BR112020016418A2

BR112020016418A2 - Processo bayer

Info

Publication number: BR112020016418A2
Application number: BR112020016418-6A
Authority: BR
Inventors: Warren Staker; Neil Hofstee; Alistair Gillespie; Tomas Mach
Original assignee: Rio Tinto Alcan International Limited
Priority date: 2018-02-23
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2020-12-15
Also published as: CN111757852A; KR20200123152A; CA3090553A1; AU2019225451A1; US12006225B2; WO2019161455A1; US20210009435A1

Abstract

a presente invenção refere-se a um processo bayer que aumenta a remoção de oxalato no lado vermelho do processo bayer e pelo menos substancialmente minimiza, por exemplo, por pelo menos substancialmente supressão, precipitação de oxalatos no lado branco do processo bayer.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PRO- CESSO BAYER".

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção refere-se ao Processo Bayer.

[002] A presente invenção refere-se à remoção de material orgâ- nico, incluindo oxalato de sódio (daqui por diante referido como "oxala- to" e "oxalatos"), do licor Bayer.

[003] A presente invenção também se refere ao controle de con- taminação de oxalato no licor Bayer.

ANTECEDENTE DA TÉCNICA

[004] O processo da invenção é aplicável a refinarias que tratam minério de bauxita que contém material orgânico, incluindo oxalatos, no Processo Bayer.

[005] A seguinte descrição geral do Processo Bayer é retirada de um número de publicações, principalmente uma publicação intitulada "The Bauxite Index" -https://thebauxiteindex.com/en/cbix/industry- 101/alumina-101/how-é-alumina-produced/bayer#alumina_101

[006] O Processo Bayer usa um volume de recirculação de solu- ção cáustica concentrada para dissolver alumina, separar sólidos/licor resultantes, e, em seguida, precipitar alumina tri-hidrato a partir do li- cor. Uma subsequente etapa de calcinação transforma o tri-hidrato em alumina. As etapas básicas do Processo Bayer são como seguem.

[007] 1. Cominuição: A bauxita recebida é moída a um tamanho de partícula menor e misturada com licor altamente cáustico, e forma uma pasta fluida.

[008] 2. Pré-desilicação: A pasta fluida é enviada para etapa de pré-desilicação (~100°C, pressão atmosférica) para pré-reagir quais- quer argilas ou outros minerais contendo sílica altamente reativa na bauxita, e iniciar a formação de produto de de-silicação (DSP). A pré- desilicação minimiza o tempo de residência da pasta fluida nos está-

gios de digestão quente mais custosos.

[009] 3. Digestão: A pasta fluida pré-desilicatada é enviada para uma etapa de digestão. A pasta fluida é aquecida a entre ~140°C e 260°C, dependendo do tipo de bauxita. A alumina e sílica reativa se dissolvem, e a sílica re-precipita como um DSP. O DSP contém cáusti- co, alumina e sílica.

[0010] 4. Flash down: A pasta fluida aquecida é resfriada a 105°C e a pressão reduzida de volta para atmosférica por permitir evapora- ção de vapor ou intermitência em uma cascata de vasos. A formação de DSP deve ser completada neste estágio. Contudo, o volume da alumina permanece dissolvido no licor.

[0011] 5. Clareamento: Os componentes sólidos e líquidos da pas- ta fluida são separados usando cascata de assentadores ou separa- dos de cone profundos para recuperar o máximo possível do licor ar- rastado. O componente de sólidos, que está na forma de lama de alto teor de sólidos, é enviado para o local de descarte/armazenagem per- manente. O componente líquido, que está na forma de licor gestante e lavagens, são enviados para filtração ou polimento para remover virtu- almente muito traço de teor de sólidos – ajudando a evitar contamina- ção de impureza do produto final, e impedindo acúmulo de núcleos ou particulado fino ao processo de precipitação.

[0012] 6. Precipitação: O licor gestante é gradualmente resfriado de aproximadamente 80°C a 65°C em uma cascata de grandes vasos. A alumina dissolvida precipita como alumina tri-hidrato (Al2O3.3H2O). A alumina tri-hidrato é lavada quente para remover oxalatos que também precipitam do licor.

[0013] 7. Calcinação: A alumina tri-hidrato (Al2O3.3H2O) é calcina- da a ~1000°C para acionar toda água quimicamente ligada, para dei- xar alumina tipicamente >99,5% de Al2O3.

[0014] 8. Evaporação: O licor gasto a partir da etapa de precipita-

ção é aquecido e subsequentemente resfriado. O condensado é reuti- lizado no processo, por exemplo, como água de alimentação de caldei- ra, ou para lavagem de resíduo de bauxita. O licor gasto remanescente é lavado e reciclado de volta para a etapa de digestão.

[0015] As etapas anteriores à etapa de precipitação são aqui des- critas como o "lado vermelho" do Processo Bayer.

[0016] A etapa de precipitação e as subsequentes etapas são aqui descritas como o "lado branco" do Processo Bayer.

[0017] As correntes de licor do processo no Processo Bayer são aqui descritas como "Licor Bayer".

[0018] As etapas 1-8 acima são daqui por diante aqui descritas como "o Processo Bayer". É notado que o Processo Bayer pode incluir etapas adicionais.

[0019] Tipicamente, a bauxita contém material orgânico.

[0020] Pelo menos algum do material orgânico é transportado no licor Bayer.

[0021] Tipicamente, oxalatos formam um componente substancial do material orgânico total no licor Bayer. Oxalatos se formam em cor- rentes de licor por causa da entrada direta de bauxita e da degradação natural de outros orgânicos à medida que licor Bayer é continuamente reciclado através do processo Bayer. Os oxalatos têm um impacto ad- verso no processo Bayer e são direcionados para remoção em refina- rias.

[0022] Existem métodos conhecidos para remoção de oxalato de licor Bayer na indústria.

[0023] A presente invenção proporciona um processo alternativo para remoção de oxalato de licor Bayer.

