BR112013002968B1

BR112013002968B1 - método para tratar uma corrente de fluido de um processo bayer

Info

Publication number: BR112013002968B1
Application number: BR112013002968-4A
Authority: BR
Inventors: Ryan Travis Chester; John D. Kildea; Jing Wang; Heinrich E. Bode; Xiaojin Harry Li
Original assignee: Nalco Company
Priority date: 2010-08-09
Filing date: 2011-08-03
Publication date: 2021-01-12
Also published as: US8252266B2; WO2012021342A2; RU2016104811A; BR112013002968A2; AU2011289750A1; US20120305837A1; WO2012021342A3; CN103068734A; RU2581872C2; US20120034143A1; US8394290B2; RU2696702C2; AU2011289750B2; RU2016104811A3; RU2013104948A; AU2016213902B2; AU2016213902A1; CN103068734B

Abstract

MÉTODO PARA PRODUZIR ALUMINA. A invenção fornece métodos e composições para melhorar a produção de alumina. A invenção envolve adicionar um produto contendo um ou mais polissacarídeos ao licor dentro do circuito de fluido do processo de produção onde um dos polissacarídeos é escleroglicano. O uso de escleroglicano podem comunicar várias vantagens que incluem pelo menos algumas de: maior eficácia de floculação, aumentar a dosagem eficaz máxima, taxa de sedimentação mais rápida. O processo de produção pode ser um processo Bayer.

Description

MÉTODO PARA TRATAR UMA CORRENTE DE FLUIDO DE UM PROCESSO BAYER

[001] Referência Cruzada aos Pedidos RelacionadosNenhuma. Declaração Com relação à Pesquisa ou Desenvolvimento Patrocinados pelo Governo Federal

[002] Não Aplicável.

Fundamentos da Invenção

[003] A invenção se refere a um método, para melhorar o processo Bayer para a produção de alumina a partir do minério de bauxita. A invenção se refere ao uso de escleroglicano para melhorar o desempenho de operações unitárias dentro do processo Bayer, especificamente para realçar a sedimentação de cristais finos de tri-hidrato de alumina.

[004] No processo Bayer típico para a produção de tri-hidrato de alumina, o minério de bauxita é pulverizado, empastado com solução cáustica, e depois digerido em temperaturas e pressões elevadas. A solução cáustica dissolve óxidos de alumínio, formando uma solução aquosa de aluminato de sódio. Os constituintes insolúveis em cáusticos de minério de bauxita são depois separados da fase aquosa que contém o aluminato de sódio dissolvido. O produto de tri-hidrato de alumina sólido é precipitado da solução e coletado como produto.

[005] Como descrito pelo menos em parte, entre outros lugares, na Patente US 6.814.873, o processo Bayer está constantemente evoluindo e as técnicas específicas utilizadas na indústria para as várias etapas do processo não apenas variam de instalação para instalação, mas também são frequentemente mantidas como segredos comerciais. Como um exemplo mais detalhado, mas não compreensivo, de um processo Bayer, o minério de bauxita pulverizado pode ser alimentado a um misturador de pasta fluida onde uma pasta fluida aquosa é preparada. A solução de composição da pasta fluida é tipicamente licor usado (descrito abaixo) e adicionada solução cáustica. Esta pasta fluida de minério de bauxita é depois passada através de um digestor ou uma série de digestores onde a alumina disponível é liberada do minério como aluminato de sódio solúvel cáustico. A pasta fluida digerida é depois esfriada, por exemplo a cerca de 220°F (104°C), utilizando uma série de tanques de evaporação em que calor e condensado são recuperados. O licor de aluminato que sai da operação de vaporização contém sólidos insolúveis, sólidos estes que consistem do resíduo insolúvel que permanece depois da digestão, ou são precitados durante a mesma. As partículas sólidas mais grossas podem ser removidas do licor de aluminato com um “sifão de areia”, ciclone ou outros meios. As partículas sólidas mais finas podem ser separadas do primeiro licor pela sedimentação e depois pela filtração, se necessário.

