BR112016013846B1 - Sedimentador para decantar pastas fluidas minerais, instalação de separação e método para separar líquido clarificado de pasta fluida espessada das ditas pastas fluidas minerais - Google Patents

Abstract

sedimentador para decantar pastas fluidas minerais e método para separar líquido clarificado de pasta fluida espessada das ditas pastas fluidas minerais a presente invenção refere-se a um sedimentador (20 1) para decantar pastas fluidas minerais que compreende um tanque (203) que tem uma parede lateral (205), um fundo (207) e um topo (209), uma saída (211) para uma pasta fluida espessada no fundo do tanque, uma primeira saída de sobrefluxo (213) para extrair uma corrente de sobrefluxo de um líquido clarificado, um meio de entrada de pasta fluida (215) para introduzir pasta fluida fresca no tanque, sendo que os meios de entrada de pasta fluida (215) têm uma abertura de pasta fluida (261) através da qual a pasta fluida fresca se une a um corpo de pasta fluida no tanque, e um agitador (217) que tem um eixo geométrico vertical (239) em torno do qual o agitador gira ou reciproca, no dito sedimentador a abertura de pasta fluida (261) é deslocada lateralmente em relação ao dito eixo geométrico vertical do agitador e o dito meio de entrada de pasta fluida (215) compreende misturar os meios (251). uma instalação de separação que compreende o sedimentador acima e um método para separar um líquido clarificado de uma pasta fluida espessada de uma pasta fluida mineral.

Description

OBJETO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se a sedimentadores para pas tas fluidas minerais usadas em processos industriais. Mais particular-mente, a invenção se refere a sedimentadores usados para decantar ou espessar pastas fluidas de minerais ou rejeitos minerais, por exemplo, lama vermelha, produzida durante a extração de alumina de bauxi- ta pela digestão alcalina em Bayer ou processo de ataque. Algumas vezes tais sedimentadores são chamados de sedimentadores por gravidade, sedimentadores por pressão, clarificadores, separadores, es- pessantes, espessantes intensos e similares. A seguir, o sedimentador pode ser chamado também de vaso sedimentador por gravidade.

[0002] A presente invenção se refere também a uma instalação de separação que compreende tal sedimentador e a um método para separar um líquido clarificado de uma pasta fluida espessada de uma pasta fluida mineral.

[0003] A descrição a seguir da invenção foca na sedimentação de pastas fluidas do processo de Bayer. Contudo, é enfatizado que a pre-sente invenção tem uma aplicação mais ampla do que essa e se refere, em geral, à sedimentação de qualquer tipo de pastas fluidas de processo.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0004] Muitos processos industriais se utilizam de tanques ou re servatórios em que as pastas fluidas de materiais minerais ou rejeitos são permitidos sedimentar e se tornar mais densos, frequentemente com a assistência de floculantes ou outros auxílios de substância quí- mica, para produzir uma camada de pasta fluida inferior espessada e uma camada superior líquida ou clarificada. O processo de espessa- mento pode ser exigido por várias razões, mas é usado frequentemente para produzir uma lama espessa ou sólido plástico que podem ser eliminados ou transportados de modo mais fácil e econômico do que uma pasta fluida fina. Então, o líquido clarificado pode ser recirculado no mesmo processo industrial ou eliminado diretamente.

[0005] Por exemplo, processos para produzir tri-hidrato de alumina por digestão alcalina de minério de bauxita, conhecidos como processos de Bayer, têm meios de separação para tratar uma pasta fluida obtida da digestão de minério de bauxita, a fim de separar um licor de aluminato de sódio enriquecido de resíduos insolúveis conhecidos como lama vermelha. Os meios de separação são geralmente conectados a meios de precipitação para tratar o licor de aluminato de sódio enriquecido a fim de precipitar tri-hidrato de alumina. O meio de separação frequentemente compreende meio de pré-tratamento para adicionar floculantes à pasta fluida e um sedimentador conectado aos ditos meios de pré-tratamento, para produzir um licor clarificado. O meio de pré-tratamento geralmente aprimora o desempenho do sedimentador pela produção de uma corrente de sobrefluxo de licor clarificado para fora do sedimentador que tem uma baixa concentração de partículas sólidas.

[0006] Nos processos de Bayer conhecidos, os meios de separa ção incluem geralmente meios de filtração para remover pelo menos parte das partículas restantes de resíduos insolúveis do licor clarificado. O uso de filtração após o sedimentador garante que o licor super- saturado a ser enviado aos meios de precipitação seja de alta pureza. As indústrias sempre buscaram e ainda buscam aprimorar o desempenho do meio de separação do processo de Bayer e, mais particularmente, do sedimentador, com o objetivo de simplificar a implantação e a operação da etapa de filtração e para reduzir o custo associado.

[0007] Sedimentadores conhecidos para o tratamento de pastas fluidas minerais, tais como lama vermelha, geralmente compreendem um tanque para reter e decantar um corpo de pasta fluida para formar uma pasta fluida espessada como uma camada inferior e um líquido clarificado como uma camada superior, sendo que o tanque tem uma parede lateral, um fundo e um topo, uma saída para a pasta fluida es-pessada no fundo do tanque e uma saída de sobrefluxo para extrair uma corrente de sobrefluxo do líquido clarificado. A pasta fluida a ser decantada é introduzida no tanque através de um poço de alimentação que geralmente é um cilindro vertical que consiste em uma parede la-teral cilíndrica que tem uma extremidade superior aberta e é parcial-mente submersa abaixo da superfície superior da pasta fluida no tanque. O processo de sedimentação geralmente é assistido por um agitador giratório vertical na forma de um raspador ou similar disposto centralmente no tanque.

[0008] O documento de Patente n° U.S. 6.936.178 descreve um sedimentador para pastas fluidas minerais, tal como lama vermelha do processo de Bayer, que minimiza problemas que podem ser causados por depósito de sólidos indesejáveis devido à grande proporção de partículas ásperas contidas nas ditas pastas fluidas. O sedimentador descrito na patente acima tem um meio de entrada de pasta fluida que tem uma abertura de pasta fluida através da qual pasta fluida fresca se une ao corpo de pasta fluida no tanque e é configurado para evitar o acúmulo de sólidos da dita pasta fluida fresca imediatamente a montante da abertura de pasta fluida. Adicionalmente, a abertura de pasta fluida é deslocada lateralmente em relação ao eixo geométrico geralmente vertical do agitador em torno do qual o agitador gira ou reciproca.

[0009] Há uma necessidade de fornecer um sedimentador para decantar pastas fluidas minerais, tais como lama vermelha, que podem produzir de modo confiável uma corrente de sobrefluxo de líquido clarificado que tem uma baixa concentração de partículas sólidas, enquanto mantém a densidade da pasta fluida espessada em um nível aceitável.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[00010] Um objetivo da presente invenção é aprimorar o projeto do sedimentador a fim de acomodar pastas fluidas que contêm partículas ásperas, tais como lama vermelha, e para produzir de modo confiável uma corrente de sobrefluxo de líquido clarificado que tem uma baixa concentração de partículas sólidas, enquanto mantém a densidade da pasta fluida espessada em um nível aceitável.

[00011] Outro objetivo da presente invenção é otimizar o desempenho do floculante, limitando, desse modo, a quantidade de floculante a ser adicionada.

[00012] De acordo com a presente invenção, é fornecido um sedi- mentador para decantar pastas fluidas minerais que compreende - um tanque para reter e decantar um corpo de pasta fluida para formar uma pasta fluida espessada como uma camada inferior e um líquido clarificado como uma camada superior, sendo que o tanque tem uma parede lateral, um fundo e um topo, - uma saída para a pasta fluida espessada no fundo do tanque, - uma primeira saída de sobrefluxo para extrair uma corrente de sobrefluxo do líquido clarificado, - um meio de entrada de pasta fluida próximo ao topo do tanque para introduzir pasta fluida fresca no tanque, sendo que os meios de entrada de pasta fluida têm uma abertura de pasta fluida através da qual pasta fluida fresca se une ao corpo de pasta fluida no tanque, e - um agitador que tem um eixo geométrico geralmente ver-tical em torno do qual o agitador gira ou reciproca,

[00013] sendo que o dito sedimentador é distinguido pelo fato de que a dita abertura de pasta fluida é deslocada lateralmente em relação ao dito eixo geométrico geralmente vertical do agitador e ao dito meio de entrada de pasta fluida que compreende meios de mistura.

