma preferida da invenção, as partículas são rapida- mente misturadas com o material a fim de reduzir a probabilidade das partí- culas poliméricas serem distribuídas desigualmente através do material, por exemplo, por estratificação das partículas poliméricas. A mistura das partí- cuias poliméricas pode ser feita por um misturador em linha ou, preferivel- mente, desviando uma parte do material para um dispositivo de mistura onde as partículas poliméricas (por exemplo, em pó, emulsão ou dispersão) são intensamente misturadas com o material, sendo então o material tratado re- tornado ao fluxo principal.

Em uma forma preferida da invenção, as partículas poliméricas sólidas são combinadas com o material por meio de um novo equipamento de aplicação de polímero. Neste aspecto, o material (a ser tratado) escoando através de um conduíte é alimentado em uma câmara de mistura. Partículas poliméricas são também alimentadas na câmara de mistura e misturadas com o material. Preferencialmente, as partículas poliméricas são alimenta- das a partir de um recipiente de estocagem, como uma tremonha, por meio de um alimentador de rosca. A câmara de mistura tem, preferencialmente, uma parede circular com um raio no topo maior que o do fundo. Com maior preferência, a câmara tem forma cônica. O material e as partículas poliméri- cas são alimentados na câmara em uma vazão que permite que as partícu- las poliméricas sejam distribuídas através do material. Com preferência ain- da maior, o material é alimentado na câmara cônica de mistura com vazão que permite a formação de um vórtice, no qual as partículas poliméricas de escoamento livre são derramadas, permitindo assim que o material e as par- tículas poliméricas sejam misturados de forma completa.O material tratado deve ser removido da câmara de mistura por meios adequados, por exem- plo, uma bomba de rotor helicoidal. Preferivelmente, só uma parte do mate- rial (a ser tratado) é desviada para a câmara de mistura, onde é combinada com as partículas poliméricas e então retornada ao conduíte principal de transporte do material. A proporção do material desviado para a câmara de mistura é preferivelmente inferior a 50 %, com maior preferência cerca de 5 a 20 %, especialmente 10 %. É surpreendente que o processo da invenção forme um produto que enrijeça de modo muito melhor que o de tratamentos alternativos, por exemplo, o uso de polímeros incháveis em água ou soluções pré-formadas de polímeros solúveis em água. É também surpreendente que resultados especialmente bons sejam obtidos com o uso de polímeros sólidos particu- lados, compreendendo polímero sólido que inclui partículas poliméricas indi- viduais de grande tamanho, como aqui descrito. O processo da invenção minimiza a área ocupada por uma pilha de material de um volume determi- nado e isto é obtido com a manutenção da bombeabilidade do material.

A característica da lama reestruturada é um aspecto significativo da presente invenção. Após adição do polímero solúvel em água, a energia causada pelo bombeamento, mistura ou atrito na tubulação de transporte causa o enrijecimento máximo da mistura, que, gradualmente, se torna me- nos rígida. Em um modo de realização preferido, a mistura em lama possui uma tensão de escoamento inferior a 200 Pa, preferivelmente inferior a 150 Pa e mais preferivelmente na faixa de 20 a 120 Pa, para permitir um bombe- amento satisfatório. Uma vantagem das adições na forma de pó, é que a viscosidade não aumenta ou diminui tão rapidamente como no caso de uma adição em solução.

Outra característica surpreendente da presente invenção é que, uma vez que o material tenha sido transferido para a localização preferida e deixado em repouso, o líquido aquoso é liberado do material em processo de enrijecimento. A liberação do licor aquoso do material é vantajosa para que a pilha de lama tenha um teor real de sólidos maior e não contenha altos ní- veis de licor preso, como no caso de polímero insolúvel em água, inchável com água. Isto proporciona as vantagens de que o material empilhado não é passível de se desestabilizar e também de que o licor que foi liberado possa ser reciclado, por exemplo, para extrair quaisquer valores residuais. No caso da lama vermelha produzida a partir do processo de alumina Bayer, o licor liberado pode ser retornado ao Processo Bayer (por exemplo, estágios de lavagem, espessamento ou digestão) para que sejam utilizados o teor alcali- no e quaisquer traços residuais de aluminato. Na invenção o material é bombeado para um local de deposição, onde ele é deixado fluir sobre a superfície de material previamente enrijecido e onde ele fica parado e se enrijece para formar uma pilha. À medida que este processo é repetido, camadas múltiplas de material enrijecido são construídas como uma pilha. Assim, na presente invenção, provemos tam- bém um produto, que está preferivelmente na forma de uma pilha, produzido pelo processo da invenção, especialmente em qualquer uma das formas es- pecificamente citadas.

