BR112017020846B1 - Processo para preparar uma fluorita sintética de grau ácido, fluorita sintética de grau ácido e aparelho para preparar a dita fluorita sintética de grau ácido - Google Patents
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Abstract
PROCESSO E APARELHO PARA PREPARAR UMA FLUORITA SINTÉTICA, FLUORITA SINTÉTICA E SEU USO. A presente invenção se refere a uma fluorita sintética de alta pureza (CaF2). A presente invenção se refere adicionalmente a um processo e um aparelho para preparar a dita fluorita sintética de alta pureza (CaF2), classificada como grau ácido, a partir de ácido fluorossilícico H2SiF6 (FSA) e carbonato de cálcio (CaCO3). Finalmente, a presente invenção se refere ao uso da dita fluorita sintética de alta pureza (CaF2) na produção industrial de ácido fluorídrico.
Description
[001] A presente invenção refere-se a uma fluorita sintética de alta pureza (CaF2). Além disso, a presente invenção se refere a um processo para a preparação da dita fluorita sintética de alta pureza (CaF2), classificada como grau ácido, a partir do ácido fluorossilícico H2SiF6 (FSA). Além disso, a presente invenção se refere ao uso da dita fluorita sintética de alta pureza (CaF2) na produção industrial de ácido fluorídrico. Finalmente, a presente invenção se refere a um aparelho para a produção da dita fluorita sintética.
[002] O ácido fluorossilícico H2SiF6 (FSA) é um subproduto da produção industrial de ácido fosfórico, obtido pela absorção em água de tetrafluoreto de silício (SiF4) gerado pela reação entre sílica e flúor, que estão presentes no mineral fosfato usado como uma matéria-prima, e ácido sulfúrico usado para a produção de ácido fosfórico.
[003] Durante a etapa de concentração de ácido fosfórico, SiF4 pode ser absorvido em uma solução aquosa, que produz FSA com uma concentração que varia entre 23% e 35%.
[004] Os métodos conhecidos para preparar fluorita sintética são limitados, algumas vezes, à síntese de fluorita na forma úmida com um tamanho de partícula de 5 mícrons e nem sempre em pureza ideal. Esses tipos de fluorita sintética não podem ser usados com o propósito de produzir ácido fluorídrico HF.
[005] Infelizmente, os métodos disponíveis conhecidos para a preparação de fluorita sintética não têm capacidade para eliminar a presença de substâncias ou compostos contaminantes ou impurezas, tais como óxido de sílica SiO2 e/ou óxido de alumínio (Al2O3), óxido de magnésio (MgO), óxido de ferro (Fe2O3) e óxido de sódio (Na2O), que também estão presentes em fluoreto CaF2 de grau ácido natural em uma quantidade variável. No caso de sílica SiO2, por exemplo, fluoreto CaF2 natural pode conter uma quantidade variável entre 0,5% e 1,5% em peso. É bem conhecido que a sílica, presente como uma impureza na fluorita usada como uma matéria-prima, tem um impacto negativo sobre o processo de formação de HF de acordo com a seguinte reação: SiO2 + 3H2SO4 + 3CaF2 → H2SÍF6 + 2H2O + 3CaSO4
[006] A perda de fluorita pode ser calculada estequiometricamente e é cerca de 3,9% por 1% de SiO2 e a perda de ácido sulfúrico é cerca de 4,9% por 1% de SiO2. Na ausência de sílica, a reação de formação de HF de fluorita sintética é: H2SO4 + CaF2 → CaSO4 + 2HF.
[007] A presença de magnésio, por exemplo, como óxido de magnésio, em fluorita causa alguns problemas durante a reação com o ácido sulfúrico. O gesso CaSO4 produzido na presença de magnésio tende a formar escala nas paredes dos fornos para produzir HF. Esse efeito pode levar a uma interrupção completa da reação, resultando, desse modo, em um período de inatividade indesejado da usina ou, de qualquer modo, um grande aumento no consumo específico de fluorita (a quantidade de perda de fluorita no gesso aumenta).
[008] Portanto, a partir de um ponto de vista de processamento e econômico, é necessário ter capacidade para reduzir a quantidade de magnésio (expressada como óxido de magnésio) presente na fluorita para uma quantidade abaixo de 0,5%, pelo menos.
[009] Por conseguinte, perdura uma necessidade por uma fluorita sintética de alta pureza que seja substancialmente isenta de substâncias ou compostos contaminantes ou impurezas tais como, por exemplo, óxido de sílica SiO2 (em uma quantidade inferior a 1% em peso) e/ou óxido de alumínio (Al2O3) e/ou óxido metálico de magnésio (MgO) (em uma quantidade inferior a 0,5% em peso) e/ou óxido metálico de ferro (Fe2O3) e/ou óxido metálico de sódio (Na2O), de modo que permita validamente o uso da dita fluorita sintética em um processo para a produção de ácido fluorídrico.
[010] Ademais, perdura uma necessidade por um processo e um aparelho para a produção de fluorita sintética que seja simples, eficaz e tenha altos rendimentos e que, a partir do ácido fluorossilícico, tenha, portanto, capacidade para fornecer uma fluorita sintética com uma alta pureza e sem substâncias ou compostos contaminantes ou impurezas tais como, por exemplo, óxidos metálicos de sílica SiO2 e/ou alumínio (Al2O3) e/ou magnésio (MgO) e/ou ferro (Fe2O3) e/ou sódio (Na2O). A dita fluorita sintética pode ser validamente usada em um processo para a produção de ácido fluorídrico.
[011] A presente invenção se refere a uma fluorita sintética de alta pureza (CaF2), classificada como "grau ácido", que tem as características, conforme definido nas reivindicações anexas. A dita CaF2 é produzida em grânulos com um tamanho médio de partícula superior a 1 mm para pelo menos 50% em peso da mesma, com grânulos que mostram estabilidade mecânica satisfatória e uma grande área de superfície específica (BET). O dito tamanho de partícula confere propriedades marcadas de reatividade à CaF2 sintética, o que torna a mesma competitiva como uma substituição para fluorita natural de grau ácido na produção de HF.
[012] A presente invenção se refere a um processo e a um aparelho para preparar a dita fluorita sintética de alta pureza (CaF2), classificada como “grau ácido”, que tem as características conforme definido nas reivindicações anexas.
[013] A presente invenção se refere ao uso da dita fluorita sintética de alta pureza (CaF2), classificada como “grau ácido”, na produção industrial de ácido fluorídrico (HF), que tem as características conforme definido nas reivindicações anexas.
[014] As modalidades preferenciais da presente invenção serão ilustradas na descrição detalhada a seguir abaixo.
[015] A Figura 1 representa um diagrama de blocos do processo para preparar fluorita sintética de alta pureza, de acordo com uma modalidade da presente invenção que compreende a purificação de uma solução de NH4F, a transformação de _NH4F em bifluoreto de amônio (NH4HF2) e o uso de CaCO3.
[016] A Figura 2 representa um diagrama de blocos do processo para preparar fluorita sintética de alta pureza, de acordo com uma modalidade da presente invenção que compreende a purificação de uma solução de NH4F e o uso de Ca(OH)2.
[017] No contexto da presente invenção, fluorita sintética de “alta pureza” (CaF2) significa uma fluorita sintética que tem uma concentração igual ou superior a 95% em peso em relação ao peso seco; de preferência, igual ou superior a 97% em peso em relação ao peso seco; de preferência, igual ou superior a 99% em peso em relação ao peso seco.
[018] No contexto da presente invenção, a fluorita sintética de alta pureza (CaF2), classificada como “grau ácido”, significa uma fluorita que tem um teor de CaF2 superior a 95% em peso, por exemplo, superior a 97% em peso, em relação ao peso seco, conforme medido de acordo com as técnicas atuais e com base no conhecimento de que: 1) fluorita a 100 °C, pressão de 1 atmosfera, após 60 minutos, tem um teor de água de cerca de 4%, em peso; e que 2) fluorita a 800 °C, pressão de 1 atmosfera, após 80 minutos, tem um teor de água de cerca de 0%, em peso.
[019] Em uma primeira modalidade R1, o processo de acordo com a presente invenção é representado, a título de exemplo, sem limitar, portanto, o escopo da presente invenção, no diagrama de blocos da Figura 1 (diagrama de blocos simplificado das etapas principais do processo de acordo com a presente invenção, que compreende a purificação da solução de NH4F, a transformação de NH4F em bifluoreto de amônio (NH4HF2) e o uso de CaCO3).
[020] Em síntese, a dita primeira modalidade R1 (Figura 1 e Figura 5) compreende as seguintes etapas:
[021] 1) Decomposição de ácido fluorossilícico (FSA) H2SiF6 FSA com amônia e separação da sílica precipitada da solução de fluoreto de amônio NH4F (R1F1).
[022] 2) Purificação da solução de NH4F dosando-se reagentes adequados que permitem a eliminação, pela precipitação e separação subsequente, da sílica ainda presente na solução de NH4F (R1F2).
[023] 3) Transformação de NH4F em bifluoreto de amônio NH4HF2 pela destilação sob pressão reduzida (de acordo com a reação B, consulte abaixo) e recuperação consequente de uma fração de NH3 por absorção em uma solução aquosa ou condensação (R1F3).
[024] 4) Síntese e precipitação da fluorita sintética CaF2, então, obtida pela reação de carbonato de cálcio ou hidróxido de cálcio Ca(OH)2 com NH4HF2 e destilação simultânea de amônia livre de modo que recupere a fração restante de NH3 pela absorção em uma solução aquosa ou condensação (R1F4).
[025] Em uma segunda modalidade R2, o processo de acordo com a presente invenção é representado, a título de exemplo, sem limitar, portanto, o escopo da presente invenção, no diagrama de blocos da Figura 2 (diagrama de blocos simplificado das etapas principais do processo da presente invenção, que compreende a purificação da solução de NH4F e o uso de Ca(OH)2).
[026] Em síntese, a dita segunda modalidade R2 (Figura 2 e Figura 6) compreende as seguintes etapas:
[027] 1) Decomposição de ácido fluorossilícico (FSA) H2SiF6 FSA com amônia e separação da sílica precipitada da solução de fluoreto de amônio NH4F (R2F1).
[028] 2) Purificação da solução de NH4F dosando-se reagentes adequados que permitem a eliminação, pela precipitação e separação subsequente, da sílica ainda presente na solução de NH4F (R2F2).
[029] 3) Síntese e precipitação da fluorita sintética CaF2, começando diretamente a partir de NH4F na presença de hidróxido de cálcio Ca(OH)2 ou carbonato de cálcio (R2F3).
[030] O processo, de acordo com a presente invenção (em cada uma das modalidades da mesma), possibilita a obtenção de uma fluorita sintética que tem uma composição qualitativa/quantitativa, conforme revelado abaixo.
[031] Em uma modalidade, a composição da fluorita sintética, após secagem a 110 °C até um peso constante ser obtido, é a seguinte: CaF2 = 95 a 96% CaCO3 (ou Ca(OH)2) = 0,7 a 1,2% SiO2 = 0,01 a 0,2% MgO = 0,05 a 0,2% Al2O3 = 0,05 a 0,2% LOI (H2O - perda em ignição) = 4 a 5%
[032] Em uma outra modalidade, a composição da fluorita sintética acima, uma vez seca após a calcinação a 800 °C por 30 minutos, é a seguinte: CaF2 = 98 a 99% CaCO3 (ou Ca(OH)2) = 0,7 a 1,3% SiO2 = 0,01 a 0,2% MgO = 0,05 a 0,2% Al2O3 = 0,05 a 0,2% LOI (H2O - perda em ignição) = 0,5%
[033] A dita primeira modalidade R1 (Figura 1) é descrita em detalhes abaixo e compreende as etapas a seguir.
[034] Uma primeira etapa R1F1 compreende a decomposição de ácido fluorossilícico (FSA) H2SiF6 com amônia e separação da sílica precipitada da solução de fluoreto de amônio NH4F, de acordo com reação A): A) H2SÍF6 (aquoso) + 6NH3 (aquoso) + 2H2O → 6NH4F(aquoso) + SÍO2 (sólido)
[035] Subsequentemente, uma segunda etapa R1F2 compreende a purificação da solução de NH4F dosando-se reagentes adequados selecionados dentre sais de nitrato, tais como nitrato de ferro e/ou nitrato de magnésio, que permitem a eliminação, pela precipitação e separação subsequente, da sílica ainda presente na solução de NH4F. É desaconselhável usar sais clorados, como cloreto de ferro.
[036] Subsequentemente, uma terceira etapa R1F3 compreende a transformação de NH4F em bifluoreto de amônio NH4HF2 pela destilação sob pressão reduzida (de acordo com a reação B) e recuperação consequente de uma fração de NH3 pela absorção em uma solução aquosa ou condensação.
[037] A reação B) é esquematizada da seguinte forma: B) 2NH4F (aquoso) → NH4HF2 (aquoso) + NH3 (gás)
[038] Subsequentemente, uma quarta etapa R1F4 compreende a síntese e a precipitação de fluorita CaF2 pela reação de NH4HF2 (aquoso) com carbonato de cálcio e destilação simultânea de amônia livre de modo que recupere a fração restante de NH3 pela absorção em uma solução aquosa ou condensação (reação C).
[039] A reação C) é esquematizada da seguinte forma: C) NH4HF2 (aquoso) + CaCO3 (sólido) → CaF2 (sólido) + CO2 (gás) + NH3 (gás)
[040] Desse modo, em seguida, há uma etapa de secagem até uma fluorita sintética adequada para uso na produção industrial de ácido fluorídrico ser obtida.
[041] Na dita primeira etapa R1F1, o ácido fluorossilícico FSA que tem uma concentração compreendida entre 15 e 30% p/p (peso/peso), de preferência, de 20 a 25% p/p, é reagido sob agitação mecânica constante com uma solução aquosa de NH3 que tem uma concentração compreendida entre 10 e 35% em peso, de preferência, de 15 a 25% em peso. A reação é exotérmica e a temperatura pode atingir 90 °C; desse modo, a fim de evitar perdas excessivas de NH3, a temperatura de reação é mantida constante a 50 a 70 °C.
[042] O NH3 é dosado em um excesso estequiométrico de cerca de 20 a 30% em peso em FSA em relação ao valor teórico (6 mols de NH3 por mol de FSA). Durante a etapa de hidrólise, os reagentes são adicionados de tal maneira que o pH da solução permaneça estável em um valor de cerca de 9. Em uma modalidade preferencial, a fim de manter um pH estável, FSA em NH3 é adicionado, o que garante a obtenção de uma sílica facilmente filtrável.
