BR112021011420A2 - Métodos de extração de produtos de materiais contendo titânio - Google Patents

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Abstract

métodos de extração de produtos de materiais contendo titânio. a invenção se refere a processos para a extração de produtos de materiais contendo titânio ou uma composição produzida em um processo para a produção de dióxido de titânio e, mais particularmente, embora não exclusivamente, extração de dióxido de titânio e/ou um ou mais outros produtos do ferro fazendo escória.

Description

“MÉTODOS DE EXTRAÇÃO DE PRODUTOS DE MATERIAIS CONTENDO TITÂNIO” Campo de Invenção
[001] A invenção se refere a processos para a extração de produtos de materiais contendo titânio ou uma composição produzida em um processo para a produção de dióxido de titânio e, mais particularmente, embora não exclusivamente, extração de dióxido de titânio e/ou um ou mais outros produtos do ferro fazendo escória. Fundamentos
[002] Existem numerosas reservas de minerais das quais constituintes valiosos não podem ser recuperados por meios economicamente viáveis e/ou ambientalmente corretos. Uma razão para isso é que o teor de tais constituintes nas reservas minerais é muito baixo, resultando em grandes taxas de geração de efluentes ou subprodutos. Outro problema pode ser a natureza refratária de tais constituintes dentro da estrutura mineral, dificultando sua recuperação. Além disso, os métodos tradicionais de recuperação de constituintes valiosos das reservas minerais geralmente requerem grandes quantidades de energia e o uso de grandes quantidades de produtos químicos perigosos, resultando em uma grande quantidade de resíduos e produtos potencialmente tóxicos que precisam ser descartados.
[003] A escória de fusão, produzida como subproduto durante os processos de fabricação de ferro e aço, é um mineral que contém baixo teor de componentes comercialmente valiosos, incluindo titânio, alumínio e magnésio. Durante a produção de ferro gusa fundido, as impurezas são removidas como escória de fusão. Para alguns depósitos, a escória é principalmente perovskita (titanato de cálcio) e pode conter entre 20-40% de dióxido de titânio.
[004] Os processos de extração de escória de fusão conhecidos se concentram na extração de titânio, devido a ele possuir a maior concentração dentro da escória e o maior valor. O titânio é um pigmento valioso usado em várias aplicações comerciais, como a produção de tintas, papel, cimento e polímeros. Na escória de fusão, o titânio está presente na forma de perovskita, uma estrutura cristalina de óxido de titânio-cálcio cuja recuperação é difícil. O titânio também está presente na forma de perovskita em vários minérios que ocorrem naturalmente.
[005] Um exemplo de um método conhecido de extração de titânio de perovskita inclui a reação de perovskita com carbono em altas temperaturas em um forno elétrico para produzir carboneto de titânio. O carboneto de titânio é então clorado para produzir tetracloreto de titânio. Infelizmente, esse método consome muita energia e o carboneto produzido tem um ponto de fusão extremamente alto, o que cria problemas de manuseio no forno.
[006] Outro método de extração de titânio de perovskita é o publicado em CA
1.052.581. Neste método, a perovskita é tratada por torrefação a 1200 ºC em gás sulfureto de hidrogênio. Isso é seguido por lixiviação para remover sulfuretos de cálcio e ferro que deixam o titânio como óxidos de titânio. As desvantagens desse processo são as altas temperaturas e o uso de gases altamente tóxicos.
[007] Outros métodos para a recuperação de titânio de minerais incluem os processos conhecidos como “processo de sulfato” e “processo de cloreto”. No processo de sulfato, a matéria-prima mineral é tratada com ácido sulfúrico concentrado (H2SO4) e, em seguida, o sulfato de titanila (TiOSO4) é extraído seletivamente e convertido em dióxido de titânio. No processo de cloreto, o dióxido de titânio na matéria-prima é reduzido com carbono e então oxidado novamente com cloro. O TiCl4 líquido é destilado e convertido novamente em TiO2 em uma chama de oxigênio puro ou em plasma a temperaturas de 1200–1700 ºC. O processo de cloreto requer minério ou rutilo mais puro como matéria-prima, o que é muito mais raro do que outras matérias-primas. A matéria-prima deve conter pelo menos 70% de rutilo.
[008] Os processos de sulfato e cloreto são tradicionalmente praticados na ilmenita, um mineral de titânio-óxido de ferro com a fórmula idealizada FeTiO3, a partir do qual é mais fácil recuperar o titânio. O processo de sulfato foi proposto para a extração de titânio de perovskita.
[009] Mesmo pequenas melhorias em um processo de extração de produtos vendáveis de minerais podem ter um impacto significativo na eficiência e, mais particularmente, na viabilidade comercial de tal processo. Objeto
[010] É um objetivo da presente invenção fornecer um método melhorado de recuperação de um ou mais produtos de um material contendo titânio compreendendo perovskita ou uma composição produzida em um processo para a produção de dióxido de titânio, ou pelo menos fornecer ao público um escolha útil. Sumário da invenção
[011] Em um primeiro aspecto, a invenção fornece um método para a recuperação de um ou mais produtos a partir de um material contendo titânio compreendendo perovskita, o método compreendendo: a) contatar o material contendo titânio com ácido sulfúrico para formar um bolo compreendendo pelo menos sulfato de titanila b) contatar o bolo com água e/ou ácido sulfúrico diluído para formar uma suspensão sulfatada compreendendo pelo menos sulfato de titanila c) separar sólidos do líquido na suspensão sulfatada para produzir um primeiro permeado (LL) compreendendo pelo menos sulfato de titanila e um primeiro retentato compreendendo pelo menos sulfato de cálcio e sílica d) hidrolisar sulfato de titanila no primeiro permeado para produzir um primeiro licor compreendendo dióxido de titânio hidratado e) separar dióxido de titânio hidratado do primeiro licor para produzir dióxido de titânio hidratado e um segundo licor (PHL) compreendendo pelo menos sulfato de alumínio f) separar o sulfato de alumínio do segundo licor (PHL) para produzir sulfato de alumínio e um terceiro licor (PAL) compreendendo sulfatos de metal mistos.
[012] Em uma modalidade do primeiro aspecto, o método adicionalmente compreende a etapa de: g) combinar carbonato de cálcio e o terceiro licor (PAL) para produzir uma primeira composição (PAL’) que compreende sulfatos de metal mistos compreendendo sulfato de cálcio.
[013] Em outra modalidade do primeiro aspecto, o método adicionalmente compreende a etapa de: h) separar o sulfato de cálcio da primeira composição (PAL’) para produzir sulfato de cálcio e um quarto licor (PNL) compreendendo sulfatos de metal mistos.
[014] Em outra modalidade do primeiro aspecto, o método adicionalmente compreende a etapa de: i) separar o sulfato de magnésio do quarto licor (PNL) para produzir sulfato de magnésio e um quinto licor (PML) compreendendo sulfatos de metal mistos.
[015] Em outra modalidade do primeiro aspecto, o método adicionalmente compreende a etapa de: j) combinar hidróxido de cálcio e o quinto licor (PML) para produzir uma segunda composição (PML’) que compreende uma mistura de hidróxidos e/ou óxidos de metal e sulfato de cálcio, ou combinar hidróxido de magnésio e o quinto licor (PML) para produzir uma segunda composição (PML’) que compreende hidróxidos e/ou óxidos metálicos mistos.
[016] Em outra modalidade do primeiro aspecto, o método adicionalmente compreende as etapas de: k) recuperar os óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos ou os óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos e sulfato de cálcio da segunda composição (PML’) para produzir sólidos de metal mistos.
[017] Em outra modalidade do primeiro aspecto, o método compreende a alternativa da etapa i) de: l) combinar hidróxido de cálcio e o quarto licor (PNL) para produzir uma segunda composição (PNL’) compreendendo óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos, sulfato de cálcio e sulfato de magnésio ou combinar hidróxido de magnésio e o quarto licor (PNL) para produzir uma segunda composição (PNL’) compreendendo uma mistura de óxidos e/ou hidróxidos de metal e sulfato de magnésio.
[018] Em outra modalidade do primeiro aspecto, conforme descrito no parágrafo imediatamente anterior, o método adicionalmente compreende a etapa alternativa j) de: j) separar os óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos ou os óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos e sulfato de cálcio da segunda composição (PNL’) para produzir sólidos de metal mistos ou sólidos de metal mistos compreendendo sulfato de cálcio e um quinto licor (MRL) compreendendo sulfato de magnésio.
[019] Em outra modalidade do primeiro aspecto, conforme descrito no parágrafo imediatamente anterior, o método adicionalmente compreende a etapa alternativa k) de: k) recuperar o sulfato de magnésio do quinto licor (MRL) para produzir sulfato de magnésio.
[020] Em um segundo aspecto, a invenção fornece um método para a recuperação de um ou mais produtos de um material contendo titânio compreendendo perovskita, o método compreendendo: a) contatar o material contendo titânio com ácido sulfúrico para formar um bolo compreendendo pelo menos sulfato de titanila b) contatar o bolo com água e/ou ácido sulfúrico diluído para formar uma suspensão sulfatada compreendendo pelo menos sulfato de titanila c) separar sólidos do líquido na suspensão sulfatada para produzir um primeiro permeado (LL) compreendendo pelo menos sulfato de titanila e um primeiro retentado compreendendo pelo menos sulfato de cálcio e sílica d) separar o sulfato de alumínio do primeiro permeado (LL) para produzir sulfato de alumínio e um primeiro licor compreendendo pelo menos sulfato de titanila e) hidrolisar sulfato de titanila no primeiro licor para produzir um segundo licor (PHL) compreendendo dióxido de titânio hidratado f) separar dióxido de titânio hidratado do segundo licor (PHL) para produzir dióxido de titânio hidratado e um terceiro licor (PAL) compreendendo sulfatos de metal mistos.
[021] Em uma modalidade do segundo aspecto, o método adicionalmente compreende a etapa de: g) combinar carbonato de cálcio e o terceiro licor (PAL) para produzir uma primeira composição (PAL’) que compreende sulfatos de metal mistos compreendendo sulfato de cálcio.
[022] Em outra modalidade do segundo aspecto, o método adicionalmente compreende a etapa de: h) separar o sulfato de cálcio da primeira composição (PAL’) para produzir sulfato de cálcio e um quarto licor (PNL) compreendendo sulfatos de metal mistos.
[023] Em outra modalidade do segundo aspecto, o método adicionalmente compreende a etapa de: i) separar o sulfato de magnésio do quarto licor (PNL) para produzir sulfato de magnésio e um quinto licor (PML) compreendendo sulfatos de metal mistos.
[024] Em outra modalidade do segundo aspecto, o método adicionalmente compreende a etapa de: j) combinar hidróxido de cálcio e o quinto licor (PML) para produzir uma segunda composição (PML’) que compreende óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos e sulfato de cálcio, ou combinação de hidróxido de magnésio e o quinto licor (PML) para produzir uma segunda composição (PML’) que compreende uma mistura de óxidos e/ou hidróxidos de metal.
[025] Em outra modalidade do segundo aspecto, o método adicionalmente compreende a etapa de: k) recuperar os óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos e sulfato de cálcio ou óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos da segunda composição (PML’) para produzir sólidos de metal mistos ou sólidos de metal mistos compreendendo sulfato de cálcio.