[00014] Preferencialmente, os meios de entrada de pasta fluida definem uma área de fluxo contínuo que compreendem os meios de mistura. Mais preferencialmente, os meios de entrada de pasta fluida definem uma área de fluxo contínuo que compreende os meios de mistura para misturar floculante com pasta fluida fresca ao mesmo tempo que dilui o dito floculante no corpo de pasta fluida retido pelo tanque. Prefe-rencialmente, os meios de mistura não têm fundo, o que significa que não contêm qualquer parte mecânica em que os sólidos poderiam se acumular. Essa configuração impede o acumulo de sólidos imediata-mente acima da abertura de pasta fluida do meio de entrada de pasta fluida. Essa configuração promove também a diluição, dentro do meio de entrada de pasta fluida, do floculante com a pasta fluida do corpo de pasta fluida ao mesmo tempo que mistura o dito floculante com a pasta fluida fresca.

[00015] O agitador pode ser chamado de raspador, visto que o mesmo pode ter a forma de um raspador que tem uma haste vertical central rotatória ou recíproca alinhada ao eixo geométrico vertical.

[00016] Pelo termo "deslocado lateralmente" entende-se que o eixo geométrico vertical do agitador (ou uma extensão para cima do mesmo) não passa através da abertura de pasta fluida visto que a abertura é deslocada horizontalmente para os lados em relação ao eixo geométrico. A abertura de pasta fluida normalmente abre substancialmente para baixo, portanto, se volta para o fundo do tanque.

[00017] O meio de entrada de pasta fluida pode ser chamado de poço de alimentação. Mais precisamente, o mesmo é um poço de alimentação verticalmente orientado dotado de uma abertura de pasta fluida no fundo do poço de alimentação que cria um fluxo de pasta fluida dentro do corpo de pasta fluida no tanque. A posição dos meios de inserção em relação ao eixo geométrico geralmente vertical do agitador sugere que o mesmo poderia ser chamado de um poço de alimentação fora do centro.

[00018] A posição do poço de alimentação em relação ao sedimen- tador impede o acúmulo de partículas sólidas e o bloqueio do subfluxo do material espessado. Adicionalmente, tal poço de alimentação fora do centro combinado com o uso de meios de mistura no dito poço de alimentação fora do centro permite a operação de condições de mistura distintas respectivamente no poço de alimentação e no sedimenta- dor.

[00019] O eixo geométrico vertical do agitador é alinhado, preferen-cialmente, de modo concêntrico com a saída para a pasta fluida es-pessada, com tanto o eixo geométrico quanto a saída estando no centro do tanque. Então, a abertura de pasta fluida tem preferencialmente um centro posicionado a uma distância do centro do tanque por pelo menos 5%, e mais preferencialmente, pelo menos 10%, da distância entre o centro e a parede lateral do tanque. De fato, a abertura de pasta fluida pode ser posicionada 50% ou mais da distância entre o centro do tanque e a parede lateral e, verdadeiramente, pode ser posicionada imediatamente adjacente à parede lateral do tanque.

[00020] O sedimentador da invenção pode ser dotado de mais do que um meio de entrada de pasta fluida, sendo que todos têm aberturas de pasta fluida deslocadas lateralmente em relação ao eixo geométrico vertical do agitador.

[00021] Preferencialmente, os meios de mistura operam de modo independente do agitador.

[00022] Quando os meios de mistura do poço de alimentação com-preendem um ou mais agitadores rotatórios montados no mesmo eixo geométrico giratório, a configuração fora do centro do poço de alimen-tação permite configurar a velocidade rotatória do(s) agitador(es) que é(são) diferente(s) em relação à velocidade do agitador no sedimenta- dor. Em geral, a velocidade rotatória do agitador do poço de alimentação é maior do que a do agitador dentro do sedimentador.

[00023] Preferencialmente, o meio de entrada de pasta fluida é con-figurado para evitar acúmulo de sólidos da pasta fluida fresca imedia-tamente a montante da abertura de pasta fluida.

[00024] Os meios de entrada de pasta fluida têm uma área de corte transversal transversalmente do fluxo de pasta fluida imediatamente a montante da abertura de pasta fluida, e vantajosamente a abertura de pasta fluida tem uma área em corte transversal que é pelo menos 80% tão grande quanto a área em corte transversal do poço de alimentação imediatamente a montante da abertura de pasta fluida. Idealmente, a abertura de pasta fluida é do mesmo tamanho (área) que o corte transversal dos meios de entrada de pasta fluida imediatamente a montante da abertura de pasta fluida, ou não é significativamente me-nor. Isso evita ou impede acúmulo substancial de sólidos da pasta fluida fresca no poço de alimentação imediatamente a montante da abertura de pasta fluida visto que a pasta fluida fresca não se torna desne-cessariamente quiescente dentro do poço de alimentação.

[00025] O acúmulo de sólidos da pasta fluida fresca imediatamente a montante da abertura no meio de entrada de pasta fluida pode ser evitado mantendo-se uma taxa de fluxo adequadamente alta da pasta fluida fresca ao longo dos meios de entrada de pasta fluida e da abertura de pasta fluida inteiros para impedir a sedimentação de sólidos.

[00026] Preferencialmente, o meio de mistura do meio de entrada de pasta fluida compreende pelo menos um agitador giratório. Pelo menos um, preferencialmente todos, o(s) agitador(es) giratório(s) pode (podem) ser um agitador do tipo lâmina.

[00027] Preferencialmente, os meios de entrada de pasta fluida compreendem uma parede cilíndrica vertical, sendo que os meios de mistura do dito meio de entrada de pasta fluida são operados em uma área circular que tem um diâmetro que é de 0,4 a 0,8, por exemplo, 0,6 vezes o diâmetro da dita parede cilíndrica vertical. Isso permite otimizar o contato entre floculantes e materiais sólidos dentro dos meios de entrada de pasta fluida.

[00028] Preferencialmente, os meios de entrada de pasta fluida compreendem um tubo de alimentação de pasta fluida disposto de tal modo que a pasta fluida seja alimentada tangencialmente para o meio de entrada de pasta fluida. Isso permite desacelerar a velocidade da pasta fluida floculada mais gradativamente ao longo da parede lateral do meio de entrada de pasta fluida, limitando, desse modo, a fricção dos agregados do material sólido.

[00029] Preferencialmente, os meios de mistura do meio de entrada de pasta fluida compreendem dois agitadores rotatórios dispostos mais abaixo ou mais acima ou mais acima em relação ao tubo de alimentação de pasta fluida. O uso de dois agitadores rotatórios assegura que a parte maior do volume interno do meio de entrada de pasta fluida seja agitada. A disposição dos dois agitadores rotatórios, respectivamente, mais abaixo ou mais acima e mais alto em relação ao tubo de alimentação de pasta fluida assegura que a pasta fluida floculada seja alimentada em uma região agitada do meio de entrada de pasta fluida.

[00030] Preferencialmente, a abertura de pasta fluida é disposta no fundo do meio de entrada de pasta fluida. Isso assegura que as partículas sólidas da pasta fluida floculada alimentada para o meio de entrada de pasta fluida não se acumulem no fundo do dito meio de entrada de pasta fluida. Isso impede qualquer operação de limpeza ou descamação.

[00031] De acordo com uma modalidade preferencial, o sedimenta- dor da presente invenção compreende uma segunda saída de sobre- fluxo para extrair uma corrente de sobrefluxo de refugo do líquido clarificado quando um valor medido representativo da concentração de partículas sólidas no líquido clarificado for maior do que um limiar pre-determinado, sendo que a corrente de sobrefluxo do líquido clarificado é extraída da primeira saída de sobrefluxo enquanto o dito valor medido é menor do que o limiar predeterminado.

[00032] No contexto de um processo de Bayer, um sedimentador que tem duas saídas de sobrefluxo separadas sugere que há duas linhas separadas, uma conectada à etapa de precipitação, e a outra conectada à etapa de pré-tratamento.

[00033] Preferencialmente, a segunda saída de sobrefluxo é posicionada em um nível mais alto do que a primeira saída de sobrefluxo. Com tal configuração, há um atraso antes de uma corrente de sobre- fluxo de refugo do líquido clarificado fluir para fora da segunda saída de sobrefluxo. Esse atraso fornece algum tempo para reagir antes de atuar na operação do meio de separação. Esse atraso é uma função de uma distância vertical entre ambas as saídas de sobrefluxo. Com tal configuração, não há necessidade de ter uma válvula na linha conectada à segunda saída de sobrefluxo. Portanto, não há efeito prejudicial da escama na válvula operação, mais particularmente, na válvula abertura, visto que não há válvula.

[00034] De acordo com a presente invenção é fornecida uma instalação de separação para separar um líquido clarificado de uma pasta fluida espessada de uma pasta fluida mineral que compreende meios de pré-tratamento para adicionar floculantes a uma pasta fluida fresca e para misturar a dita pasta fluida fresca com os ditos floculantes e obter uma pasta fluida floculada, sendo que a instalação se distingue pe- lo fato de que compreende adicionalmente o sedimentador descrito acima e o dito sedimentador é conectado ao dito meio de pré- tratamento para decantar a dita pasta fluida floculada e para produzir um líquido clarificado.