[0024] A descrição acima não é para ser tomada como uma ad- missão do conhecimento geral comum na Austrália ou em qualquer lugar.

SUMÁRIO DA DIVULGAÇÃO

[0025] O processo Bayer da invenção aumenta a remoção de oxa- lato no lado vermelho do processo Bayer e pelo menos substancial- mente minimiza, por exemplo, por pelo menos substancialmente su- pressão, precipitação de oxalatos no lado branco do processo Bayer.

[0026] A invenção controla o processo Bayer, incluindo alimenta- ção de materiais ao processo, para pelo menos substancialmente mi- nimizar, por exemplo, por pelo menos substancialmente supressão, precipitação de oxalato no lado branco, e para alcançar um equilíbrio operável da remoção de oxalato do lado branco e lado vermelho.

[0027] Tipicamente, a invenção suprime a precipitação de oxalato no lado branco e otimiza a remoção de oxalato no lado vermelho do processo Bayer.

[0028] O processo Bayer da invenção é baseado em ensaios na refinaria Yarwun de uma companhia relacionada da requerente que foram efetuados para outra proposta que verificou-se surpreendente- mente que pelo menos substancialmente prevenção de precipitação de oxalatos no lado branco do processo na refinaria, e aumentando a remoção de oxalato no lado vermelho do processo Bayer na refinaria aperfeiçoa o processo consideravelmente em termos do uso de rea- gentes e a eficiência da etapa de precipitação, e outras etapas no pro- cesso.

[0029] Em termos amplos, o processo Bayer, conforme aqui des- crito, da invenção seletivamente controla a remoção de oxalato no lado vermelho do processo Bayer, e seletivamente pelo menos substanci- almente minimiza a remoção de oxalatos da solução no licor Bayer, conforme aqui descrito, no lado branco do processo.

[0030] Mais particularmente, a invenção proporciona um processo Bayer, conforme descrito acima, que inclui (a) controle da concentra- ção de oxalatos em solução em licor Bayer, conforme aqui descrito,

para pelo menos substancialmente minimizar, por exemplo, por pelo menos substancialmente supressão, precipitação de oxalato na etapa de precipitação, ou, de outro modo, pelo menos substancialmente mi- nimizar a remoção de oxalato da solução em licor Bayer no lado bran- co do processo, e (b) remoção de oxalatos da solução em licor Bayer no lado vermelho do processo.

[0031] O processo pode incluir controle da concentração de oxala- tos em solução em licor Bayer no lado branco a ser insaturado. A pre- cipitação de oxalato não pode ocorrer em condições insaturadas.

[0032] O processo pode incluir adição de um reagente ao licor Ba- yer a montante de uma etapa de precipitação de alumina tri-hidrato do processo que é selecionado para pelo menos substancialmente mini- mizar, isto é, precipitação de oxalato na etapa de precipitação.

[0033] A companhia relacionada da requerente verificou que rea- gentes conhecidos na indústria para terem propriedades de modifica- ção de oxalato, tais como ácidos carboxílicos, composto de amônio quaternários e modificadores de crescimento de cristal, pode ser efeti- vas para pelo menos substancialmente minimizar, por exemplo, por pelo menos substancialmente supressão, precipitação de oxalato na etapa de precipitação.

[0034] O termo "ácido carboxílico" é aqui compreendido para des- crever ácidos que doam íons de hidrogênio se uma base está presente para aceitar os mesmos. Um ácido carboxílico reagirá desse modo com todas as bases, ambas orgânica (por exemplo, as aminas) e inor- gânica.

[0035] O termo "composto de amônio quaternário" é aqui compre- endido para descrever agentes ativos de superfície que têm grupos funcionais que podem se ligar com superfícies orgânica e inorgânica.

[0036] O termo "modificador de crescimento de cristal" é aqui compreendido para descrever agentes ativos de superfície que têm grupos funcionais que podem se ligar com as superfícies de precipita- dos de oxalato.

[0037] A companhia relacionada da requerente verificou que con- centrações de ácidos carboxílicos, compostos de amônio quaternário, ou modificadores de crescimento de cristal, de acordo com a invenção, adsorvem nas superfícies de cristais de oxalato e suprimem a precipi- tação de oxalato. À medida que a concentração do reagente no licor Bayer aumenta, a quantidade de modificador de crescimento de cristal é adsorvida.

[0038] Enquanto que não desejando estar ligado pelo seguinte comentário, a requerente acredita que o relacionamento entre os rea- gentes identificados e precipitados de oxalato pode ser descrito como um relacionamento de "isoterma de adsorção", mais provavelmente da forma descrita por Langmuir, ou uma variação desta.

[0039] Como uma consequência primária de adsorção do rea- gente, a taxa de crescimento de cristal de oxalato é reduzida. Basica- mente, os reagentes bloqueiam oxalatos dissolvidos de ligação a lo- cais nas superfícies de cristal de oxalato existentes. Mais reagente adsorvido = mais superfície envenenada = maior supressão de cres- cimento de cristal = mais oxalato retido no licor Bayer.

[0040] Se a dose de reagente é suficiente para envenenar a totali- dade dos cristais de oxalato, a cristalização de oxalato pode ser com- pletamente cessada.

[0041] Se a dose é intermediada, então cristalização de oxalato é somente parcialmente suprimida.

[0042] Estes sistemas são quase sempre supersaturados em oxa- latos, de modo que o incentivo termodinâmico para cristalizar perma- nece indiferente de envenenamento. Para continuar a cristalização de oxalatos para pelo menos parcialmente aliviar supersaturação, um mecanismo de crescimento de cristal alternativo ocorre (conhecido como ramificação não-cristalográfica). Ao invés de ser acicular (agu- lhas), as partículas resultantes são esferulíticas (laços, aletas, esfe- ras).