[026] Em outra modalidade do segundo aspecto, o método adicionalmente compreende a etapa alternativa i) de: l) combinar hidróxido de cálcio e o quarto licor (PNL) para produzir uma segunda composição (PNL’) compreendendo óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos, sulfato de cálcio e sulfato de magnésio, ou combinar hidróxido de magnésio e o quarto licor (PNL) para produzir um segunda composição (PNL’) que compreende uma mistura de óxidos e/ou hidróxidos de metal e sulfato de magnésio.
[027] Em uma outra modalidade do segundo aspecto, conforme descrito no parágrafo imediatamente anterior, o método adicionalmente compreende a etapa alternativa j) de: j) separar os óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos, ou os óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos e sulfato de cálcio da segunda composição (PNL’) para produzir sólidos de metal mistos ou sólidos de metal mistos compreendendo sulfato de cálcio e um quinto licor (MRL) compreendendo sulfato de magnésio.
[028] Em outra modalidade do segundo aspecto, conforme descrito no parágrafo imediatamente anterior, o método adicionalmente compreende a etapa alternativa k) de: k) recuperar o sulfato de magnésio do quinto licor (MRL) para produzir sulfato de magnésio.
[029] Em uma modalidade dos primeiro ou segundo aspectos, a etapa de combinar carbonato de cálcio e o terceiro licor (PAL) para produzir uma primeira composição (PAL’) é conduzida sob condições em que o titânio está no estado Ti4+ e o ferro está no Estado Fe2+ para produzir uma primeira composição compreendendo sulfato de cálcio, um ou mais óxidos e/ou hidróxidos de titânio e sulfatos de metal mistos. Em uma modalidade, a primeira composição adicionalmente compreende um ou mais óxidos e/ou hidróxidos de alumínio. Nesta modalidade, o método pode incluir ainda a etapa de separação do sulfato de cálcio, um ou mais óxidos e/ou hidróxidos de alumínio e/ou titânio da composição para produzir sulfato de cálcio e um ou mais óxidos de alumínio e/ou titânio e/ou hidróxidos e um quarto licor (PNL) compreendendo sulfatos de metal mistos. Em uma modalidade, a etapa é conduzida em um ORP de aproximadamente 270mV.
[030] Em uma modalidade dos primeiro ou segundo aspectos, o um ou mais produtos são escolhidos a partir do grupo que consiste em: Dióxido de titânio; o primeiro retentado; Sulfato de Cálcio; Sílica; Sulfato de alumínio; Sulfato de magnésio; e sólidos de metal mistos. Em outra modalidade, o um ou mais produtos são ainda escolhidos a partir de um ou mais licores ou composições produzidas em um método dos primeiro ou segundo aspectos da invenção ou adicionalmente descritos neste documento.
[031] Em uma modalidade dos primeiro ou segundo aspectos, uma combinação de dois, três, quatro, cinco, seis ou sete produtos é recuperada no processo. Em uma modalidade, uma combinação de dióxido de titânio e sulfato de alumínio é recuperada. Em outra modalidade, uma combinação de dióxido de titânio e sulfato de magnésio é recuperada. Em outra modalidade, uma combinação de dióxido de titânio, sulfato de magnésio e sulfato de alumínio é recuperada. Em uma modalidade, uma combinação de dióxido de titânio, sulfato de magnésio, sulfato de alumínio e sulfato de cálcio é recuperada. Em uma modalidade preferida, uma combinação de dióxido de titânio, sulfato de cálcio, sílica, sulfato de alumínio, sulfato de magnésio e sólidos de metal mistos é recuperada nos métodos da invenção. Em uma modalidade preferida, uma combinação de dióxido de titânio, o primeiro retentado, sulfato de cálcio, sulfato de alumínio, sulfato de magnésio e sólidos de metal mistos é recuperada nos métodos da invenção.
[032] Em uma modalidade, o dióxido de titânio é recuperado na forma de dióxido de titânio hidratado. Em certas modalidades, o CaSO4 é recuperado em uma ou mais das etapas dos métodos na forma de CaSO4.2H20 (por exemplo, da primeira ou da segunda composição). Em certas modalidades, o sulfato de alumínio é recuperado na forma de Al2(SO4)3.XH2O (por exemplo, do segundo licor (PHL) ou primeiro permeado (LL)), onde X é de 14 a 18. Em certas modalidades, o magnésio o sulfato é recuperado na forma de MgSO4.7H20 ou MgSO4.6H2O ou MgSO4.1H2O (por exemplo, do quarto licor (PNL) ou do quinto licor (MRL)).
[033] Em uma modalidade dos primeiro ou segundo aspectos, o dióxido de titânio hidratado, sulfato de cálcio, sílica, sulfato de alumínio, sulfato de magnésio ou óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos separados de uma composição ou licor estão em uma forma precipitada. Em certas modalidades, a etapa de separação de um ou mais dióxido de titânio hidratado, sulfato de cálcio, sílica, o primeiro retentado, sulfato de alumínio, sulfato de magnésio ou óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos compreende um ou mais dentre filtração, centrifugação, evaporação, sedimentação e/ou separação por hidrociclone. Em certas modalidades, métodos de separação contínua são usados.
[034] Em uma modalidade dos primeiro ou segundo aspectos, a etapa de separação de sólidos do líquido na suspensão sulfatada compreende filtrar a suspensão sulfatada.
[035] Em uma modalidade dos primeiro ou segundo aspectos, a etapa de separação do dióxido de titânio hidratado de um licor compreende a etapa de filtrar o dióxido de titânio hidratado do licor.
[036] Em uma modalidade dos primeiro ou segundo aspectos, a etapa de separação do CaSO4 da primeira composição compreende filtrar a primeira composição.
[037] Em uma modalidade dos primeiro ou segundo aspectos, a etapa de separação dos hidróxidos e/ou óxidos metálicos mistos ou hidróxidos e/ou óxidos metálicos mistos e sulfato de cálcio da segunda composição (PNL’ ou PML') compreende evaporar e/ou filtrar a segunda composição.
[038] Em uma modalidade dos primeiro ou segundo aspectos, o material com titânio e o ácido sulfúrico são contatados em uma razão de aproximadamente 0,75:1 a aproximadamente 2:1 de ácido sulfúrico para o material com titânio. Em modalidades preferidas, a razão de ácido sulfúrico para material contendo titânio é de aproximadamente 1,3:1 a aproximadamente 1,7:1.
[039] Em uma modalidade dos primeiro ou segundo aspectos, a concentração de ácido sulfúrico usado é preferivelmente de pelo menos aproximadamente 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85% 90%, 95% ou pelo menos aproximadamente 98%. Em modalidades preferidas, a concentração do ácido sulfúrico usado é de aproximadamente 75% a aproximadamente 98%, mais preferivelmente aproximadamente 80% a aproximadamente 95% ou aproximadamente 80% a aproximadamente 90%.
[040] Em outra modalidade dos primeiro ou segundo aspectos, a etapa a) é conduzida de modo que o material contendo titânio combinado e ácido sulfúrico atinja uma temperatura de aproximadamente 130 graus C a aproximadamente 250 graus C. Em uma modalidade preferida, a temperatura é de aproximadamente 130 a aproximadamente 220 graus C. Em outra modalidade preferida, a temperatura é de aproximadamente 170 ou aproximadamente 180 a aproximadamente 210 graus C.
[041] Em uma modalidade dos primeiro ou segundo aspectos, a etapa a) é conduzida (isto é, mistura mantida à temperatura), ou a mistura sulfatada é contida dentro de um reator, por um período de aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 4 horas. Em uma modalidade preferida, a reação é conduzida por um período de até aproximadamente 3 horas. Em outra modalidade preferida, a reação é conduzida por até aproximadamente 2 horas.
[042] Em uma modalidade dos primeiro ou segundo aspectos, o material contendo titânio compreende um nível de dióxido de titânio conforme descrito na Descrição Detalhada neste documento. Em outra modalidade, o material compreende um nível de óxido de cálcio conforme descrito na Descrição Detalhada deste documento. Em outra modalidade, o material compreende pelo menos um ou mais de óxido de alumínio, óxido de magnésio e sílica, a um nível conforme descrito na Descrição Detalhada deste documento.
[043] Em uma modalidade dos primeiro ou segundo aspectos, o material contendo titânio tem uma razão de dióxido de titânio para óxido de cálcio, dióxido de titânio para óxido de alumínio e/ou dióxido de titânio para óxido de magnésio, conforme descrito na Descrição Detalhada neste documento.
[044] Em uma modalidade dos primeiro ou segundo aspectos, os métodos compreendem ainda a etapa de calcinação do dióxido de titânio hidratado recuperado para formar o dióxido de titânio calcinado. Em uma modalidade preferida, o dióxido de titânio calcinado é moído, revestido, lavado, seco e/ou micronizado. Em uma modalidade, o dióxido de titânio é de grau de pigmento.
[045] Em uma modalidade dos primeiro ou segundo aspectos, o dióxido de titânio (hidrato ou outro) recuperado de um método da invenção é adequado para uso como matéria-prima para um processo de fabricação de pigmento de dióxido de titânio.
[046] Em uma modalidade dos primeiro ou segundo aspectos, o material contendo titânio que compreende perovskita é escolhido a partir do grupo que consiste em escória, um minério, escória aprimorada e um concentrado. Em uma modalidade particular, o material contendo titânio que compreende perovskita é uma escória de fabricação de ferro. Em uma modalidade, a escória de fabricação de ferro é escória de fusão ou escória de alto forno. Em outra modalidade, o minério é um minério de titano-magnetita de vanádio. Em outra modalidade, a escória é uma escória de titano-magnetita de vanádio. Em outras modalidades, o material contendo titânio compreendendo perovskita compreende uma combinação de duas ou mais fontes diferentes de material contendo titânio.
[047] Em modalidades particulares, o material contendo titânio está na forma de um material particulado com um tamanho médio de partícula inferior a 180 μm. Em modalidades preferidas, o material particulado tem um tamanho médio de partícula de 10 a 180 μm ou de 40 a 110 μm. Em modalidades particulares, o material particulado tem uma média e tamanho de partícula de aproximadamente 30μm, 45μm, 60μm, 70μm, 80μm, 90μm ou 100μm.
[048] Em certas modalidades, o método da invenção adicionalmente compreende a etapa de trituração do material contendo titânio antes da etapa a) do processo do primeiro ao quarto aspectos.
[049] Em uma modalidade dos primeiro ou segundo aspectos, o material contendo titânio é contatado com ácido sulfúrico em um reator contínuo. Em uma modalidade, a etapa de sulfatação b) ocorre em um reator contínuo adaptado para mistura contínua do ácido sulfúrico, material contendo titânio e bolo compreendendo sulfato de titanila.
[050] Em uma modalidade preferida, uma ou mais etapas adicionais dos métodos dos primeiro ou segundo aspectos da invenção são conduzidas de uma maneira contínua. Em uma modalidade preferida do primeiro ao quarto aspectos, todo o método é conduzido de maneira contínua.
[051] Em um terceiro aspecto, a invenção fornece um ou mais produtos produzidos por um método dos primeiro ou segundo aspectos da invenção, o um ou mais produtos escolhidos a partir do grupo que consiste em: dióxido de titânio, sulfato de magnésio, o primeiro retentado, sulfato de cálcio, sílica, sulfato de alumínio, sólidos de metal mistos.
[052] Em certas modalidades, o sulfato de magnésio está na forma de MgSO4.7H20, MgSO4.6H2O ou MgSO4.1H2O. Em certas modalidades, o sulfato de alumínio está na forma de Al2(SO4)3.XH2O, onde X é de 14 a 18. Em certas modalidades, o sulfato de cálcio está na forma de CaSO4.2H20.