[043] A eficácia do processo de hidrólise depende intimamente da velocidade de adição dos reagentes, ou FSA em NH3. O tempo estimado total para obter uma sílica de alta qualidade filtrável e concluir a reação de hidrólise é compreendido de um total de 2 a 6 horas, de preferência, de um total de 3 a 5 horas, por exemplo, um total de 4 horas considerando uma velocidade de adição de cerca de 0,01 l/min por 1 litro de 18% de NH3 ou 23% de FSA.
[044] A sequência de adição produz dois ambientes de reação diferentes, um ambiente inicial e um ambiente final, que influenciam de modo diferente a qualidade da sílica obtida, em particular, em relação às propriedades de superfície e estruturais. De fato, o pH da formação de núcleos, agregados e aglomerados varia entre ácido e básico dependendo da possibilidade de NH3 em FSA ser adicionado ou vice-versa. Consequentemente, o ambiente em que os núcleos, agregados e aglomerados se formam é diferente em cada caso. O ambiente diferente influencia a nucleação, a agregação e a aglomeração da sílica amorfa produzida no presente documento.
[045] Após alguns minutos de reação, a sílica é formada e uma suspensão de cor branca é gerada. Ao concluir a reação, a sílica presente na suspensão é, de preferência, separada da solução que contém fluoreto de amônio NH4F e um pequeno excesso de NH3. A separação da sílica pode ser executada por filtração, por exemplo, por meio de um filtro-prensa ou filtros do tipo peneira, ou por centrifugação. A primeira água de lavagem da sílica é recuperada na solução de NH4F; a água das etapas de lavagem subsequentes é enviada para purificação de água. De preferência, a solução final é limpa e ainda contém uma pequena fração de sílica dissolvida compreendida entre 1 e 5 g/l. De fato, se for permitido que a solução repouse por cerca de 2 a 4 horas, uma formação adicional de sílica precipitada pode ser observada.
[046] Na dita segunda etapa R1F2, a sílica presente na solução de NH4F precisa ser eliminada antes de a fluorita sintética ser produzida a fim de reduzir o teor de SiO2 no produto acabado. O processo de purificação compreende adicionar pequenas quantidades de uma solução aquosa de nitrato de ferro e/ou nitrato de magnésio. Vantajosamente, a dosagem ideal em gramas é compreendida entre 0,010 (por exemplo, 0,015) e 0,10, de preferência, de 0,020 (por exemplo, 0,025 ou 0,030) a 0,080 (por exemplo, 0,050) de Fe(NO3)3 por 1 g de SiO2 presente na solução de NH4F, e de 0,010 (por exemplo, 0,015) a 0,10, de preferência, de 0,020 (por exemplo, 0,025 ou 0,030) a 0,080 (por exemplo, 0,050) Mg(NO3)2 por 1 g de SiO2 presente na solução de NH4F. O pH da solução deve ser superior a 8,5, de preferência, compreendido entre 9 e 11, e o tempo de reação de cerca de 45 a 90 minutos, de preferência, 60 minutos. Sob essas condições, os metais precipitam como hidróxidos que incorporam a sílica ainda presente na solução nos flocos.
[047] O rendimento do processo de purificação é superior a 90% (em um ensaio experimental conduzido em uma solução que compreende NH4F e SiO2 da dita primeira etapa R1F1 que contém 0,66% de SiO2, uma solução que contém 0,04% de SiO2 foi obtida após a purificação (etapa R1F2)). A reação pode ser executada à temperatura ambiente ou, em todo o caso, na temperatura final da primeira etapa, vantajosamente sem exigir uma etapa de resfriamento da solução de NH4F. A sílica presente na suspensão obtida é separada por filtração (por exemplo, filtro do tipo peneira).
[048] A dita primeira modalidade R1 inclui um processo de destilação, necessário para a conversão de NH4F em (NH4)HF2, que é mais reativo. De fato, em comparação ao hidróxido de cálcio, carbonato não reage espontaneamente com NH4F, e é indispensável recorrer a um processo de destilação a fim de conduzir a reação para a formação de fluorita.
[049] Na dita terceira etapa R1F3, a solução de NH4F, que foi anteriormente purificada a partir de SiO2, é destilada sob pressão reduzida de modo que promova a decomposição do composto NH4F, que não é muito estável, e a transformação do mesmo na forma mais estável NH4HF2 (reação B). A decomposição envolve a remoção de um mol de NH3 por mol de NH4F; o NH3 já presente na forma livre na solução é adicionado a essa quantidade. A destilação é executada aumentando-se a temperatura de sistema de 30 °C para 130 °C sob uma pressão negativa leve (aproximadamente 6 kPa (60 mbar) abaixo da pressão ambiente). Durante o processo de destilação, executado a 130 °C e 6 kPa (60 mbar) abaixo da pressão ambiente, as pequenas perdas de flúor que ocorrem são recuperadas reciclandose a amônia destilada no processo durante a dita primeira etapa. O resíduo da destilação é, do mesmo modo, uma solução, através da qual é possível cristalizar e isolar o bifluoreto de amônio na forma sólida, mesmo que isso não seja vantajoso para os propósitos do processo.
[050] Subsequentemente, a síntese de fluorita prossegue (a dita quarta etapa R1F4) com a adição de carbonato de cálcio (reação C) em quantidades estequiométricas em relação ao flúor presente na solução de NH4HF2 obtida acima (razão molar 1:2), de modo que evite a presença de um excesso de carbonatos no produto acabado. Vantajosamente, o carbonato de cálcio usado precisa ser seco com uma umidade inferior a 10% em peso, de preferência, inferior a 5% em peso, e na forma de um pó fino.
[051] A qualidade química do carbonato de cálcio precisa ser alta, com uma concentração de CaCO3 superior a 97%, vantajosamente, superior a 99%, e um baixo teor de contaminantes inorgânicos (SiO2, MgCO3 e outros metais). Vantajosamente, um carbonato de cálcio que tem uma distribuição de tamanho médio de partícula compreendido entre 50 e 400 mícrons, de preferência, de 100 a 200 mícrons, é usado; maiores tamanhos de partícula não são recomendáveis, uma vez que os mesmos aumentam os tempos de reação. A reação pode ocorrer a uma temperatura de 20 °C; vantajosamente, a fim de aprimorar a recuperação de amônia, aconselha-se trabalhar com temperaturas de cerca de 60 a 70 °C e sempre sob uma pressão negativa leve. A velocidade de agitação deve ser de tal modo que impeça que o material sólido se deposite no fundo do reator.
[052] Vantajosamente, embora a reação seja praticamente instantânea, os melhores rendimentos são obtidos deixando-se a suspensão de fluorita, então, produzida sob agitação constante por pelo menos 30 a 60 minutos. A fluorita obtida desse modo é separada da suspensão por filtração.
[053] O produto filtrado é lavado e assume uma consistência similar à pasta fluida, com uma umidade residual média de cerca de 40%.
[054] A dita segunda modalidade R2 (Figura 2) é descrita abaixo em detalhes e compreende as etapas a seguir.
[055] A dita primeira etapa R2F1 compreende a produção de NH4F por hidrólise básica de H2SiF6 em uma solução aquosa que tem uma concentração compreendida entre 15 e 30% em peso, de preferência, de 20 a 25% em peso, com uma solução aquosa de NH3, sob agitação mecânica constante, que tem uma concentração compreendida entre 10 e 35% em peso, de preferência, de 15 a 25% em peso.
[056] A reação é a seguinte: H2SÍF6 (aquoso) + 6 NH3 (aquoso) + 2 H2O → 6 NH4F (aquoso) + SO2 (s) ↓
[057] A dita primeira etapa R2F1 é executada sob as mesmas condições que na etapa R1F1.
[058] Por exemplo, em um recipiente, por exemplo, um recipiente de 500 ml, que contém uma quantidade de amônia compreendida entre 200 e 250 g, por exemplo, 237 g de amônia (por exemplo, um excesso de 30% em relação à quantidade estequiométrica estimada para a reação) uma quantidade de FSA compreendida entre 150 e 250 g, de preferência, 200 g, é adicionada.
[059] De preferência, a dispersão obtida a partir da reação acima foi vigorosamente agitada, por exemplo, por cerca de 20 a 40 minutos com um agitador mecânico, por exemplo, um VELP, que monitora o pH e a temperatura. Durante esse tempo, o pH permaneceu estável em um valor compreendido entre 8,5 e 9,5, de preferência, cerca de 9. A temperatura aumentou de 25 °C para cerca de 60 a 65 °C.
[060] Visto que o tempo de agitação terminou, a sílica precipitada foi, de preferência, separada por filtração, por exemplo, por filtração a vácuo, de preferência, a uma pressão relativa de cerca de 5 a 15 kPa (50 a 150 mbar), ainda mais preferencialmente, a uma pressão de cerca de 10 kPa (100 mbar). De preferência, o sólido então obtido foi dispersado novamente em água e filtrado sob as mesmas condições operacionais conforme descrito acima.
[061] O sólido então obtido foi seco, de preferência, em um forno a cerca de 105 a 110 °C e pesado. O sólido seco foi analisado por XRF.
[062] De acordo com as condições operacionais acima, o Requerente realizou três ensaios e observou que a quantidade estimada teórica de sílica (17,62 g), 15,60 g de sílica, foi obtida no primeiro ensaio, 16,40 g no segundo ensaio e 16,94 g no terceiro ensaio.
[063] De preferência, a primeira água de lavagem de sílica é adicionada à solução inicial de NH4F.
[064] A dita segunda etapa R2F2 compreende a purificação de NH4F da sílica.
[065] A solução que contém NH4F, obtida após a filtração, é tratada/purificada (a dita segunda etapa R2F2) sob as mesmas condições operacionais conforme descrito para a etapa R1F2.
[066] Por exemplo, uma solução que contém NH4F, obtida após a filtração, é tratada/purificada com uma solução que compreende nitrato de ferro (III) que tem uma concentração compreendida entre 20 e 60% em peso/volume, de preferência, de 30 a 50% em peso/volume, e/ou nitrato de magnésio (II) que tem uma concentração compreendida entre 40 e 80% em peso/volume, de preferência, de 50 a 70% em peso/volume.
[067] Por exemplo, a solução que contém NH4F, obtida após a filtração, é tratada com uma quantidade compreendida entre 0,02 g e 0,08 g, de preferência, de 0,04 g a 0,06 g de Fe(NO3)3 (nitrato férrico nonahidrato - Fe(NO3)3-9H2O - 43,3% peso/volume de solução aquosa) e com uma quantidade compreendida entre 0,05 g a 1 g, de preferência, de 0,07 a 0,09 g de Mg(NO3)2 (Nitrato de Magnésio - Mg(NO3)2 - 64,4% peso/volume de solução aquosa). A solução então obtida é mantida sob agitação por um tempo compreendido entre 10 e 90 minutos, de preferência, 60 minutos, a uma temperatura compreendida entre 20 °C e 25 °C.
[068] Desse modo, a dita solução é filtrada de modo que obtenha uma solução aquosa substancialmente isenta de sílica de NH4F.
[069] Subsequentemente, prossegue-se com a dita terceira etapa (R2F3), que compreende tratar a dita solução aquosa substancialmente isenta de sílica de NH4F diretamente com hidróxido de cálcio em uma quantidade excedente compreendida entre 0,01 e 0,5% em relação à quantidade estequiométrica de modo que obtenha uma dispersão que é mantida sob agitação por um tempo compreendido entre 10 e 60 minutos a uma temperatura compreendida de 40 a 90 °C. Finalmente, a última solução é filtrada de modo que obtenha a fluorita sintética.
[070] A solução é, de preferência, filtrada sob vácuo a uma pressão compreendida entre 5 e 15 kPa (50 mbar a 150 mbar), de preferência, a 10 kPa (100 mbar), por exemplo, com um filtro de 0,45 μm produzido a partir de acetato de celulose.
[071] As análises quantitativas da sílica são realizadas por ICP-AES nas amostras de solução de NH4F consideradas antes e após o tratamento. Constatou- se que, em média, a concentração de SiO2 é diminuída em pelo menos 70% em peso nas amostras tratadas com nitratos, por exemplo, um teor de 2,5 g/l de sílica presente em uma amostra foi reduzido para 0,3 g/l.
[072] A dita terceira etapa R2F3 compreende a síntese de CaF2 a partir do NH4F na presença de hidróxido de cálcio.
[073] A reação pode ser esquematizada da seguinte forma: 2 NH4F(aquoso) + Ca(OH)2(s) → CaF2(s) ↓ + 2 NH3(gás) + 2 H2O(aquoso)
[074] Por exemplo, uma quantidade compreendida entre 250 g e 350 g, de preferência, 300 g de NH4F, por exemplo, fluoreto de amônio - NH4F - 9,5 em peso de solução aquosa, foi colocada em um frasco de três bocas PTFE de 500 ml e reagida com hidróxido de cálcio Ca(OH)2 (97,8%).
[075] Os ensaios foram realizados com o uso de uma quantidade excedente de cerca de 0,3% em relação à quantidade estequiométrica. Em todos os ensaios realizados, a dispersão foi deixada sob agitação mecânica por um tempo compreendido entre 20 e 60 minutos, de preferência, 30 minutos em um banho de óleo a uma temperatura de 80 a 90 °C.
[076] O precipitado (CaF2) foi filtrado por filtração a vácuo em uma pressão relativa compreendida, por exemplo, entre 5 e 15 kPa (50 mbar a 150 mbar), de preferência, 10 kPa (100 mbar), com um filtro, por exemplo, um filtro de papel Whatman 42, lavado e seco em um forno a uma temperatura de 110 °C e analisado por XRF.
[077] O rendimento da reação é superior a 95% e a análise quantitativa do sólido mostra uma porcentagem muito baixa de sílica residual (inferior a 0,2% de SiO2). A água de lavagem de fluorita não exibe flúor residual e a amônia é recuperada em 100% em um sistema fechado.
[078] Alternativamente, a dita terceira etapa R2F3 compreende a síntese de CaF2 a partir do NH4F na presença de carbonato de cálcio.
[079] A reação pode ser esquematizada da seguinte forma: 2 NH4F(aquoso) + CaCO3(s) → CaF2(s) ↓+ 2 NH3(gás) + CO2(gás) + H2O(aquoso)
[080] O carbonato de cálcio é usado em uma quantidade excedente compreendida entre 0,01 e 0,5% em relação à quantidade estequiométrica para gerar uma dispersão que é mantida sob agitação por um tempo compreendido entre 10 e 60 minutos, de preferência, 30 minutos, a uma temperatura compreendida entre60 e 90 °C, de preferência, 80 °C.