[0043] Nalco e outros fornecedores de reagente usam modificado- res de crescimento de cristal comercialmente fornecidos predominan- temente para modificação de morfologia e supressão de crescimento de cristal de alumínio tri-hidrato e oxalato de sódio. O uso de modifica- dores de crescimento de cristal na invenção é para mudar o compor- tamento do oxalato na precipitação, mas então explorando isto no lado vermelho do processo Bayer para acionar oxalato em lama (DSP/resíduo de bauxita). A otimização do grau de supressão de oxa- lato de modo a alcançar um equilíbrio operável de remoção de oxalato de lado branco e lado vermelho é um uso diferente de modificadores de crescimento de cristal.

[0044] Existe usualmente uma faixa de substâncias orgânicas em licor Bayer que naturalmente envenenam oxalatos. A dose de reagente ótima é altamente dependente da quantidade e qualidade dos estabili- zadores naturais (conforme determinado por fatores tal como tipo de bauxita e condições de processamento, outros processos de remoção de orgânico, etc.). O processo de otimização da remoção de oxalato é, portanto, mais complexo do que marcando uma dose de reagente pré- definida.

[0045] O processo pode incluir controle da concentração do ácido carboxílico no licor Bayer a montante da etapa de precipitação para ser pelo menos 10 ppm, tipicamente pelo menos 60 ppm, mais tipica- mente pelo menos 70 ppm.

[0046] O processo pode incluir controle da concentração do com- posto de amônio quaternário no licor Bayer a montante da etapa de precipitação para ser pelo menos 1 ppm, tipicamente pelo menos 10 ppm, mais tipicamente pelo menos 70 ppm.

[0047] O processo pode incluir controle da concentração dos modi- ficadores de crescimento de cristal no licor Bayer a montante da etapa de precipitação para ser pelo menos 40 ppm, tipicamente pelo menos 60 ppm, mais tipicamente pelo menos 70 ppm.

[0048] Tipicamente, o processo inclui controle da concentração de oxalato em solução de licor Bayer no lado vermelho para ser tão alta quanto possível para acionar a remoção de oxalato de licor Bayer no lado vermelho do processo sem resultar na precipitação de oxalato na etapa de precipitação no lado branco do processo, incluindo precipita- ção de oxalato em tanques de precipitação, superfícies internas de equipamento a jusante tais como classificadores, bombas, válvulas, e trocadores de calor.

[0049] O processo pode incluir controle da concentração de oxala- to em solução em licor Bayer a pelo menos 2g/L, tipicamente pelo me- nos 2,5 g/L, mais tipicamente pelo menos 3 g/l.

[0050] O processo pode incluir controle da concentração de oxala- to em solução em licor Bayer a menos do que 6,5g/L, tipicamente me- nos do que 6 g/L, mais tipicamente menos do que 5,5 g/L.

[0051] O processo pode incluir controle da concentração de oxala- to em solução em licor Bayer a uma faixa de 2 – 4 g/L.

[0052] O processo pode incluir remoção de oxalatos de solução no licor Bayer no lado vermelho do processo por absorção de oxalatos nos resíduos de bauxita produzidos no lado vermelho do processo, e separado do licor Bayer no lado vermelho do processo.

[0053] O processo pode incluir controle da concentração de sílica reativa de bauxita em licor Bayer para facilitar a remoção de oxalatos de solução em licor Bayer no lado vermelho do processo.

[0054] A requerente verificou que existe um relacionamento inver- so entre a concentração de oxalatos em solução no licor Bayer, e a concentração de sílica reativa em bauxita.

[0055] Mais particularmente, a requerente verificou que, à medida que a concentração de sílica reativa de bauxita aumenta, a concentra- ção de oxalato em solução em licor Bayer diminui.

[0056] Por meio de exemplo, o processo pode incluir controle da concentração de sílica reativa de bauxita em licor Bayer para ser abai- xo de uma concentração máxima, notando que o valor da máxima va- riará dependendo do tipo de bauxita e condições de operação do pro- cesso Bayer.

[0057] No contexto do processo Bayer que opera na refinaria Yar- wun, o processo da invenção torna possível as seguintes opções para o lado branco do processo Bayer:  Nenhuma precipitação de oxalato no lado branco do pro- cesso Bayer em níveis de oxalato de licor gestante moderados - por- tanto, nenhuma causticação de oxalato – isto se aplica a situações on- de existe uma alimentação de bauxita de sílica reativa alta, onde o termo "alta" é compreendido para significar maior do que 8 peso % de sílica reativa na alimentação de bauxita.  Nenhuma precipitação de oxalato no lado branco do pro- cesso Bayer em níveis de oxalato de licor gestante altos – portanto, nenhuma causticação de oxalato – isto se aplica a situações onde existe uma alimentação de bauxita de sílica reativa alta, onde o termo "alta" é compreendido para significar maior do que 8 peso % de sílica reativa na alimentação de bauxita.  Precipitação de oxalato reduzida no lado branco do pro- cesso Bayer – requerendo causticação reduzida de oxalato, - isto se aplica a situações onde existe uma alimentação de bauxita de sílica reativa baixa, onde o termo "baixo" é compreendido para significar menos do que 6% pelo % de sílica reativa na alimentação de bauxita.

[0058] A remoção de oxalato no lado vermelho do processo Bayer de acordo com o processo da invenção pode incluir qualquer uma ou mais das seguintes etapas.

1. Aumento da concentração de licor de oxalato em licor Bayer que circula através do processo por redução, isto é, supressão, ou cessamento de precipitação de oxalato na etapa de precipitação.

2. Aumento da concentração de oxalato em solução em li- cor Bayer por diminuição ou cessamento de métodos convencionais de remoção de oxalato, tal como precipitação de oxalato, no lado branco do processo Bayer.

3. Adição de licor Bayer contendo oxalatos, tais como oxa- latos em solução, à bauxita no lado vermelho do processo Bayer para aumentar os oxalatos em solução no licor Bayer resultante de digestão da bauxita no lado vermelho do processo com os oxalatos aumentados em solução que aciona a remoção de oxalatos, por exemplo, como produto de desilicação (DSP), no lado vermelho do processo Bayer.