Em um outro aspecto da invenção, reivindi-se um aparelho para tratar uma suspensão de material particulado com um produto químico de tratamento sólido particulado compreendendo

um meio para extrair a suspensão de uma linha de escoamento,

uma câmara de mistura,

compreendendo

uma parede circular,

uma abertura no topo e outra na base, em que o raio do topo é maior do que o da base

um meio para levar o produto químico particulado de tratamento para a câmara de mistura e

um meio para transportar a suspensão tratada oriunda da câma- ra de mistura.

O meio para aplicação do produto químico particulado de trata- mento na câmara de mistura pode ser a utilização de um mecanismo de ali- mentação adequado, ou sopro das partículas usando uma corrente de gás, por exemplo, de ar. Preferivelmente, o meio de aplicação de produto químico particulado de tratamento na câmara de mistura inclui um alimentador de rosca. Preferivelmente, o aparelho inclui um meio mecânico de alimentação da suspensão tratada oriunda da câmara de mistura. Este pode ser qualquer bomba adequada, mas inclui, preferivelmente uma bomba com rotor helicoidal.

Um esquema de uma forma preferida do novo aparelho é mos- trado na Figura 2, para a qual se aplicam as seguintes legendas [1] Conduíte para transporte do material

[2] Conduíte de desvio do material

[3] Bomba com controle de fluxo

[4] Câmara de mistura

[5] Recipiente para polímero

[6] Partículas de polímero

[7] Alimentador de rosca

[8] Bomba com rotor helicoidal

[9] Conduíte de retorno

No esquema, material, como lama vermelha, é transportado ao longo do Conduíte [1]. Uma parte do material é direcionada, por meio do Conduíte de desvio [2] para uma câmara de mistura [4]. Uma válvula de controle de fluxo [3] controla o fluxo de material para a câmara de mistura. Partículas de polímero [6] contidas no recipiente de polímero [5] são adicio- nadas por meio do alimentador de rosca [7] à câmara de mistura. As partí- culas de polímero e o material são misturados completamente e, então, bombeados da base da câmara de mistura, por meio de uma bomba de rotor helicoidal [9], sendo retornados pelo Conduíte de retorno [10] para o Condu- ite [1].

Em uma forma preferida da invenção, uma suspensão é tratada por um produto químico particulado de tratamento. A suspensão pode ser qualquer suspensão adequada contendo partículas dispersas em um líquido, por exemplo, qualquer material de acordo com o primeiro aspecto da inven- ção. Preferivelmente a suspensão é uma suspensão aquosa de partículas minerais, com pelo menos 15 % de sólidos, por exemplo, 20 a 80 % de sóli- dos. Mais preferível mente, a suspensão é uma lama vermelha resultante do processo de alumina Bayer. Assim, provê-se um processo no qual uma sus- pensão é tratada por mistura com um produto químico particulado de trata- mento, compreendendo,

escoar a suspensão ao longo de uma linha de fluxo, tomar uma parte da suspensão e direcioná-la para uma câmara de mistura, onde ela é combinada com um produto químico particulado de tratamento e então é retornada para linha de fluxo,

caracterizado pelo fato de que a suspensão penetra na câmara de mistura na forma de um vórtice, no qual o produto químico particulado de

O processo de acordo com este aspecto da invenção supera as dificuldades da mistura de produtos químicos particulados de tratamento di- retamente em uma suspensão a ser tratada. Este processo é particular- mente vantajoso para suspensões com alto teor de sólidos e/ou com alta viscosidade, onde uma distribuição uniforme de produto químico particulado por toda suspensão seria difícil de ser obtida.

O processo é aplicado na mistura de qualquer produto químico de tratamento adequado a um substrato altamente viscoso. Preferivelmente, o produto químico de tratamento compreende um polímero solúvel em água, por exemplo, como definido no primeiro aspecto da invenção. Os produtos químicos de tratamento, preferivelmente, possuem um tamanho de partícula de pelo menos 20 mícrons, preferivelmente de pelo menos 50 mícrons. Os seguintes exemplos servem para ilustrar a invenção.

Exemplo 1

São obtidas amostras de 1000 ml de lama vermelha do subflu- ente do último estágio do lavador, em um processo de alumina da Bayer, antes do estágio de centrifugação. Os sólidos da lama são 28,66 %. Um co- polímero de acrilamida com acrilato de sódio, sólido, em pó, solúvel em água, com viscosidade intrínseca alta (cerca de 10 dl/h) é aplicado às amos- tras de lama vermelha em vários níveis de dosagens. A lama tratada é, agi- tada brandamente em um agitador de laboratório por uma hora, para simular o tempo de residência normal requerido para que a lama vermelha flua atra- vés da tubulação para o local de deposição. As amostras de lama tratada são, então, despejadas em uma superfície nivelada para formar uma massa consistente. Isto para simular a capacidade da lama de formar pilhas. O di- âmetro da massa consistente, altura central da massa consistente, altura da massa consistente na extremidade, inclinação da lama e viscosidade da lama foram medidos, sendo os resultados apresentados na Tabela 1. Tabela 1

<table>table see original document page 20</column></row><table>

Este teste mostra/confirma resultados totais efetivos em doses relativamente pequenas. Por exemplo, em uma dose de 100 g por tonelada se obtém um ângulo de massa consistente acima de 3o. Deve também ser notado que o alto ângulo de massa consistente é obtido sem qualquer au- mento significativo na viscosidade da lama.