[00035] A presente invenção também se relaciona a um método para separar um líquido clarificado de uma pasta fluida espessada a partir de uma pasta fluida mineral, que inclui a sedimentação de uma pasta fluida fresca em um sedimentador que compreende

[00036] - introduzir a dita pasta fluida fresca em um corpo de pasta fluida em um tanque dotado de um agitador giratório ou reciprocante em torno de um eixo geométrico geralmente vertical para formar a pasta fluida espessada como uma camada inferior e o líquido clarificado como uma camada superior, sendo que a dita pasta fluida fresca é introduzida em um meio de entrada de pasta fluida através de uma abertura, - remover pasta fluida espessada de uma saída em um fundo do tanque, e - remover líquido clarificado adjacente a um topo do tanque de uma primeira saída de sobrefluxo,

[00037] sendo que o método é distinguido pelo fato de que a dita pasta fluida fresca é misturada usando meios de mistura no dito meio de entrada de pasta fluida, e é introduzida no tanque através da dita abertura em uma posição separada lateralmente do dito eixo geométrico geralmente vertical do agitador.

[00038] Preferencialmente, o meio de entrada de pasta fluida define uma área de fluxo contínuo que compreendem os meios de mistura.

[00039] Preferencialmente, o método compreende pré-tratar a pasta fluida fresca em uma etapa de pré-tratamento adicionando-se um flo- culante à dita pasta fluida fresca e misturar o floculante e a pasta fluida para obter uma pasta fluida floculada.

[00040] O objetivo geral da etapa de pré-tratamento é promover a formação de agregados do material sólido na pasta fluida que, por sua vez, facilita a sedimentação do material sólido na pasta fluida floculada resultante. Um propósito de misturar os floculantes e a pasta fluida na etapa de pré-tratamento é aumentar a probabilidade de contato entre os floculantes e os materiais sólidos na pasta fluida. Outro propósito de misturar os floculantes e a pasta fluida é manter a dispersão, prefe-rencialmente, uma dispersão homogênea, do material sólido, incluindo quaisquer agregados do material sólido que se formem, na pasta fluida e minimizar a sedimentação do material sólido no aparelho usado na etapa de pré-tratamento. Outro propósito de misturar os floculantes e a pasta fluida é permitir que os agregados cresçam até um tamanho adequado para facilitar a separação do material sólido, incluindo agregados do material sólido, e o licor no tanque de sedimentação.

[00041] Preferencialmente, a etapa de pré-tratamento compreende uma etapa de mistura inicial da pasta fluida com pelo menos parte dos floculantes, uma etapa de mistura final da pasta fluida com os floculan- tes no meio de entrada de pasta fluida, e selecionar uma taxa de mistura na etapa de mistura inicial que é mais alta do que a taxa de mistura na etapa de mistura final.

[00042] A taxa de mistura se destina a representar a força de cisa- lhamento aplicada à pasta fluida floculada, ou seja, aos floculantes, às partículas sólidas da pasta fluida e aos materiais sólidos que já foram formados agregados de partículas sólidas com a ajuda dos ditos flocu- lantes. Os agregados do material sólido são chamados também de flo-cos. A taxa de mistura pode ser determinada medindo-se a velocidade da agitação, por exemplo, medindo-se a velocidade da extremidade do agitador giratório.

[00043] Foi constatado que a taxa de mistura aplicada nas diferentes etapas de mistura tem um impacto, não somente no contato entre as partículas sólidas e os floculantes, mas também na quebra dos agregados do material sólido. Em outras palavras, há uma taxa de mistura ideal a ser encontrada. Mais precisamente, há uma sequência de taxas de mistura diferentes a serem aplicadas à pasta fluida, a fim de ou otimizar o contato entre as partículas sólidas e os floculantes ou/e impedir a quebra dos agregados do material sólido. Se a taxa de mistura for baixa demais, não há contato suficiente entre as partículas sólidas e os floculantes. Se a taxa de mistura é alta demais as partículas sólidas que já se aglomeraram tendem a se quebrar. Selecionando-se uma taxa de mistura na etapa de mistura inicial que é mais alta do que a taxa de mistura na etapa de mistura final, foi surpreendentemente constatado que o desempenho da etapa de sedimentação a seguir no sedimentador foi significativamente aprimorado.

[00044] A etapa de pré-tratamento pode compreender também variar a taxa de dosagem de floculantes durante o curso da etapa. A etapa de pré-tratamento pode compreender selecionar a mais alta taxa de dosagem em um estágio anterior da etapa do que em um estágio posterior da etapa.

[00045] Sem se ater a qualquer teoria, parece que a seleção descrita acima da taxa de mistura e a variação das taxas de dosagem aprimoram adicionalmente a probabilidade de contato do material sólido e os floculantes no estágio anterior da etapa de pré-tratamento e promovem adicionalmente a formação de agregados enquanto mantém uma dispersão do material sólido, incluindo quaisquer agregados que possam se formar, na pasta fluida floculada.

[00046] Foi constatado que uma etapa de pré-tratamento que com-preende adicionar floculante a pelo menos um tanque a montante com uma alta taxa de mistura e a um tanque a jusante ou um meio de entrada de pasta fluida do sedimentador por gravidade com uma baixa taxa de mistura pode aprimorar significativamente o desempenho da etapa de separação.

[00047] O impacto de tal esquema de adição de floculante pode ser avaliado levando em consideração, por um lado, a claridade do licor clarificado produzido durante a etapa de sedimentação da pasta fluida floculada ou sua concentração de resíduos insolúveis, e por outro lado, a velocidade de sedimentação da pasta fluida floculada durante e dita etapa de separação.

[00048] Em relação à claridade do licor clarificado, o licor clarificado que é obtido na superfície do vaso sedimentador por gravidade tem uma concentração de resíduos insolúveis que é da ordem de magnitude de 10 mg/l, que é bem menos do que ao usar a etapa de pré- tratamento de floculação convencional.

[00049] Em relação à velocidade de sedimentação da pasta fluida floculada, de fato é um parâmetro importante a ser considerado, visto que a dita velocidade de sedimentação é associada com a eficiência do sedimentador usado na etapa de separação. Visto que o processo da invenção é obviamente destinado a ser usado em usinas em escala industrial, o pré-tratamento de floculação precisa ser realizado de modo que maximize a velocidade de sedimentação. Em particular, o método da presente invenção precisa ser compatível com o uso de um decantador de taxa alta na etapa de separação de sólido/licor.

[00050] Consequentemente, o licor clarificado resultante teve uma porção significativamente reduzida de partículas sólidas de modo que, no contexto do processo de Bayer, nenhuma filtração foi mais exigida e o licor clarificado pode ser alimentado diretamente à etapa de preci-pitação.

[00051] Preferencialmente, a etapa de mistura inicial compreende passar a pasta fluida através de um primeiro e um segundo dispositivo de mistura. O dispositivo de mistura que forma os meios de mistura iniciais pode ser misturador em linha ou, preferencialmente, um tanque de mistura.

[00052] Preferencialmente, o meio de mistura do meio de entrada de pasta fluida compreende pelo menos um agitador giratório. A velo-cidade na ponta do agitador pode ser ajustada para de 0,3 a 0,7 m/s.

[00053] Preferencialmente, os meios de entrada de pasta fluida do sedimentador têm uma abertura de pasta fluida através da qual a pasta fluida floculada é introduzida no sedimentador, sendo que a velocidade da pasta fluida floculada introduzida no sedimentador é mantida de 100 a 150 m/h.

[00054] A velocidade da pasta fluida floculada introduzida no sedi- mentador pode ser determinada dividindo-se a taxa de fluxo da dita pasta fluida pela área de corte transversal da abertura de pasta fluida do poço de alimentação. Manter a velocidade da pasta fluida floculada introduzida no sedimentador na faixa acima assegura que tal velocidade não seja baixa demais para distribuir o material sólido da pasta fluida floculada na maior parte do volume interno do sedimentador, e não seja alta demais para impedir a fricção dos agregados do material sólido e integração com o licor clarificado.

[00055] De acordo com um aspecto preferencial da invenção, o método compreende - extrair uma corrente de sobrefluxo do líquido clarificado da primeira saída de sobrefluxo, enquanto um valor medido representativo da concentração de partículas sólidas no líquido clarificado é menor do que o limiar predeterminado, - parar extrair a corrente de sobrefluxo da primeira saída de sobrefluxo, quando o valor medido for maior do que o limiar predeter-minado, e - extrair uma corrente de sobrefluxo de refugo do líquido clarificado de uma segunda saída de sobrefluxo, quando o valor medido for maior do que o dito limiar predeterminado.