4. Em adição à etapa 3, adição de sílica adicional ao licor Bayer para adicionalmente facilitar a remoção de oxalatos, por exem- plo, como produto de desilicação (DSP), no lado vermelho do processo Bayer.

[0059] O processo pode incluir aquecimento de uma pasta fluida das etapas 3 e 4, e causando dissolução química de alumina em bau- xita, desse modo causando formação de oxalatos adicionais por de- composição de material orgânico em bauxita.

[0060] A pasta fluida pode ser aquecida à uma temperatura de pe- lo menos 120ºC, tipicamente pelo menos 140ºC.

[0061] A pasta fluida pode ser aquecida a uma temperatura de menos do que 300ºC, tipicamente menos do que 280ºC.

[0062] Tipicamente, a pasta fluida é aquecida à uma temperatura em uma faixa de 145 -270ºC.

[0063] O processo pode incluir adicionalmente retenção da pasta fluida à uma temperatura e por um tempo, e formação de DSP que in-

corpora pelo menos tanto quanto oxalato como foi formado na etapa 3 acima.

[0064] O processo pode incluir retenção da pasta fluida à uma temperatura de pelo menos 120ºC, tipicamente pelo menos 145ºC.

[0065] O processo pode incluir retenção da pasta fluida à uma temperatura por um tempo de pelo menos 2 minutos, tipicamente 5 minutos.

[0066] O processo pode incluir retenção da pasta fluida à uma temperatura por um tempo de menos do que 60 minutos, tipicamente 50 minutos.

[0067] O processo pode incluir retenção da pasta fluida à uma temperatura por um tempo em uma faixa de 5 minutos a 50 minutos.

[0068] O processo pode adicionalmente incluir resfriamento da pasta fluida resultante à uma temperatura em que separação de sóli- do/líquido pode ser conduzida, e separando sólidos e licor.

[0069] O processo pode incluir resfriamento da pasta fluida resul- tante à uma temperatura de pelo menos 90ºC, tipicamente 100ºC.

[0070] O processo pode inclui resfriamento da pasta fluida resul- tante à uma temperatura menor do que 120ºC, tipicamente menor do que 110ºC.

[0071] O processo pode incluir resfriamento da pasta fluida resul- tante à uma temperatura em uma faixa de 100-110ºC.

[0072] O processo pode adicionalmente incluir lavagem de sólidos separados, frequentemente descritos como resíduo de bauxita (lama vermelha), e disposição de produto de desilicação contendo oxalato com os sólidos.

[0073] A requerente verificou que a quantidade de oxalatos remo- vidos com produto de desilicação pode depender de qualquer um ou mais dos seguintes fatores:

1. Temperatura.

2. Concentração de cáustico e aluminato

3. Tempo de residência (digestão e pré-desilicação).

4. Composição de bauxita, especificamente teor de sílica reativa e potencial de geração de oxalato.

5. Concentração de licor de oxalato.

6. Concentração de impureza de licor.

[0074] Adicionalmente, a requerente compreendeu que existem combinações potenciais de condições de processo que podem resultar em um nível aceitável de remoção de oxalato de digestão com um re- lacionamento entre oxalato em resíduo de bauxita (DSP-oxalato) e os parâmetros de digestão Bayer tais como concentrações de carbonato e oxalato de licor de partida e teor de sílica reativa em bauxita.

[0075] A invenção também proporciona instalação Bayer para efe- tuar o processo Bayer da invenção, com a instalação Bayer incluindo operações unitárias para o lado vermelho do processo e operações unitárias para o lado branco do processo, com a instalação sendo ca- racterizada por não ter operações unitárias para remoção de oxalato no lado branco da instalação.

BREVE DESCRIÇÃO DO DESENHO

[0076] A presente invenção é descrita adicionalmente com refe- rência às Figuras acompanhantes em que:

[0077] A Figura 1 ilustra um exemplo de um fluxograma de pro- cesso Bayer convencional na refinaria Yarwun de uma companhia re- lacionada da requerente; e

[0078] A Figura 2 é dois gráficos comparando os resultados medi- dos atuais da série #1 e série #2 de precipitação na instalação, e os resultados produzidos por um modelo desenvolvido pela companhia relacionada da requerente.

DESCRIÇÃO DA CONCRETIZAÇÃO

[0079] A seguinte descrição está no contexto do processo Bayer operando na refinaria Yarwun de uma companhia relacionada da re- querente que processa bauxita a altas temperaturas de digestão, que resulta em taxa de entrada relativamente alta de oxalato ao processo Bayer.

[0080] A refinaria Yarwun não tem tecnologia de remoção de cor- rente lateral (por exemplo, remoção de oxalato de licor Bayer gasto). Ao invés, a refinaria precipita oxalatos na etapa de precipitação, e for- ma oxalato de fase sólida ("SPO"), e separa SPO no lado branco do processo Bayer.

[0081] Quando oxalatos precipitam na etapa de precipitação como SPO no lado branco do processo Bayer, o SPO pode tomar várias formas. A forma do SPO é fortemente dependente dos fatores de pro- cesso controláveis tais como temperatura e lavagem de semente, bem como em fatores menos facilmente controlados tais como material or- gânico e em impurezas de material orgânico.

[0082] Existe uma faixa de compostos orgânicos que têm efeitos específicos em ambas cristalização de oxalato e hidrato. Estes com- postos são conhecidos genericamente como oxalato e orgânicos ati- vos de hidrato.

[0083] Alguns destes compostos podem ocorrer naturalmente no licor Bayer por causa da degradação de compostos orgânicos de bau- xita, e alcançam concentrações no licor que influencia o tamanho, for- ma e quantidade de cristais de oxalato formados.

[0084] Compostos orgânicos adicionais, estes sendo coletivamen- te conhecidos por terem propriedades de modificação de oxalato, tais como modificadores de crescimento de cristal (modificadores de cres- cimento de cristal) e estabilizadores de oxalato, podem ser usados pa- ra suplementar ou suprimir a atividade dos compostos naturais. Estes compostos podem ser obtidos como materiais puros de supridores ge- néricos ou como formulações de supridores especializados.