Exemplo 2

O procedimento de teste do exemplo 1 é repetido usando amostras de 1000 ml de pasta fluida Australian Red Mud 35 % p/p em NaOH 10 g/l, com condicionamento por vários períodos de tempo usando um agitador Gate a 200 rpm e usando uma dosagem constante de 18 ppm para cada um dos dois tipos de polímero : um copolímero sólido (com ta- manho de partícula de cerca de 1 mm) de acrilamida com acrilato de só- dio, solúvel em água, de alta viscosidade intrínseca (cerca de 10 dl/g) e um polímero de fase reversa em dispersão em óleo de um copolímero solúvel em água de acrilamida com acrilato de sódio com alta viscosidade intrínseca (cerca de 10 dl/g) tendo um tamanho médio de partícula de 750 nanometros. O ângulo de massa consistente é medido para cada tempo de condicionamento, tanto para a dispersão líquida como para o polímero sólido.

Os resultados são mostrados na Tabela 2 Tabela 2

<table>table see original document page 21</column></row><table>Os resultados são plotados na Figura 1.

Pode ser visto com clareza que tanto as partículas de polímero solúvel em água em dispersão em óleo quanto as partículas de polímero solúvel em água do tipo sólido, proporcionam resultados efetivos. Pode tam- bém ser visto que os resultados do polímero tipo sólido dão resultados muito superiores.

Exemplo 3

O procedimento do Exemplo 1 é repetido usando várias doses do copolímero sólido em pó de acrilamida com acrilato de sódio, solúvel em água, de alta viscosidade intrínseca (Produto A) aplicado a amostras de 1000 ml de lama vermelha (30,09 % de sólidos) em vários níveis de dosa- gem e como um teste comparativo usando um absorvente particulado inso- lúvel em água, inchável em água (Produto B). Tensão de escoamento da massa consistente, ângulo de massa consistente, diâmetro de massa con- sistente, altura na extremidade da massa consistente, altura no centro da massa consistente foram medidos e os resultados são mostrados na Tabela 3. Tabela 3

<table>table see original document page 22</column></row><table>

Os resultados demonstram que ângulos de massa consistente efetivos de pelo menos 3 % podem ser obtidos usando dosagens apenas modestas (40 g/l) de polímero em pó solúvel em água por comparação com as altas dosagens (1900 g/t) requeridas de absorvente.

Exemplo 4

Polímero A do Exemplo 3 foi disperso em uma solução a 39 % em peso de cloreto de cálcio como um meio de dispersão aquoso. As partí- culas de polímero não se hidrataram enquanto na dispersão. A dispersão aquosa de polímero A foi considerada como funcionando tão bem quanto a forma particulada.

Claims (5)

1. Processo, caracterizado pelo fato de que compreende as se- guintes etapas: • bombear, como um fluído, um material compreendendo um Ii- quidô aquoso com sólidos particulados dispersos; e • permitir o repouso e o enrijecimento do referido material, em que o enrijecimento é melhorado enquanto a capacidade de bombe- amento do material é mantida pela combinação de partículas poliméricas com o material antes ou durante o bombeamento do material, o material tem um teor de sólidos na faixa de 15% a 80% em peso, as partículas poliméricas compreendem polímero solúvel em água com uma viscosidade intrínseca de pelo menos 3 dL/g, e as partículas poliméricas são diretamente adicionadas ao material na forma de: • agregados friáveis aglutinados de partículas primárias com um tamanho de partícula médio inferior a 10 mícrons, em que pelo menos 90%, em peso, dos agregados apresentam um tamanho superior a 50 mí- crons; ou partículas substancialmente individuais com um tamanho de partícula superior a 20 mícrons.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pe- lo fato de que o polímero solúvel em água é aniônico, e é, preferivelmente, formado a partir de monômero solúvel em água etilenicamente insaturado ou mistura de monômeros compreendendo: (a) monômeros aniônicos selecionados dentre monômeros de ácido carboxílico e/ou de ácido sulfônico etilenicamente insaturados, e (b) opcionalmente, co-monômeros não-iônicos, preferivelmente selecionados do grupo que consiste em (met)acrilamida, ésteres hidroxial- quílicos de ácido (met)acrílico e N-vinil pirrolidona.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracteriza- do pelo fato de que os sólidos particulados dispersos do material são mine- rais.

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o material é composto de lama vermelha do processo Bayer alumina.

5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o material é bombeado para uma área de deposição, onde é deixado fluir da superfície de material previamente enrije- cido, sendo que o material é deixado ficar em repouso e se enrijece para formar uma pilha.