[081] Por exemplo, uma quantidade compreendida entre 250 g e 350 g, de preferência, 300 g de NH4F, por exemplo, fluoreto de amônio - NH4F - 9,5 em peso solução aquosa, foi colocada em um frasco de três bocas PTFE de 500 ml e reagida com carbonato de cálcio.
[082] Os ensaios foram realizados com o uso de uma quantidade excedente de 0,3% em relação à quantidade estequiométrica. Em todos os ensaios realizados, a dispersão foi deixada sob agitação mecânica por um tempo compreendido entre 20 e 60 minutos, de preferência, 30 minutos em um banho de óleo a uma temperatura de 80 a 90 °C.
[083] O precipitado (CaF2) foi filtrado por filtração a vácuo a uma pressão relativa compreendida, por exemplo, entre 5 e 15 kPa (50 mbar a 150 mbar), de preferência, 10 kPa (100 mbar), com um filtro, por exemplo, um filtro de papel Whatman 42, lavado e seco em um forno a uma temperatura de 110 °C e analisado por XRF.
[084] O rendimento da reação é superior a 95% e a análise quantitativa do sólido mostra uma porcentagem muito baixa de sílica residual (cerca de 0,1% de SiO2). A água de lavagem de fluorita não exibe flúor residual e amônia é recuperada em 100% em um sistema fechado.
[085] A Figura 3 representa um diagrama de blocos do processo para preparar a fluorita sintética de alta pureza, como o processo da Figura 1, mas sem purificação da solução de NH4F.
[086] A Figura 4 representa um diagrama de blocos do processo para preparar a fluorita sintética de alta pureza, como o processo da Figura 2, mas sem purificação da solução de NH4F.
[087] As Figuras 5, 6, 7 e 8 são vistas esquemáticas do aparelho de acordo com a presente invenção para preparar a dita fluorita sintética de alta pureza (CaF2) de acordo com as modalidades (R1, R2, R3 e R4), conforme exemplificado nas Figuras 1, 2, 3 e 4, respectivamente.
[088] Em uma terceira modalidade R3, o processo de acordo com a presente invenção é representado, a título de exemplo, sem limitar, portanto, o escopo da presente invenção, no diagrama de blocos da Figura 3 (diagrama de blocos simplificado das etapas principais do processo da presente invenção, que compreende a transformação de NH4F em bifluoreto de amônio (NH4HF2) e o uso de CaCO3).
[089] Em síntese, a dita terceira modalidade R3 (Figura 3 e Figura 7) compreende as seguintes etapas:
[090] 1) Decomposição de ácido fluorossilícico (FSA) H2SiF6 FSA com amônia e separação da sílica precipitada da solução de fluoreto de amônio NH4F (R3F1).
[091] 2) Transformação de NH4F em bifluoreto de amônio NH4HF2 pela destilação sob pressão reduzida (de acordo com a reação B) e recuperação consequente de uma fração de NH3 pela absorção em uma solução aquosa ou condensação (R3F2).
[092] 3) Síntese e precipitação da fluorita sintética CaF2, então, obtida pela reação de carbonato de cálcio ou hidróxido de cálcio Ca(OH)2 com NH4HF2 e destilação simultânea de amônia livre de modo que recupere a fração restante de NH3 pela absorção em uma solução aquosa ou condensação (R3F3).
[093] Em uma quarta modalidade R4, o processo de acordo com a presente invenção é representado, a título de exemplo, sem limitar, portanto, o escopo da presente invenção, no diagrama de blocos da Figura 4 (diagrama simplificado de blocos das etapas principais do processo da presente invenção, que compreende a purificação da solução de NH4F e o uso de Ca(OH)2).
[094] Em síntese, a dita quarta modalidade R4 (Figura 4 e Figura 8) compreende as seguintes etapas:
[095] 1) Decomposição de ácido fluorossilícico (FSA) H2SiF6 FSA com amônia e separação da sílica precipitada da solução de fluoreto de amônio NH4F (R2F1).
[096] 2) Purificação da solução de NH4F pela dosagem de reagentes adequados que permitem a eliminação, pela precipitação e separação subsequente, da sílica ainda presente na solução de NH4F (R2F2).
[097] 3) Síntese e precipitação da fluorita sintética CaF2 diretamente a partir de NH4F na presença de hidróxido de cálcio Ca(OH)2 ou carbonato de cálcio (R2F3).
[098] O aparelho de acordo com a presente invenção tem capacidade para produzir, de acordo com o processo revelado e reivindicado no presente documento, uma fluorita sintética de alta pureza (CaF2), classificada como “grau ácido”, que pode ser usada na produção industrial de ácido fluorídrico (HF), a partir do ácido fluorossilícico (FSA) e hidróxido de cálcio [Ca(OH)2].
[099] A usina de acordo com a presente invenção tem capacidade para produzir uma fluorita sintética de alta pureza (CaF2) de acordo com o processo descrito na dita quarta modalidade R4 (Figura 4 e Figura 8). A usina compreende:
[0100] • D x01 (tanque de armazenamento para o ácido fluorossilícico):
[0101] O tanque de polipropileno para armazenar o ácido fluorossilícico, dotado de uma válvula de quebra-vácuo. O tanque é instalado dentro de uma bacia de retenção de polietileno isolado adequadamente dimensionada equipada com bocais de extração e alimentação e uma porta de inspeção.
[0102] • G x01 (bomba para extrair FSA de D x01):
[0103] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um corpo e impulsor produzidos a partir de polipropileno ou aço revestido. Equipada com uma vedação mecânica dupla nivelada.
[0104] • D x02 (tanque de armazenamento de amônia):
[0105] Tanque produzido a partir de aço-carbono, adequado para armazenar amônia em solução aquosa. Mantida sob sucção por P x08 e dotada de uma válvula de quebra-vácuo, uma bacia de retenção de polietileno isolado adequadamente dimensionada equipada com bocais de extração e alimentação e uma porta de inspeção. • G x02 (bomba para extrair NH3 de D x02):
[0106] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um corpo e impulsor produzidos a partir de polipropileno ou aço revestido. Equipada com uma vedação mecânica dupla nivelada.
[0107] • R x01 (Reator de hidrólise de FSA):
[0108] Reator do tipo BATELADA, produzido a partir de aço revestido (ebonite) ou PP, termorregulado por E X01 e agitado por P x01. Mantido sob sucção por P x08 e dotado de bocais de extração de produto e alimentação de reagente.
[0109] • E x01 (bobina de resfriamento R x01):
[0110] Produzida a partir de SANICRO 28 (ou similar) e dotada de água de resfriamento que se origina da torre Z x01. Dimensionada de modo que mantenha a temperatura na faixa de 50 a 60 °C.
[0111] • P x01 (agitador R x01):
[0112] Produzido a partir de Sanicro 28 (ou similar), alimentado por um motor elétrico. Projetado e dimensionado de modo que garanta contato adequado entre os reagentes.
[0113] • G x04 (bomba para extrair pasta fluida de R x01):
[0114] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um corpo e impulsor produzidos a partir de polipropileno ou aço revestido. Equipada com uma vedação mecânica simples.
[0115] • D x03 (tanque intermediário):
[0116] Tanque de tampão, produzido a partir de aço revestido ou PP, termorregulado por E x02 e agitado por Px02. Mantido sob sucção por P x08 e dotado de bocais de extração e alimentação.
[0117] G x03: (bomba para fornecer amônia para D x03)
[0118] • E x02 (bobina de resfriamento D x03):
[0119] Produzida a partir de Sanicro 28 (ou similar) e dotada de água de resfriamento que se origina da torre Z x01. Dimensionada de modo que mantenha a temperatura em 30 °C.
[0120] • P x02 (agitador D x03):
[0121] Produzido a partir de Sanicro 28 (ou similar), alimentado por um motor elétrico. Dimensionado de modo que permita o contato adequado entre os reagentes (nitratos) e impeça a sedimentação da sílica.
[0122] • G x05 (bomba que fornece F x01):
[0123] Bomba pneumática de diafragma, dotada de ar de instrumento.
[0124] • F x01 (primeiro filtro-prensa):
[0125] Filtro-prensa automático, com panos e placas de polipropileno. Dotado de bandeja coletora, sopro e torção de membrana, sistema de lavagem de torta e lavagem de pano. Adicionalmente equipado com uma tampa de sucção conectada a P x08.
[0126] • G x06 (bomba de lavagem de torta):
[0127] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um impulsor e corpo de ferro fundido, equipada com uma vedação mecânica simples.
[0128] • D x04 (tanque intermediário):
[0129] Produzido a partir de aço revestido ou PP. Mantido sob sucção por P x08 e dotado de bocais de extração e alimentação.
[0130] • P x03: (agitador de D x04)
[0131] • G x07 (bomba que fornece R x02):
[0132] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um corpo e impulsor produzidos a partir de aço revestido ou PP, equipada com uma vedação mecânica simples.
[0133] • D x05 (silo de armazenamento para hidróxido de cálcio):
[0134] Produzido a partir de aço-carbono, equipado com uma ventilação dotada de filtro de saco para remoção de poeira e ventoinha. Alimentado a partir de caminhões-tanque através de um transportador pneumático.
[0135] • T x01 (válvula giratória)
[0136] • T x02 (transportador helicoidal para extrair hidróxido de cálcio):
[0137] Produzido a partir de aço, equipado com uma balança com capacidade para pesar o hidróxido de cálcio em uma quantidade estequiométrica para o reator R x02.
[0138] • R x02 (reator para a formação de fluorita):
[0139] Reator do tipo CSTR, produzido a partir de aço revestido (ebonite) ou PP e agitado por P x04. Mantido sob sucção por P x08 e dotado de bocais de extração de produto e alimentação de reagente.
[0140] • P x04 (reator de agitador R x02):
[0141] Produzido a partir de Sanicro 28 (ou similar), alimentado por um motor elétrico. Dimensionado de modo que permita o contato adequado entre os reagentes e impeça a sedimentação da fluorita.
[0142] • G x08 (bomba de R x02 a D x06):
[0143] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um corpo e impulsor produzidos a partir de aço revestido ou PP, equipada com uma vedação mecânica simples.
[0144] • D x06 (tanque intermediário):
[0145] Tanque de tampão, produzido a partir de aço revestido ou PP, agitado por Px05. Mantido sob sucção por P x08 e dotado de bocais de extração e alimentação.
[0146] • P x05 (agitador D x06):
[0147] Produzido a partir de Sanicro 28 (ou similar), alimentado por um motor elétrico. Dimensionado de modo que impeça a sedimentação da fluorita.
[0148] • G x09 (bomba que fornece F x02):
[0149] Bomba pneumática de diafragma, dotada de ar de instrumento.
[0150] • F x02 (segundo filtro-prensa):
[0151] Filtro-prensa automático, com panos e placas de polipropileno. Dotado de bandeja coletora, sopro e torção de membrana, sistema de lavagem de torta e lavagem de pano. Uma tampa mantida sob sucção por P x08 também deve ser fornecida.
[0152] • D x07: silo para coletar fluorita sintética úmida
[0153] • D x11 (tanque intermediário):
[0154] Produzido a partir de aço-carbono. Mantido sob sucção por P x09 e dotado de bocais de extração e alimentação. Serve como um tampão para C x01.
[0155] • P x07: (tanque de agitador D x11)
[0156] • G x14 (bomba de lavagem de torta):
[0157] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um impulsor e corpo de ferro fundido, equipada com uma vedação mecânica simples.
[0158] • G x11 (bomba que fornece licores-mãe para C x01):
[0159] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um corpo de ferro fundido (aço) e impulsor, equipada com uma vedação mecânica simples.
[0160] • C x01 (extrator de amônia):
[0161] Produzido a partir de aço-carbono, dotado de embalagem (anéis Raschig de metal de 2,54 cm (1 polegada)) de bocais de fornecimento no cabeçote e fundo e um sistema para alimentar os licores-mãe ao cabeçote. Mantido sob sucção por P x09.
[0162] • E x03 (condensador):
[0163] Produzido a partir de aço-carbono, do tipo horizontal com condensação no lado de invólucro. Fornecido no lado de tubo com água de resfriamento que se origina da torre de água Z x01.
[0164] • D x12 (tanque de acumulação):
[0165] Produzido a partir de aço-carbono ou PP, mantido sob sucção por P x09.
[0166] • G x12 (bomba que fornece amônia condensada para D x02):
[0167] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um corpo e impulsor produzidos a partir de polipropileno ou aço revestido. Equipada com uma vedação mecânica dupla nivelada.
[0168] • P x09 (ventoinha):
[0169] Ventoinha axial. Pressão útil de modo que garanta a sucção em C x01.
[0170] • P x08 (ventoinha):
[0171] Ventoinha axial.
[0172] • D x10 (tanque de armazenamento para H2SO4):
[0173] Pequenos tanques de polietileno de 1 m3.
[0174] • G x10 (bomba que fornece H2SO4 para C x02):
[0175] Bomba de medição.
[0176] • C x02 (depurador úmido):
[0177] Produzido a partir de PP, embalagem de material plástico (de anéis Raschig de 2,54 cm (1 polegada)), equipado com tanque de recirculação controlado por pH. Sistema para alimentar água acidulada no cabeçote. Mantido sob sucção por P x08.
[0178] • Z x01: (torre de resfriamento)
[0179] • G x13: bomba que fornece circuito de resfriamento de Z x01
[0180] • B x01 (secador):
[0181] Forno giratório, dotado de um queimador, seção de depuração de partícula de fumos (ciclone),
[0182] tremonha de carregamento, transportadoras helicoidais para alimentar e extrair fluorita, motor de engrenagem para variar a velocidade de rotação e pistões hidráulicos para variar a inclinação.
[0183] • T x03 A/B (transportadoras helicoidais para alimentar fluorita úmida ao forno giratório):
[0184] Transportadores helicoidais de aço-carbono, equipados com um motor elétrico, adequado para alimentar fluorita ao forno giratório em uma taxa de fluxo constante.
[0185] • T x04 (transportador helicoidal de extração):
[0186] Transportador helicoidal de aço-carbono, para extrair a fluorita granular do forno giratório e alimentar o elevador de baldes T x05. Equipado com um motor elétrico que funciona em velocidade constante.
[0187] • T x05 (elevador de baldes):
[0188] Elevador de baldes de aço, dotado de um motor elétrico. Recebe a fluorita granular do transportador helicoidal T x04 e alimenta o silo de armazenamento D x08.
[0189] • T x06 (válvula giratória):
[0190] Válvula giratória de aço. Regula a descarga das partículas finas arrastadas e encapsuladas no ciclone D x09 para um reservatório de armazenamento abaixo.
[0191] • P x06 (ventoinha):
[0192] Ventoinha axial, dotada de um motor elétrico. Distribui o fluxo de ar necessário para a combustão no queimador de B x01.