[00056] No contexto de um processo de Bayer, a linha entre a primeira saída de sobrefluxo e a etapa de precipitação tem uma válvula. Essa válvula será mantida fechada apenas durante a operação é anulada, o que significa dizer, quando o valor medido for maior do que o limiar predeterminado. Visto que a duração enquanto a válvula está fechada deve ser limitada, escama não tem tempo de se acumular e a abertura da válvula não será impedida pela escama.

[00057] No contexto de um processo de Bayer, quando o método da invenção é usado para tratar uma pasta fluida obtida da digestão alcalina de minério de bauxita a fim de separar um licor de aluminato de sódio enriquecido de resíduos insolúveis, o mesmo fornece uma etapa de separação significativamente simplificada que é essencialmente realizada por sedimentação por gravidade, e não exige o uso de uma etapa de filtração. Nesse contexto, o método da invenção impede a produção de alumina com uma pureza inaceitável e/ou a ocorrência de incidentes na operação das etapas de recuperação de alumina que seguem a etapa de separação.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00058] A invenção é descrita nas figuras a seguir ilustrando, mas sem limitação, uma modalidade do sedimentador, a instalação de separação e o método da invenção.

[00059] A Figura 1 é um diagrama que ilustra um exemplo de um processo de Bayer que usa um sedimentador de acordo com a presente invenção.

[00060] A Figura 2 representa um exemplo do método de separação de acordo com a presente invenção no contexto de um processo de Bayer.

[00061] A Figura 3 representa uma instalação de separação incluindo um sedimentador de acordo com a presente invenção no contexto de um processo de Bayer usando um tipo de esquema de controle.

[00062] A Figura 4 representa uma instalação de separação incluindo um sedimentador de acordo com a presente invenção no contexto do processo de Bayer usando outro tipo de esquema de controle.

[00063] A Figura 5 representa um corte transversal vertical que mostra um exemplo de sedimentador de acordo com a presente invenção. DESCRIÇÃO DE MODALIDADES

[00064] O processo ilustrado esquematicamente na Figura 1, representa as principais etapas do processo para produzir tri-hidrato de alumina de minério de bauxita de um processo de Bayer conhecido.

[00065] Em referência à Figura 1, o minério de bauxita 10 é alimentado a uma etapa de esmerilhamento 12, a fim de triturar o minério ge-ralmente na presença de licor de aluminato de sódio. A pasta fluida resultante 14 é alimentada para uma etapa de dessilicação 16. Após a dessilicação, uma pasta fluida de licor dessilicado 18 e minério de bauxita são pré-aquecidos em uma etapa de pré-aquecimento 20 e colocados em contato com um licor de aluminato de sódio que é forne-cido a partir de uma corrente de licor de aluminato de sódio fresco não mostrada e a partir de uma corrente reciclada de licor de aluminato de sódio 22. A pasta fluida pré-aquecida 24 de licor de aluminato de sódio e o minério de bauxita são alimentados a uma etapa de digestão 26 em uma cadeia de digestão em que a digestão é realizada sob pressão e em alta temperatura. A cadeia de digestão é compreendida geralmente por uma série de autoclaves em que a pasta fluida circula. Durante o processo de digestão, uma pasta fluida que compreendida por licor de aluminato de sódio enriquecido e resíduos insolúveis é obtida. Durante a digestão, a pasta fluida passa através por trocadores de calor não mostrados que permitem a recuperação de calor dentro da etapa de pré-aquecimento 20. Então, a pasta fluida 28 resultante da digestão é despressurizada em uma etapa 30. Depois, a pasta fluida despressurizada 32, que ainda inclui licor de aluminato de sódio enri-quecido e resíduos insolúveis, é enviada para uma etapa de separação a fim de separar o licor de aluminato de sódio enriquecido dos resíduos insolúveis. A etapa de separação inclui tipicamente uma etapa de decantação ou sedimentação 70 em um vaso de sedimentação por gravidade em que os resíduos insolúveis são separados do licor de aluminato de sódio enriquecido pela gravidade. Em geral, o tanque de sedimentação está sob pressão. Os resíduos insolúveis são removidos do fundo do tanque de sedimentação na forma de lama vermelha 36 enquanto o licor de aluminato de sódio enriquecido, geralmente cha-mado de licor clarificado, é separado da lama vermelha em uma cor-rente de sobrefluxo 38 do dito tanque de sedimentação. Então, a lama vermelha 36 é lavada com água 40 em lavadores de contracorrente 42, a fim de recuperar o aluminato de sódio. O sobrefluxo 44 de um primeiro lavador, que tem um teor muito alto de aluminato de sódio, passa através de uma etapa de filtração auxiliar 66, e a corrente filtrada 67 obtida durante a dita etapa de filtração é, então, enviada para uma etapa de precipitação 52 descrita doravante no presente documento. A lama vermelha lavada 46 é enviada para uma área de descarte. Uma corrente 50 do licor de aluminato de sódio enriquecido separada dos resíduos insolúveis é enviada para etapas adicionais para a recuperação de alumina como alumina de grau de fundição. Essas etapas incluem uma etapa de precipitação e uma etapa de calcinação. Em geral, antes de ser precipitado, a corrente de licor de aluminato supersaturado 50 é resfriada adicionalmente para aumentar a supersa- turação de aluminato de sódio dissolvido. A precipitação é realizada em uma cadeia de decomposição que inclui uma série de precipitado- res 52, em que o filtrado 50 é progressivamente resfriado para precipitar o tri-hidrato de alumina. A precipitação, em geral, inclui também uma etapa de classificação realizada no circuito de classificação 54. O circuito de classificação é alimentado com uma pasta fluida de tri- hidrato de alumina 53 que sai do circuito de precipitação 52. Uma cor-rente 56 de tri-hidrato de alumina fino é separada no circuito de classi-ficação 54 e é reciclada de volta ao circuito de precipitação 52 como alimentação. Ao deixar o circuito de classificação 54, um licor esgotado ou gasto 58 é concentrado por evaporação 60 e o licor concentrado resultante é enviado de volta à etapa de digestão através da corrente reciclada 22, enquanto o tri-hidrato de alumina produzido 62 é alimen-tado a uma etapa de calcinação 64.

[00066] Nos processos de Bayer conhecidos, a etapa de separação exige, em geral, depois da etapa de sedimentação, uma etapa adicional de filtração para remover pelo menos parte das partículas restantes de resíduos insolúveis do licor clarificado. As partículas restantes são frequentemente muito finas, um aditivo de filtração, tal como cal ou aluminato de tricálcio, precisa ser aplicado ao pano de filtração para impedir bloqueios e aprimorar a taxa de filtração. O mesmo se aplica à etapa de filtração auxiliar 66 que exige aluminato de tricálcio 68. O aluminato de tricálcio é geralmente obtido da cal como matéria-prima, mas também consume aluminato de sódio e, portanto, reduz a eficácia de conversão do processo de Bayer. O equipamento e a operação da etapa de filtração são, portanto, bastante complexos e resultam em alto capital e custos operacionais.

[00067] A etapa de separação 70 do processo ilustrado na Figura 1 é realizada essencialmente pela sedimentação da pasta fluida em um vaso sedimentador por gravidade de acordo com a presente invenção, e não exige o uso de uma etapa de filtração antes da etapa de precipitação 52, 54. Devido ao projeto específico do vaso sedimentador por gravidade e seu poço de alimentação, que será descrito em detalhes doravante no presente documento, o licor clarificado que foi obtido na superfície do vaso sedimentador por gravidade tem uma concentração de resíduos insolúveis que é da ordem de magnitude de 10 mg/l. O projeto específico do vaso sedimentador por gravidade combinado com um esquema de controle específico com base na medição contínua da turbidez do licor clarificado, torna possível alimentar uma corrente 50 do dito licor clarificado diretamente à etapa de precipitação, enquanto mantém a pureza da alumina produzida e a confiabilidade de etapas posteriores do processo de recuperação de alumina.

[00068] Em referência agora à Figura 2, a etapa de separação 70 inclui: - pré-tratar a pasta fluida, em uma etapa de pré-tratamento 81, adicionando-se um floculante à dita pasta fluida e misturando-se o floculante e a pasta fluida para obter uma pasta fluida floculada, - sedimentar 83 a dita pasta fluida floculada em um vaso sedimentador por gravidade para produzir um licor clarificado e uma pasta fluida espessada de resíduos insolúveis, - determinar um valor medido representativo da concentração de partículas sólidas no licor clarificado, em uma etapa de medição 85, e - comparar 87 o valor medido com um limiar predetermina-do.

[00069] Apesar de o valor medido ser menor do que o dito limiar predeterminado, a etapa de separação 70 inclui: - extrair 89 uma corrente de sobrefluxo do licor clarificado de uma primeira saída de sobrefluxo do vaso sedimentador por gravidade, e - alimentar 91 o dito licor clarificado diretamente à etapa de precipitação 52.