[006] O licor de aluminato de sódio clarificado é depois esfriado mais e semeado com cristais de tri-hidrato de alumina para induzir a precipitação de alumina na forma de tri-hidrato de alumina, Al(OH)3. As partículas ou cristais de tri-hidrato de alumina são depois classificadas em várias frações de tamanho e separados do licor cáustico. A fase líquida remanescente, o licor usado, é retornado para a etapa de digestão inicial e utilizada como um digestor depois da reconstituição com cáustico.

[007] Dentro do processo global uma das etapas chave é aquela de precipitação do tri-hidrato de alumina a partir do licor de aluminato de sódio clarificado. Depois que os sólidos insolúveis são removidos para dar o licor de aluminato de sódio clarificado, também aludido como “licor verde”, o mesmo é no geral carregado em um tanque de precipitação adequado, ou série de tanques de precipitação, e semeado com cristais de tri-hidrato de alumina finos recirculados. No(s) tanque(s) de precipitação a mesma é esfriada sob agitação para induzir a precipitação de alumina a partir da solução como trihidrato de alumina. A partícula fina de tri-hidrato de alumina atua como cristais de semente que fornecem sítios de nucleação e aglomeram entre si e crescem como parte deste processo de precipitação.

[008] A formação de cristal de tri-hidrato de alumina (a nucleação, aglomeração e crescimento de cristais de tri-hidrato de alumina), e a precipitação e sua coleta, são etapas críticas na recuperação econômica de valores de alumínio pelo processo Bayer. Os operadores do processo Bayer se esforçam por otimizar seus métodos de formação e precipitação de cristal de modo a produzir o maior rendimento de produto possível a partir do processo Bayer enquanto produzem cristais de uma dada distribuição do tamanho de partícula. Um tamanho de partícula relativamente grande é benéfico para as etapas de processamento subsequentes requeridas para recuperar metal alumínio. Os cristais de tri-hidrato de alumina subdimensionados, ou finos, no geral não são usados na produção de metal alumínio, mas ao invés são reciclados para o uso como semente de cristal de tri-hidrato de alumina de partícula fina. Como uma consequência, o tamanho de partícula dos cristais de tri-hidrato precipitados determina se o material deva ser por fim utilizado como produto (cristais grandes) ou como semente (cristais menores). A classificação e captura das partículas de tri-hidrato de tamanho diferente é portanto uma etapa importante no processo Bayer.

[009] Esta separação ou recuperação de cristais de tri-hidrato de alumina como produto no processo Bayer, ou para o uso como semente de precipitação, é no geral obtida pela sedimentação, ciclones, filtração e/ou uma combinação destas técnicas. As partículas grossas sedimentam facilmente, mas as partículas finas sedimentam lentamente. Tipicamente, as instalações usarão duas ou três etapas de sedimentação de modo a classificar as partículas de trihidrato em distribuições de tamanho diferentes que correspondem ao produto e semente. Em particular, na etapa final de classificação um vaso de sedimentação é frequentemente usado para capturar e sedimentar as partículas de semente finas. Dentro das etapas de sedimentação do sistema de classificação, floculantes podem ser usados para realçar a captura de partícula e taxa de sedimentação.

[0010] O transbordamento do último estágio de classificação é retornado para o processo como licor usado. Este licor usado irá através de trocadores de calor e evaporação e eventualmente ser usado de volta na digestão. Como um resultado, qualquer uma das partículas de tri-hidrato presente no transbordamento neste estágio de sedimentação final não será utilizada dentro do processo nem para semente nem para produto. Efetivamente tal material é recirculado dentro do processo, criando ineficiências. Portanto, é importante obter a concentração mais baixa possível de sólidos no transbordamento do último estágio de classificação para maximizar a eficiência do processo.

[0011] Como descrito para o exemplo na Patente US 5.041.269, a tecnologia convencional utiliza a adição de floculantes de poliacrilato solúvel em água sintético e/ou floculantes de dextrano para melhorar as características de sedimentação das partículas de tri-hidrato de alumina no processo de classificação e reduzir a quantidade de sólidos no licor usado. Embora vários floculantes sejam frequentemente usados nos sistemas de classificação de trihidrato das instalações da Bayer, é altamente desejável reduzir tanto quanto possível, a perda de sólidos com o licor usado.