[0085] A Figura 1 mostra um fluxograma esquemático do fluxo- grama do processo Bayer operando na refinaria Yarwun.

[0086] O fluxograma inclui as etapas de processo descritas sob o título "Antecedentes da Técnica" acima e, em particular, inclui as eta- pas:  Digestão de bauxita em uma solução cáustica.  Clareamento (separação de sólido/líquido de resíduo de licor gestante).  Precipitação de hidróxido de alumínio (hidrato de alumi- na).  Retorno de licor gasto a digestão.

[0087] Com referência à Figura 1, a bauxita que foi cominuída a uma distribuição de tamanho de partícula adequado é transferida para uma etapa de digestão 3.

[0088] A etapa de digestão 3 na Figura é essencialmente duas etapas, a saber (a) uma etapa de pré-disilicação para pré-reagir quais- quer argilas ou outros minerais contendo sílica altamente reativa na bauxita, e iniciam a formação de produto de de-silicação (DSP) e (b) digestão em que uma pasta fluida formada na etapa de de-silicação (a) é aquecida a entre ~140°C e 260°C dependendo do tipo de bauxita, com alumina e sílica reativa dissolvendo e sílica re-precipita como um DSP que compreende alumina cáustica e sílica.

[0089] A saída da etapa de digestão 3 é transferida para uma eta- pa de clareamento 7 que produz uma saída de sólido e uma saída de líquido.

[0090] A saída de sólido é transferida como uma corrente [4] para uma etapa de lavagem 9, e forma um resíduo 11 que é transferido co- mo uma corrente de resíduo [6] da etapa de lavagem 9.

[0091] A saída de líquido, isto é, um licor Bayer, mais particular- mente licor Bayer gestante, é transferido como uma corrente [1] para uma etapa de precipitação 11. Uma dose adequada, tal como pelo menos 50 ppm, tipicamente maior do que 60 ppm, de um modificador de crescimento de cristal é adicionada ao licor Bayer à montante da etapa de precipitação.

[0092] Na etapa de precipitação 11, o licor Bayer dosado é gradu- almente resfriado de aproximadamente 80°C a 65°C em uma cascata de vasos grandes. A alumina dissolvida precipita como alumina tri- hidrato (Al2O3.3H2O).

[0093] A pasta fluida de saída a partir da etapa de precipitação 11 é transferida para uma etapa de classificação e lavagem de hidrato 13, e cristais de alumina tri-hidrato não são lavados. As saídas da etapa de classificação e lavagem de hidrato 13 são (a) licor gasto que é transferido como uma corrente [2] para uma etapa de evaporação 17, e então para a etapa de digestão 5, (b) cristais de alumina tri-hidrato lavados que são transferidos para uma etapa de calcinação 15, e pro- duzir um produto de alumina de saída; e (c) um filtrado de lavagem de hidrato que é transferido como uma corrente [3] para uma etapa de causticação 19. A etapa de causticação 19 produz uma corrente de causticação [7] que torna-se parte do resíduo 11.

[0094] Conforme notado acima, a presente invenção é baseada nos resultados de uma série de ensaios na refinaria Yarwun. Sumário de Ensaios de Refinaria

[0095] Em uma série planejada de ensaios em duas séries #1 e #2 de precipitação na refinaria Yarwun, discutido adicionalmente abaixo sob o título "Ensaios de Refinaria", modificador de crescimento de cris- tal ("CGM") foi adicionado continuamente ao licor Bayer da etapa de clareamento 7 do fluxograma mostrado na Figura 1, e foi verificado surpreendentemente e beneficamente que o modificador de cresci- mento de cristal cessou a precipitação de oxalato na etapa de precipi- tação 11 no lado branco, e existe um aumento na remoção de oxalato no lado vermelho do processo.

[0096] Consequentemente, com referência à Figura: (a) A concentração (fluxo de massa) de oxalatos na corren- te de licor gasto [2] a partir da etapa de classificação e lavagem de hi- drato 13 torna-se igual àquela na corrente de licor Bayer gestante [1] a partir da etapa de precipitação 11; (b) a remoção de oxalate, via corrente de filtrado de lava- gem de hidrato [3] a partir da etapa de classificação e lavagem de hi- drato 13 cessou; (c) remoção de oxalato via corrente de sólido de resíduo [4] a partir da etapa de clareamento 7 aumenta; e (d) a concentração de oxalato na solução na corrente de li- cor gestante [1] a partir da etapa de clareamento 7 e a corrente de licor gasto [2] a partir da etapa de classificação e lavagem de hidrato 13 aumentam a um novo nível.

[0097] Os níveis de licor e oxalato sólido de refinaria, para três modos de operação distintos, são ajustados abaixo na seguinte tabela, notando que séries "0" se referem a um ensaio com nenhuma adição de modificador de crescimento de cristal e, portanto, é um exemplo de controle, e séries "1" e "2" descrevem as duas séries #1 e #2 de preci- pitação na refinaria. Caso Sílica rea- Adição de Cristalização DSP- Oxalato Oxalato tiva de CGM a 0, de oxalato na oxalato de licor de licor bauxita 1, ou 2 etapa de (peso gestante gasto (peso %) séries precipitação %) (g/L) (g/L) Base >8 0 Sim 0,3 2,5 1,5 1 >8 1 Não 0,5 2,8 2,8 2 >8 2 Não 0,6 3,5 3,5 3 6-7 2 Não 0,4 4,5 4,5

[0098] A forma dos oxalatos na corrente de sólido de resíduo [4] a partir da etapa de clareamento 7 foi oxalato-DSP, conforme determi-

nado por métodos cristalográficos e de análise química.

[0099] O oxalato em oxalato-DSP foi verificado ser insolúvel em ebulição vigorosa em água; isto é, oxalato foi incorporado no interior da matriz insolúvel em água do DSP.

[00100] A preparação de DSP sintético em experimentos de labora- tório contemporâneos demonstrou uma capacidade máxima de oxalato que foi mais do que 1,5 peso% em DSP puro, isto é, na ausência de impurezas concorrentes.