[00070] Quando o valor medido é maior do que o dito limiar prede-terminado, a etapa de separação 70 inclui: - parar 93 de extrair a corrente de sobrefluxo da primeira saída de sobrefluxo, - extrair 95 uma corrente de sobrefluxo de refugo do licor clarificado de uma segunda saída de sobrefluxo do dito vaso sedimen- tador por gravidade, e - redirecionar 97 o dito licor clarificado à etapa de pré- tratamento 81.

[00071] A Figura 3 e a Figura 4 ilustram uma instalação de separação incluindo um sedimentador de acordo com a presente invenção no contexto de um processo de Bayer usando dois tipos diferentes de es-quema de controle. O processo ilustrado foca na etapa de separação do processo de Bayer, mais precisamente da etapa de despressurização à etapa de precipitação do processo de Bayer.

[00072] Em referência à Figura 3 e à Figura 4, uma corrente de uma pasta fluida 101 que vem da etapa de digestão é resfriada rapidamente à temperatura e pressão ambiente em uma série de tanques rápidos. Para simplificar o diagrama, apenas o último tanque rápido 103 da etapa de despressurização foi representado com sua saída de corrente 105. A pasta fluida despressurizada 107, que compreende um licor de aluminato de sódio enriquecido de alumina dissolvida e resíduos insolúveis formados de partículas de minério de bauxita não dissolvidas, é bombeada, usando uma bomba 109, para uma etapa de pré-tratamento, em que a mesma é tratada adicionando-se floculantes e misturando-se os floculantes e a dita pasta fluida.

[00073] A etapa de pré-tratamento compreende uma etapa de mistura inicial com uma primeira parte dos floculantes que compreende passar a pasta fluida através de um primeiro tanque de mistura 111 e um segundo tanque de mistura 113. A primeira parte dos floculantes é adicionada através de uma primeira linha de alimentação de floculan- tes 115 para a linha entre a bomba 109 e o primeiro tanque de mistura 111, e através de uma segunda linha de alimentação de floculantes 117 para a linha entre o dito primeiro tanque de mistura 111 e o segundo tanque de mistura 113. Os floculantes podem ser qualquer flo- culante adequado, tal como um poliacrilato ou um hidroxamato. A disposição é tal que é possível variar a taxa de dosagem do floculante, dependendo das exigências do processo. O primeiro e o segundo tanques de mistura 111, 113 são ambos equipados com um agitador giratório, respectivamente 121, 123. Os agitadores rotatórios 121, 123 podem ter acionamentos variáveis que tornam possível girar os agitadores em taxas diferentes em cada tanque dependendo das exigências do processo. O primeiro e o segundo tanques de mistura 111, 113 da etapa de pré-tratamento são dispostos em série, com entradas de pasta fluida de processo em seções superiores dos ditos tanques e saídas de licor de processo em seções inferiores dos ditos tanques. A pasta fluida flui em série através dos tanques de mistura 111, 113 de modo que 100% da pasta fluida flua através de cada um dos tanques.

[00074] A etapa de pré-tratamento é realizada a fim de obter uma pasta fluida floculada que é, então, introduzida em um vaso sedimen- tador por gravidade 125, sendo que a floculação da pasta fluida permite um melhor desempenho da sedimentação no vaso sedimentador por gravidade.

[00075] A etapa de pré-tratamento compreende adicionalmente uma etapa de mistura adicional, doravante no presente documento chamada de uma etapa de mistura final, para misturar a pasta fluida com os floculantes, sendo que a dita etapa de mistura final ocorre em um meio de entrada de pasta fluida do vaso sedimentador por gravidade 125, convencionalmente chamado de um poço de alimentação 127. Uma segunda parte dos floculantes é adicionada através de outra linha de alimentação de floculantes 129 a uma linha entre o segundo tanque de mistura 113 e o poço de alimentação 127. Novamente, é possível variar a taxa de dosagem do floculante adicionado através da linha 129 de acordo com as exigências do processo.

[00076] Um poço de alimentação é usado normalmente para corpo de pasta a pasta fluida floculada resultante no dito vaso sedimentador por gravidade. De acordo com um aspecto da invenção, o poço de alimentação 127 é usado para misturar adicionalmente os floculantes com a pasta fluida e, portanto, compreende meios de mistura, tal como um agitador giratório. Mais precisamente, o meio de mistura do poço de alimentação 127 compreende dois agitadores rotatórios 131 montados no mesmo eixo geométrico, para assegurar que uma parte maior do volume interno do dito poço de alimentação seja agitada. Os agitadores rotatórios 131 podem ter acionamentos variáveis. Os dois agitadores rotatórios 131 são dispostos, respectivamente, mais abaixo e mais acima em relação a um tubo de alimentação de pasta fluida 133, para assegurar que a pasta fluida floculada seja alimentada em uma região agitada do poço de alimentação.

[00077] Foi constatado que misturar os floculantes com a pasta fluida exatamente antes da etapa de sedimentação no vaso sedimentador 125 aprimora significativamente o desempenho da etapa de separação. O desempenho da etapa de separação é ainda mais aprimorado, quando a taxa de mistura no primeiro e no segundo tanques de mistura 111, 113 for mais alta do que a taxa de mistura no poço de alimentação 127. Em outras palavras, reduzir a taxa de mistura na etapa de mistura final, e realizando essa etapa de mistura final exatamente antes da etapa de sedimentação da pasta fluida floculada resultante permite obter um licor clarificado que tem uma porção reduzida de partículas sólidas na pasta fluida, por exemplo, menos do que 10 mg/l.

[00078] A velocidade na ponta dos agitadores rotatórios 131 é ajustada de 0,3 a 0,7 m/s. O poço de alimentação 127 tem uma abertura de pasta fluida 135 através da qual a pasta fluida floculada é introduzida no vaso sedimentador por gravidade. A abertura de pasta fluida 135 é disposta no fundo do poço de alimentação 127, para impedir o acú-mulo no fundo do dito poço de alimentação. A velocidade da pasta flu-ida floculada introduzida no vaso sedimentador por gravidade é mantida de 100 a 150 m/h para distribuir os materiais sólidos em uma parte maior do volume interno do vaso sedimentador por gravidade 125 e para impedir a fricção dos materiais sólidos agregados.

[00079] O poço de alimentação compreende uma parede cilíndrica vertical 137, sendo que o agitador giratório é operado em uma área circular que tem um diâmetro que é aproximadamente 0,6 vezes o di-âmetro da dita parede cilíndrica vertical. O tubo de alimentação de pasta fluida 133 é disposto de tal modo que a pasta fluida seja alimentada tangencialmente para o meio de entrada de pasta fluida. O vaso sedimentador por gravidade 125 tem um raspador 141, sendo que a abertura de pasta fluida 135 é deslocada lateralmente em relação a um eixo geométrico principal do raspador. Tal configuração sugere que o eixo geométrico dos agitadores 131 do poço de alimentação 127 é diferente do eixo geométrico do raspador 141, permitindo que a veloci-dade rotatória dos agitadores do poço de alimentação 131 seja diferente daquela do raspador 141.

[00080] Os componentes de sólido e licor da pasta fluida floculada se separam no vaso sedimentador por gravidade 125 para produzir um licor clarificado no topo do dito vaso e uma pasta fluida espessada no fundo do dito vaso.

[00081] O vaso sedimentador por gravidade é dotado de uma primeira saída de sobrefluxo 151 que é conectada aos meios de precipitação 153 através de uma linha 155. Uma sonda de turbidez 157 é disposta na linha 155 para determinar um valor medido da turbidez de uma corrente secundária 159 do licor clarificado. A linha 155 é equipada também com uma válvula de isolamento 161. A válvula de isolamento 161 é conectada funcionalmente à sonda de turbidez através dos meios de controle de processo 163 que incluem meios para com-parar o valor medido com um limiar predeterminado que corresponde preferencialmente a um teor de material sólido no licor clarificado de 10 mg/l.

[00082] Em relação à medição de turbidez, a mesma pode ser realizada extraindo-se uma corrente secundária de licor clarificado e medindo-se continuamente a turbidez da dita corrente secundária e licor clarificado. A medição da turbidez é geralmente feita medindo-se a atenuação de luz conforme a mesma passa através de uma coluna de amostra do licor clarificado. A unidade usada para quantificar a turbi- dez é geralmente Unidades Nefelométricas de Turbidez, ou o acrônimo correspondente UNT. Uma pré-calibragem geralmente é necessária para determinar a concentração de partícula sólida no licor clarificado do valor medido de turbidez. A corrente secundária de licor clarificado pode ser tratada para evitar a descamação na linha, por exemplo, adicionando-se aditivo cáustico ou qualquer outro tipo de aditivo que possa reduzir a escamação. A temperatura da linha também pode ser aumentada a fim de impedir a precipitação de alumina na linha. A corrente secundária de licor clarificado ou qualquer linha em que a sonda de turbidez seja montada pode ser traçada para aumentar a temperatura do licor clarificado a fim de impedir a precipitação de alumina na linha.