[0012] Assim existe clara necessidade e utilidade quanto a um método de melhorar a classificação e floculação de tri-hidrato de alumina precitado no processo Bayer. Tais melhoras realçariam a eficiência da produção de alumina a partir de minério de bauxita.

[0013] A técnica descrita nesta seção não é intencionada a constituir uma admissão de que qualquer patente, publicação ou outra informação aqui aludida seja “técnica anterior” com relação a esta invenção, a menos que especificamente planejado como tal. Além disso, esta seção não deve ser interpretada como significando que uma pesquisa foi feita ou que nenhuma outra informação pertinente como definida na 37 CFR § 1,56(A) existe.

Breve Sumário da Invenção

[0014] Pelo menos uma forma de realização da invenção é direcionada para um método para a sedimentação de tri-hidrato de alumina no processo Bayer. O processo compreende adicionar ao sistema uma quantidade eficaz de escleroglicano. O uso de um tal esteroglicano resulta em sedimentação de tri-hidrato de alumina melhorada quando comparado com o uso de floculantes convencionais utilizados neste processo.

[0015] Pelo menos uma forma de realização da invenção é direcionada para um método para produzir alumina que compreende a adição de uma composição que contém um ou mais polissacarídeos, um dos quais é escleroglicano ao licor de uma corrente de fluido de um processo Bayer. A composição pode ser adicionada ao dito licor em um circuito de classificação de tri-hidrato do dito processo de produção de alumina. A composição pode ser adicionada ao dito licor em uma ou mais localizações no dito processo onde a separação de sólido-líquido ocorre. A localização da adição pode facilitar a inibição da taxa de nucleação de um ou mais cristais de tri-hidrato de alumina no dito processo. A localização de adição pode facilitar a redução da taxa de formação de incrustação no dito processo. A composição pode melhorar o sequestro do rendimento de tri-hidrato de alumina.

[0016] Pelo menos uma forma de realização da invenção está direcionada a uma composição que compreende escleroglicano e licor Bayer.

Descrição Detalhada da Invenção

[0017] Para os propósitos deste pedido a definição destes termos é como segue:
“Escleroglicano” é um polissacarídeo que consiste de resíduos de beta-1,3-D-glicose com uma cadeia lateral de beta-1,6-D-glicose a cada três resíduos principais.

[0018] “Licor” ou “licor Bayer” é o meio líquido que corre através de um processo Bayer em uma instalação industrial.

[0019] No evento de que as definições acima ou uma descrição estabelecida em outro lugar neste pedido forem incompatíveis com um significado (explícito ou implícito) que é habitualmente usado, em um dicionário, ou estabelecido em uma fonte incorporada por referência neste pedido, os termos do pedido e de acordo com a reivindicação em particular são entendidos ser interpretados de acordo com a definição ou descrição neste pedido, e não de acordo com a definição comum, definição de dicionário, ou a definição que foi incorporada por referência. Considerando o acima, no evento de que um termo pode apenas ser entendido se for interpretado por um dicionário, se o termo é definido pela Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 5 a Edição, (2005), (Publicada por Wiley, John & Sons, Inc.) esta definição deve controlar como o termo deva ser definido nas reivindicações.

[0020] Em pelo menos uma forma de realização, um processo para extrair tri-hidrato de alumina compreende a digestão de minério de bauxita pré-tratado em um licor alcalino para produzir uma pasta fluida de sólidos de lama vermelha e aluminato em suspensão no licor alcalino depois de decantar os sólidos de lama vermelha da suspensão de licor alcalino para produzir o licor da decantação; a passagem do dito licor da decantação através de filtração de segurança para remover todos os sólidos, a precipitação e produção de uma pasta fluida que contém sólidos de tri-hidrato de alumina que depois são floculados e sedimentados com a adição de um polissacarídeo. Partículas de tri-hidrato maiores são transferidas para o processo de calcinação para produzir alumina purificada enquanto que as partículas mais finas são reutilizadas como semente para o processo de precipitação.

[0021] Em pelo menos uma forma de realização o floculante preferido dos sólidos de tri-hidrato no processo é escleroglicano ou uma combinação de escleroglicano com um ou mais outros polissacarídeos tais como dextrano. O floculante é adicionado na faixa de 0,1 a 100 ppm. A faixa de dose mais preferida para o floculante é de 0,1 a 10 ppm.