[0193] • D x08 (silo de armazenamento para fluorita granular):
[0194] Silo de aço (ou alumínio), adequado para conter o produto granular. Alimentado a partir de uma altura pelo elevador de baldes T x05. Dotado de uma ventoinha e de um filtro de saco para ventilação para a atmosfera.
[0195] • D x09 (ciclone):
[0196] Produzido a partir de aço, recebe os fumes quentes que saem do forno giratório. Tem o propósito de depurar e encapsular, por força centrífuga, as partículas finas arrastadas pela turbulência presente dentro do forno.
[0197] 1. A amônia presente no tanque de armazenamento D x02 é extraída por meio da bomba centrífuga G x02 e enviada para o reator em batelada R x01. Subsequentemente, o ácido fluorossilícico é enviado para o reator do tanque D x01 por meio da bomba centrífuga G x01. O reator R x01, dotado do agitador P x01 e da bobina de resfriamento E x01, permite que a hidrólise do ácido ocorra completamente, o que leva à formação de NH4F e à precipitação de SiO2 de acordo com a reação A. A) H2SÍF6 + 6 NH3 + 2H2O → 6 NH4F + SÍO2↓
[0198] 1) A pasta fluida produzida em R x01 é extraída por meio da bomba centrífuga G x04 e enviada para o tanque intermediário D x03. A pasta fluida é mantida sob agitação com P x02 e é resfriada por E x02. O pH da solução pode ser aproximadamente ajustado através da adição, por meio da bomba G x03, de amônia de D x02.
[0199] 2) A pasta fluida é extraída de D x03 por meio da bomba centrífuga G x05 e enviada para o filtro-prensa F x01. No presente documento, a sílica é retida e os licores-mãe são enviados para o tanque intermediário D x04 agitado pelo agitador P x03. A torta de SiO2 é lavada com água de processo, enviada por meio da bomba centrífuga G x06, a fim de recuperar o flúor presente dentro da torta. A água de lavagem é, do mesmo modo, enviada para o tanque D x04.
[0200] 3) Os licores-mãe, extraídos do D x04, são enviados por meio da bomba centrífuga G x07 para o reator contínuo R x02 (agitado por P x04). Simultaneamente, o transportador helicoidal de pesagem T x02 transporta o hidrato de cálcio extraído do silo D x05 por meio da válvula giratória T x01 no reator R x02, em que a reação B ocorre: B) 2NH4F + Ca(OH)2 → CaF2↓ + 2H2O + 2NH3↑
[0201] 4) A pasta fluida produzida em R x02 é extraída por meio da bomba centrífuga G x08 e enviada para o tanque intermediário D x06 (agitado por meio de P x05).
[0202] 5) A partir do tanque intermediário, a pasta fluida é extraída por meio da bomba centrífuga G x09 e enviada para o filtro-prensa F x02. No presente documento, a fluorita é retida e os licores-mãe são enviados para o tanque de tampão D x11, agitado por meio do agitador P x07. A torta de fluorita é lavada com água de processo, por meio da bomba G x14, para remover a amônia presente na torta. A água de lavagem também é enviada para D x11. A torta de fluorita úmida é descarregada do filtro F x02 e transportada para o silo coletor D x07.
[0203] 6) Os licores-mãe em D x11 são compostos por NH3 em uma solução de 10% em peso. A fim de ser reutilizado como um reagente em A, os mesmos devem ser concentrados para 25% em peso. Por conseguinte, os mesmos são extraídos por meio da bomba centrífuga G x11 e enviados para o extrator C x01, mantido sob sucção pela bomba P x09. Esse aparelho é uma coluna embalada, alimentada no cabeçote com os licores-mãe que contêm a amônia a ser concentrada e no fundo com a corrente de vapor a 0,2 MPa (2 bar), e dimensionada de modo que o produto superior consista em vapores que contêm 25% de NH3, que serão, então, condensados em E x03 e acumulados em D x12. O produto de fundo consiste na água excedente, que será enviada para a usina de tratamento de água.
[0204] Os 25% de amônia, condensada a uma temperatura um pouco acima de 30 °C, são extraídos de D x12 por meio da bomba centrífuga G x12 e enviados para o tanque de armazenamento D x02. A água de resfriamento para E x03, bem como para E x01 e E x02, é fornecida pela torre de resfriamento Z x01, e distribuída para o circuito por meio da bomba G x13.
[0205] 7) Os aparelhos R x01, D x02, D x03, F x01, D x04, R x02, D x06, F x02 e D x11 são mantidos sob sucção pela ventoinha P x08, para impedir a dispersão de vapores de NH3 na atmosfera. As correntes de ventilação são enviadas para o fundo de C x02, um depurador úmido alimentado na parte superior com uma solução de H2SO4, armazenada no tanque D x10, por meio da bomba G x10, que tem o propósito de encapsular a amônia presente na corrente. As correntes de ventilação isentas de amônia serão, então, emitidas para a atmosfera e uma solução que contém sulfato de amônio formado dentro do depurador será descarregada do fundo da coluna.
[0206] 8) A fluorita úmida alimentada a partir do silo coletor D x07 é transportada dentro do forno giratório B x01 por meio do transportador helicoidal de alimentação T x03A/B. A secagem ocorre por contato direto dos fumos de combustão quente com a fluorita úmida. A rotação e a alta temperatura do forno promovem a formação de grânulos de fluorita seca. O fluxo de ar necessário para a combustão é fornecido pela ventoinha P x06, enquanto o produto fino arrastado pelos fumos que saem do forno B x01 é encapsulado pelo ciclone D x09 antes de ser enviado para o depurador C x02. A fluorita seca na forma de um pó fino é, então, descarregada do ciclone D x09 por meio da válvula giratória T x06, e pode ser recuperada na parte superior do processo de secagem. A fluorita seca, na forma de grânulos, é, então, descarregada do forno no transportador helicoidal de extração T x04 e transportada para o elevador de baldes T x05 a fim de, então, ser armazenada no silo de armazenamento D x08.
[0207] A usina de acordo com a presente invenção tem capacidade para produzir uma fluorita sintética de alta pureza (CaF2) de acordo com o processo descrito na dita terceira modalidade R3 (Figura 3 e Figura 7). A usina compreende:
[0208] • D x01 (tanque de armazenamento para o ácido fluorossilícico):
[0209] O tanque de polipropileno para armazenar o ácido fluorossilícico, dotado de uma válvula de quebra-vácuo. O tanque é instalado dentro de uma bacia de retenção de polietileno isolado adequadamente dimensionada equipada com bocais de extração e alimentação e uma porta de inspeção.
[0210] • G x01 (bomba para extrair FSA de D x01):
[0211] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um corpo e impulsor produzidos a partir de polipropileno ou aço revestido. Equipada com uma vedação mecânica dupla nivelada.
[0212] • D x02 (tanque de armazenamento de amônia):
[0213] Tanque produzido a partir de aço-carbono, adequado para armazenar amônia em solução aquosa. Mantida sob sucção por P x08 e dotada de uma válvula de quebra-vácuo, uma bacia de retenção de polietileno isolado adequadamente dimensionada equipada com bocais de extração e alimentação e uma porta de inspeção.
[0214] • G x02 (bomba para extrair NH3 de D x02):
[0215] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um corpo e impulsor produzidos a partir de polipropileno ou aço revestido. Equipada com uma vedação mecânica dupla nivelada.
[0216] • R x01 (Reator de hidrólise de FSA):
[0217] Reator do tipo BATELADA, produzido a partir de aço revestido (ebonite) ou PP, termorregulado por E X01 e agitado por P x01. Mantido sob sucção por P x08 e dotado de bocais de extração de produto e alimentação de reagente.
[0218] • E x01 (bobina de resfriamento R x01):
[0219] Produzida a partir de SANICRO 28 (ou similar) e dotada de água de resfriamento que se origina da torre Z x01. Dimensionada de modo que mantenha a temperatura na faixa de 50 a 60 °C.
[0220] • P x01 (agitador R x01):
[0221] Produzido a partir de Sanicro 28 (ou similar), alimentado por um motor elétrico. Projetado e dimensionado de modo que garanta contato adequado entre os reagentes.
[0222] • G x04 (bomba para extrair pasta fluida de R x01):
[0223] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um corpo e impulsor produzidos a partir de polipropileno ou aço revestido. Equipada com uma vedação mecânica simples.
[0224] • D x03 (tanque intermediário):
[0225] Tanque de tampão, produzido a partir de aço revestido ou PP, termorregulado por E x02 e agitado por P x02. Mantido sob sucção por P x08 e dotado de bocais de extração e alimentação.
[0226] • G x03: (bomba para fornecer amônia para D x03)
[0227] • E x02 (bobina de resfriamento D x03):
[0228] Produzida a partir de Sanicro 28 (ou similar) e dotada de água de resfriamento que se origina da torre Z x01. Dimensionada de modo que mantenha a temperatura em 30 °C.
[0229] • P x02 (agitador D x03):
[0230] Produzido a partir de Sanicro 28 (ou similar), alimentado por um motor elétrico. Dimensionado de modo que permita o contato adequado entre os reagentes (nitratos) e impeça a sedimentação da sílica.
[0231] • G x05 (bomba que fornece F x01):
[0232] Bomba pneumática de diafragma, dotada de ar de instrumento.
[0233] • F x01 (primeiro filtro-prensa):
[0234] Filtro-prensa automático, com panos e placas de polipropileno. Dotado de bandeja coletora, sopro e torção de membrana, sistema de lavagem de torta e lavagem de pano. Adicionalmente equipado com uma tampa de sucção conectada a P x08.
[0235] • G x06 (bomba de lavagem de torta):
[0236] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um impulsor e corpo de ferro fundido, equipada com uma vedação mecânica simples.
[0237] • D x04 (evaporador):
[0238] Produzido a partir de aço revestido. Mantido sob sucção por P x08 e dotado de bocais de extração e alimentação. O aumento de temperatura (até 130 °C) permite que o fluoreto de amônio seja convertido em bifluoreto de amônio, que é mais reativo para CaCO3.
[0239] • P x03: (evaporador de agitador D x04)
[0240] • E x04 (camisa de aquecimento D x04):
[0241] Produzida a partir de aço-carbono e dotada de vapor. Dimensionada de modo que faça com que a temperatura dentro de D x04 seja de até cerca de 130 °C.
[0242] • G x07 (bomba que fornece R x02):
[0243] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um corpo e impulsor produzidos a partir de aço revestido ou PP, equipada com uma vedação mecânica simples.
[0244] • D x05 (silo de armazenamento para carbonato):
[0245] Produzido a partir de aço-carbono, equipado com uma ventilação dotada de filtro de saco para remoção de poeira e ventoinha. Alimentado a partir de caminhões-tanque através de um transportador pneumático.
[0246] • T x01 (válvula giratória)
[0247] • T x02 (transportador helicoidal para extrair carbonato):
[0248] Produzido a partir de aço, equipado com uma balança com capacidade para pesar o carbonato em uma quantidade estequiométrica para o reator R x02.
[0249] • R x02 (reator para a formação de fluorita):
[0250] Reator do tipo CSTR, produzido a partir de aço revestido (ebonite) ou PP e agitado por P x04. Mantido sob sucção por P x08 e dotado de bocais de extração de produto e alimentação de reagente.
[0251] • P x04 (reator de agitador R x02):
[0252] Produzido a partir de Sanicro 28 (ou similar), alimentado por um motor elétrico. Dimensionado de modo que permita o contato adequado entre os reagentes e impeça a sedimentação da fluorita.
[0253] • G x08 (bomba de R x02 a D x06):
[0254] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um corpo e impulsor produzidos a partir de aço revestido ou PP, equipada com uma vedação mecânica simples.
[0255] • D x06 (tanque intermediário):
[0256] Tanque de tampão, produzido a partir de aço revestido ou PP, agitado por Px05. Mantido sob sucção por P x08 e dotado de bocais de extração e alimentação.
[0257] • P x05 (agitador D x06):
[0258] Produzido a partir de Sanicro 28 (ou similar), alimentado por um motor elétrico. Dimensionado de modo que impeça a sedimentação da fluorita.
[0259] • G x09 (bomba que fornece F x02):
[0260] Bomba pneumática de diafragma, dotada de ar de instrumento.
[0261] • F x02 (segundo filtro-prensa):
[0262] Filtro-prensa automático, com panos e placas de polipropileno. Dotado de bandeja coletora, sopro e torção de membrana, sistema de lavagem de torta e lavagem de pano. Uma tampa mantida sob sucção por P x08 também deve ser fornecida.
[0263] • D x07: silo para coletar fluorita sintética úmida
[0264] • D x11 (tanque intermediário):
[0265] Produzido a partir de aço-carbono. Mantido sob sucção por P x09 e dotado de bocais de extração e alimentação. Serve como um tampão para C x01.
[0266] • P x07: tanque de agitador D x11
[0267] • G x14 (bomba de lavagem de torta):
[0268] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um impulsor e corpo de ferro fundido, equipada com uma vedação mecânica simples.
[0269] • G x11 (bomba que fornece licores-mãe para C x01):
[0270] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um corpo de ferro fundido (aço) e impulsor, equipada com uma vedação mecânica simples.
[0271] • C x01 (extrator de amônia):
[0272] Produzido a partir de aço-carbono, dotado de embalagem (anéis Raschig de metal de 2,54 cm (1 polegada)), bocais de alimentação inferior e superior e um sistema para alimentar os licores-mãe ao cabeçote. Mantido sob sucção por P x09.
[0273] • E x03 (condensador):
[0274] Produzido a partir de aço-carbono, do tipo horizontal com condensação no lado de invólucro. Fornecido no lado de tubo com água de resfriamento que se origina da torre de água Z x01.
[0275] • D x14 (tanque de acumulação):
[0276] Produzido a partir de aço-carbono ou PP, mantido sob sucção por P x09.
[0277] • G x12 (bomba que fornece amônia condensada para D x02):
[0278] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um corpo e impulsor produzidos a partir de polipropileno ou aço revestido. Equipada com uma vedação mecânica dupla nivelada.
[0279] • P x09 (ventoinha):
[0280] Ventoinha axial. Cabeçote de modo que garanta sucção em C x01.
[0281] • P x08 (ventoinha):
[0282] Ventoinha axial.
[0283] • D x10 (tanque de armazenamento para H2SO4):
[0284] Pequenos tanques de polietileno de 1 m3.
[0285] • G x10 (bomba que fornece H2SO4 para C x02):
[0286] Bomba de medição.
[0287] • C x02 (depurador úmido):
[0288] Produzido a partir de PP, embalagem produzida a partir de material plástico (de anéis Raschig de 2,54 cm (1 polegada)), equipado com tanque de recirculação controlado por pH. Sistema para alimentar água acidulada no cabeçote. Mantido sob sucção por P x08.