[053] Em um quarto aspecto, a invenção fornece um ou mais licores ou composições produzidas por um método dos primeiro ou segundo aspectos. Em uma modalidade, o licor ou composição é o primeiro permeado, primeiro licor, segundo licor, terceiro licor, quarto licor, quinto licor, primeira composição ou segunda composição.
[054] Em um quinto aspecto, a invenção fornece o uso do primeiro permeado produzido por um método dos primeiro ou segundo aspectos da invenção para a produção ou recuperação de dióxido de titânio, sulfato de alumínio, sulfato de cálcio, sulfato de magnésio e/ou sólidos de metal mistos.
[055] Em um aspecto relacionado, a invenção fornece um método para a recuperação de dióxido de titânio, sulfato de alumínio, sulfato de cálcio, sulfato de magnésio e/ou sólidos de metal mistos do primeiro permeado produzido por um método dos primeiro ou segundo aspectos, o método compreendendo separar dióxido de titânio, sulfato de alumínio, sulfato de cálcio, sulfato de magnésio e/ou sólidos de metal mistos do permeado ou uma composição derivada em qualquer ordem.
[056] Em um sexto aspecto, a invenção fornece o uso do primeiro licor produzido por um método dos primeiro ou segundo aspectos da invenção para a produção ou recuperação de dióxido de titânio, sulfato de alumínio, sulfato de cálcio,
sulfato de magnésio e/ou sólidos de metal mistos.
[057] Em um aspecto relacionado, a invenção fornece um método para a recuperação de dióxido de titânio, sulfato de alumínio, sulfato de cálcio, sulfato de magnésio e/ou sólidos de metal mistos do primeiro licor produzido por um método dos primeiro ou segundo aspectos, o método compreendendo separar dióxido de titânio, sulfato de alumínio, sulfato de cálcio, sulfato de magnésio e/ou sólidos de metal mistos do licor ou uma composição derivada em qualquer ordem.
[058] Em um sétimo aspecto, a invenção fornece o uso do segundo licor produzido por um método dos primeiro ou segundo aspectos da invenção para a produção ou recuperação de dióxido de titânio, sulfato de alumínio, sulfato de cálcio, sulfato de magnésio e/ou sólidos de metal mistos.
[059] Em um aspecto relacionado, a invenção fornece um método para a recuperação de dióxido de titânio, sulfato de alumínio, sulfato de cálcio, sulfato de magnésio e/ou sólidos de metal mistos do segundo licor produzido por um método dos primeiro ou segundo aspectos, o método compreendendo separar dióxido de titânio, sulfato de alumínio, sulfato de cálcio, sulfato de magnésio e/ou sólidos de metal mistos do licor ou uma composição derivada em qualquer ordem.
[060] Em um oitavo aspecto, a invenção fornece o uso do terceiro licor produzido por um método dos primeiro ou segundo aspectos da invenção para a produção ou recuperação de sulfato de cálcio, sulfato de magnésio e/ou sólidos de metal mistos.
[061] Em um aspecto relacionado, a invenção fornece um método para a recuperação de sulfato de cálcio, sulfato de magnésio e/ou sólidos de metal mistos do terceiro licor produzido por um método dos primeiro ou segundo aspectos, o método compreendendo separar sulfato de cálcio, sulfato de magnésio e/ou sólidos de metal mistos do licor ou uma composição derivada em qualquer ordem.
[062] Em um nono aspecto, a invenção fornece o uso do quarto licor produzido por um método dos primeiro ou segundo aspectos da invenção para a produção ou recuperação de sulfato de cálcio, sulfato de magnésio e/ou sólidos de metal mistos.
[063] Em um aspecto relacionado, a invenção fornece um método para a recuperação de sulfato de cálcio, sulfato de magnésio e/ou sólidos de metal mistos do quarto licor produzido por um método dos primeiro ou segundo aspectos, o método compreendendo separar sulfato de cálcio, sulfato de magnésio e/ou sólidos de metal mistos do licor ou uma composição derivada em qualquer ordem.
[064] Em um décimo aspecto, a invenção fornece o uso do quinto licor produzido por um método dos primeiro ou segundo aspectos da invenção para a produção ou recuperação de sulfato de cálcio, sulfato de magnésio e/ou sólidos de metal mistos.
[065] Em um aspecto relacionado, a invenção fornece um método para a recuperação de sulfato de cálcio, sulfato de magnésio e/ou sólidos de metal mistos do quinto licor produzido por um método dos primeiro ou segundo aspectos, o método compreendendo separar sulfato de cálcio, sulfato de magnésio e/ou sólidos de metal mistos do licor ou uma composição derivada em qualquer ordem.
[066] Em um décimo primeiro aspecto, a invenção fornece o uso da primeira composição produzida por um método dos primeiro ou segundo aspectos da invenção para a produção ou recuperação de sulfato de cálcio, sulfato de magnésio e/ou sólidos de metal mistos.
[067] Em um aspecto relacionado, a invenção fornece um método para a recuperação de sulfato de cálcio, sulfato de magnésio e/ou sólidos de metal mistos da primeira composição produzida por um método dos primeiro ou segundo aspectos, o método compreendendo separar sulfato de cálcio, sulfato de magnésio e/ou sólidos de metal mistos da composição ou uma composição derivada em qualquer ordem.
[068] Em um décimo segundo aspecto, a invenção fornece o uso da segunda composição produzida por um método dos primeiro ou segundo aspectos da invenção para a produção ou recuperação de dióxido de titânio, sulfato de alumínio, sulfato de cálcio, sulfato de magnésio e/ou sólidos de metal mistos.
[069] Em um aspecto relacionado, a invenção fornece um método para a recuperação de dióxido de titânio, sulfato de alumínio, sulfato de cálcio, sulfato de magnésio e/ou sólidos de metal mistos da segunda composição produzida por um método dos primeiro ou segundo aspectos, o método compreendendo sequencialmente separar dióxido de titânio, sulfato de alumínio, sulfato de cálcio, sulfato de magnésio e/ou sólidos de metal mistos do licor ou uma composição derivada em qualquer ordem.
[070] Em um décimo terceiro aspecto, a invenção fornece o uso do bolo ou suspensão sulfatada produzida por um método dos primeiro ou segundo aspectos da invenção para a produção ou recuperação de dióxido de titânio, sulfato de alumínio, sulfato de cálcio, sílica, o primeiro retentado, sulfato de magnésio e/ou sólidos de metal mistos.
[071] Em um aspecto relacionado, a invenção fornece um método para a recuperação de dióxido de titânio, sulfato de alumínio, sulfato de cálcio, sílica, o primeiro retentado, sulfato de magnésio e/ou sólidos de metal mistos do primeiro permeado produzido por um método dos primeiro ou segundo aspectos, o método compreendendo separar dióxido de titânio, sulfato de alumínio, sulfato de cálcio, sílica, o primeiro retentado, sulfato de magnésio e/ou sólidos de metal mistos do bolo ou suspensão sulfatada ou uma composição derivada em qualquer ordem.
[072] Em um décimo quarto aspecto, a invenção fornece um método para recuperar um ou mais produtos de uma composição produzida em um processo para a produção de dióxido de titânio, o método compreendendo pelo menos as etapas de:
a) combinar carbonato de cálcio e a composição para produzir uma composição (A) que compreende sulfato de cálcio; e, b) separar o sulfato de cálcio da segunda composição (A) para produzir sulfato de cálcio e uma composição (B) compreendendo sulfatos de metal mistos.
[073] Em uma modalidade, o método adicionalmente compreende a etapa de: c) separar o sulfato de magnésio da composição (B) para produzir sulfato de magnésio e uma composição (C) compreendendo sulfatos de metal mistos.
[074] Em outra modalidade, o método adicionalmente compreende a etapa de: d) combinar hidróxido de cálcio e a composição (C) para produzir uma composição (D) compreendendo óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos e sulfato de cálcio; OU d1) combinar hidróxido de magnésio e a composição (C) para produzir uma composição (D) compreendendo uma mistura de óxidos e/ou hidróxidos de metal.
[075] Em outra modalidade, o método adicionalmente compreende a etapa de: e) recuperar os óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos e sulfato de cálcio, ou os óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos da composição (D) para produzir sólidos de metal mistos ou sólidos de metal mistos compreendendo sulfato de cálcio.
[076] Em um décimo quinto aspecto, a invenção fornece um método para recuperar um ou mais produtos de uma composição produzida em um processo para a produção de dióxido de titânio, o método compreendendo pelo menos as etapas de: a) combinar carbonato de cálcio e a composição para produzir uma composição (A) que compreende sulfato de cálcio; e, b) separar o sulfato de cálcio da segunda composição (A) para produzir sulfato de cálcio e uma composição (B) compreendendo sulfatos de metal mistos.
[077] Em outra modalidade, o método adicionalmente compreende a etapa de: c) combinar hidróxido de cálcio e a composição (B) para produzir uma composição (C’) compreendendo sulfato de magnésio, óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos e sulfato de cálcio; OU c1) combinar hidróxido de magnésio e a composição (B) para produzir uma composição (C’) compreendendo sulfato de magnésio e óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos.
[078] Em uma modalidade, o método adicionalmente compreende a etapa de: d) separar os óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos e sulfato de cálcio, ou os óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos da composição (C’) para produzir sólidos de metal mistos compreendendo sulfato de cálcio ou sólidos de metal mistos e uma composição (D') compreendendo magnésio sulfato.
[079] Em uma modalidade, o método adicionalmente compreende a etapa de: e) recuperar sulfato de magnésio da composição (D’) para produzir sulfato de magnésio.
[080] Em uma modalidade do décimo quarto ou décimo quinto aspectos, a etapa a) é conduzida sob condições em que o titânio está no estado Ti4+ e o ferro está no estado Fe2+ para produzir a composição (A) compreendendo sulfato de cálcio e um ou mais óxidos de titânio e/ou hidróxidos. Em uma modalidade, a primeira composição adicionalmente compreende um ou mais óxidos e/ou hidróxidos de alumínio. Nesta modalidade, a etapa b) pode compreender a separação de sulfato de cálcio e um ou mais óxidos e/ou hidróxidos de alumínio e/ou titânio da composição (A) para produzir sulfato de cálcio e um ou mais óxidos de alumínio e/ou titânio e/ou hidróxidos e uma composição (B) compreendendo sulfatos de metal mistos. Em uma modalidade, a etapa (a) é conduzida em um ORP de aproximadamente 270mV.
[081] Em uma modalidade, a composição produzida em um processo para a produção de dióxido de titânio é uma composição de resíduo ácido. Em uma modalidade, a composição é uma composição ácida produzida após a recuperação de dióxido de titânio no processo para a produção de dióxido de titânio. Em uma modalidade, a composição é uma composição ácida produzida após a recuperação de dióxido de titânio e alumínio no processo para a produção de dióxido de titânio.
[082] Em um décimo sexto aspecto, a invenção fornece um método para a produção de uma matéria-prima de dióxido de titânio para um processo de fabricação de pigmento de dióxido de titânio compreendendo um de: - etapas a) ae) do primeiro aspecto - etapas a) a f) do segundo aspecto
[083] Em uma modalidade, o método adicionalmente compreende calcinar dióxido de titânio hidratado recuperado no método.
[084] Em outro aspecto, a invenção fornece o uso de dióxido de titânio recuperado por um método da invenção como aqui descrito como uma matéria- prima de dióxido de titânio para um processo de fabricação de pigmento de dióxido de titânio.
[085] Em uma modalidade, o processo de fabricação de pigmento de dióxido de titânio é o processo de cloreto.