[0022] Como descrito pelo menos nas Patentes US 6.726.845, 3.085.853, 5.008.089, 5.041.269, 5.091.159, 5.106.599, 5.346.628 e 5.716.530 e Patentes Australianas 5310690 e 737191, polissacarídeos tais como dextrano foram anteriormente usados no processo Bayer. Entretanto, o uso de escleroglicano resulta em melhoras superiores e inesperadas na atividade quando comparado com polissacarídeos convencionais ou outros reagentes.

[0023] Em pelo menos uma forma de realização a composição é adicionada ao licor em um circuito de classificação de tri-hidrato do dito processo de produção de tri-hidrato de alumina. A composição pode ser adicionada ao dito licor em um ou mais locais em um processo Bayer onde a separação sólido-líquido ocorre.

[0024] Em pelo menos uma forma de realização a composição pode ser adicionada ao dito licor em um ou mais locais em um processo Bayer onde a mesma inibe a taxa de nucleação de um ou mais cristais de hidrato de alumina no dito processo.

[0025] Em pelo menos uma forma de realização a composição pode ser adicionada ao dito licor em um ou mais locais em um processo Bayer onde a mesma reduz a taxa de formação de incrustação no dito processo.

[0026] Em pelo menos uma forma de realização a composição pode ser adicionada ao dito licor em um ou mais locais em um. processo Bayer onde a mesma facilita a clarificação da lama vermelha no processo.

[0027] Em pelo menos uma forma de realização a composição pode ser adicionada em combinação com ou de acordo com qualquer uma das composições e métodos descritos no pedido de patente copendente de propriedade em comum e pelo menos parcialmente coinventado tendo um número de certificado do representante de 8326 e um título de “THE RECOVERY OF ALUMINA TRIHYDRATE DURING THE BAYER PROCESS USING CROSS-LINKED POLYSACCHARIDES.” EXEMPLOS

[0028] O precedente pode ser melhor entendido por referência aos exemplos que seguem, que são apresentados para os propósitos de ilustração e não são intencionados a limitar o escopo da invenção.

[0029] Dentro dos exemplos dados abaixo uma faixa de soluções que contêm escleroglicano e dextrano em várias razões foi usada. O desempenho destas combinações foram comparadas com o desempenho do escleroglicano e/ou dextrano quando usados sozinhos. As composições das formulações combinadas testadas são dadas na tabela I. Quando doses de tais combinações são quotadas, isto se refere à quantidade combinada de escleroglicano mais dextrano adicionado ao processo.
Tabela 1. Razão de componentes em formulações combinadas usadas dentro dos exemplos

Exemplo 1.

[0030] O transbordamento de espessante secundário (ST) de uma instalação Bayer em operação foi coletado exatamente antes do teste, dividido em alíquotas de 1 L em cilindros de medição de 1 L claros e colocados em um banho de água a 75°C. Cada cilindro conteve aproximadamente 83 g/L de trihidrato de alumina. Os produtos testados foram adicionados como soluções diluídas uma depois da outra à superfície da pasta fluida e bem misturados usando um êmbolo de passagem. A taxa de sedimentação foi medida pelo registro do tempo levado para que a interface de sólidos atingisse a marca de 600 ml do cilindro a partir de quando a mistura cessou. O resultado da taxa de sedimentação é convertido para metros por hora (m/h) na Tabela 2.
Tabela 2. Resultados de sedimentação do tri-hidrato de alumina para o Exemplo 1.

[0031] Os dados na tabela 2 indica que uma taxa de sedimentação significantemente mais rápida pode ser obtida com escleroglicano como o floculante comparado a uma dose equivalente de dextrano.,

Exemplo 2:

[0032] O mesmo método como aquele usado no exemplo 1 foram utilizados. A única diferença foi que o teor de sólidos desta pasta fluida coletada foi de 45 g/L. Depois da sedimentação as amostras foram deixadas sedimentar por 15 minutos seguido pela remoção de 50 ml de pasta fluida da superfície da pasta fluida usando uma seringa. Esta alíquota foi filtrada através de um papel de filtro de membrana Supor®450 pré-pesado. Os sólidos foram depois lavados com água deionizada quente e secados a 100°C. O papel de filtro e os sólidos foram depois repesados e a massa de sólidos calculada. Esta massa é listada como “sólidos de transbordamento (g/L)” na Tabela 3. Os resultados são demonstrados na Tabela 3 e mais uma vez mostram o aumento na taxa de sedimentação quando escleroglicano é usado ou incluído em combinação com dextrano em uma formulação. Adicionalmente, sólidos de transbordamento superior (mais baixos) são observados quando escleroglicano ou formulações que contém escleroglicano são usados.
Tabela 3. Resultados de sedimentação de tri-hidrato de alumina para o Exemplo 2

Exemplo 3:

[0033] O mesmo método como no exemplo 2 foi usado. O teor de sólidos da pasta fluida coletada para este teste foram de 67 g/L.
Tabela 4. Resultados de sedimentação de tri-hidrato de alumina para o Exemplo 3.

Exemplo 4.

[0034] O mesmo método como no exemplo 2 foi usado. Dois conjuntos separados de dados foram coletados em duas rodadas experimentais. O teor de sólidos da pasta fluida para as rodadas individuais neste exemplo foi de 79 g/L em ambos os casos. Os 50 ml do topo da pasta fluida foram amostrados depois de 10 minutos de sedimentação ao invés de 15 minutos como no exemplo 2.
Tabela 5. Resultados de sedimentação de tri-hidrato de alumina para o Exemplo 4 rodada 1

Tabela 6. Resultados de sedimentação de tri-hidrato de alumina para o Exemplo 4 rodada 2

Exemplo 5:

[0035] O licor usado da instalação Bayer (200 ml) e semente da instalação seca ao ar (16 g) foram combinadas em uma garrafa e aquecidas a 65°C em um banho de água rotativo. Uma vez que a pasta fluida atingiu o equilíbrio foi transferida para um cilindro de medição de 250 ml que foi suspenso em um banho de água a 65°C. A pasta fluida foi depois dosada com produto, misturados completamente e deixados sedimentar por três minutos seguido pela remoção de 50 ml de pasta fluida da superfície da pasta fluida usando uma seringa. Esta alíquota foi filtrada através de um papel de filtro de membrana SuporS-450 pré-pesado. Os sólidos foram depois lavados com água deionizada quente e secados a 100°C. O papel de filtro e os sólidos foram depois repesados e a massa de sólidos calculada. Esta massa está listada como “sólidos no transbordamento (g/L)” na Tabela 7.
Tabela 7. Resultados de sedimentação de tri-hidrato de alumina para o Exemplo 5.

Exemplo 6.

[0036] O mesmo método como no exemplo 5 foi usado neste exemplo exceto que 500 ml de licor e 40 g de semente foram usados para cada tratamento. A amostragem da pasta fluida foi conduzido depois de 5 minutos de tempo de sedimentação. A taxa de sedimentação foi medida pelo tempo levado para a interface de sólido atingir a graduação de 350 ml no cilindro uma vez que a mistura cessou.
Tabela 8. Resultados de sedimentação de tri-hidrato de alumina do Exemplo 6.

Exemplo 7

[0037] O mesmo método como no exemplo 6 foi usado exceto que o teor de sólidos da pasta fluida neste exemplo foi aumentado para 120 g/L.
Tabela 9. Resultados de sedimentação de tri-hidrato de alumina para o Exemplo 7.

Exemplo 8.

[0038] O licor usado da instalação (1 L) e semente da instalação secada ao ar (80 g) foram combinadas em uma garrafa e aquecida a 65°C em um banho de água rotativo. Uma vez que o equilíbrio foi estabelecido a pasta fluida foi dosada com floculante (como apropriado) bem misturadas e vertidas em um cone de Imhoff de 1 L. A pasta fluida foi deixada sedimentar no cone por vinte minutos antes de deixar a pasta fluida descarregar através do fundo do cone. O tempo de descarga foi medido a partir de quando o tampão foi removido depois dos vinte minutos de sedimentação até quando todo o conteúdo do cone foi descarregado.
Tabela 10. Tempos de descarga do Exemplo 8 para pastas fluidas de trihidrato de alumina sedimentadas usando cones de Imhoff.