[0289] Z x01: (torre de resfriamento)
[0290] G x13: bomba que fornece o circuito de resfriamento de Z x01
[0291] • B x01 (secador):
[0292] Forno giratório, dotado de um queimador, seção de depuração de partícula de fumo (ciclone),
[0293] tremonha de carregamento, transportadoras helicoidais para alimentar e extrair fluorita, motor de engrenagem para variar a velocidade de rotação e pistões hidráulicos para variar a inclinação.
[0294] • T x03 A/B (transportadoras helicoidais para alimentar fluorita úmida ao forno giratório):
[0295] Transportadores helicoidais de aço-carbono, equipados com um motor elétrico, adequado para alimentar fluorita ao forno giratório em uma taxa de fluxo constante.
[0296] • T x04 (transportador helicoidal de extração):
[0297] Transportador helicoidal de aço-carbono, para extrair a fluorita granular do forno giratório e alimentar o elevador de baldes T x05. Equipado com um motor elétrico que funciona em velocidade constante.
[0298] • T x05 (elevador de baldes):
[0299] Elevador de baldes de aço, dotado de um motor elétrico. Recebe a fluorita granular do transportador helicoidal T x04 e alimenta o silo de armazenamento D x08.
[0300] • T x06 (válvula giratória):
[0301] Válvula giratória de aço. Regula a descarga das partículas finas arrastadas e encapsuladas no ciclone D x09 para um reservatório de armazenamento abaixo.
[0302] • P x06 (ventoinha):
[0303] Ventoinha axial, dotada de um motor elétrico. Distribui o fluxo de ar necessário para combustão no queimador de B x01.
[0304] • D x08 (silo de armazenamento para fluorita granular):
[0305] Silo de aço (ou alumínio), adequado para conter o produto granular. Alimentado a partir de uma altura pelo elevador de baldes T x05. Dotado de uma ventoinha e de um filtro de saco para ventilação para a atmosfera.
[0306] • D x09 (ciclone): Produzido a partir de aço, recebe os fumes quentes que saem do forno giratório. Tem o propósito de depurar e encapsular, por força centrífuga, as partículas finas arrastadas pela turbulência presente dentro do forno.
[0307] 1) A amônia presente no tanque de armazenamento D x02 é extraída por meio da bomba centrífuga G x02 e enviada para o reator em batelada R x01. Subsequentemente, o ácido fluorossilícico é enviado de D x01 para o reator por meio da bomba centrífuga G x01. O reator R x01, dotado do agitador P x01 e da bobina de resfriamento E x01, permite que a hidrólise do ácido ocorra completamente, o que leva à formação de NH4F e à precipitação de SiO2 de acordo com a reação A. A) H2SÍF6 + 6 NH3 + 2H2O → 6 NH4F + SÍO2↓
[0308] 2) A pasta fluida produzida em R x01 é extraída por meio da bomba centrífuga G x04 e enviada para o tanque intermediário D x03. A pasta fluida é mantida sob agitação com P x02 e é resfriada por E x02. O pH da solução pode ser aproximadamente ajustado através da adição, por meio da bomba G x03, de amônia de D x02.
[0309] 3) A pasta fluida é extraída de D x03 por meio da bomba centrífuga G x05 e enviada para o filtro-prensa F x01. No presente documento, a sílica é retida e os licores-mãe são enviados para o trocador/evaporador D x04, que consiste em um agitador P x03 e uma camisa de aquecimento E x04. Nessa etapa, o fluoreto de amônio, trazido para cerca de 130 °C por uma corrente de vapor, degrada em bifluoreto de amônio (mais reativo para carbonato de cálcio), liberando um mol de NH3 (reação B). A torta de SiO2 é lavada com água de processo, enviada por meio da bomba centrífuga G x06, a fim de recuperar o flúor presente dentro da torta. A água de lavagem é, do mesmo modo, enviada para o tanque D x04. B) 2NH4F → NH4HF2 + NH3
[0310] 4) Os licores-mãe, extraídos do D x04, são enviados por meio da bomba centrífuga G x07 para o reator contínuo R x02 (agitado por P x04). Simultaneamente, o transportador helicoidal de pesagem T x02 transporta o carbonato de cálcio extraído do silo D x05, por meio da válvula giratória T x01, no reator R x02, em que a reação C ocorre: C )NH4HF2 + CaCO3 → CaF2↓ + CO2↑+ NH3↑
[0311] 5) A pasta fluida produzida em R x02 é extraída por meio da bomba centrífuga G x08 e enviada para o tanque intermediário D x06 (agitado por meio de P x05).
[0312] 6) A partir do tanque intermediário, a pasta fluida é extraída por meio da bomba centrífuga G x09 e enviada para o filtro-prensa F x02. No presente documento, a fluorita é retida e os licores-mãe são enviados para o tanque de tampão D x11, agitado pelo agitador P x07. A torta de fluorita é lavada com água de processo, por meio da bomba G x14, para remover a amônia presente na torta. A água de lavagem também é enviada para D x11. A torta de fluorita lavada úmida é descarregada do filtro e transportada para o silo de armazenamento D x07.
[0313] 7) Os licores-mãe em D x11 são compostos por NH3 em uma solução de 10% em peso. A fim de ser reutilizado como um reagente em A, os mesmos devem ser concentrados para 25% em peso. Por conseguinte, os mesmos são extraídos por meio da bomba centrífuga G x11 e enviados para o extrator C x01, mantido sob sucção pela bomba P x09. Esse aparelho é uma coluna embalada, alimentada na parte superior com os licores-mãe que contêm a amônia a ser concentrada e no fundo com uma corrente de vapor a 0,2 MPa (2 bar), e dimensionada de modo que o produto superior consista em vapores que contêm 25% de NH3, que serão, então, condensados em E x03 e acumulados em D x14. O produto de fundo consiste na água excedente, que será enviada para a usina de tratamento de água.
[0314] Os 25% de amônia, condensada a uma temperatura um pouco acima de 30 °C, são extraídos de D x14 por meio da bomba centrífuga G x12 e enviados para o tanque de armazenamento D x02. A água de resfriamento para E x03, bem como para E x01 e E x02, é fornecida pela torre de resfriamento Z x01 e introduzida no circuito por meio da bomba G x13.
[0315] 8) Os aparelhos R x01, D x02, D x03, F x01, D x04, R x02, D x06, F x02 e D x11 são mantidos sob sucção pela ventoinha P x08, para impedir a dispersão de vapores de NH3 na atmosfera. As correntes de ventilação são enviadas para o fundo de C x02, um depurador úmido alimentado na parte superior, por meio da bomba G x10 com uma solução de H2SO4, armazenada no tanque D x10 e que tem o propósito de encapsular a amônia presente na corrente. As correntes de ventilação isentas de amônia serão, então, emitidas para a atmosfera e uma solução que contém sulfato de amônio formado dentro do depurador será descarregada do fundo da coluna.
[0316] 9) A fluorita úmida alimentada a partir do silo coletor D x07 é transportada dentro do forno giratório B x01 por meio do transportador helicoidal de alimentação T x03A/B. A secagem ocorre por contato direto dos fumos de combustão quente com a fluorita úmida. A rotação e a alta temperatura do forno promovem a formação de grânulos de fluorita seca. O fluxo de ar necessário para a combustão é fornecido pela ventoinha P x06, enquanto o produto fino arrastado pelos fumos que saem do forno B x01 é encapsulado pelo ciclone D x09 antes de ser enviado para o depurador C x02. A fluorita seca na forma de um pó fino é, então, descarregada do ciclone D x09 por meio da válvula giratória T x06, e pode ser recuperada na parte superior do processo de secagem. A fluorita seca, na forma de grânulos, é, então, descarregada do forno no transportador helicoidal de extração T x04 e transportada para o elevador de baldes T x05 a fim de, então, ser armazenada no silo de armazenamento D x08.
[0317] A usina de acordo com a presente invenção tem capacidade para produzir uma fluorita sintética de alta pureza (CaF2) de acordo com o processo descrito na dita segunda modalidade R2 (Figura 2 e Figura 6). A usina compreende:
[0318] • D x01 (tanque de armazenamento para o ácido fluorossilícico):
[0319] O tanque de polipropileno para armazenar o ácido fluorossilícico, dotado de uma válvula de quebra-vácuo. O tanque é instalado dentro de uma bacia de retenção de polietileno isolado adequadamente dimensionada equipada com bocais de extração e alimentação e uma porta de inspeção.
[0320] • G x01 (bomba para extrair FSA de D x01):
[0321] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um corpo e impulsor produzidos a partir de polipropileno ou aço revestido. Equipada com uma vedação mecânica dupla nivelada.
[0322] • D x02 (tanque de armazenamento de amônia):
[0323] Tanque produzido a partir de aço-carbono, adequado para armazenar amônia em solução aquosa. Mantida sob sucção por P x08 e dotada de uma válvula de quebra-vácuo, uma bacia de retenção de polietileno isolado adequadamente dimensionada equipada com bocais de extração e alimentação e uma porta de inspeção.
[0324] • G x02 (bomba para extrair NH3 de D x02):
[0325] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um corpo e impulsor produzidos a partir de polipropileno ou aço revestido. Equipada com uma vedação mecânica dupla nivelada.
[0326] • R x01 (Reator de hidrólise de FSA):
[0327] Reator do tipo BATELADA, produzido a partir de aço revestido (ebonite) ou PP, termorregulado por E x01 e agitado por P x01. Mantido sob sucção por P x08 e dotado de bocais de extração de produto e alimentação de reagente.
[0328] • E x01 (bobina de resfriamento R x01):
[0329] Produzida a partir de SANICRO 28 (ou similar) e dotada de água de resfriamento que se origina da torre Z x01. Dimensionada de modo que mantenha a temperatura na faixa de 50 a 60 °C.
[0330] • P x01 (agitador R x01):
[0331] Produzido a partir de Sanicro 28 (ou similar), alimentado por um motor elétrico. Projetado e dimensionado de modo que garanta contato adequado entre os reagentes.
[0332] • G x04 (bomba para extrair pasta fluida de R x01):
[0333] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um corpo e impulsor produzidos a partir de polipropileno ou aço revestido. Equipada com uma vedação mecânica simples.
[0334] • D x05 (tanque intermediário):
[0335] Tanque de tampão, produzido a partir de aço revestido ou PP, termorregulado por E x02 e agitado por Px02. Mantido sob sucção por P x08 e dotado de bocais de extração e alimentação.
[0336] E x02 (bobina de resfriamento D x05):
[0337] Produzida a partir de Sanicro 28 (ou similar) e dotada de água de resfriamento que se origina da torre Z x01. Dimensionada de modo que mantenha a temperatura em 30 °C.
[0338] • P x02 (agitador P x05):
[0339] Produzido a partir de Sanicro 28 (ou similar), alimentado por um motor elétrico. Dimensionado de modo que permita o contato adequado entre os reagentes (nitratos) e impeça a sedimentação da sílica.
[0340] • Dx03 e Dx04 (tanque de armazenamento para Mg(NO3)2 e Fe(NO3)3 em solução):
[0341] Pequenos tanques de polietileno de 1 m3.
[0342] G x03: (bomba para fornecer amônia para D x05)
[0343] • G x05 e G x06 (bombas de extração de nitrato):
[0344] Pequenas bombas de medição.
[0345] • G x07 (bomba que fornece F x01):
[0346] Bomba pneumática de diafragma, dotada de ar de instrumento.
[0347] • F x01 (primeiro filtro-prensa):
[0348] Filtro-prensa automático, com panos e placas de polipropileno. Dotado de bandeja coletora, sopro e torção de membrana, sistema de lavagem de torta e lavagem de pano. Adicionalmente equipado com uma tampa de sucção conectada a P x08.
[0349] • G x08 (bomba de lavagem de torta):
[0350] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um impulsor e corpo de ferro fundido, equipada com uma vedação mecânica simples.
[0351] • D x06 (tanque intermediário):
[0352] Produzido a partir de aço revestido ou PP. Mantido sob sucção por P x08 e dotado de bocais de extração e alimentação.
[0353] P x03 (tanque de agitador D x06)
[0354] • G x09 (bomba que fornece R x02):
[0355] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um corpo e impulsor produzidos a partir de aço revestido ou PP, equipada com uma vedação mecânica simples.
[0356] • D x07 (silo de armazenamento para hidróxido de cálcio):
[0357] Produzido a partir de aço-carbono, equipado com uma ventilação dotada de filtro de saco para remoção de poeira e ventoinha. Alimentado a partir de caminhões-tanque através de um transportador pneumático.
[0358] • T x01 (válvula giratória)
[0359] • T x02 (transportador helicoidal para extrair hidróxido de cálcio):
[0360] Produzido a partir de aço, equipada com uma balança com capacidade para pesar o hidróxido de cálcio em uma quantidade estequiométrica para o reator R x02.
[0361] • R x02 (reator para a formação de fluorita):
[0362] Reator do tipo CSTR, produzido a partir de aço revestido (ebonite) ou PP e agitado por P x04. Mantido sob sucção por P x08 e dotado de bocais de extração de produto e alimentação de reagente.
[0363] • P x04 (reator de agitador R x02):
[0364] Produzido a partir de Sanicro 28 (ou similar), alimentado por um motor elétrico. Dimensionado de modo que permita o contato adequado entre os reagentes e impeça a sedimentação da fluorita.
[0365] • G x10 (bomba de R x02 para D x08):
[0366] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um corpo e impulsor produzidos a partir de aço revestido ou PP, equipada com uma vedação mecânica simples.
[0367] • D x08 (tanque intermediário):
[0368] Tanque de tampão, produzido a partir de aço revestido ou PP, agitado por Px05. Mantido sob sucção por P x08 e dotado de bocais de extração e alimentação.
[0369] • P x05 (agitador D x08):
[0370] Produzido a partir de Sanicro 28 (ou similar), alimentado por um motor elétrico. Dimensionado de modo que impeça a sedimentação da fluorita.
[0371] • G x11 (bomba que fornece F x02):
[0372] Bomba pneumática de diafragma, dotada de ar de instrumento.
[0373] • F x02 (segundo filtro-prensa):
[0374] Filtro-prensa automático, com panos e placas de polipropileno. Dotado de bandeja coletora, sopro e torção de membrana, sistema de lavagem de torta e lavagem de pano. Uma tampa mantida sob sucção por P x08 também deve ser fornecida.
[0375] D x09: silo para coletar fluorita sintética úmida
[0376] • D x13 (tanque intermediário):
[0377] Produzido a partir de aço-carbono. Mantido sob sucção por P x09 e dotado de bocais de extração e alimentação. Serve como um tampão para C x01.