[086] A invenção também inclui as partes, elementos e recursos referidos ou indicados no relatório descritivo do pedido, individual ou coletivamente, em qualquer ou todas as combinações de duas ou mais das referidas partes, elementos ou recursos, e onde números inteiros específicos são mencionados neste documento, os quais têm equivalentes conhecidos na técnica a que a invenção se refere, tais equivalentes conhecidos são considerados como incorporados aqui como se apresentados individualmente.
[087] Outros aspectos da invenção, que devem ser considerados em todos os seus novos aspectos, se tornarão evidentes para os versados na técnica após a leitura da seguinte descrição. Breve Descrição dos Desenhos
[088] As modalidades da invenção serão descritas no relatório descritivo, apenas a título de exemplo, com referência aos desenhos anexos, nos quais:
[089] A Figura 1 mostra um diagrama de fluxo de processo que descreve uma modalidade da invenção.
[090] A Figura 2 mostra um diagrama de fluxo de processo que descreve uma modalidade preferida da invenção.
[091] A Figura 3 mostra um diagrama de fluxo de processo que descreve duas modalidades alternativas de um processo de acordo com um aspecto da invenção. Descrição Detalhada das Modalidades Preferidas
[092] Os inventores demonstraram anteriormente novos métodos e aparelhos para a extração comercialmente viável de uma série de produtos da escória de fusão. Esses produtos podem incluir pelo menos dióxido de titânio, sulfato de alumínio e sulfato de magnésio. Durante a pesquisa contínua, os inventores identificaram uma série de melhorias que fornecem vantagens significativas para a eficiência e economia de tais processos, bem como reduzem seu impacto ambiental. Embora a pesquisa dos inventores tenha se concentrado em processos para a recuperação de produtos de valor da escória de fusão, eles acreditam que os processos serão igualmente úteis para a recuperação de tais produtos de outros materiais contendo titânio, incluindo, por exemplo, minérios de ocorrência natural, concentrados, outras escórias, escórias aprimoradas, lama vermelha e também composições produzidas em processos de produção de dióxido de titânio.
Definições
[093] A menos que definido de outra forma, os seguintes termos, conforme usados ao longo desta especificação, são definidos da seguinte forma:
[094] Ao longo da especificação e de quaisquer reivindicações que se seguem, a menos que o contexto exija de outra forma, a palavra "compreende" e variações como "compreendem" e "compreendendo" e semelhantes, devem ser interpretadas em um sentido inclusivo como oposto para um sentido exclusivo, ou seja, no sentido de “incluir, mas não se limitar a”.
[095] Conforme usado neste documento, a menos que o contexto exija o contrário, "material contendo titânio" é qualquer material apropriado compreendendo dióxido de titânio na forma de perovskita. Em uma modalidade preferida, o material contendo titânio também inclui um ou mais de óxido de magnésio, óxido de alumínio, óxido de cálcio, dióxido de silício, óxido de ferro, óxido de vanádio. Em certas modalidades, o material também inclui óxido de manganês e óxido de cromo. Em uma modalidade, o material compreende dióxido de titânio, óxido de magnésio e óxido de alumínio. Em outra modalidade, o material compreende dióxido de titânio, óxido de magnésio, óxido de alumínio e óxido de cálcio. Em certas modalidades, o material contendo titânio inclui escória, escória aprimorada, um minério, um concentrado. Em certas modalidades, a escória é uma escória de fabricação de ferro ou escória de vanádio-titânio-magnetita (VTM). Em uma modalidade, a escória de fabricação de ferro é escória de fusão ou escória de alto forno. Em outra modalidade, o material contendo titânio é lama vermelha. Em certas modalidades, o material contendo titânio compreende uma combinação de duas ou mais formas diferentes de materiais contendo titânio.
[096] “Escória” é qualquer resíduo separado dos metais durante a fundição ou refino de um minério. Em certas modalidades, a escória é escória de fabricação de ferro ou escória de titano-magnetita de vanádio.
[097] “Escória de fabricação de ferro” é uma escória resultante de um processo de fabricação de aço ou ferro. Em certas modalidades, uma escória de fabricação de ferro é escória de fusão (ou fundição) ou escória de alto forno.
[098] “Escória aprimorada” é um material que teve um óxido de metal alvo aumentado em concentração, separando e removendo uma ou mais outras espécies de metal, usando, por exemplo, uma técnica piro-metalúrgica.
[099] Uma “escória VTM” é uma escória obtida durante o processamento ou fabricação de produtos (por exemplo, aço e ferro) de um material contendo VTM, como um minério contendo VTM.
[0100] Um "concentrado" é um material que teve um óxido de metal alvo aumentado em concentração, separando e removendo uma ou mais outras espécies de metal usando uma forma de concentração, como, por exemplo, separação gravimétrica, separação por flutuação ou separação magnética.
[0101] Um "minério" é um material sólido de ocorrência natural do qual um metal ou mineral pode ser extraído. Em uma modalidade, o minério é um minério de titano-magnetita de vanádio.
[0102] O termo "bolo" é usado neste documento para se referir a um material sólido compreendendo sulfato de titanila produzido como resultado da sulfatação do material contendo titânio e inclui referência a uma forma particulada ou em pó do bolo que pode ser formado durante o processo.
[0103] O termo “CalSi” pode ser usado na especificação. Ele se refere ao primeiro retentado do processo da invenção. O CalSi contém sulfato de cálcio e sílica. Em modalidades particulares, o resíduo pode compreender ainda óxidos de metal não reagidos.
[0104] O termo "ácido livre" ou "acidez livre" refere-se ao teor de ácido sulfúrico de uma composição ou licor.
[0105] O termo "reator" inclui qualquer dispositivo que consiste em um ou mais vasos e/ou torres ou arranjos de tubulação nos quais os materiais da invenção podem ser processados, misturados e/ou aquecidos. Exemplos de reatores da invenção incluem reatores de infusão contínua ou descontínua. Em uma modalidade preferida, o reator (s) é adaptado para executar um processo contínuo. Em uma modalidade preferida, o reator usado em uma etapa de sulfatação dos vários aspectos da invenção é adaptado para quebrar o bolo que se forma nessa etapa em uma forma de pó ou de partículas.
[0106] "Perovskita" refere-se a um mineral de óxido de titânio-cálcio composto de titanato de cálcio CaTiO3. A perovskita possui tipicamente uma estrutura cristalina cúbica, embora o termo, conforme usado neste documento, pretenda referir-se a qualquer forma de titanato de cálcio. Os termos perovskita e titanato de cálcio podem ser usados indistintamente.
[0107] O termo "água" é referido neste documento como sendo, por exemplo, um soluto ou reagente para atingir os processos descritos. Será apreciado por aqueles versados na técnica que o termo água não implica que seja usada água pura; a água pode ser uma solução aquosa contendo um ou mais outros componentes.
[0108] Quando uma concentração ou porcentagem de um elemento é referida (por exemplo, ferro), será apreciado por aqueles versados na técnica que o elemento provavelmente estará ligado a outras espécies, por exemplo, em sais iônicos, como sulfato de ferro. Porém, as técnicas analíticas permitem a expressão da quantidade total do elemento na amostra. Nestes casos, é a quantidade total do elemento na amostra que está sendo referida, ligada ou não.
[0109] “Calcinação” refere-se a um processo pelo qual uma substância é aquecida a uma alta temperatura, mas abaixo do ponto de fusão ou fundição, causando perda de umidade, redução ou oxidação e a decomposição de carbonatos e outros compostos.
[0110] Um "produto" é qualquer composto ou mistura de compostos capaz de ser recuperado em um processo da invenção; a título de exemplo não limitativo, dióxido de titânio, sulfato de magnésio, sulfato de alumínio, sulfato de cálcio, o primeiro retentado, sólidos de metal mistos. Em certas modalidades, um "produto" pode ser um ou mais licores ou composição produzida em um processo da invenção.
[0111] Quando é feita referência à "recuperação" de um composto ou compostos químicos (em uma modalidade, por exemplo, um produto ou produtos da invenção), isso não deve ser considerado como significando que o produto é recuperado com 100% de pureza. Além disso, quando é feita referência à "purificação" (ou termos semelhantes, como purificação) de um composto químico específico, não deve ser interpretado como significando que o composto é recuperado com 100% de pureza. Será apreciado que algum nível de contaminação de um composto com outros compostos pode ocorrer e ser tolerado. Da mesma forma, quando é feita referência à "separação" de compostos químicos (em uma modalidade, por exemplo, um produto ou produtos da invenção) de uma composição ou licor ou um do outro, não deve ser considerado que significa que o composto ou compostos são separados uns dos outros, um licor ou composição completamente. Será apreciado que algum nível de contaminação de um com o outro pode estar presente e tolerado.
[0112] Quando é feita referência à separação de sólidos de líquidos, qualquer meio apropriado pode ser usado incluindo, por exemplo, filtração, centrifugação, decantação, sedimentação, separação por flutuação e semelhantes. Em certas modalidades, métodos de separação contínua são preferidos. Tais métodos podem utilizar, por exemplo, centrífugas de cesto ou centrífugas de placa cônica.
[0113] Quando usado aqui, a referência a quaisquer compostos químicos,
como óxidos, hidróxidos e sulfatos de elementos químicos específicos (por exemplo, titânio, magnésio, alumínio, cálcio, silício e metais mistos) deve ser considerada como incluindo referência a esses compostos em qualquer estado de hidratação ou um estado anidro, a menos que o contexto exija o contrário.
[0114] Referência pode ser feita aqui para recuperar, separar e/ou produzir uma "matéria-prima de dióxido de titânio para um processo de fabricação de pigmento de dióxido de titânio". Isto pretende abranger quaisquer composições apropriadas recuperadas de um processo da invenção que compreende dióxido de titânio e podem ser alimentadas para um processo de fabricação de pigmento de dióxido de titânio. Os versados na técnica à qual a invenção se refere apreciarão prontamente as matérias-primas de dióxido de titânio apropriadas a partir dos métodos da invenção que podem ser úteis em um processo de fabricação de pigmento de dióxido de titânio. No entanto, a título de exemplo, as matérias-primas podem incluir dióxido de titânio hidratado ou dióxido de titânio calcinado recuperado de um processo da invenção. Além disso, pessoas habilitadas apreciarão prontamente os processos de fabricação de pigmento de dióxido de titânio de relevância. No entanto, a título de exemplo, a matéria-prima de dióxido de titânio produzida por um método da invenção pode ser usada no processo conhecido como "processo de cloreto".
[0115] "Dióxido de titânio hidratado" ou frases semelhantes, conforme referido neste documento, destina-se a abranger composições contendo dióxido de titânio e dióxido de titânio hidratado. Será apreciado pelos versados na técnica que o produto da hidrólise do sulfato de titanila será uma mistura de dióxido de titânio e dióxido de titânio hidratado. A menos que o contexto exija de outra forma, onde o termo hidrato de dióxido de titânio é referido neste documento, será entendido que o dióxido de titânio também pode estar presente. O mesmo deve ser entendido para outros compostos químicos aqui referidos.
[0116] Quando uma proporção, razão ou porcentagem de dióxido de titânio em uma matéria-prima é referida, será apreciado por um versado na técnica que a forma real do dióxido de titânio pode não estar em uma forma apropriada para ser purificada. Por exemplo, na perovskita a forma do dióxido de titânio é predominantemente como titanato de cálcio (CaTiO3). Quando os resultados analíticos ou a redação referindo-se ao dióxido de titânio são fornecidos, esses resultados analíticos ou a redação devem ser lidos como a quantidade de dióxido de titânio que pode ser ligada a outros elementos, por exemplo, em titanato de cálcio. O mesmo deve ser entendido para outros óxidos de metal aqui referidos.