Exemplo 9.

[0039] O mesmo método como no exemplo 8 foi usado mas a pasta fluida neste exemplo foi pasta fluida do transbordamento da classificação secundária da instalação coletada da instalação exatamente antes do teste. O teor de sólidos desta pasta fluida foi de 62 g/L.
Tabela 11. Tempos de descarga do Exemplo 9 para pastas fluidas de trihidrato de alumina sedimentadas usando cones de Imhoff.

Exemplo 10.

[0040] O mesmo método como no exemplo 9 foi usado neste exemplo. O teor de sólidos desta pasta fluida foi de 100 g/L.
Tabela 12. Tempos de descarga do Exemplo 10 para as pastas fluidas de trihidrato de alumina sedimentada usando cones de Imhoff.

[0041] Os resultados dos exemplos 8, 9 e 10 indicam que escleroglicano tem um impacto inesperado sobre o fluxo de sólidos de trihidrato de alumina sedimentado.

[0042] Quando aplicado nas mesmas taxas de dose como o dextrano, o escleroglicano fornece uma taxa de sedimentação mais rápida, propriedades reológicas mais desejáveis no leito sedimentado e mantém desempenho similar ou melhor na clareza do derramamento. O uso de escleroglicano é eficaz quando aplicado sozinho, ou como uma combinação com outros polissacarídeos tais como dextrano.

[0043] Embora esta invenção possa ser expressada em muitas formas diferentes, são mostrados nos desenhos e aqui descritos em detalhes as formas de realização preferidas específicas da invenção. A presente descrição é uma exemplificação dos fundamentos e princípios da invenção e não é intencionada a limitar a invenção às formas de realização particulares ilustradas. Todas as patentes, pedidos de patente, documentos científicos, e quaisquer outros materiais de referência mencionados em qualquer lugar neste são incorporados por referência em sua totalidade. Além disso, a invenção abrange qualquer combinação possível de algumas ou de todas das várias formas de realização aqui descritas e aqui incorporadas.

[0044] A descrição acima é intencionada a ser ilustrativa e não exaustiva. Esta descrição sugerirá muitas variações e alternativas a uma pessoa de habilidade comum nesta técnica. Todas estas alternativas e variações são intencionadas a serem incluídas dentro do escopo das reivindicações onde o termo “que compreende” significa “que inclui, mas não limitado a”. Aqueles familiarizados com a técnica podem reconhecer outros equivalentes para as formas de realização específicas aqui descritas equivalentes estes que também são intencionados a serem abrangidos pelas reivindicações.

[0045] Todas as faixas e parâmetros aqui descritos são entendidos abranger qualquer uma e todas as subfaixas incluídas nestes, e todo número entre os pontos de extremidade. Por exemplo, uma faixa estabelecida de “1 a 10” deve ser considerada incluir qualquer uma e todas as subfaixas entre (e inclusiva do) valor mínimo de 1 e o valor máximo de 10; isto é, todas as subfaixas começando com um valor mínimo de 1 ou mais, (por exemplo, de 1 a 6,1), e terminando com um valor máximo de 10 ou menos, (por exemplo de 2,3 a 9,4, de 3 a 8, de 4 a 7), e finalmente para cada número 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 e 10 contidos dentro da faixa.

[0046] Isto completa a descrição das formas de realização preferidas e alternativas da invenção. Aqueles habilitados na técnica podem reconhecer outros equivalentes para as formas de realização específicas aqui descritas equivalentes estes que são intencionados a serem abrangidos pelas reivindicações anexas a este.

Claims

Método para tratar uma corrente de fluido de um processo Bayer, caracterizado pelo fato de que compreende a adição de uma composição contendo um ou mais polissacarídeos, um dos quais é escleroglicano ao licor de uma corrente de fluido de um processo Bayer.
Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição é adicionada ao dito licor em um circuito de classificação de tri-hidrato do dito processo de produção de alumina.
Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição é adicionada ao dito licor em um ou mais locais no dito processo onde a separação sólido-líquido ocorre.
Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição compreende adicionalmente dextrano.
Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende a adição de 0,1 ppm a 100 ppm da composição.