[00101] Dados de teste de digestão de bauxita de laboratório con- temporâneos proporcionam a base para um modelo quantitativo de entrada de oxalato por DSP. Fatores chaves foram verificados incluí- rem, mas não são limitados aos seguintes fatores:  Nível de sílica reativa em bauxita (4,6 – 9,8%),  Razão de carga de bauxita/licor,  Nível de oxalato de licor, (2 – 4 g/L),  Outras impurezas de licor (carbonato 9,1 – 26,3 g/L como Na2CO3),  Temperatura e tempo de digestão (273oC por 7 minutos).

[00102] A compreensão resultante do processo, aqui discutida, permite que a refinaria defina um modo de operação alternativo sob o qual a saída de oxalato insolúvel, via corrente de resíduo de sólido [6] equivalente à entrada de oxalato, via digestão de bauxita (corrente [5]), e, enquanto que ao mesmo tempo cessando a remoção de oxalato, via corrente de causticação [7]. Sob estas condições, a concentração de oxalato na corrente de licor gestante [1] não excede o nível no qual cristalização espontânea ou semeada ocorreria na etapa de precipita- ção. Ensaios de Refinaria

[00103] Adicionalmente ao resumo acima, a refinaria conduzida em um primeiro ensaio de instalação de um modificador de crescimento de cristal com um objetivo de formar e remover esferas de oxalato. O ensaio foi conduzido em uma duas "séries" de precipitação na refina- ria, conforme descrito na Figura 1.

[00104] O modificador de crescimento de cristal foi adicionado por 21 dias sem qualquer efeito significante sendo observado, após o qual a formação de cristais de oxalato de fase sólida ("SPO") na etapa de precipitação cessou, e o inventário de SPO no precipitador começou a declinar. Em 25 dias, o circuito estava surpreendentemente efetiva- mente livre de oxalato, com SPO medido estando em ou abaixo do li- mite de detecção.

[00105] Concorrentemente, o nível de oxalato de licor nesta série de precipitação aumentou, mas não excedeu o nível convencionalmen- te através para ser operacionalmente de risco.

[00106] Uma faixa de hipóteses foi proposta para explanar o nível de oxalato de licor elevado; estes incluem supressão de oxalato de digestão, pelo que oxalato de licor elevado na digestão impede forma- ção adicional de oxalato. Cada destas hipóteses foi por último rejeita- da.

[00107] Com o cessamento da precipitação de oxalato, a necessi- dade atual de remover SPO de semente e correntes de hidrato de pro- duto no fluxograma de processo não foi necessária. Consequentemen- te, filtros de lavagem de semente e sistemas de causticação de oxala- to foram inativados, e o desempenho de filtro sem licor de semen- te/produto aumentou no ensaio.

[00108] Na ausência de SPO, a taxa de nucleação de hidrato redu- ziu e o circuito de precipitação aumentou. Subsequentemente, a tem- peratura da pasta fluida de precipitação foi reduzida no ensaio para reduzir o tamanho do precipitado no circuito, que acionou um aumento concomitante no rendimento de hidrato.

[00109] Os benefícios potenciais totais de precipitação de oxalato zero na etapa de precipitação encontrados no ensaio foram imediata- mente aparentes, com estes benefícios extendendo-se de economias de custo de algumas operações unitárias para rendimento aperfeiçoa- do de hidrato.

[00110] Um segundo ensaio foi realizado na segunda série de pre- cipitador na refinaria, usando o mesmo aditivo de modificador de cres- cimento de cristal ("CGM") em taxas de dose similares ao primeiro en- saio.

[00111] A resposta inicial do processo no segundo ensaio foi equi- valente àquela observada no primeiro ensaio: cristalização de SPO cessou após um período de indução de 21 dias, seguido por redução para inventário de SPO mínimo, aperfeiçoamento na semente e de- sempenho do filtro do produto, e, em seguida, cessamento da etapa de causticação de oxalato usual.

[00112] Como para o primeiro ensaio, o inventário de hidrato tor- nou-se grosseiro e o rendimento declinou. A temperatura da série de crescimento foi reduzida para acionar a nucleação (mecanismo de re- fino de hidrato), e semente grosseira foi adicionada a tanques de aglomeração para diminuir a taxa de aglomeração (alavanca de en- grossamento de hidrato).

[00113] Como para o primeiro ensaio, a concentração de licor de oxalato aumentou, mas a um nível maior. A concentração de licor de oxalato aumentou a um nível no qual o risco de precipitação de oxalato não-controlado foi considerado inaceitável, uma trajetória de remoção de oxalato alternativa foi reconsiderada; aquela de oxalato no resíduo de bauxita.

[00114] Um método analítico foi desenvolvido para medir direta- mente oxalato em resíduo de bauxita, isto é, oxalato que é incluído no resíduo de bauxita em uma forma que não é susceptível a dissolução em água. Uma faixa de amostras de resíduo de bauxita a partir da re-

finaria foi analisada, e os resultados indicam que o nível de oxalato no resíduo de bauxita tem aumentado proporcional com as transições pa- ra estabilização de oxalato em ambas séries de precipitação. Amostras de DSP sintéticas foram analisadas, com os resultados confirmando o potencial de deposição de oxalato.

[00115] A remoção de oxalato pelo mecanismo de oxalato de resí- duo foi aproximadamente equivalente à remoção prévia, via precipita- ção de oxalato e subsequente remoção na etapa de causticação. Con- tudo, o nível de oxalato de licor continuou a aumentar.

[00116] Neste momento, a correlação inversa aparente entre oxala- to de licor e níveis de sílica reativa de bauxita foi notada, indicativa de um processo de remoção de oxalato do lado vermelho dinâmico que impacta o equilíbrio de oxalato total.