[0117] A frase "produzindo dióxido de titânio rutilo" ou semelhante não deve ser interpretada como significando que dióxido de titânio rutilo 100% puro é formado. Será apreciado pelos versados na técnica que algum grau de contaminação por contaminantes ou outras formas de dióxido de titânio estará presente, embora a espécie predominante presente seja o dióxido de titânio rutilo.
[0118] Um “dopante” é uma impureza adicionada geralmente em quantidades comparativamente pequenas a uma substância para alterar suas características de crescimento de cristal e características de mudança de morfologia.
[0119] O "ácido sulfúrico", conforme referido neste documento, pode ser de qualquer concentração e é referido como um peso para a concentração percentual em peso (% p/p) em solução aquosa. Outra nomenclatura pode incluir m% ou simplesmente %. Estes se destinam a ser usados indistintamente e serão entendidos como sendo assim pelos versados na técnica.
[0120] "Sólidos de metal mistos", tal como aqui utilizado, refere-se ao equilíbrio das espécies metálicas presentes após a remoção das espécies metálicas alvo em um método da invenção. Sólidos de metal mistos podem compreender, por exemplo, um ou mais (em uma modalidade, uma mistura de dois ou mais) óxido de metal e/ou hidróxido de metal. Em uma modalidade, os sólidos de metal mistos também compreendem sulfato de cálcio. Em certas modalidades, os sólidos de metal mistos podem compreender óxidos e/ou hidróxidos de um ou mais dentre titânio, alumínio, magnésio, ferro, manganês, vanádio, cromo, nióbio e zircônio.
[0121] "Precipitado", "precipitação" e termos semelhantes são usados neste documento para se referir a um processo no qual um composto químico é depositado na forma sólida a partir de uma solução. Estes termos devem ser considerados como incluindo referência ao cristalizado ou à cristalização do composto químico e a um produto insolúvel de uma reação de hidrólise. A referência a um "precipitado" de um composto químico se refere ao sólido resultante de tal processo de precipitação e deve ser entendida como incluindo referência a uma forma cristalina de um composto químico.
[0122] “Composição” deve ser considerada de forma ampla para incluir uma mistura de dois ou mais compostos químicos. Uma composição pode ser aquosa, uma suspensão ou qualquer outra forma de uma mistura de um ou mais sólidos e/ou líquidos. Por exemplo, em certas modalidades da invenção, uma composição X (um licor, por exemplo) pode estar na forma aquosa e um agente neutralizante é adicionado para formar outra composição Y. A composição Y pode compreender um ou mais sólidos e líquidos conforme a presença do agente neutralizante pode ter precipitado certos compostos contidos na composição original X. Até que o material precipitado seja separado do líquido presente, considera-se que faz parte da composição Y.
[0123] Referência pode ser feita aqui para separar ou recuperar um produto de uma composição ou licor ou uma composição derivada. Uma “composição derivada” é uma composição (incluindo referência a um licor) a jusante de uma composição especificada (incluindo referência a um licor). Por exemplo, em certas modalidades da invenção, um terceiro licor é submetido a uma etapa para formar uma primeira composição compreendendo sulfato de cálcio. O sulfato de cálcio é separado da primeira composição para produzir um quarto licor compreendendo sulfatos de metal mistos. O sulfato de magnésio é então recuperado do quarto licor para produzir sulfato de magnésio e um quinto licor compreendendo sulfatos de metal mistos. Neste exemplo, a primeira composição, o quarto licor e o quinto licor são composições derivadas do terceiro licor, o quarto e o quinto licor são composições derivadas da primeira composição e o quinto licor é um derivado do quarto licor.
[0124] As razões de ácido para matéria-prima referidas são em uma base de peso para peso; ou seja, o peso do ácido usado para reagir com um determinado peso de matéria-prima (como minério ou escória).
[0125] LL significa licor de lixiviação. PHL significa licor pós-hidrólise. PAL significa licor pós-alumínio. PNL significa licor pós-neutralização. PML significa licor pós-magnésio. MRL significa licor rico em magnésio. Essas descrições para várias composições dos processos da invenção são usadas neste documento para ajudar o leitor a compreender a invenção e não devem ser consideradas como limitando o escopo da invenção de qualquer forma, a menos que o contexto claramente exija o contrário.
[0126] A especificação pode incluir grafias alternativas das palavras "enxofre", "sulfatação", "sulfato" e semelhantes; por exemplo, como “enxofre”, “sulfatação” e “sulfato”. Os Processos
[0127] Após extensa análise, os inventores conceberam métodos melhorados para recuperar um ou mais produtos de materiais contendo titânio compreendendo perovskita ou métodos para recuperar produtos de composições produzidas em um processo para a produção de dióxido de titânio. Esses produtos incluem um ou mais, dois ou mais, três ou mais, quatro ou mais, cinco ou mais, seis ou todos os seguintes: dióxido de titânio, sulfato de alumínio, sulfato de magnésio,
sulfato de cálcio, sílica, uma composição que compreende uma combinação de sulfato de cálcio e sílica (por exemplo, o primeiro retentado) e sólidos de metal mistos. Em uma modalidade, o produto é uma matéria-prima para um processo de fabricação de pigmento de dióxido de titânio.
[0128] Na concepção dos processos da invenção, os inventores tiveram que superar uma série de problemas e requisitos frequentemente concorrentes, incluindo por exemplo: a natureza refratária da perovskita, impacto ambiental, eficiência de recuperação do produto, custo, requisitos de energia, a recuperação relativa de diferentes produtos, tempo de recuperação de diferentes produtos. Por exemplo, se um método for otimizado para recuperação de um produto, a recuperação de outros produtos e a eficiência do processo, por exemplo, podem ser prejudicadas. Além disso, a quantidade de resíduos gerados pode ser indesejável. Os inventores acreditam que a nova combinação de etapas e/ou os reagentes utilizados nos processos da invenção proporcionam uma recuperação eficiente do produto (s) com rendimentos desejáveis, de uma forma comercialmente viável.
[0129] Os inventores descobriram que a ordem das etapas e/ou a combinação de reagentes usados nos métodos da invenção são fatores importantes na otimização dos rendimentos dos materiais mais valiosos. Por exemplo, embora a recuperação de sulfato de alumínio dos processos anteriores à hidrólise de sulfato de titanila seja viável no contexto da invenção, os inventores encontraram maior eficiência e maior rendimento de dióxido de titânio se o sulfato de alumínio for recuperado após hidrólise de sulfato de titanila. Portanto, em uma modalidade, o último é preferido.
[0130] Além disso, embora a recuperação de sulfato de magnésio dos processos antes da recuperação de sólidos de metal mistos seja viável no contexto da invenção, os inventores encontraram maior eficiência, maior rendimento e pureza aprimorada de sulfato de magnésio se sólidos de metal mistos forem recuperados primeiro. Em certas modalidades, permite-se que o nível de manganês e/ou ferro seja reduzido ou eliminado do produto de sulfato de magnésio. Além disso, os inventores descobriram que os cristais de sulfato de magnésio estão em uma forma mais desejável se os sulfatos de metal mistos forem recuperados primeiro; os cristais são mais fáceis de filtrar, por exemplo, e a remoção do licor é melhorada.
[0131] Adicionalmente, a etapa de precipitação e recuperação do sulfato de magnésio é realizada após a recuperação do sulfato de alumínio e recuperação do dióxido de titânio. Se a precipitação com sulfato de magnésio for realizada antes da recuperação de sulfato de alumínio ou dióxido de titânio, a coprecipitação desses componentes com sulfato de magnésio reduziria a viabilidade econômica do método e reduziria a pureza com a qual os produtos poderiam ser obtidos.
[0132] Os inventores também descobriram que o uso de um processo de neutralização em duas etapas usando CaCO3 e Ca (OH)2 ou Mg(OH)2 como agentes neutralizantes em etapas relevantes dos métodos da invenção é vantajoso. O uso de CaCO3 e Ca(OH)2 ou Mg(OH)2 permite um aumento em etapas no pH, que fornece condições ideais para a recuperação de sulfato de cálcio, sólidos de metal mistos e sulfato de magnésio, enquanto minimiza a acidez de qualquer água residual. Isso também permite uma melhor qualidade dos produtos, minimizando os resíduos gerados. Os inventores contemplam estas etapas formando um método independente que pode fornecer uma recuperação eficiente de tais produtos a partir de composições que são derivadas de processos para a produção de dióxido de titânio. Isso pode ter a vantagem de aumentar o uso de tais composições, que têm sido tradicionalmente consideradas produtos residuais que devem ser descartados, permitindo a extração de valor adicional de tais processos e reduzindo seu impacto ambiental.
[0133] Os processos da invenção são descritos neste documento antes, na seção "Resumo da invenção". Uma descrição adicional dos vários aspectos,
modalidades e etapas dos métodos são fornecidas abaixo.
[0134] Os processos da invenção ou uma ou mais etapas individuais de um processo da invenção podem ser conduzidos de forma descontínua ou contínua. Em uma modalidade preferida, uma ou mais etapas são conduzidas de maneira contínua. Pessoas versadas apreciarão prontamente métodos e aparelhos que podem ser empregados para executar etapas ou processos contínuos. Em uma modalidade, todas as etapas são conduzidas de maneira contínua. Em outra modalidade, a etapa de lixiviação e/ou a etapa de hidrólise são conduzidas em lotes. Matéria-prima
[0135] Em um aspecto, a matéria-prima usada em um processo da invenção pode ser qualquer material contendo titânio compreendendo perovskita. No entanto, em certas modalidades, o material contendo titânio é escolhido de uma escória, uma escória aprimorada, um minério, um concentrado. Em uma modalidade preferida, a escória é uma escória de fabricação de ferro. Em uma modalidade particular, a escória de fabricação de ferro é escória de fusão obtida da New Zealand Steel. Em outras modalidades, a escória de fabricação de ferro é escória de fusão obtida da África do Sul ou escória de alto forno obtida da China ou Rússia. Em outra modalidade, o material é um minério. Em certas modalidades, o minério é uma reserva natural encontrada na América do Norte ou América do Sul.
[0136] Em certas modalidades, o material contendo titânio compreendendo perovskita pode compreender uma combinação de dois ou mais materiais diferentes. Por exemplo, pode compreender uma combinação de um minério de ocorrência natural e escória.
[0137] Em certas modalidades, além da perovskita, o material contendo titânio para uso nos métodos da invenção também compreenderá, preferivelmente, um ou mais de óxido de alumínio e óxido de magnésio. Em certas modalidades, o material também compreende um ou mais de óxido de ferro e óxido de vanádio. Em outra modalidade, o material também pode compreender óxido de cromo e/ou óxido de manganês.
[0138] Em uma modalidade, o material contendo titânio compreende pelo menos aproximadamente 5% a pelo menos aproximadamente 65% p/p de dióxido de titânio. Em certas modalidades, o material contendo titânio compreende pelo menos aproximadamente 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60% ou 65 % p/p de dióxido de titânio. Em certas modalidades, o material contendo titânio compreende aproximadamente 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60% ou 65% p/p de dióxido de titânio. Em certas modalidades, o material com titânio compreende de aproximadamente 15% a aproximadamente 60% de dióxido de titânio ou aproximadamente 65% de dióxido de titânio. Em certas modalidades, o material com titânio compreende de aproximadamente 30% a aproximadamente 40% de dióxido de titânio. Em uma modalidade, o material contendo titânio compreende de aproximadamente 30% a aproximadamente 35% p/p de dióxido de titânio. Em outra modalidade, o material contendo titânio compreende de aproximadamente 25% a aproximadamente 45% de dióxido de titânio. Em uma modalidade, o material contendo titânio compreende de aproximadamente 5% a aproximadamente 25% de dióxido de titânio.