[0378] P x07: tanque de agitador D x13
[0379] • G x16 (bomba de lavagem de torta):
[0380] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um impulsor e corpo de ferro fundido, equipada com uma vedação mecânica simples.
[0381] • G x13 (bomba que fornece licores-mãe para C x01):
[0382] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um corpo de ferro fundido (aço) e impulsor, equipada com uma vedação mecânica simples.
[0383] • C x01 (extrator de amônia):
[0384] Produzido a partir de aço-carbono, dotado de embalagem (anéis Raschig de metal de 2,54 cm (1 polegada)), bocais de alimentação inferior e superior e um sistema para alimentar os licores-mãe ao cabeçote. Mantido sob sucção por P x09.
[0385] • E x03 (condensador):
[0386] Produzido a partir de aço-carbono, do tipo horizontal com condensação no lado de invólucro. Fornecido no lado de tubo com água de resfriamento que se origina da torre de água Z x01.
[0387] • D x14 (tanque de acumulação):
[0388] Produzido a partir de aço-carbono ou PP, mantido sob sucção por P x09.
[0389] • G x14 (bomba que fornece amônia condensada para D x02):
[0390] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um corpo e um impulsor produzidos a partir de polipropileno ou aço revestido. Equipada com uma vedação mecânica dupla nivelada.
[0391] • P x09 (ventoinha):
[0392] Ventoinha axial. Cabeçote de modo que garanta sucção em C x01.
[0393] • P x08 (ventoinha):
[0394] Ventoinha axial.
[0395] • D x12 (tanque de armazenamento para H2SO4):
[0396] Pequenos tanques de polietileno de 1 m3.
[0397] • G x12 (bomba que fornece H2SO4 para C x02):
[0398] Bomba de medição.
[0399] • C x02 (depurador úmido):
[0400] Produzido a partir de PP, embalagem produzida a partir de material plástico (de anéis Raschig de 2,54 cm (1 polegada)), equipado com tanque de recirculação controlado por pH. Sistema para alimentar água acidulada no cabeçote. Mantido sob sucção por P x08.
[0401] • Z x01: (torre de resfriamento)
[0402] • G x15: bomba que fornece circuito de resfriamento de Z x01
[0403] • B x01 (secador):
[0404] Forno giratório, dotado de um queimador, seção de depuração de partícula de fumo (ciclone),
[0405] tremonha de carregamento, transportadoras helicoidais para alimentar e extrair fluorita, motor de engrenagem para variar a velocidade de rotação e pistões hidráulicos para variar a inclinação.
[0406] • T x03 A/B (transportadoras helicoidais para alimentar fluorita úmida ao forno giratório):
[0407] Transportadores helicoidais de aço-carbono, equipados com um motor elétrico, adequado para alimentar fluorita ao forno giratório em uma taxa de fluxo constante.
[0408] • T x04 (transportador helicoidal de extração):
[0409] Transportador helicoidal de aço-carbono, para extrair a fluorita granular do forno giratório e alimentar o elevador de baldes T x05. Equipado com um motor elétrico que funciona em velocidade constante.
[0410] • T x05 (elevador de baldes):
[0411] Elevador de baldes de aço, dotado de um motor elétrico. Recebe a fluorita granular do transportador helicoidal T x04 e alimenta o silo de armazenamento D x10.
[0412] • T x06 (válvula giratória):
[0413] Válvula giratória de aço. Regula a descarga das partículas finas arrastadas e encapsuladas no ciclone D x11 para um reservatório de armazenamento abaixo.
[0414] • P x06 (ventoinha):
[0415] Ventoinha axial, dotada de um motor elétrico. Distribui o fluxo de ar necessário para combustão no queimador de B x01.
[0416] • D x10 (silo de armazenamento para fluorita granular):
[0417] Silo de aço (ou alumínio), adequado para conter o produto granular. Alimentado a partir de uma altura pelo elevador de baldes T x05. Dotado de uma ventoinha e um filtro de saco para ventilação para a atmosfera.
[0418] • D x11 (ciclone):
[0419] Produzido a partir de aço, recebe os fumes quentes que saem do forno giratório. Tem o propósito de depurar e encapsular, por força centrífuga, as partículas finas arrastadas pela turbulência presente dentro do forno.
[0420] 1) A amônia presente no tanque de armazenamento D x02 é extraída por meio da bomba centrífuga G x02 e enviada para o reator em batelada R x01. Subsequentemente, o ácido fluorossilícico é enviado de D x01 para o reator por meio da bomba centrífuga G x01. O reator R x01, dotado do agitador P x01 e da bobina de resfriamento E x01, permite que a hidrólise do ácido ocorra completamente, que leva à formação de NH4F e à precipitação de SiO2 de acordo com a reação A. A) H2SÍF6 + 6 NH3 + 2H2O →6 NH4F + SÍO2↓
[0421] 2) A pasta fluida produzida em R x01 é extraída por meio da bomba centrífuga G x04 e enviada para o tanque intermediário D x05. A pasta fluida é mantida sob agitação com P x02 e é resfriada por E x02. Nessa etapa, uma solução de Mg(NO3)2 e Fe(NO3)3 também é alimentada a partir de D x02 e D x04 pelas bombas G x05 e G x06, respectivamente. O pH da solução pode ser aproximadamente ajustado através da adição, por meio da bomba G x03, de amônia de D x02.
[0422] 3) A pasta fluida é extraída de D x05 por meio da bomba centrífuga G x07 e enviada para o filtro-prensa F x01. No presente documento, a sílica é retida e os licores-mãe são enviados para o tanque intermediário D x06, mantido sob agitação constante pelo agitador P x03. A torta de SiO2 é lavada com água de processo, enviada por meio da bomba centrífuga G x08, a fim de recuperar o flúor presente dentro da torta. A água de lavagem é, do mesmo modo, enviada para o tanque D x06.
[0423] 4) Os licores-mãe, extraídos do D x06, são enviados por meio da bomba centrífuga G x09 para o reator contínuo R x02 (agitado por P x04). Simultaneamente, o transportador helicoidal de pesagem T x02 transporta o hidrato de cálcio extraído do silo D x07 por meio da válvula giratória T x01 no reator R x02, em que a reação B ocorre: B) 2NH4F + Ca(OH)2 → CaF2↓ + 2H2O + 2NH3↑
[0424] 5) A pasta fluida produzida em R x02 é extraída por meio da bomba centrífuga G x10 e enviada para o tanque intermediário D x08 (agitado por meio de P x05).
[0425] 6) A partir do tanque intermediário D x08, a pasta fluida é extraída por meio da bomba centrífuga G x11 e enviada para o filtro-prensa F x02. No presente documento, a fluorita é retida e os licores-mãe são enviados para o tanque de tampão D x13, mantido sob agitação constante pelo agitador P x07. A torta de fluorita é lavada com água de processo para remover a amônia presente na torta, por meio da bomba G x16. A água de lavagem também é enviada para D x13. A torta de fluorita úmida é descarregada do filtro F x02 e transportada para o silo coletor D x09.
[0426] 7) Os licores-mãe em D x13 são compostos por NH3 em uma solução de 10% em peso. A fim de ser reutilizado como um reagente em A, os mesmos devem ser concentrados para 25% em peso. Por conseguinte, os mesmos são extraídos por meio da bomba centrífuga G x13 e enviados para o extrator C x01, mantido sob sucção pela bomba P x09. Esse aparelho é uma coluna embalada, alimentada na parte superior com os licores-mãe que contêm a amônia a ser concentrada e no fundo com uma corrente de vapor a 0,2 MPa (2 bar), e dimensionada de modo que o produto superior consista em vapores que contêm 25% de NH3, que serão, então, condensados em E x03 e acumulados em D x14. O produto de fundo consiste na água excedente, que será enviada para a usina de tratamento de água.
[0427] Os 25% de amônia, condensada a uma temperatura um pouco acima de 30 °C, são extraídos de D x14 por meio da bomba centrífuga G x14 e enviados para o tanque de armazenamento D x02. A água de resfriamento para E x03, bem como para E x01 e E x02, é fornecida pela torre de resfriamento Z x01, que fornece o circuito por meio da bomba G x15.
[0428] 8) Os aparelhos R x01, D x02, D x05, F x01, D x06, R x02, D x08, F x02 e D x13 são mantidos sob sucção pela ventoinha P x08, para impedir a dispersão de vapores de NH3 na atmosfera. As correntes de ventilação são enviadas para o fundo de C x02, um depurador úmido alimentado na parte superior com uma solução de H2SO4, armazenada no tanque D x12 e alimentada por meio da bomba G x12, que tem o propósito de encapsular a amônia presente na corrente. As correntes de ventilação isentas de amônia serão, então, emitidas para a atmosfera e uma solução que contém sulfato de amônio formado dentro do depurador será descarregada do fundo da coluna.
[0429] 9) A fluorita úmida alimentada a partir do silo coletor D x09 é transportada dentro do forno giratório B x01 por meio do transportador helicoidal de alimentação T x03A/B. A secagem ocorre por contato direto dos fumos de combustão quente com a fluorita úmida. A rotação e a alta temperatura do forno promovem a formação de grânulos de fluorita seca. O fluxo de ar necessário para a combustão é fornecido pela ventoinha P x06, enquanto o produto fino arrastado pelos fumos que saem do forno B x01 é encapsulado pelo ciclone D x11 antes de ser enviado para o depurador C x02. A fluorita seca na forma de um pó fino é, então, descarregada do ciclone D x11 por meio da válvula giratória T x06, e pode ser recuperada na parte superior do processo de secagem. A fluorita seca, na forma de grânulos, é, então, descarregada do forno no transportador helicoidal de extração T x04 e transportada para o elevador de baldes T x05 a fim de, então, ser armazenada no silo de armazenamento D x10.
[0430] A usina de acordo com a presente invenção tem capacidade para produzir uma fluorita sintética de alta pureza (CaF2) de acordo com o processo descrito na dita primeira modalidade R1 (Figura 1 e Figura 5). A usina compreende:
[0431] • D x01 (tanque de armazenamento para o ácido fluorossilícico):
[0432] O tanque de polipropileno para armazenar o ácido fluorossilícico, dotado de uma válvula de quebra-vácuo. O tanque é instalado dentro de uma bacia de retenção de polietileno isolado adequadamente dimensionada equipada com bocais de extração e alimentação e uma porta de inspeção.
[0433] • G x01 (bomba para extrair FSA de D x01):
[0434] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um corpo e um impulsor produzidos a partir de polipropileno ou aço revestido. Equipada com uma vedação mecânica dupla nivelada.
[0435] • D x02 (tanque de armazenamento de amônia):
[0436] Tanque produzido a partir de aço-carbono, adequado para armazenar amônia em solução aquosa. Mantida sob sucção por P x08 e dotada de uma válvula de quebra-vácuo, uma bacia de retenção de polietileno isolado adequadamente dimensionada equipada com bocais de extração e alimentação e uma porta de inspeção.
[0437] • G x02 (bomba para extrair NH3 de D x02):
[0438] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um corpo e um impulsor produzidos a partir de polipropileno ou aço revestido. Equipada com uma vedação mecânica dupla nivelada.
[0439] • R x01 (Reator de hidrólise de FSA):
[0440] Reator do tipo BATELADA, produzido a partir de aço revestido (ebonite) ou PP, termorregulado por E x01 e agitado por P x01. Mantido sob sucção por P x08 e dotado de bocais de extração de produto e alimentação de reagente.
[0441] • E x01 (bobina de resfriamento R x01):
[0442] Produzida a partir de SANICRO 28 (ou similar) e dotada de água de resfriamento que se origina da torre Z x01. Dimensionada de modo que mantenha a temperatura na faixa de 50 a 60 °C.
[0443] • P x01 (agitador R x01):
[0444] Produzido a partir de Sanicro 28 (ou similar), alimentado por um motor elétrico. Projetado e dimensionado de modo que garanta contato adequado entre os reagentes.
[0445] • G x04 (bomba para extrair pasta fluida de R x01):
[0446] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um corpo e um impulsor produzidos a partir de polipropileno ou aço revestido. Equipada com uma vedação mecânica simples.
[0447] • D x05 (tanque intermediário):
[0448] Tanque de tampão, produzido a partir de aço revestido ou PP, termorregulado por E x02 e agitado por Px02. Mantido sob sucção por P x08 e dotado de bocais de extração e alimentação.
[0449] • E x02 (bobina de resfriamento D x05):
[0450] Produzida a partir de Sanicro 28 (ou similar) e dotada de água de resfriamento que se origina da torre Z x01. Dimensionada de modo que mantenha a temperatura em 30 °C.
[0451] • P x02 (agitador P x05):
[0452] Produzido a partir de Sanicro 28 (ou similar), alimentado por um motor elétrico. Dimensionado de modo que permita o contato adequado entre os reagentes (nitratos) e impeça a sedimentação da sílica.
[0453] • Dx03 e Dx04 (tanque de armazenamento para Mg(NO3)2 e Fe(NO3)3 em solução):
[0454] Pequenos tanques de polietileno de 1 m3.
[0455] • G x03: (bomba para fornecer amônia para D x05)
[0456] • G x05 e G x06 (bombas de extração de nitrato):
[0457] Pequenas bombas de medição.
[0458] • G x07 (bomba que fornece F x01):
[0459] Bomba pneumática de diafragma, dotada de ar de instrumento.
[0460] • F x01 (primeiro filtro-prensa):
[0461] Filtro-prensa automático, com panos e placas de polipropileno. Dotado de bandeja coletora, sopro e torção de membrana, sistema de lavagem de torta e lavagem de pano. Adicionalmente equipado com uma tampa de sucção conectada a P x08.
[0462] • G x08 (bomba de lavagem de torta):
[0463] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um impulsor e corpo de ferro fundido, equipada com uma vedação mecânica simples.
[0464] • D x06 (evaporador):
[0465] Produzido a partir de aço revestido. Mantido sob sucção por P x08 e dotado de bocais de extração e alimentação. O aumento de temperatura (até 130 °C) permite que o fluoreto de amônio seja convertido em bifluoreto de amônio, que é mais reativo para CaCO3.
[0466] • E x04 (camisa de aquecimento D x06):
[0467] Produzida a partir de aço-carbono e dotada de vapor. Dimensionada de modo que faça com que a temperatura dentro de D x06 seja de até cerca de 130 °C.
[0468] • P x03: (evaporador de agitador D x06)
[0469] • G x09 (bomba que fornece R x02):
[0470] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um corpo e impulsor produzidos a partir de aço revestido ou PP, equipada com uma vedação mecânica simples.