[00117] A simulação de laboratório de entrada de oxalato no resí- duo foi conduzida. Fatores chaves foram verificados incluírem tipo de bauxita e nível de oxalato de licor. Os dados resultantes demonstraram que níveis de oxalato no resíduo de bauxita são fortemente dependen- tes em ambas composição de bauxita e níveis de impureza de licor. Um modelo matemático foi desenvolvido para explanar a variação em oxalato em nível de resíduo de bauxita devido a variáveis chaves.

[00118] O processo foi verificado requerer o cessamento de precipi- tação de oxalato de modo a acionar oxalato de licor a um nível sufici- ente para acionar incorporação de oxalato no resíduo de bauxita, e requerer bauxita com sílica extraível suficiente (reativa) para absorver o oxalato – ou como parte da bauxita ou adicionado ao licor Bayer. Ou- tros ânions de impureza são conhecidos para competir com oxalato para a sílica disponível, e estes são considerados como variáveis adi- cionais na embalagem do processo.

[00119] Em um ensaio de instalação adicional, a série #1 de precipi- tação operada pela instalação na estabilização de oxalato intermediá-

rio e série #2 na estabilização de baixo oxalato.

[00120] Sob estas condições, uma unidade de causticação de oxa- lato (equipamento de remoção de oxalato do lado branco) na série #1 foi inativada.

[00121] Através da mistura de correntes de processo entre as duas séries, a perda da capacidade de remoção de oxalato na série #1 foi compensada por remoção de oxalato aumentada por um caustificador de série #2 e por remoção aumentada, via a trajetória de DSP do lado vermelho.

[00122] Como uma consequência, existe aumento mensurável na concentração de oxalato no licor gasto em ambas as séries.

[00123] O aumento mensurável na concentração de oxalato no licor gasto em ambos os ensaios é evidente na seguinte tabela. Mês 1 Mês 2 Série 1 de dose de CGM (ppm) 0 40 Série 2 de dose de CGM (ppm) 0 0 Remoção de oxalato, via Série 1 14,2 0 do caustificador (%) Remoção de oxalato, via Série 2 22,4 28,6 do caustificador (%) Remoção de oxalato, via DPS do 63,3 71,4 lado vermelho (%) Concentração de oxalato (g/L) 2,3 3,0

[00124] A tabela apresenta dados médios mensais. Geralmente, médias mensais são mais úteis do que diariamente, ou outros dados de prazo mais porque o dado de prazo mais curto tende a ser muito ruidoso para produzir conclusões claras. Os dados na tabela são para dois meses em que entrada de oxalato de bauxita e saída com perdas de licor foram similares – isto permite confiança razoável nas mudan- ças na causticação (remoção do lado branco) e remoção de resí- duo/DSP (lado vermelho) que são atribuíveis à adição de modificador de crescimento de cristal.

[00125] Foi verificado que nos ensaios de refinaria que remoção de oxalato de resíduo do lado vermelho responde rapidamente a mudan- ça de níveis dos acionados chaves de inclusão de DSP-oxalato. Por exemplo, quando concentração de sílica reativa de bauxita muda ou quando concentração de licor de oxalato muda, a deposição de DSP aumenta ou diminui com efeito imediato. Isto proporciona um tampão para instabilidade nos processos de oxalato do lado branco, permitindo que um foco permaneça no controle do comportamento do oxalato no lado branco sozinho.

[00126] Portanto, o monitoramento da concentração de sílica reati- va de bauxita e concentração de licor de oxalato são dois parâmetros de controle.

[00127] Um modelo responsável por impactos de sílica reativa de bauxita e níveis de oxalato de licor e carbonato no nível de DSP- oxalato foi desenvolvido pela companhia relacionada da requerente. O modelo não necessita de um intervalo entre os fatores de entrada e os níveis resultantes de DSP-oxalato em ambos os estágios, pelo menos por intervalos diários. A Figura 2 é dois gráficos comparando os resul- tados medidos atuais de série de precipitação #1 e série #2 na instala- ção e os resultados produzidos pelo modelo. Fica claro da Figura 2 que existe uma estreita correlação entre os resultados atuais e o mo- delo.

[00128] O comportamento de cristalização de oxalato no lado bran- co foi controlado por ajuste da taxa de dose do modificador de cresci- mento de cristal. Para sustentar graus variantes de estabilização de oxalato, doses diferenciais de modificador de crescimento de cristal foram aplicadas às séries de precipitação. Na série #1, a dose foi ajus- tada para reduzir produção de cristal de oxalato por aproximadamente 75%. Na série #2, a dose foi ajustada para maximizar a produção de cristal de oxalato.

[00129] A refinaria normalmente opera uma facilidade de digestão de corrente simples de alta temperatura que é alimentada moída e bauxita pré-desilicatada. Em uma mudança deliberada, uma corrente adicional de bauxita de grau diferenciado foi processada em tempera- tura de digestão média com pré-desilicação parcial. Em outra mudan- ça, o nível de sílica reativa e geração de oxalato da corrente de bauxi- ta primária foi mudada. As taxas de remoção de oxalato via DSP e ou- tras correntes foram consistentemente monitoradas durante estas mu- danças. O dado claramente elabora uma janela de operação para re- moção de oxalato de DSP, desse modo, definindo os limites, e condi- ções ótimas potenciais, para um processo de remoção de oxalato do lado vermelho. A seguinte tabela resume os parâmetros de operação. Parâmetro Faixa Sílica reativa de bauxita (%) 0,1-13 Taxa de entrada de oxalato de bauxita (kg/t Al2O3) 2-10 Concentração de oxalato de licor gasta (g/L Ca2C2O4) 1-5,0 Nível de carbonato de licor gasto (g/L Ca2CO3) 0,6-70

[00130] Modificadores de crescimento de cristal alternativos foram testados em ensaios de instalação definidos. Esta operação demons- tra a robustez do processo de remoção de oxalato DSP, cuja taxa foi (aparentemente) não-afetada pela presença de aditivos químicos di- versos no lado branco. Os modificadores de crescimento de cristal tes- tados incluem, por meio de exemplo, Nalco 7837 e Cytec CYQUEST- 178 (ambas marcas registradas).