[0139] Em uma modalidade, o material contendo titânio é uma escória de fabricação de ferro e compreende de pelo menos aproximadamente 5% a pelo menos aproximadamente 40% p/p de dióxido de titânio. Em certas modalidades, o material contendo titânio compreende pelo menos aproximadamente 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35% ou 40% p/p de dióxido de titânio. Em certas modalidades, a escória de fabricação de ferro compreende de aproximadamente 5% a aproximadamente 65%, de aproximadamente 5% a aproximadamente 60%, de aproximadamente 5% a aproximadamente 55%, de aproximadamente 5% a aproximadamente 50%, de aproximadamente 5% a aproximadamente 45%, de aproximadamente 5% a aproximadamente 40%, de aproximadamente 5% a aproximadamente 35%, de aproximadamente 5% a aproximadamente 30% p/p de dióxido de titânio. Em certas modalidades, o material compreende aproximadamente 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60% ou 65% p/p de titânio dióxido. Em certas modalidades, a escória de fabricação de ferro compreende de aproximadamente 15% a aproximadamente a aproximadamente 40% de dióxido de titânio, de aproximadamente 15% a aproximadamente 35%, ou aproximadamente 15% a aproximadamente 30% p/p de dióxido de titânio. Em certas modalidades, a escória de fabricação de ferro compreende aproximadamente 20%, 21%, 22%, 23%, 24%, 25%, 26%, 27%, 28%, 29% 30%, 31%, 32%, 33%, 34% ou 35% de dióxido de titânio. Em outras modalidades, a escória de fabricação de ferro compreende aproximadamente 36%, 37%, 38%, 39% ou 40% de dióxido de titânio.
[0140] Em outra modalidade, o material contendo titânio é um minério e compreende de pelo menos aproximadamente 15% a pelo menos aproximadamente 60% p/p de dióxido de titânio. Em certas modalidades, o minério compreende pelo menos aproximadamente 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55% ou 60% p/p de dióxido de titânio. Em certas modalidades, o minério compreende aproximadamente 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55% ou 60% p/p de dióxido de titânio.
[0141] Em outra modalidade, o material contendo titânio é um concentrado de minério e compreende de pelo menos aproximadamente 15% a pelo menos aproximadamente 45% ou de pelo menos aproximadamente 25% a pelo menos aproximadamente 45% p/p de dióxido de titânio. Em certas modalidades, o concentrado de minério compreende pelo menos aproximadamente 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40% ou 45% p/p de dióxido de titânio. Em certas modalidades, o concentrado de minério compreende aproximadamente 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40% ou 45% p/p de dióxido de titânio.
[0142] Em outra modalidade, o material contendo titânio é lama vermelha e compreende de pelo menos aproximadamente 5% a pelo menos aproximadamente 25% p/p de dióxido de titânio. Em uma modalidade, a lama vermelha compreende aproximadamente 5% a aproximadamente 35% de dióxido de titânio. Em certas modalidades, a lama vermelha compreende aproximadamente 5%, 10%, 15%, 20% ou 25% de dióxido de titânio.
[0143] Em uma modalidade, o material contendo titânio compreende de pelo menos aproximadamente 2% a pelo menos aproximadamente 60% p/p de óxido de cálcio. Em uma modalidade, compreende de aproximadamente 2% a aproximadamente 60% de óxido de cálcio. Em uma modalidade, o material contendo titânio compreende de aproximadamente 5% a aproximadamente 60% de óxido de cálcio. Em uma modalidade, o material compreende de aproximadamente 5% a aproximadamente 25% p/p de óxido de cálcio. Em uma modalidade particular, o material contendo titânio compreende de aproximadamente 10% a aproximadamente 20% p/p de óxido de cálcio. Em outra modalidade, o material contendo titânio compreende de aproximadamente 25% a aproximadamente 40% p/p de óxido de cálcio. Em outra modalidade, o material contendo titânio compreende de aproximadamente 10% a aproximadamente 60% de óxido de cálcio. Em outra modalidade, o material compreende de aproximadamente 2% a aproximadamente 10% de óxido de cálcio. Em certas modalidades, o material contendo titânio compreende aproximadamente 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55% ou 60% p/p óxido de cálcio.
[0144] Em uma modalidade, o material contendo titânio é uma escória de fabricação de ferro compreende de pelo menos aproximadamente 5% a pelo menos aproximadamente 40% p/p de óxido de cálcio. Em uma modalidade, a escória compreende de aproximadamente 5% a aproximadamente 40%, de aproximadamente 5% a aproximadamente 35%, de aproximadamente 5% a aproximadamente 30% ou de aproximadamente 5% a aproximadamente 25% p/p de óxido de cálcio. Em certas modalidades, a escória compreende aproximadamente 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40% ou 45% p/p de óxido de cálcio. Em uma modalidade particular, a escória compreende de aproximadamente 10% a aproximadamente 30% p/p de óxido de cálcio. Em uma modalidade, a escória compreende aproximadamente 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19%, 20%, 21%, 22%, 23%, 24%, 25%, 26%, 27%, 28%, 29%, 30%, 31%, 32%, 33%, 34% ou 35% de óxido de cálcio.
[0145] Em outra modalidade, o material contendo titânio é um minério e compreende de pelo menos aproximadamente 10% a pelo menos aproximadamente 60% p/p de óxido de cálcio. Em uma modalidade, o minério compreende de aproximadamente 10% a aproximadamente 60% p/p de óxido de cálcio. Em certas modalidades, o minério compreende aproximadamente 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55% ou 60% p/p de óxido de cálcio.
[0146] Em outra modalidade, o material contendo titânio é um concentrado de minério e compreende de pelo menos aproximadamente 15% a pelo menos aproximadamente 40% p/p de óxido de cálcio. Em outras modalidades, compreende de aproximadamente 15% a aproximadamente 40%, de aproximadamente 20% a aproximadamente 40% ou de aproximadamente 25% a aproximadamente 40% p/p de óxido de cálcio. Em certas modalidades, o concentrado de minério compreende aproximadamente 15%, 20%, 25%, 30%, 35% ou 40% p/p de óxido de cálcio.
[0147] Em outra modalidade, o material contendo titânio é lama vermelha e compreende de pelo menos aproximadamente 2% a pelo menos aproximadamente 10% p/p de óxido de cálcio. Em uma modalidade, a lama vermelha compreende de aproximadamente 2% a aproximadamente 10% p/p de óxido de cálcio. Em certas modalidades, a lama vermelha compreende aproximadamente 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9% ou 10% de óxido de cálcio.
[0148] Em uma modalidade, o material contendo titânio compreende de pelo menos aproximadamente 1% a pelo menos aproximadamente 50% p/p de sílica. Em uma modalidade, o material com titânio compreende de aproximadamente 1% a aproximadamente 50% p/p de sílica. Em uma modalidade, o material compreende de aproximadamente 1% a aproximadamente 40% de sílica. Em outra modalidade, o material compreende de aproximadamente 3% a aproximadamente 50% de sílica. Em certas modalidades, o material com titânio compreende aproximadamente 5% a aproximadamente 25% p/p de sílica. Em uma modalidade particular, o material contendo titânio compreende de aproximadamente 10% a aproximadamente 20% p/p de sílica. Em outra modalidade, o material com titânio compreende de aproximadamente 1% a aproximadamente 40% de sílica. Em outra modalidade, o material com titânio compreende de aproximadamente 10% a aproximadamente 35% de sílica. Em certas modalidades, o material contendo titânio compreende aproximadamente 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35% ou 40% p/p sílica.
[0149] Em uma modalidade, o material contendo titânio é uma escória de fabricação de ferro e compreende de pelo menos aproximadamente 5% a pelo menos aproximadamente 30% p/p de sílica. Em uma modalidade, a escória compreende de aproximadamente 5% a aproximadamente 30% p/p de sílica. Em certas modalidades, a escória compreende aproximadamente 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30% p/p de sílica. Em uma modalidade particular, a escória compreende de aproximadamente 10% a aproximadamente 20% p/p de sílica. Em uma modalidade, a escória compreende aproximadamente 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19%, 20%, 21%, 22%, 23%, 24%, 25%, 26%, 27%, 28%, 29% ou 30% de sílica.
[0150] Em outra modalidade, o material contendo titânio é um minério e compreende de pelo menos aproximadamente 1% a pelo menos aproximadamente
40% p/p de sílica. Em uma modalidade, o material contendo titânio é um minério e compreende de aproximadamente 1% a aproximadamente 40% p/p de sílica. Em certas modalidades, o material com titânio é um minério e compreende aproximadamente 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35% ou 40% p/p de sílica.
[0151] Em outra modalidade, o material contendo titânio é um concentrado de minério e compreende de pelo menos aproximadamente 10% a pelo menos aproximadamente 35% p/p de sílica. Em uma modalidade, o material contendo titânio é um concentrado de minério e compreende de aproximadamente 10% a aproximadamente 35% p/p de sílica. Em certas modalidades, o material com titânio é um concentrado de minério e compreende aproximadamente 10%, 15%, 20%, 25%, 30% ou 35% p/p de sílica.
[0152] Em outra modalidade, o material contendo titânio é lama vermelha e compreende de pelo menos aproximadamente 3% a pelo menos aproximadamente 50% p/p de sílica. Em uma modalidade, a lama vermelha compreende de aproximadamente 3% a aproximadamente 50% p/p de sílica. Em certas modalidades, a lama vermelha compreende aproximadamente 3%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 40%, 45% ou 50% p/p de sílica.
[0153] Em uma modalidade, o material contendo titânio compreende de pelo menos aproximadamente 0% a pelo menos aproximadamente 20% p/p de óxido de magnésio. Em uma modalidade, o material com titânio compreende de aproximadamente 0% a aproximadamente 20% p/p de óxido de magnésio. Em uma modalidade, o material contendo titânio compreende de aproximadamente 1% a aproximadamente 20% ou de 5% a aproximadamente 20% de óxido de magnésio. Em outra modalidade, o material compreende de aproximadamente 10% a aproximadamente 15% de óxido de magnésio. Em outra modalidade, o material compreende de aproximadamente 1% a aproximadamente 5% de óxido de magnésio. Em certas modalidades, o material contendo titânio compreende aproximadamente 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 10%, 15% ou 20%, p/p de óxido de magnésio.
[0154] Em uma modalidade, o material contendo titânio é uma escória de fabricação de ferro e compreende pelo menos aproximadamente 5% a aproximadamente 20% p/p de óxido de magnésio. Em certas modalidades, o material contendo titânio compreende aproximadamente 5%, 10%, 15% ou 20%, p/p de óxido de magnésio. Em uma modalidade particular, o material contendo titânio compreende de aproximadamente 10% a aproximadamente 15% p/p de óxido de magnésio. Em uma modalidade, o material contendo titânio compreende aproximadamente 10%, 11%, 12%, 13%, 14% ou 15% de óxido de magnésio.
[0155] Em outra modalidade, o material contendo titânio é um minério e compreende de pelo menos aproximadamente 0% a pelo menos aproximadamente 5% de óxido de magnésio. Em uma modalidade, o minério compreende de aproximadamente 0% a aproximadamente 5% de óxido de magnésio. Em uma modalidade, o minério compreende de pelo menos aproximadamente 1% a pelo menos aproximadamente 5% de óxido de magnésio. Em uma modalidade, o minério compreende de aproximadamente 1% a aproximadamente 5% de óxido de magnésio. Em certas modalidades, o minério compreende aproximadamente 1%, 2%, 3%, 4% ou 5% p/p de óxido de magnésio.