[0471] • D x07 (silo de armazenamento para carbonato):
[0472] Produzido a partir de aço-carbono, equipado com uma ventilação dotada de filtro de saco para remoção de poeira e ventoinha. Alimentado a partir de caminhões-tanque através de um transportador pneumático.
[0473] • T x01 (válvula giratória)
[0474] • T x02 (transportador helicoidal para extrair carbonato):
[0475] Produzido a partir de aço, equipado com uma balança com capacidade para pesar o carbonato em uma quantidade estequiométrica para o reator R x02.
[0476] • R x02 (reator para a formação de fluorita):
[0477] Reator do tipo CSTR, produzido a partir de aço revestido (ebonite) ou PP e agitado por P x04. Mantido sob sucção por P x08 e dotado de bocais de extração de produto e alimentação de reagente.
[0478] • P x04 (reator de agitador R x02):
[0479] Produzido a partir de Sanicro 28 (ou similar), alimentado por um motor elétrico. Dimensionado de modo que permita o contato adequado entre os reagentes e impeça a sedimentação da fluorita.
[0480] • G x10 (bomba de R x02 para D x08):
[0481] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um corpo e impulsor produzidos a partir de aço revestido ou PP, equipada com uma vedação mecânica simples.
[0482] • D x08 (tanque intermediário):
[0483] Tanque de tampão, produzido a partir de aço revestido ou PP, agitado por Px05. Mantido sob sucção por P x08 e dotado de bocais de extração e alimentação.
[0484] • P x05 (agitador D x08):
[0485] Produzido a partir de Sanicro 28 (ou similar), alimentado por um motor elétrico. Dimensionado de modo que impeça a sedimentação da fluorita.
[0486] • G x11 (bomba que fornece F x02):
[0487] Bomba pneumática de diafragma, dotada de ar de instrumento.
[0488] • F x02 (segundo filtro-prensa):
[0489] Filtro-prensa automático, com panos e placas de polipropileno. Dotado de bandeja coletora, sopro e torção de membrana, sistema de lavagem de torta e lavagem de pano. Uma tampa mantida sob sucção por P x08 também deve ser fornecida.
[0490] D x09: silo para coletar fluorita sintética úmida
[0491] • D x13 (tanque intermediário):
[0492] Produzido a partir de aço-carbono. Mantido sob sucção por P x09 e dotado de bocais de extração e alimentação. Serve como um tampão para C x01.
[0493] P x07: tanque de agitador D x13
[0494] • G x16 (bomba de lavagem de torta):
[0495] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um impulsor e um corpo de ferro fundido, equipada com uma vedação mecânica simples.
[0496] • G x13 (bomba que fornece licores-mãe para C x01):
[0497] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um corpo de ferro fundido (aço) e impulsor, equipada com uma vedação mecânica simples.
[0498] • C x01 (extrator de amônia):
[0499] Produzido a partir de aço-carbono, dotado de embalagem (anéis Raschig de metal de 2,54 cm (1 polegada)), bocais de alimentação inferior e superior e um sistema para alimentar os licores-mãe ao cabeçote. Mantido sob sucção por P x09.
[0500] • E x03 (condensador):
[0501] Produzido a partir de aço-carbono, do tipo horizontal com condensação no lado de invólucro. Fornecido no lado de tubo com água de resfriamento que se origina da torre de água Z x01.
[0502] • D x14 (tanque de acumulação):
[0503] Produzido a partir de aço-carbono ou PP, mantido sob sucção por P x09.
[0504] • G x14 (bomba que fornece amônia condensada para D x02):
[0505] Bomba centrífuga horizontalmente instalada, com um corpo e um impulsor produzidos a partir de polipropileno ou aço revestido. Equipada com uma vedação mecânica dupla nivelada.
[0506] • P x09 (ventoinha):
[0507] Ventoinha axial. Cabeçote de modo que garanta sucção em C x01.
[0508] • P x08 (ventoinha):
[0509] Ventoinha axial.
[0510] • D x12 (tanque de armazenamento para H2SO4):
[0511] Pequenos tanques de polietileno de 1 m3.
[0512] • G x12 (bomba que fornece H2SO4 para C x02):
[0513] Bomba de medição.
[0514] • C x02 (depurador úmido):
[0515] Produzido a partir de PP, embalagem produzida a partir de material plástico (de anéis Raschig de 2,54 cm (1 polegada)), equipado com tanque de recirculação controlado por pH. Sistema para alimentar água acidulada no cabeçote. Mantido sob sucção por P x08.
[0516] Z x01: (torre de resfriamento)
[0517] G x15: bomba que fornece circuito de resfriamento de Z x01
[0518] • B x01 (secador):
[0519] Forno giratório, dotado de um queimador, seção de depuração de partícula de fumo (ciclone),
[0520] tremonha de carregamento, transportadoras helicoidais para alimentar e extrair fluorita, motor de engrenagem para variar a velocidade de rotação e pistões hidráulicos para variar a inclinação.
[0521] • T x03 A/B (transportadoras helicoidais para alimentar fluorita úmida para o forno giratório):
[0522] Transportadores helicoidais de aço-carbono, equipados com um motor elétrico, adequado para alimentar fluorita ao forno giratório em uma taxa de fluxo constante.
[0523] • T x04 (transportador helicoidal de extração):
[0524] Transportador helicoidal de aço-carbono, para extrair a fluorita granular do forno giratório e alimentar o elevador de baldes T x05. Equipado com um motor elétrico que funciona em velocidade constante.
[0525] • T x05 (elevador de baldes):
[0526] Elevador de baldes de aço, dotado de um motor elétrico. Recebe a fluorita granular do transportador helicoidal T x04 e alimenta o silo de armazenamento D x10.
[0527] • T x06 (válvula giratória):
[0528] Válvula giratória de aço. Regula a descarga das partículas finas arrastadas e encapsuladas no ciclone D x11 para um reservatório de armazenamento abaixo.
[0529] • P x06 (ventoinha):
[0530] Ventoinha axial, dotada de um motor elétrico. Distribui o fluxo de ar necessário para combustão no queimador de B x01.
[0531] • D x10 (silo de armazenamento para fluorita granular):
[0532] Silo de aço (ou alumínio), adequado para conter o produto granular. Alimentado a partir de uma altura pelo elevador de baldes T x05. Dotado de uma ventoinha e um filtro de saco para ventilação para a atmosfera.
[0533] • D x11 (ciclone):
[0534] Produzido a partir de aço, recebe os fumes quentes que saem do forno giratório. Tem o propósito de depurar e encapsular, por força centrífuga, as partículas finas arrastadas pela turbulência presente dentro do forno.
[0535] 1) A amônia presente no tanque de armazenamento D x02 é extraída por meio da bomba centrífuga G x02 e enviada para o reator em batelada R x01. Subsequentemente, o ácido fluorossilícico é enviado para o reator por meio da bomba centrífuga G x01. O reator R x01, dotado do agitador P x01 e da bobina de resfriamento E x01, permite que a hidrólise do ácido ocorra completamente, o que leva à formação de NH4F e à precipitação de SiO2 de acordo com a reação A. A) H2SÍF6 + 6 NH3 + 2H2O → 6 NH4F + SÍO2↓
[0536] 2) A pasta fluida produzida em R x01 é extraída por meio da bomba centrífuga G x04 e enviada para o tanque intermediário D x05. A pasta fluida é mantida sob agitação com P x02 e é resfriada por E x02. Nessa etapa, uma solução de Mg(NO3)2 e Fe(NO3)3 é alimentada de D x02 e D x04 pelas bombas G x05 e G x06, respectivamente. O pH da solução pode ser aproximadamente ajustado através da adição, por meio da bomba G x03, de amônia de D x02.
[0537] 3) A pasta fluida é extraída de D x05 por meio da bomba centrífuga G x07 e enviada para o filtro-prensa F x01. No presente documento, a sílica é retida e os licores-mãe são enviados para o trocador/evaporador D x06, que consiste em um agitador P x03 e uma camisa de aquecimento E x04. Nessa etapa, o fluoreto de amônio, trazido para cerca de 130 °C por uma corrente de vapor, degrada em bifluoreto de amônio (mais reativo para carbonato de cálcio), liberando um mol de NH3 (reação B). A torta de SiO2 é lavada com água de processo, enviada por meio da bomba centrífuga G x08, a fim de recuperar o flúor presente dentro da torta. A água de lavagem é, do mesmo modo, enviada para o tanque D x06. B) 2NH4F → NH4HF2 + NH3
[0538] 4) Os licores-mãe, extraídos do D x06, são enviados por meio da bomba centrífuga G x09 para o reator contínuo R x02 (agitado por P x04). Simultaneamente, o transportador helicoidal de pesagem T x02 transporta o carbonato de cálcio extraído do silo D x07, por meio da válvula giratória T x01, no reator R x02, em que a reação C ocorre: C) NH4HF2 + CaCO3 → CaF2↓ + CO2↑ + NH3↑
[0539] 5) A pasta fluida produzida em R x02 é extraída por meio da bomba centrífuga G x10 e enviada para o tanque intermediário D x08 (agitado por meio de P x05).
[0540] 6) A partir do tanque intermediário, a pasta fluida é extraída por meio da bomba centrífuga G x11 e enviada para o filtro-prensa F x02. No presente documento, a fluorita é retida e os licores-mãe são enviados para o tanque de tampão D x13, agitado pelo agitador P x07. A torta de fluorita é lavada com água de processo, por meio da bomba G x16, para remover a amônia presente na torta. A água de lavagem também é enviada para D x13. A torta de fluorita úmida descarregada do filtro F x02 é transportada para o silo de armazenamento D x09.
[0541] 7) Os licores-mãe em D x13 são compostos por NH3 em uma solução de 10% em peso. A fim de ser reutilizado como um reagente em A, os mesmos devem ser concentrados para 25% em peso. Por conseguinte, os mesmos são extraídos por meio da bomba centrífuga G x13 e enviados para o extrator C x01, mantido sob sucção pela bomba P x09. Esse aparelho é uma coluna embalada, alimentada na parte superior com os licores-mãe que contêm a amônia a ser concentrada e no fundo com uma corrente de vapor a 0,2 MPa (2 bar), e dimensionada de modo que o produto superior consista em vapores que contêm 25% de NH3, que serão, então, condensados em E x03 e acumulados em D x14. O produto de fundo consiste na água excedente, que será enviada para a usina de tratamento de água.
[0542] Os 25% de amônia, condensada a uma temperatura um pouco acima de 30 °C, são extraídos de D x14 por meio da bomba centrífuga G x14 e enviados para o tanque de armazenamento D x02. A água de resfriamento para E x03, bem como para E x01 e E x02, é fornecida pela torre de resfriamento Z x01, e distribuída para o circuito por meio da bomba G x15.
[0543] 8) Os aparelhos R x01, D x02, D x05, F x01, D x06, R x02, D x08, F x02 e D x13 são mantidos sob sucção pela ventoinha P x08, para impedir a dispersão de vapores de NH3 na atmosfera. As correntes de ventilação são enviadas para o fundo de C x02, um depurador úmido alimentado na parte superior por meio da bomba G x12 com uma solução de H2SO4, armazenada no tanque D x12 e que tem o propósito de encapsular a amônia presente na corrente. As correntes de ventilação isentas de amônia serão, então, emitidas para a atmosfera e uma solução que contém sulfato de amônio formado dentro do depurador será descarregada do fundo da coluna.
[0544] 9) A fluorita úmida alimentada a partir do silo coletor D x09 é transportada dentro do forno giratório B x01 por meio do transportador helicoidal de alimentação T x03A/B. A secagem ocorre por contato direto dos fumos de combustão quente com a fluorita úmida. A rotação e a alta temperatura do forno promovem a formação de grânulos de fluorita seca. O fluxo de ar necessário para a combustão é fornecido pela ventoinha P x06, enquanto o produto fino arrastado pelos fumos que saem do forno B x01 é encapsulado pelo ciclone D x11 antes de ser enviado para o depurador C x02. A fluorita seca na forma de um pó fino é, então, descarregada do ciclone D x11 por meio da válvula giratória T x06, e pode ser recuperada na parte superior do processo de secagem. A fluorita seca, na forma de grânulos, é, então, descarregada do forno no transportador helicoidal de extração T x04 e transportada para o elevador de baldes T x05 a fim de, então, ser armazenada no silo de armazenamento D x10.
[0545] As ditas modalidades R1 (Figura 1 e 5), R2 (Figura 2 e 6), R3 (Figura 3 e 7) e R4 (Figura 4 e 8) compreendem uma etapa de granulação e secagem essencial que serva para obter uma fluorita sintética que pode ser usada por tecnologia industrial existente. De fato, conforme é bem conhecido, a fluorita usada como uma matéria-prima precisa ser alimentada para as linhas de produção de HF na forma de um pó seco com um tamanho de partícula apropriado. No processo da presente invenção, a etapa de secagem não permite apenas que a água contida no produto seja eliminada, mas também que produza grãos de material de agregado que podem ser facilmente gerenciados (transportados, armazenados em silos, dosados e triturados) com tecnologias industriais amplamente disseminadas comuns. A etapa de secagem-granulação é executada em uma pasta fluida de fluorita sintética, que contém de 30 a 50% de umidade em peso, emitida a partir de D x07 ou D x09 e direcionada para T x03A/B de modo que entre em uma tremonha de carregamento. Com o uso de uma correia de extração equipada com um inversor, é possível modular a carga de fluorita úmida que entra no forno B x01. Essa carga é produzida para variar de modo que tenha uma taxa de fluxo de pasta fluida seca e granulado compreendida de 180 a 300 kg/h (as faixas de frequência de motor aproximadamente de 9,34 Hz a 15 Hz). A pasta fluida extraída da correia continua a alimentar uma tremonha que, por sua vez, alimenta o transportador helicoidal subjacente que conduz a fluorita para o forno. O transportador helicoidal tem uma velocidade constante de rotação.
[0546] O queimador, equipado com um modulador automático da razão entre ar e combustível, funciona com uma taxa de fluxo de LPG de modo que tenha, na câmara de combustão, uma temperatura compreendida entre 700 °C e 800 °C, por exemplo, 784 °C. Essa temperatura é captada por meio de um termopar conectado a um sistema de DCS, visto que é o ajuste da taxa de fluxo de combustível. O ajuste da taxa de fluxo de combustível variou, por exemplo, entre 4 e 8 m3/h (medidor de fluxo na entrada de queimador). A temperatura dos fumos que saem do forno, do mesmo modo medida por um termopar conectado a DCS, mostra um valor compreendido, por exemplo, entre 120 °C w 220 °C. Por exemplo, a inclinação do forno giratório foi mantida constante, com o pistão em uma altura de 91 cm acima do nível do solo, de modo que forneça ao forno uma inclinação de 1,58°.