[00083] O vaso sedimentador por gravidade é dotado também de uma segunda saída de sobrefluxo 171 que é conectada à etapa de pré-tratamento. A segunda saída de sobrefluxo 171 está em comunicação direta com um tanque de tampão 175, através de uma linha de redirecionamento 173. Pela comunicação direta, entende-se que não há meios que poderiam interromper o fluxo na dita linha. A segunda saída de sobrefluxo 171 é posicionada em um nível mais alto do que a primeira saída de sobrefluxo 151.

[00084] Em operação normal, isto é, enquanto o valor medido de turbidez é menor do que o limiar predeterminado, uma corrente de so- brefluxo do licor clarificado é extraída de uma primeira saída de sobre- fluxo 151 e alimentada diretamente para o meio de precipitação 153 através da linha 155. O meio de controle de processo 163 mantém a válvula de isolamento 163 aberta, enquanto o valor medido é menor do que o limiar predeterminado.

[00085] Em operação anormal, isto é, quando o valor medido for maior do que o limiar predeterminado, a válvula de isolamento 163 é atuada em uma posição fechada pelo meio de controle de processo 163, interrompendo, desse modo, a extração da corrente de sobrefluxo da primeira saída de sobrefluxo 153. O licor clarificado é, então, natu-ralmente redirecionado à etapa de pré-tratamento através da segunda saída de sobrefluxo 171 e a linha de redirecionamento 173 entre a dita segunda saída de sobrefluxo 171 e o tanque de tampão 175.

[00086] Visto que a segunda saída de sobrefluxo 171 é posicionada mais alta do que a primeira saída de sobrefluxo 151, não há necessidade de ter uma válvula na linha de redirecionamento 173. Isso impede qualquer escamação que possa ser formada em uma válvula que seria prejudicial à operação de abertura da válvula. Em relação à válvula de isolamento 161, a mesma será mantida fechada apenas em operação anormal. Visto que a duração enquanto a válvula de isolamento 161 é mantida fechada geralmente é limitada, a escama não deve ter tempo para se acumular a abertura da válvula de isolamento 161 não deve ser impedida da presença de escama.

[00087] Em ambas as modalidades representadas, respectivamente, na Figura 3 e na Figura 4, o redirecionamento do licor clarificado à etapa de pré-tratamento, quando o valor medido for maior do que o limiar predeterminado, é realizado através de um tanque de tampão 175. O licor clarificado redirecionado pode ser chamado de licor clarifi- cado de refugo. O tempo de permanência no tanque de tampão fornece mais tempo para atuar na operação da etapa de separação e, mais particularmente, na etapa de pré-tratamento da dita etapa de separação. Em ambos os casos, o licor clarificado é introduzido em uma parte inferior do tanque de tampão 175, a fim de impedir o resfriamento do licor clarificado de refugo que levaria a uma precipitação prejudicial de alumina no dito tanque de tampão. Em ambos os casos, o licor clarifi-cado de refugo pode ser redirecionado do fundo do tanque de tampão 175 à etapa de pré-tratamento, através de uma linha 181 equipada com uma bomba 183 e através do fundo do tanque rápido 103 da etapa de despressurização.

[00088] Na instalação de separação da Figura 3, a corrente é injetada no tanque de tampão através de um injetor de corrente 185, a fim de estabilizar o licor e impedir a precipitação de alumina no dito tanque de tampão.

[00089] Na instalação de separação da Figura 4, uma quantidade mínima de soda cáustica 187 é mantida no tanque de tampão, para estabilizar o licor e impedir a precipitação de alumina no dito tanque de tampão. A quantidade mínima de soda cáustica é determinada de modo que a razão de peso de alumina em relação à soda cáustica seja reduzida por um valor predeterminado, por exemplo, 0,60.

[00090] Em referência agora à Figura 5, as funções descritas acima do sedimentador por gravidade que podem ser usadas na instalação de separação são descrias agora em mais detalhes, fora do contexto do processo de Bayer. De fato, o sedimentador por gravidade representado pode ser usado para decantar ou espessar qualquer tipo de pastas fluidas minerais.

[00091] O sedimentador por gravidade 201 compreende um vaso ou um tanque 203 para reter e decantar um corpo de pasta fluida para formar uma pasta fluida espessada como uma camada inferior e um líquido clarificado como uma camada superior, sendo que o tanque tem uma parede lateral 205, um fundo 207 e um topo 209, uma saída 211 para a pasta fluida espessada no fundo do tanque, uma primeira saída de sobrefluxo 213 para a camada de líquido clarificado próxima ao topo do tanque, e um meio de entrada de pasta fluida chamado também de poço de alimentação 215 próximo ao topo do tanque para introduzir pasta fluida fresca no tanque. O sedimentador por gravidade inclui um agitador central na forma de um raspador giratório 217 operado por um motor 219 que tem um eixo geométrico geralmente vertical em torno do qual o agitador gira ou reciproca. O raspador consiste em um eixo vertical central em pé 221 que tem inúmeros braços que se estendem radialmente com ângulo para cima 223 que formam dentes fixados rigidamente ao eixo central.

[00092] A pasta fluida geralmente é pré-tratada adicionando-se flo- culantes e a pasta fluida floculada resultante se recolhe dentro do tanque para uma superfície superior 231 próxima ao topo 209 do tanque. Os flocos de lama sedimentam para formar uma camada inferior de lama espessada 233 e uma camada superior de licor clarificado 235. Conforme gira em torno de seu eixo geométrico vertical central 239, o raspador 217 forma canais nos sólidos floculados (lama ativa) que permite egresso de água para a superfície e, portanto, facilita a densi- ficação da lama. A lama espessada é extraída da saída de subfluxo 211. A primeira saída de sobrefluxo 213 é projetada para ser operacional na operação normal, o que significa que, enquanto a claridade do líquido clarificado estiver dentro de uma especificação-alvo. Uma válvula de isolamento geralmente é fornecida na linha conectada à primeira saída de sobrefluxo 213. Em operação anormal, o que significa dizer, quando a claridade do líquido clarificado estiver fora da especificação-alvo, a válvula de isolamento será atuada em uma posição fechada.

[00093] O sedimentador por gravidade 201 compreende uma segunda saída de sobrefluxo 241 que é posicionada em um nível mais alto do que a primeira saída de sobrefluxo 213. A segunda saída de sobrefluxo 241 é projetada para extrair uma corrente de sobrefluxo de refugo do licor clarificado, quando a claridade do líquido clarificado estiver fora da especificação-alvo. A segunda saída de sobrefluxo 241 geralmente é conectada a uma parte a montante do processo em que o sedimentador por gravidade é usado, tal como, uma etapa de pré- tratamento para adicionar um floculante à pasta fluida fresca a ser tratada e para misturar o dito floculante e a dita pasta fluida fresca. Visto que a segunda saída de sobrefluxo 241 é posicionada em um nível mais alto do que a primeira saída de sobrefluxo 213, não há necessidade de ter uma válvula na linha conectada à segunda saída de sobre- fluxo e a segunda saída de sobrefluxo pode estar em comunicação direta à parte a montante do processo em que o líquido clarificado de refugo é reciclado. Consequentemente, não há efeito prejudicial da escama na operação da válvula, mais particularmente, na abertura da válvula, visto que não há válvula.

[00094] O poço de alimentação 215 é dotado de meios de mistura, dois agitadores do tipo de lâmina rotatórios 251 que são montados no mesmo eixo geométrico 253. O uso de dois ou mais agitadores rotatórios é para assegurar que a parte maior do volume interno do meio de entrada de pasta fluida seja agitada. O poço de alimentação 215 tem uma parede cilíndrica vertical 255. Os agitadores rotatórios 251 são operados em uma área circular que tem um diâmetro que é de 0,4 a 0,8, por exemplo, 0,6 vezes o diâmetro da parede cilíndrica vertical 255. Tal configuração permite otimizar o contato entre floculantes e materiais sólidos dentro dos meios de entrada de pasta fluida.

[00095] O poço de alimentação 215 tem um tubo de alimentação de pasta fluida 257 disposto de tal modo que a pasta fluida seja alimenta- da tangencialmente para o meio de entrada de pasta fluida. Isso faz com que a pasta fluida circule em torno da parte de dentro do poço de alimentação e permite a desaceleração da velocidade da pasta fluida floculada mais gradativamente ao longo da parede lateral do meio de entrada de pasta fluida, limitando, desse modo, a fricção dos agregados do material sólido. Isso minimiza também correntes no tanque 205 e ajuda a mistura da pasta fluida e do floculante no poço de alimentação antes de a pasta fluida entrar no tanque. Os dois agitadores rotatórios 251 são dispostos, respectivamente, mais abaixo ou mais acima em relação ao tubo de alimentação de pasta fluida, para assegurar que a pasta fluida floculada seja alimentada para uma região agitada do poço de alimentação 215.