[0156] Em outra modalidade, o material contendo titânio é um concentrado de minério e compreende de pelo menos aproximadamente 1% a pelo menos aproximadamente 5% de óxido de magnésio. Em uma modalidade, o concentrado de minério compreende de aproximadamente 1% a aproximadamente 5% de óxido de magnésio. Em certas modalidades, o minério compreende aproximadamente 1%, 2%, 3%, 4% ou 5% p/p de óxido de magnésio. Em uma modalidade, o concentrado de minério compreende de aproximadamente 2% a aproximadamente 3%, por exemplo 2,5%.
[0157] Em uma modalidade, o material contendo titânio compreende de pelo menos aproximadamente 0% a pelo menos aproximadamente a pelo menos aproximadamente 25% p/p de óxido de alumínio. Em uma modalidade, o material compreende de aproximadamente 0% a aproximadamente 25% de óxido de alumínio. Em uma modalidade, o material compreende de aproximadamente 10% a aproximadamente 25% p/p de óxido de alumínio. Em uma modalidade particular, o material compreende de aproximadamente 15% a aproximadamente 20% p/p de óxido de alumínio. Em outra modalidade, o material compreende de aproximadamente 10% a aproximadamente 20% p/p de óxido de alumínio. Em outra modalidade, o material compreende de aproximadamente 0% a aproximadamente 15% de óxido de alumínio. Em uma modalidade, o material compreende de aproximadamente 1% a aproximadamente 15% de óxido de alumínio. Em outra modalidade, o material compreende de aproximadamente 1% a aproximadamente 10% de óxido de alumínio. Em certas modalidades, o material compreende aproximadamente 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19%, 20% ou 25% de óxido de alumínio.
[0158] Em uma modalidade, o material contendo titânio é uma escória de fabricação de ferro e compreende de pelo menos aproximadamente 10% a pelo menos aproximadamente 25% p/p de óxido de alumínio. Em uma modalidade, a escória compreende de aproximadamente 10% a aproximadamente 25% p/p de óxido de alumínio. Em certas modalidades, a escória compreende aproximadamente 10%, 15%, 20%, 25% p/p de óxido de alumínio. Em uma modalidade particular, a escória compreende de aproximadamente 10% a aproximadamente 20% p/p de óxido de alumínio. Em uma modalidade, a escória compreende aproximadamente 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19% ou 20% de óxido de alumínio.
[0159] Em outra modalidade, o material contendo titânio é um minério e compreende de pelo menos aproximadamente 0% (ou pelo menos aproximadamente 1%) a pelo menos aproximadamente 15% de óxido de alumínio. Em uma modalidade, o minério compreende de aproximadamente 0% (ou aproximadamente 1%) a aproximadamente 15% de óxido de alumínio. Em uma modalidade, o minério compreende de pelo menos aproximadamente 1% a pelo menos aproximadamente 10% de óxido de alumínio. Em uma modalidade, o minério compreende de aproximadamente 1% a aproximadamente 10% de óxido de alumínio. Em certas modalidades, o minério compreende aproximadamente 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9% ou 10% p/p de óxido de alumínio.
[0160] Em outra modalidade, o material contendo titânio é um concentrado de minério e compreende de pelo menos aproximadamente 1% a pelo menos aproximadamente 10% de óxido de alumínio. Em uma modalidade, o concentrado de minério compreende de aproximadamente 1% a aproximadamente 10% de óxido de alumínio. Em certas modalidades, o minério compreende aproximadamente 1%, 2 %, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9% ou 10% p/p de óxido de alumínio. Em uma modalidade, o concentrado de minério compreende de aproximadamente 5% a aproximadamente 8% de óxido de alumínio.
[0161] Em uma modalidade, o material contendo titânio é lama vermelha e compreende de pelo menos aproximadamente 10% a pelo menos aproximadamente 20% de óxido de alumínio. Em uma modalidade, a lama vermelha compreende de aproximadamente 10% a aproximadamente 20% de óxido de alumínio. Em certas modalidades, a lama vermelha compreende aproximadamente 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19% ou 20% de óxido de alumínio.
[0162] Em uma modalidade, o material contendo titânio compreende de pelo menos aproximadamente 0% a pelo menos aproximadamente 60% p/p de óxido de ferro. Em uma modalidade, o material contendo titânio compreende de aproximadamente 0% a aproximadamente 60% p/p de óxido de ferro. Em uma modalidade, o material compreende de aproximadamente 30% a aproximadamente 60% p/p de óxido de ferro. Em uma modalidade, o material contendo titânio compreende de aproximadamente 0% a aproximadamente 10% p/p de óxido de ferro. Em uma modalidade, o material contendo titânio compreende de aproximadamente 1% a aproximadamente 5% p/p de óxido de ferro. Em certas modalidades, o material contendo titânio compreende aproximadamente 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9% ou 10% p/p de óxido de ferro. Em outras modalidades, o material compreende aproximadamente 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55% ou 60% de óxido de ferro.
[0163] Em uma modalidade, o material contendo titânio é uma escória de fabricação de ferro e compreende de pelo menos aproximadamente 0% a pelo menos aproximadamente 10% p/p de óxido de ferro. Em uma modalidade, a escória compreende de aproximadamente 0% a aproximadamente 10% de óxido de ferro. Em uma modalidade, a escória compreende de pelo menos aproximadamente 1% a pelo menos aproximadamente 5% de óxido de ferro. Em uma modalidade, a escória compreende de aproximadamente 1% a aproximadamente 5% de óxido de ferro. Em certas modalidades, a escória compreende aproximadamente 1%, 2%, 3%, 4%, 5% ou 6% de óxido de ferro.
[0164] Em outra modalidade, o material contendo titânio é um minério ou um concentrado de minério e compreende de pelo menos aproximadamente 0% a pelo menos aproximadamente 10% p/p de óxido de ferro. Em uma modalidade, o minério ou concentrado compreende de aproximadamente 0% a aproximadamente 10%, ou de aproximadamente 0% a aproximadamente 5% de óxido de ferro. Em certas modalidades, o minério ou concentrado de minério compreende aproximadamente 0%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9% ou 10% de óxido de ferro.
[0165] Em uma modalidade, o material contendo titânio é lama vermelha e compreende de pelo menos aproximadamente 30% a pelo menos aproximadamente
60% de óxido de ferro. Em uma modalidade, a lama vermelha compreende de aproximadamente 30% a aproximadamente 60% de óxido de ferro. Em certas modalidades, a lama vermelha compreende aproximadamente 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55% ou 60% p/p de óxido de ferro.
[0166] Em outras modalidades, o material com titânio adicionalmente compreende óxido de vanádio. Em certas modalidades, o material compreende de pelo menos aproximadamente 0% a pelo menos aproximadamente 2% de óxido de vanádio. Em uma modalidade, o material compreende de aproximadamente 0% a aproximadamente 2% de óxido de vanádio. Em certas modalidades, o material é uma escória de fabricação de ferro, minério ou concentrado de minério e compreende de aproximadamente 0% a aproximadamente 1%, ou de aproximadamente 0% a aproximadamente 0,5%, ou de aproximadamente 0,25% a 0,5% de óxido de vanádio. Em certas modalidades, a escória, minério ou concentrado de minério compreende aproximadamente 0,1%, 0,2%, 0,3%, 0,4%, 0,5%, 0,6%, 0,7%, 0,8%, 0,9% ou 1% de óxido de vanádio.
[0167] Em uma modalidade, a matéria-prima de material contendo titânio é uma escória de fabricação de ferro produzida como resultado de um processo de fabricação de ferro ou aço. Um exemplo de constituintes de escória de fabricação de ferro é fornecido abaixo na Tabela 1, que detalha os constituintes da escória de fusão produzida na Nova Zelândia pelo processo de fabricação de aço da NZ Steel. Os valores são determinados usando a técnica analítica de fluorescência de raios-X. Tabela 1: Escória de fusão de aço NZ Constituente m% TiO2 32.1-33.3 Al2O3 17.8-19 MgO 13.2-13.3 CaO 15.5-15.9 SiO2 12.8-15.2 Fe2O3 2.34-3.9 V2O5 0.2
[0168] Outros exemplos de constituintes de escória de produção de ferro são fornecidos na Tabela 14 na seção "Exemplos" deste documento.
[0169] Em uma modalidade preferida, o material contendo titânio é uma escória e compreende de aproximadamente 15% a aproximadamente 65% de dióxido de titânio, aproximadamente 5% a aproximadamente 40% de óxido de cálcio, aproximadamente 5% a aproximadamente 20% de óxido de magnésio e aproximadamente 10% a aproximadamente 25% de óxido de alumínio. Em uma modalidade, a escória também compreende de aproximadamente 5% a aproximadamente 30% de sílica.
[0170] Em uma modalidade, a razão de dióxido de titânio para óxido de cálcio (TiO2:CaO) no material contendo titânio é de aproximadamente 0,2 a aproximadamente 3. Em certas modalidades, a razão é de aproximadamente 0,2 a aproximadamente 2,5 ou de aproximadamente 0,2 a aproximadamente 2.
[0171] Em uma modalidade, a razão de dióxido de titânio para óxido de magnésio (TiO2:MgO) no material contendo titânio é de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 25. Em outra modalidade, a razão é de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 18. Em uma modalidade, a razão é de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 10. Em certas modalidades, a razão é de aproximadamente 0,7 ou aproximadamente 0,8 a aproximadamente 3 ou a aproximadamente 4, ou de aproximadamente 4 a aproximadamente 10.
[0172] Em uma modalidade, a razão de dióxido de titânio para óxido de alumínio (TiO2:Al2O3) no material com titânio é de aproximadamente 0,2 a aproximadamente 21. Em outra modalidade, a razão é de aproximadamente 0,2 a aproximadamente 6. Em outra modalidade, o razão é de aproximadamente 0,2 a aproximadamente 2,6. Em uma modalidade, a razão é de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 2,5. Em outra modalidade, a razão é de aproximadamente 1 a aproximadamente 5.
[0173] Em uma modalidade preferida, o material contendo titânio é uma escória e compreende uma razão de dióxido de titânio para óxido de alumínio de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 2,5, uma razão de dióxido de titânio para óxido de cálcio de aproximadamente 0,2 a aproximadamente 2,5, e um titânio razão de dióxido para óxido de magnésio de aproximadamente 0,7 a aproximadamente 4. Em uma modalidade preferida, o material contendo titânio é uma escória (por exemplo, uma escória de fabricação de ferro ou escória VTM).
[0174] A matéria-prima de material contendo titânio para os métodos da invenção pode ser usada em qualquer forma adequada e/ou pode ser processada a partir de seu estado original em uma ou mais maneiras antes de ser alimentada para um método da invenção, como será apreciado por pessoas ordinariamente versadas na técnica. A título de exemplo apenas, um material contendo titânio pode ser submetido a um processo de beneficiamento para remover ou reduzir sujeira ou argila ou um ou mais compostos indesejados, por exemplo, concentrado ou processado em uma forma particulada antes de ser alimentado a um método da invenção. Em uma modalidade preferida, o material contendo titânio está na forma de partículas. O material particulado pode ser preparado de acordo com métodos conhecidos, como moagem.