[00131] Em adição, outros ácidos carboxílicos e modificadores de crescimento de cristal foram verificados terem características de res- posta de dose diferentes dentro do lado branco, com o interesse prin- cipal sendo a resposta de estabilização do oxalato acima mencionada.

[00132] O processo Bayer genérico é caracterizado por uma diver- sidade de desenhos de fluxograma. É para ser compreendido que refi- narias diferentes exibem diferenças no desenho e desempenho de classificação de semente, filtração e sistemas de causticação de oxa- lato particularmente, e, consequentemente, um ajuste ótimo de condi- ções de operação para controle de oxalato e remoção de DSP do lado vermelho serão específicos da refinaria.

[00133] Os ensaios acima descritos estabeleceram que o processo da invenção suprime bem sucedidamente a precipitação de oxalato no lado branco do processo Bayer e remove bem sucedidamente oxalatos do licor com benefícios significantes de produto, capital e processo.

[00134] Muitas modificações podem ser feitas à concretização da presente invenção descrita acima sem fugir do espírito e escopo da invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo Bayer, caracterizado pelo fato de que inclui se- letivamente controlar a remoção de oxalato no lado vermelho do pro- cesso Bayer, e seletivamente pelo menos substancialmente minimizar a remoção de oxalatos da solução no licor Bayer no lado branco do processo.

2. Processo Bayer, caracterizado pelo fato de que inclui (a) controlar a concentração de oxalatos na solução em licor Bayer para pelo menos substancialmente minimizar precipitação de oxalato na etapa de precipitação, ou, de outro modo, pelo menos substancialmen- te minimizar, por exemplo, por pelo menos substancialmente supres- são, remoção de oxalato da solução no licor Bayer no lado branco do processo, e (b) remoção de oxalatos da solução no licor Bayer no lado vermelho do processo.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracte- rizado pelo fato de que inclui controlar a concentração de oxalatos na solução em licor Bayer no lado branco a ser supersaturado.

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes caracterizado pelo fato de que inclui adicionar um reagente ao licor Bayer à montante da etapa de precipitação que é se- lecionada para pelo menos substancialmente minimizar, por exemplo, por pelo menos substancialmente supressão, precipitação de oxalato na etapa de precipitação.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracteriza- do pelo fato de que o reagente é um ácido carboxílico.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracteriza- do pelo fato de que o reagente é um composto de amônio quaternário.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracteriza- do pelo fato de que o reagente é um modificador de crescimento de cristal.

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que inclui controlar a concentração de oxalato na solução em licor Bayer para ser mais alta possível para acionar a remoção de oxalato do licor Bayer no lado vermelho do processo sem resultar na precipitação de oxalato na eta- pa de precipitação no lado branco do processo.

9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que inclui remoção de oxalatos da solução em licor Bayer no lado vermelho do processo por absorção de oxalatos em resíduos de bauxita produzidos no lado ver- melho do processo, e separados do licor Bayer no lado vermelho do processo.

10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que inclui controlar con- centração de sílica reativa de bauxita no licor Bayer para facilitar re- moção de oxalatos da solução no licor Bayer no lado vermelho do pro- cesso.

11. Processo, de acordo com a reivindicação 10, caracteri- zado pelo fato de que inclui controlar a concentração de sílica reativa de bauxita no licor Bayer para estar abaixo de uma concentração má- xima.

12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que a remoção de oxala- to no lado vermelho do processo Bayer inclui aumentar a concentração de licor de oxalato no licor Bayer por redução ou cessamento da preci- pitação de oxalato em uma etapa de precipitação do processo.

13. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que a remoção de oxala- to no lado vermelho do processo Bayer inclui aumentar a concentração de oxalato na solução em licor Bayer por diminuição ou cessamento de métodos convencionais de remoção de oxalato no lado branco do processo Bayer.

14. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que a remoção de oxala- to no lado vermelho do processo Bayer inclui adicionar licor Bayer con- tendo oxalatos em solução a bauxita no lado vermelho do processo Bayer para aumentar o oxalato em solução em licor Bayer resultando da digestão da bauxita no lado vermelho do processo com o oxalato aumentado em solução que aciona a remoção de oxalato, por exem- plo, como produto de desilicação (DSP), no lado vermelho do processo Bayer.

15. Processo, de acordo com a reivindicação 14, caracteri- zado pelo fato de que a remoção de oxalato no lado vermelho do pro- cesso Bayer inclui adicionar sílica adicional ao licor Bayer para adicio- nalmente facilitar a remoção de oxalato, por exemplo, como produto de desilicação (DSP), no lado vermelho do processo Bayer.

16. Processo, de acordo com a reivindicação 14 ou 15, ca- racterizado pelo fato de que inclui aquecer uma pasta fluida produzida no processo e causando dissolução química de alumina em bauxita, desse modo, causando formação de oxalato adicional por decomposi- ção de material orgânico em bauxita.

17. Processo, de acordo com a reivindicação 16, caracteri- zado pelo fato de que inclui adicionalmente reter a pasta fluida a uma temperatura e por um tempo, e formação de DSP que incorpora pelo menos tanto quanto oxalato como o oxalato aumentado.

18. Processo, de acordo com a reivindicação 17, caracteri- zado pelo fato de que inclui adicionalmente resfriar a pasta fluida resul- tante a uma temperatura em que separação de sólido/líquido pode ser conduzida, e separando sólidos e licor.

19. Processo, de acordo com a reivindicação 18, caracteri-

zado pelo fato de que inclui adicionalmente lavagem de sólidos sepa- rados, frequentemente descritos como resíduo de bauxita (lama ver- melha), e disposição de produto de desilicação contendo oxalato com os sólidos.

20. Instalação Bayer para efetuar o processo Bayer como definido em qualquer uma das reivindicações precedentes, com a ins- talação Bayer incluindo operações unitárias para o lado vermelho do processo e operações unitárias para o lado branco do processo, carac- terizada pelo fato de que não tem operação unitária para remoção de oxalato no lado branco da instalação.