[00096] O poço de alimentação 215 tem uma abertura de pasta fluida 261 através da qual a pasta fluida floculada é introduzida no tanque de sedimentador por gravidade, sendo que a dita abertura de pasta fluida é disposta no fundo do dito poço de alimentação. Isso é para assegurar que as partículas sólidas da pasta fluida floculada não se acumulem no fundo do poço de alimentação.

[00097] O poço de alimentação 215 define uma área de fluxo contínuo em que os meios de mistura 251 são dispostos. Os meios de mistura 251 não têm fundo ou, mais precisamente, não contêm qualquer parte mecânica em que sólidos poderiam acumular.

[00098] A abertura de pasta fluida 261 do poço de alimentação 215, através da qual a pasta fluida floculada é introduzida no tanque de se- dimentador por gravidade 205, permite alguma introdução da pasta fluida do corpo de pasta fluida retido pelo tanque dentro do poço de alimentação. Isso geralmente é causado por correntes convencionais dentro do corpo de pasta fluida retido pelo tanque. Quando o poço de alimentação 215 é localizado na parte de topo do sedimentador tanque, a pasta fluida do corpo de pasta fluida que é introduzida no poço de alimentação contém sólidos muito pequenos e é essencialmente produzida a partir de licor ou licor sobrenadante. Consequentemente, o floculante que é misturado com a pasta fluida fresca, dentro do poço de alimentação 215, é ao mesmo tempo diluído com licor sobrenadan- te do sedimentador tanque, promovendo, desse modo, o efeito de diluição assim como a otimização do processo de floculação.

[00099] Adicionalmente, visto que a mistura pelos meios de mistura 251 não é confinada, mas aplicada a uma parte maior do volume interno do poço de alimentação 215 ou a todo o volume interno do poço de alimentação 215, o efeito de diluição mencionado acima é completa-mente aplicado à mistura de pasta fluida fresca e floculantes em uma maneira muito controlada. Consequentemente, a diluição é homogênea, o que leva a um processo de floculação ainda mais eficiente.

[000100] A abertura de pasta fluida 261 é deslocada lateralmente em relação ao eixo geométrico principal 221 do raspador 217. Portanto, o poço de alimentação é lateralmente deslocado em relação ao eixo ge-ométrico vertical central e ao eixo de raspador 221. Em outras palavras, o poço de alimentação não é posicionado nas proximidades imediatas do eixo de raspador central 221. Desse modo, a vantagem é obtida é que a tendência das partículas ásperas se acumularem em torno do fundo do raspador 217 na região da saída de subfluxo 211 é reduzida. Tal configuração do poço de alimentação em relação ao se- dimentador por gravidade impede também o acúmulo de partículas sólidas e o bloqueio do subfluxo de material espessado. Adicionalmente, tal poço de alimentação fora do centro combinado com o uso de meios de mistura no dito poço de alimentação fora do centro permite a operação de condições de mistura distintas respectivamente no poço de alimentação e no vaso sedimentador por gravidade. Por exemplo, quando os meios de mistura do poço de alimentação compreendem um ou mais agitadores rotatórios montados no mesmo eixo geométrico giratório, a configuração do poço de alimentação fora do centro permite configurar a velocidade rotatória do(s) agitador(es) que é diferente da velocidade do raspador no vaso sedimentador por gravidade. Em geral, a velocidade rotatória do agitador do poço de alimentação é maior do que aquela do raspador dentro do vaso sedimentador por gravidade.

[000101] No contexto do processo de Bayer, o sedimentador e a ins-talação de separação da presente invenção permitem a simplificação da etapa de separação devido à supressão da etapa de filtração. A concentração de partículas sólidas de resíduos insolúveis no licor clari-ficado que é, em operação normal, alimentado diretamente à etapa de precipitação tem um alto nível de pureza que pode ser mantido de modo confiável ao longo do tempo, de modo que a etapa de recuperação de alumina que segue a etapa de separação possa ser realizada com perturbações muito limitadas.

EXEMPLO 1

[000102] Duas séries de testes foram conduzidas, a fim de medir e comparar o impacto da qualidade da alumina, ao substituir a etapa de separação da técnica anterior, o que inclui uma etapa de sedimentação seguida por uma etapa de filtração, por uma nova etapa de separação 70 incluindo uma sedimentação (83) e uma etapa de pré- tratamento (81) de acordo com uma modalidade preferencial da invenção.

[000103] Uma primeira série de testes foi conduzida a fim de reproduzir as condições operacionais do processo de Bayer de acordo com a técnica anterior. Bauxita esmerilhada e solução de aluminato de sódio esgotada foram ambos amostrados a partir de uma refinaria de alumina comercial.

[000104] Em um primeiro ciclo da primeira série de testes, a bauxita amostrada e a solução foram ambas misturadas junto com cal, sendo que o peso de cal adicionado era igual a 0,1% do peso de bauxita. Depois, a pasta fluida resultante foi transferida para um vaso pressuri-zado a 80 °C por 6 horas, para reproduzir condições da etapa de pré- dessilicação. A pasta fluida pré-dessilicada resultante foi, então, trans-ferida para dentro de outro vaso pressurizado e mantida a 145 °C por 45 minutos. A pasta fluida digerida resultante foi, então, resfriada antes de ser colocada de um cilindro com floculante em um banho termostático, reproduzindo, desse modo, a etapa de clarificação. O licor clarificado recuperado da dita pasta fluida foi, então, misturado com alumi- nato de tricálcio, antes de ser filtrado em um filtro a vácuo para obter um filtrado. Alimentações de tri-hidrato de alumina foram adicionadas ao filtrado, e a mistura resultante foi introduzida em um banho giratório por 20 horas, em que as temperaturas foram controladas a 60 °C para reproduzir uma etapa de precipitação. O tri-hidrato de alumínio foi, en-tão, recuperado por filtração e depois o licor de aluminato de sódio es-gotado resultante foi usado para um segundo ciclo.

[000105] Em três ciclos seguintes da primeira série de testes, as mesmas operações experimentais do primeiro ciclo foram realizadas, com uma etapa inicial de misturar a solução esgotada de aluminato de sódio recuperada no ciclo antecedente com outra amostra de bauxita esmerilhada com a mesma porção de cal.

[000106] Para a segunda série de testes, as operações acima foram reproduzidas, exceto pelo fato de que a pasta fluida digerida foi pré- tratada e de que a filtração foi suprimida. O pré-tratamento da pasta fluida digerida foi realizado transferindo-se a dita pasta fluida digerida dentro de um vaso agitado com um floculante, e misturando-se o flocu- lante e a pasta fluida digerida para obter uma pasta fluida floculada. Esse pré-tratamento da pasta fluida digerida foi feito depois do resfri-amento da dita pasta fluida digerida e antes de colocar a pasta fluida dentro de um cilindro em um banho termostático.

[000107] Uma amostra de tri-hidrato de alumínio recuperada na ex-tremidade de cada ciclo foi analisada pelas impurezas e os resultados são mostrados na tabela 1. Além disso, uma amostra do licor de alu- minato de sódio esgotado foi obtida na extremidade de cada ciclo antes da etapa de precipitação, o que significa dizer o filtrado, e depois da etapa de precipitação, para a análise do teor total de orgânicos. Os resultados são mostrados na tabela 2.

TABELA 1- IMPUREZAS NO TRI-HIDRATO DE ALUMÍNIO PRODUZIDAS DURANTE OS TESTES

TABELA 2 - TEOR rOTAL DE ORGÂNICOS (G/L) NO LICOR

[000108] #Os resultados mostram que não há impacto estatisticamente significativo na qualidade da alumina e no teor de orgânicos ao substituir a etapa de separação da técnica anterior, que inclui uma etapa de sedimentação seguida por uma etapa de filtração, por uma nova etapa de separação incluindo uma sedimentação e uma etapa de pré-tratamento de acordo com uma modalidade preferencial da invenção. Contudo, há economias significativas em cal e outras matérias- primas, equipamento e mão de obra.

EXEMPLO 2

[00109] A fim de testas os meios de pré-tratamento e o vaso sedi- mentador por gravidade da etapa de separação 70, uma unidade piloto de separação foi construída próxima a uma refinaria comercial. A unidade piloto de separação inclui um primeiro tanque de mistura e um segundo tanque de mistura conectados em série, sendo que cada tanque de mistura tem uma linha de introdução de floculante. A saída do segundo tanque de mistura é conectada a um poço de alimentação fora do centro agitado de um vaso sedimentador por gravidade. Uma corrente de pasta fluida foi extraída da etapa de despressurização 30 da refinaria e alimentada para a unidade piloto de separação.