[0547] A velocidade de rotação do forno é regulada por meio de um motor de engrenagem elétrica equipado com um inversor. Nos testes executados, o inversor varia sua frequência, por exemplo, entre 9,5 e 30 Hz, de modo que permita que o forno gire com uma velocidade compreendida, por exemplo, entre 8 e 23 RPM. A pasta fluida granulada seca é extraída do forno por meio de um transportador helicoidal posicionado no cabeçote do forno. O produto acabado, fluorita sintética, é armazenado e pesado, e as partículas finas arrastadas pela turbulência dos fumos e encapsuladas no ciclone (com uma alta taxa de fluxo de produto acabado, acima de 300 kg/h, uma taxa de fluxo de 80 a 100 kg/h de produto de ciclone foi observada) são, do mesmo modo, armazenadas e pesadas. As quantidades de fluorita tratada por ciclone e granulada, adicionadas à perda de umidade durante o processo, possibilitam, assim, encontrar o equilíbrio de matéria-energia do processo. A matéria sintética granulada é, então, enviada para o laboratório para um avaliação cuidadosa das características obtidas (distribuição de tamanho de partícula e LOI).
[0548] A tabela abaixo resume os resultados obtidos em vários testes:
[0549] O processo da presente invenção, implantado, por exemplo, pelas ditas modalidades R1 (Figura 1 e 5), R2 (Figura 2 e 6), R3 (Figura 3 e 7) e R4 (Figura 4 e 8) prevê, a fim de reduzir a concentração dos óxidos presentes na fluorita sintética, por exemplo, MgO ou Al2O3 ou Fe2O3, e/ou carbonatos excedentes, por exemplo, CaCO3 e/ou hidróxido de cálcio excedente, implantar as etapas de lavagem e filtração subsequente com uma solução aquosa de ácidos diluídos, tal como 5% ou 10% HCl ou H2SO4 na fluorita sintética emitida de F x02, antes da etapa de secagem. A redução de MgO, por exemplo, evita problemas durante a etapa de reação com ácido sulfúrico. Essa reação é conduzida em um forno giratório encamisado aquecido com fumos de combustão que circulam na camisa de forno. Em particular, nota-se que o gesso produzido tende a formar escamas nas paredes dos fornos para a produção de HF, inibindo, desse modo, a troca de calor entre os fumos quentes (parte externa do forno) e a massa de reação (parte interna do forno). Esse efeito pode fazer com que a reação seja parada completamente, produzindo um tempo de inatividade indesejado da usina, ou de qualquer modo aumentando consideravelmente o consumo específico de fluorita (a quantidade de fluorita perdida no gesso aumenta).
[0550] A fluorita sintética de acordo com a presente invenção obtida, por exemplo, através das ditas modalidades R1 (Figura 1 e 5), R2 (Figura 2 e 6), R3 (Figura 3 e 7) e R4 (Figura 4 e 8) tem as seguintes características fisicoquímicas que caracterizam a mesma como o novo produto:
[0551] - valor de LOI (medido de acordo com os procedimentos e as técnicas conhecidas pelo indivíduo versado na técnica, em amostras do lado de saída de D x08 e D x10) compreendido entre 0,3 e 1,2, de preferência, compreendido entre 0,5 e 0,8, com ainda mais preferência, entre 0,6 e 0,7;
[0552] - valor de BET (medido de acordo com os procedimentos e as técnicas conhecidas pelo indivíduo versado na técnica, em amostras do lado de saída de D x07 ou D x09 após a secagem a 800 °C em um laboratório) compreendido entre 20 m2/g e 100 m2/g, de preferência, compreendido entre 40 m2/g e 80 m2/g, com ainda mais preferência, de 50 m2/g a 60 m2/g;
[0553] - tamanho médio de partícula (medido de acordo com os procedimentos e as técnicas conhecidas pelo indivíduo versado na técnica) da seguinte forma, em % em peso em relação ao peso da fluorita:
[0554] - superior a 10 mm, zero;
[0555] - superior a 5 mm, compreendido entre 1 e 10, de preferência, de 1 a 5, com ainda mais preferência, de 1 a 3;
[0556] - superior a 1 mm, compreendido entre 40 e 80, de preferência, de 50 a 70, com ainda mais preferência, de 55 a 65;
[0557] - superior a 0,05 mm, compreendido entre 10 e 30, de preferência, de 15 a 25, com ainda mais preferência, de 20 a 25;
[0558] - inferior a 0,05 mm, compreendido entre 1 e 20, de preferência, de 5 a 15, com ainda mais preferência, de 5 a 10. TABELA 1
[0559] A fluorita da presente invenção também tem:
[0560] - uma concentração de sílica SiO2 inferior a 1%, de preferência, inferior a 0,7%, com ainda mais preferência, inferior a 0,35% (medida de acordo com os procedimentos e as técnicas conhecidas pelo indivíduo versado na técnica, em amostras calcinadas a 800 °C);
[0561] - um valor de concentração de MgO inferior a 0,5%, de preferência, inferior a 0,3%, com ainda mais preferência, inferior a 0,2% (medido de acordo com os procedimentos e as técnicas conhecidas pelo indivíduo versado na técnica, em amostras calcinadas a 800 °C).
[0562] A Tabela 2 mostra a composição de uma fluorita sintética obtida na forma de pasta fluida que sai do F x02.
[0563] A Tabela 3 mostra os compostos principais.
[0564] A Tabela 4 mostra a composição de uma fluorita sintética obtida seca na forma de grânulos que saem do B x01.
[0565] A Tabela 5 mostra os compostos principais. FLUORITA ÚMIDA NA FORMA DE PASTA FLUIDA
TABELA 2 
TABELA 3 FLUORITA SECA NA FORMA DE GRÂNULOS 
TABELA 4 
TABELA 5
Claims (11)
1. Processo para preparar uma fluorita sintética de grau ácido caracterizado por compreender as seguintes etapas: - preparar uma solução de NH4F, que tem uma concentração compreendida entre 15 e 30% em peso, por hidrólise básica, a um valor de pH compreendido entre 8,5 e 9,5, de H2SiF6, com uma concentração compreendida entre 15 a 30% em peso, com uma solução aquosa de NH3 que tem uma concentração compreendida entre 10 e 25% em peso em que NH3 é dosada em um excesso estequiométrico de 20-30% em peso em ácido fluorossilícico (FSA) relativo ao valor teórico; - filtrar a dita solução de NH4F de modo a produzir uma solução aquosa isenta de sílica de NH4F; - tratar a dita solução aquosa isenta de sílica de NH4F com hidróxido de cálcio em uma quantidade excedente compreendida entre 0,01 e 0,5%, em relação à quantidade estequiométrica, de modo a produzir uma dispersão que é mantida sob agitação durante um tempo compreendido entre 10 e 60 minutos a uma temperatura compreendida entre 40 e 90 °C ou tratar dita solução aquosa isenta de sílica de NH4F com carbonato de cálcio em uma quantidade excedente compreendida entre 0,01 e 0,5%, em relação à quantidade estequiométrica, de modo a produzir uma dispersão que é mantida sob agitação durante um tempo compreendido entre 10 e 60 minutos, preferencialmente, 30 minutos a uma temperatura compreendida entre 60 e 90 °C, preferencialmente 80 °C, ou - destilar dita solução aquosa isenta de sílica de NH4F obtida após filtração sob pressão reduzida de modo a transformar o fluoreto de amônio em bifluoreto de amônio de acordo com a seguinte reação: 2NH4F (aquoso) → NH4HF2 (aquoso) + NH3 (gás) e reagir o bifluoreto de amônio obtido com carbonato de cálcio de modo a produzir a fluorita sintética CaF2 de acordo com a seguinte reação: NH4HF2 (aquoso) + CaCO3 (sólido) → CaF2 (sólido) + CO2 (gás) + NH3 (gás) ou, então, com hidróxido de cálcio de modo a produzir a fluorita sintética CaF2 de acordo com a seguinte reação: NH4HF2 (aquoso) + Ca(OH)2 (sólido) → CaF2 (sólido) + 2H2O (aquoso) + NH3 (gás). - filtrar a última solução de modo a obter a fluorita sintética na forma de uma pasta fluida que tem um teor de umidade compreendido entre 30% a 50% em peso; - submeter a dita pasta fluida a uma etapa de granulação por secagem de modo a produzir uma fluorita sintética de grau ácido CaF2 na forma de grânulos com um tamanho médio de partícula superior a 1 mm para pelo menos 50% dos mesmos.
2. Processo para preparar uma fluorita sintética de grau ácido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a dita solução de NH4F obtida após a primeira etapa ser tratada com uma quantidade de nitrato de ferro (III) compreendida entre 0,01 g e 0,10 g por 1 g de Si02 presente na dita solução de NH4F e/ou com uma quantidade de nitrato de magnésio compreendida entre 0,01 g e 0,10 g por 1 g de Si02 presente na dita solução de NH4F, de modo a produzir uma solução de NH4F purificada com a sílica precipitada.
3. Processo para preparar uma fluorita sintética de grau ácido, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a dita solução de NH4F purificada com a sílica precipitada ser submetida à filtração para separar a sílica precipitada da solução de NH4F purificada.
4. Processo para preparar uma fluorita sintética de grau ácido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o carbonato de cálcio ter uma distribuição de tamanho médio de partícula compreendida entre 50 a 400 mícrons, de preferência, de 100 a 200 mícrons, e em que a amônia é recuperada a uma temperatura de 60 a 70 °C e sempre sob pressão a qual é 6kPa (60 mbar) abaixo da pressão ambiente.
5. Processo para preparar uma fluorita sintética de grau ácido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por o carbonato de cálcio precisar ter um teor de umidade inferior a 10% em peso, de preferência, inferior a 5% em peso, uma concentração de CaCO3 superior a 97%, de preferência, superior a 99% e um baixo teor de contaminantes inorgânicos selecionados dentre SiO2, MgCO3, óxidos metálicos e metais.
6. Aparelho para preparar uma fluorita sintética de grau ácido, de acordo com o processo definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por compreender: - um reator de hidrólise (R x01) equipado com um bobina de refrigeração (E x01) e um meio de agitação (P x01), de modo a receber a amônia a partir do tanque de armazenamento (D x02) por meio da bomba (G x02), e a receber o ácido fluorossilícico a partir do tanque de armazenamento (D x01) por meio da bomba (G x01), de modo a produzir uma pasta fluida que compreende NH4F e sílica; - um filtro-prensa (F x01) para receber a dita pasta fluida que compreende NH4F e sílica de modo a produzir uma solução aquosa que compreende NH4F isenta de sílica; - um reator (R x02) para a formação da fluorita sintética, para receber a dita solução aquosa que compreende NH4F isenta de sílica e receber o hidróxido de cálcio Ca(OH)2 ou carbonato de cálcio Ca(CO)3 a partir de um silo de armazenamento por meio de uma válvula giratória (T x01) e um transportador helicoidal (T x02) de modo a produzir uma pasta fluida que compreende a fluorita sintética, água e amônia ou fluorita sintética, água, dióxido de carbono e amônia, respectivamente; - um filtro-prensa (F x02) para receber a pasta fluida que compreende a fluorita sintética, água e amônia ou fluorita sintética, água, dióxido de carbono e amônia de modo a produzir a fluorita sintética na forma de uma pasta fluida com uma umidade compreendida entre 30% a 50% em peso, que é coletada em um tanque de armazenamento (D x07); - um forno giratório (B x01) dotado de um queimador para receber a dita fluorita sintética na forma de pasta fluida a partir do dito tanque de armazenamento (D x07) por meio do transportador helicoidal (T x03 A/B) de modo a produzir a fluorita sintética de grau ácido em grânulos.
7. Aparelho para preparar uma fluorita sintética de grau ácido, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por haver um tanque intermediário (D x03) para receber a pasta fluida que compreende NH4F e sílica a partir do reator de hidrólise (R x01) por meio da bomba (G x04) e para receber o nitrato de magnésio e o nitrato de ferro a partir dos tanques (D x203 e D x204) por meio das bombas (G x205 e G x206) respectivamente, de modo a produzir a dita solução de NH4F purificada com a sílica precipitada para alimentar o filtro-prensa (F x01).
8. Aparelho para preparar uma fluorita sintética de grau ácido, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado por um reator ser fornecido na saída do tanque de armazenamento (D x07) a fim de receber a dita fluorita sintética na forma de pasta fluida a partir do dito tanque de armazenamento (D x07) e receber uma solução aquosa de ácidos, de preferência, HCl ou H2SO4 a 5% ou 10%, e uma unidade de filtragem para remover o excesso de óxidos, carbonatos ou hidróxido de cálcio.
9. Fluorita sintética de grau ácido obtida através do processo conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5 caracterizada por ser na forma de grânulos com um tamanho médio de partícula superior a 1 mm para pelo menos 50% dos mesmos.
10. Fluorita sintética de grau ácido, de acordo com a reivindicação 9, em que a dita fluorita é caracterizada por ter: - um valor de LOI (medido em amostras do lado de saída de D x08) compreendido entre 0,3 e 1,2, de preferência, compreendido entre 0,5 e 0,8, com ainda mais preferência, entre 0,6 e 0,7; e/ou - um valor de BET (medido em amostras do lado de saída de D x07 após a secagem a 800 °C em um laboratório) compreendido entre 20 m2/g e 100 m2/g, de preferência, compreendido entre 40 m2/g e 80 m2/g, com ainda mais preferência, de 50 m2/g a 60 m2/g; e/ou - tamanho médio de partícula da seguinte forma, em % em peso em relação à fluorita sintética: - superior a 10 mm, zero; - superior a 5 mm, compreendido entre 1 e 10, de preferência, de 1 a 5, com ainda mais preferência, de 1 a 3; - superior a 1 mm, de 50 a 70, com ainda mais preferência, de 55 a 65; - entre 0,05 mm e 1 mm, compreendido entre 10 e 30, de preferência, de 15 a 25, com ainda mais preferência, de 20 a 25; - inferior a 0,05 mm, compreendido entre 1 e 20, de preferência, de 5 a 15, com ainda mais preferência, de 5 a 10.
11. Fluorita sintética de grau ácido, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, em que a dita fluorita é caracterizada por ter: - uma concentração de sílica SiO2 inferior a 1%, de preferência, inferior a 0,7%, com ainda mais preferência, inferior a 0,35% (medida em amostras calcinadas a 800 °C); e/ou - uma concentração de MgO inferior a 0,5%, de preferência, inferior a 0,3%, com ainda mais preferência, inferior a 0,2% (medida em amostras calcinadas a 800 °C).
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