[00110] Em um primeiro teste, um floculante com base em hidroxa- mato foi apenas adicionado no poço de alimentação do vaso sedimen- tador por gravidade, sem qualquer agitação no poço de alimentação. A quantidade de floculante adicionado à pasta fluida alimentada para a unidade piloto de separação foi 100 g/t do material sólido. Uma corrente de sobrefluxo foi extraída para fora do vaso sedimentador por gravidade e a claridade medida do dito sobrefluxo foi, em média, 43 mg/l.

[00111] Em um segundo teste, o mesmo floculante foi adicionado no primeiro tanque de mistura com uma dosagem de 70 g/t do material sólido, no segundo tanque de mistura com uma dosagem de 42 g/t do material sólido, e no poço de alimentação do vaso sedimentador por gravidade com uma dosagem de 28 g/t do material sólido. O agitador no primeiro tanque de mistura foi girado de modo que a velocidade na ponta do dito agitador fosse mantida a 1,9 m/h. O agitador no segundo tanque de mistura foi girado de modo que a velocidade na ponta do dito agitador fosse determinada a 0,9 m/h. O agitador no poço de ali-mentação foi girado de modo que a velocidade na ponta do dito agitador fosse mantida a 0,3 m/h. A claridade medida da corrente de sobre- fluxo extraída para fora do vaso sedimentador por gravidade foi 0,8 mg/l. Tal valor baixo da claridade permitiria alimentar a corrente de sobrefluxo extraída do vaso sedimentador por gravidade diretamente à etapa de precipitação, sem a necessidade de qualquer filtração.

Claims (15)

1. Sedimentador (125; 201) para decantar pastas fluidas minerais que compreende - um tanque (203) para reter e decantar um corpo de pasta fluida para formar uma pasta fluida espessada (233) como uma camada inferior e um líquido clarificado (235) como uma camada superior, sendo que o tanque tem uma parede lateral (205), um fundo (207) e um topo (209), - uma saída (211) para a pasta fluida espessada no fundo do tanque, - uma primeira saída de sobrefluxo (151; 213) para extrair uma corrente de sobrefluxo do líquido clarificado, - um agitador (141; 217) que tem um eixo geométrico ge-ralmente vertical (239) em torno do qual o agitador gira ou reciproca, e - um meio de entrada de pasta fluida (127; 215) próximo ao topo do tanque para introduzir pasta fluida fresca no tanque, sendo que os meios de entrada de pasta fluida (127; 215) têm uma parede cilín-drica vertical e uma abertura de pasta fluida (135; 261) através da qual a pasta fluida fresca se une ao corpo da pasta fluida no tanque, caracterizado pelo fato de que a dita abertura de pasta fluida (135; 261) é disposta no fundo do meio de entrada de pasta fluida (127; 215) e é deslocada lateralmente em relação ao dito eixo geométrico geralmente vertical do agitador, e em que o dito meio de entrada de pasta fluida (127; 215) compreende meios de mistura (131; 251), os meios de mistura do dito meio de entrada de pasta fluida sendo operados em uma área circular que tem um diâmetro que tem de 0,4 a 0,8 vezes o diâmetro da dita parede cilíndrica vertical.

2. Sedimentador, de acordo com a reivindicação 1, caracte-rizado pelo fato de que o meio de entrada de pasta fluida (127; 215) define uma área de fluxo contínuo que compreende os meios de mistu- ra.

3. Sedimentador, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, ca-racterizado pelo fato de que o meio de mistura (131; 251) opera in-dependentemente do agitador (141; 217).

4. Sedimentador, de acordo com qualquer uma das reivindi-cações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o meio de entrada de pasta fluida (127; 215) é configurado para evitar o acúmulo de sólidos da pasta fluida fresca imediatamente a montante da abertura de pasta fluida.

5. Sedimentador, de acordo com qualquer uma das reivindi-cações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o meio de mistura (131; 251) do meio de entrada de pasta fluida (127; 215) compreende pelo menos um agitador giratório.

6. Sedimentador, de acordo com qualquer uma das reivindi-cações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que os meios de entrada de pasta fluida (127; 215) compreendem um tubo de alimentação de pasta fluida (133; 257) disposto de tal modo que a pasta fluida seja alimentada tangencialmente para o meio de entrada de pasta fluida.

7. Sedimentador, de acordo com a reivindicação 6, caracte-rizado pelo fato de que os meios de mistura (131; 251) dos meios de entrada de pasta fluida (127; 215) compreendem dois agitadores rota-tórios (251), dispostos mais abaixo ou mais acima em relação ao tubo de alimentação de pasta fluida (133; 257).

8. Sedimentador, de acordo com qualquer uma das reivindi-cações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o mesmo compreende uma segunda saída de sobrefluxo (171; 241) para extrair uma corrente de sobrefluxo fora de especificação do líquido clarificado quando um valor medido representativo da concentração de partículas sólidas no líquido clarificado for maior do que um limiar predeterminado, sendo que a corrente de sobrefluxo do líquido clarificado é extraída da primei- ra saída de sobrefluxo enquanto o dito valor medido é menor do que o limiar predeterminado.

9. Sedimentador, de acordo com a reivindicação 8, caracte-rizado pelo fato de que a segunda saída de sobrefluxo (171; 241) é posicionada em um nível mais alto do que a primeira saída de sobre- fluxo (151).

10. Instalação de separação para separar um líquido clarifi-cado de uma pasta fluida espessada de uma pasta fluida mineral que compreende um meio de pré-tratamento (111, 113, 127) para adicionar floculantes (115, 117, 129) a uma pasta fluida fresca e para misturar a dita pasta fluida fresca aos ditos floculantes e obter uma pasta fluida floculada, sendo que a instalação de separação é caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um sedimentador, como defi-nido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, sendo que o dito se- dimentador é conectado ao dito meio de pré-tratamento para decantar a dita pasta fluida floculada e para produzir um líquido clarificado.

11. Método para separar um líquido clarificado de uma pasta fluida espessada de uma pasta fluida mineral que inclui a sedimentação (83) de uma pasta fluida fresca em um sedimentador (125; 201) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, que compreende - introduzir a dita pasta fluida fresca no corpo de pasta fluida no tanque dotado de um agitador (141; 217) giratório ou reciprocan- te em torno do eixo geométrico geralmente vertical (239) para formar a pasta fluida espessada como uma camada inferior e o líquido clarificado como uma camada superior, sendo que a dita pasta fluida fresca é introduzida no dito corpo de pasta fluida através da abertura do meio de entrada de pasta fluida (127; 215), - remover pasta fluida espessada da saída em um fundo do tanque, e - remover líquido clarificado adjacente ao topo do tanque da primeira saída de sobrefluxo (151 ; 213), caracterizado pelo fato de que a dita pasta fluida fresca é misturada com o uso de um meio de mistura (131; 251) no dito meio de entrada de pasta fluida (127; 215), e é introduzida no tanque através da dita abertura em uma posição separada lateralmente do dito eixo geométrico geralmente vertical (239) do agitador.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o meio de entrada de pasta fluida (127; 215) define uma área de fluxo contínuo que compreende os meios de mistura.

13. Método, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, ca-racterizado pelo fato de que o mesmo compreende pré-tratar a pasta fluida fresca em uma etapa de pré-tratamento (81) adicionando-se um floculante (115, 117, 129) à dita pasta fluida fresca e misturar o flocu- lante e a pasta fluida para obter uma pasta fluida floculada.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a etapa de pré-tratamento compreende: - uma etapa de mistura inicial da pasta fluida com pelo menos parte dos floculantes, - uma etapa de mistura final da pasta fluida com os floculan- tes no meio de entrada de pasta fluida (127; 215), e - selecionar uma taxa de mistura na etapa de mistura inicial que seja mais alta do que a taxa de mistura na etapa de mistura final.

15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 14, caracterizado pelo fato de que compreende: - extrair (89) uma corrente de sobrefluxo do líquido clarifi-cado da primeira saída de sobrefluxo (151; 213), enquanto um valor medido representativo da concentração de partículas sólidas no líquido clarificado é menor do que o limiar predeterminado, - parar (95) de extrair a corrente de sobrefluxo da primeira saída de sobrefluxo (151; 213), quando o valor medido for maior do que o limiar predeterminado, e - extrair (93) uma corrente de sobrefluxo fora de especifica-ção do líquido clarificado de uma segunda saída de sobrefluxo (171; 241), quando o valor medido for maior do que o dito limiar predetermi-nado.

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