[0175] Em modalidades particulares, o material está na forma de um material particulado com um tamanho de partícula suficiente para permitir o contato do ácido sulfúrico com cada espécie de óxido de metal dentro do material contendo titânio que deve ser recuperado como um produto em um método da invenção. Em uma modalidade, o material particular tem um tamanho médio de partícula inferior a 180 μm. Em modalidades preferidas, o material particulado tem um tamanho médio de partícula de 10 a 180 μm ou de 40 a 110 μm. Em modalidades particulares, o material particulado tem um tamanho médio de partícula de aproximadamente 30μm, 45μm, 60μm, 70μm, 80μm, 90μm ou 100μm. Em uma modalidade, o material contendo titânio é processado para ter um tamanho alvo de D90 de aproximadamente < 250 mícrons.
[0176] Em certas modalidades, o método da invenção adicionalmente compreende a etapa de trituração do material contendo titânio antes da etapa a) do processo dos primeiro ou segundo aspectos. Os versados na técnica apreciarão prontamente os meios para moer o material contendo titânio e para medir o tamanho das partículas. No entanto, a título de exemplo, a moagem pode ocorrer usando um moinho de bolas e/ou tamanho de partícula medido usando difração a laser. Sulfação de Metal
[0177] Em uma modalidade, o material contendo titânio e uma quantidade desejada de ácido sulfúrico são combinados para formar uma mistura sulfatada em uma reação de sulfatação. Por exemplo, o material é introduzido em um reator apropriado onde é combinado com o ácido sulfúrico. As condições são tais que convertem óxidos presentes na matéria-prima em sulfatos, nas seguintes reações, por exemplo: Al2O3 + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2O MgO + H2SO4 → MgSO4 + H2O TiO2 + H2SO4 → TiOSO4 + H2O Fe2O3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3H2O CaO + H2SO4 → CaSO4 + H2O Qualquer Si presente não reage
[0178] Em uma modalidade, a água é adicionada para iniciar uma reação exotérmica e na adição de água, a temperatura no reator sobe para aproximadamente 100 graus C ou mais. Em uma modalidade, o aquecimento externo também pode ser aplicado. O aquecimento externo pode ser aplicado usando qualquer meio conhecido. No entanto, a título de exemplo, adição de ar aquecido ou vapor, o uso de um reator encamisado com fluido térmico aquecido ou um reator encamisado com vapor, aquecimento infravermelho indireto ou traço térmico elétrico de contato.
[0179] Em outra modalidade, por exemplo, onde a etapa de sulfatação é executada continuamente, o material contendo titânio é pré-misturado com a quantidade desejada de ácido sulfúrico e a mistura é alimentada para um reator. Em uma modalidade, o material é pré-misturado com a quantidade desejada de ácido sulfúrico e água é adicionada e, em seguida, a mistura é alimentada para um reator. Em uma modalidade, o reator é pré-aquecido. O reator pode ser aquecido usando qualquer meio conhecido, incluindo aqueles exemplificados no parágrafo imediatamente anterior. Em uma modalidade, o reator é pré-aquecido a aproximadamente 100 graus C. Em outra modalidade, por exemplo, onde o processo é contínuo ou semicontínuo, o reator está operando à temperatura de sulfatação desejada
[0180] Embora uma variedade de condições de sulfatação possam ser usadas nesta etapa dos métodos da invenção para converter óxidos presentes no material contendo titânio em sulfatos, os inventores descobriram que o uso das condições específicas aqui descritas e, em particular, combinações de essas condições específicas, permitem a recuperação eficiente de dióxido de titânio, particularmente dióxido de titânio de grau de pigmento, dos materiais de matéria- prima contendo titânio. Em particular, os inventores acreditam que estas condições têm a vantagem de melhorar a qualidade do licor de lixiviação produzido na etapa de lixiviação e, como resultado, a eficiência da etapa de hidrólise de dióxido de titânio subsequente. Os inventores acreditam que estas condições são particularmente adequadas para matérias-primas que podem ter baixo teor de dióxido de titânio, por exemplo, escórias.
[0181] A reação é preferivelmente conduzida à pressão atmosférica e calor externo aplicado de modo que a mistura sulfatada atinja uma temperatura de aproximadamente 130 graus C a aproximadamente 250 graus C. Em uma modalidade, a temperatura é de aproximadamente 130 a aproximadamente 220 graus C. Em uma modalidade preferida, a temperatura é de aproximadamente 170 ou aproximadamente 180 a aproximadamente 210 graus C. Em uma modalidade preferida, a temperatura está abaixo de aproximadamente 210 graus C.
[0182] A reação é deixada continuar por um tempo suficiente para converter uma quantidade desejada dos óxidos presentes na matéria-prima em sulfatos. Em uma modalidade, a reação é realizada por um período de tempo longo o suficiente para permitir que pelo menos aproximadamente 70%, 75%, 80% ou pelo menos aproximadamente 85% ou aproximadamente 90% dos óxidos na escória sejam convertidos em sulfatos.
[0183] Em uma modalidade, a reação é conduzida (isto é, mistura mantida à temperatura), ou a mistura sulfatada é contida dentro do reator, por um período de aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 4 horas. Em modalidades particulares, a reação é conduzida por um período de aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 4 horas. Em uma modalidade preferida, a reação é conduzida por um período de até aproximadamente 3 horas, por exemplo, de aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 3 horas. Em outra modalidade preferida, a reação é conduzida por até aproximadamente 2 horas, por exemplo, de aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 2 horas, aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 90 minutos, ou aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 1 hora. Em outra modalidade preferida, a reação é conduzida por menos de aproximadamente 2 horas. Em certas modalidades preferidas, o tempo de reação é de aproximadamente 30 minutos, aproximadamente 45 minutos, aproximadamente 60 minutos, aproximadamente 75 minutos, aproximadamente 90 minutos, aproximadamente 105 minutos ou aproximadamente 2 horas. Em outras modalidades, o tempo de reação é de aproximadamente 3 horas ou aproximadamente 4 horas.
[0184] Em uma modalidade particularmente preferida da invenção, o reator é um reator contínuo. Qualquer reator contínuo adequado pode ser usado na invenção. No entanto, quando a reação atinge a conclusão, os sulfatos solidificam no reator e, portanto, o reator contínuo é preferivelmente adaptado para converter o produto sólido da reação em um bolo de sulfato em pó ou particulado que pode se mover no reator. Em uma modalidade preferida, pode ser utilizado um misturador do tipo pug mill ou um reator que é adaptado para mistura contínua. Em uma modalidade preferida, os materiais de alimentação são continuamente adicionados ao reator e o bolo reagido também é removido continuamente a uma taxa que permite um tempo de reação apropriado. Em uma modalidade, o tempo de reação é conforme descrito no parágrafo anterior, preferivelmente por um período de até três horas, mais preferivelmente até aproximadamente 2 horas ou menos de duas horas.
[0185] A concentração de ácido sulfúrico usado na reação de sulfatação é preferivelmente de pelo menos aproximadamente 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85% 90%, 95% ou pelo menos aproximadamente 98%. Em modalidades preferidas, a concentração do ácido sulfúrico usado é de aproximadamente 75% a aproximadamente 98%, mais preferivelmente aproximadamente 80% a aproximadamente 95% ou aproximadamente 80% a aproximadamente 90%.
[0186] A razão de ácido sulfúrico para material contendo titânio usado na reação de sulfatação é preferivelmente de aproximadamente 0,75:1 a aproximadamente 2:1. Em uma modalidade, a razão é acima de aproximadamente 1,3:1. Em modalidades preferidas, a razão de ácido sulfúrico para material contendo titânio é de aproximadamente 1,3:1 a aproximadamente 1,7:1, por exemplo, aproximadamente 1,3:1, aproximadamente 1,4:1, aproximadamente 1,5:1, aproximadamente 1,6:1 a aproximadamente 1,7:1.
[0187] Em modalidades preferidas, a reação é conduzida a uma temperatura de aproximadamente 170 a aproximadamente 210 graus C usando aproximadamente 75% a aproximadamente 98% (preferivelmente aproximadamente 80% a aproximadamente 95% ou aproximadamente 80 % a aproximadamente 90%, por exemplo, 75, 80, 85, 90 ou 95%) de ácido sulfúrico. A reação é preferivelmente conduzida por um período de até aproximadamente 3 horas (ou até ou menos de aproximadamente 2 horas - por exemplo, aproximadamente 30, aproximadamente 45, aproximadamente 60, aproximadamente 75, aproximadamente 90, aproximadamente 105). A razão de ácido sulfúrico para material contendo titânio usado é preferivelmente de aproximadamente 0,75: 1 a 2: 1 (mais preferivelmente, acima de aproximadamente 1,3:1, ou de aproximadamente 1,3:1 a 1,7:1, por exemplo 1,4:1, 1,5:1, 1,6:1 ou 1,7:1). Nessas modalidades preferidas, o reator usado é preferivelmente um que é adaptado para converter o produto sólido da reação em um bolo de sulfato em pó ou em partículas. Em uma modalidade preferida, o material contendo titânio é uma escória, mais preferivelmente uma escória de fabricação de ferro ou uma escória VTM.
[0188] Em certas modalidades, pelo menos uma razão do ácido sulfúrico usado em um método da invenção é gerada por um queimador de enxofre que está colocalizado no local em que um processo da invenção é realizado. Por exemplo, qualquer efluente gasoso de enxofre produzido a partir da etapa de sulfatação de um processo da invenção pode ser capturado e alimentado a um queimador de enxofre para gerar ácido sulfúrico que pode ser alimentado de volta à etapa de sulfatação. O queimador de enxofre também produzirá calor e energia que também podem ser utilizados em uma ou mais etapas de um processo da invenção para reduzir os requisitos de energia externa. Além disso, o vapor gerado pode ser usado para necessidades de aquecimento em um processo da invenção ou na moagem a jato de dióxido de titânio recuperado em um processo da invenção. A integração de um queimador de enxofre em uma ou mais dessas formas pode auxiliar na redução da pegada de carbono do processo geral.
Lixiviação
[0189] O bolo de sulfato em pó da reação de sulfatação é submetido a uma etapa de lixiviação para extrair pelo menos as espécies de sulfato do bolo.
[0190] Em uma modalidade, uma etapa de lixiviação compreende misturar o bolo com água para formar uma suspensão sulfatada. Em uma modalidade preferida, esta etapa também pode envolver a adição de algum ácido sulfúrico à mistura de água: bolo para evitar a hidrólise prematura de TiO2. Consequentemente, em uma modalidade alternativa, esta etapa compreende misturar o bolo com ácido sulfúrico diluído para formar uma suspensão sulfatada.
[0191] Em uma modalidade, um agente, como ferro ou alumínio, é adicionado à mistura para diminuir o Potencial de Redução de Oxidação (ORP) no licor. Em uma modalidade, o ORP é diminuído para aproximadamente -50mV a aproximadamente -250mV, por exemplo, aproximadamente -100mV. Em outra modalidade, o ORP é diminuído de um valor positivo para zero ou abaixo. Em outra modalidade, onde um processo da invenção é conduzido em um local colocalizado com uma instalação (como uma fábrica de ferro ou aço) tendo um forno de coque, gases redutores do forno de coque podem ser alimentados para a lixiviação e borbulhados através da mistura de lixiviação, em vez de ou em adição ao uso de agentes como ferro ou alumínio como agentes redutores. Integrar um forno de coque desta forma pode ajudar a reduzir a pegada de carbono do processo geral.
[0192] A etapa de lixiviação pode ser conduzida em qualquer temperatura apropriada. No entanto, em uma modalidade preferida, é conduzido de aproximadamente 30 graus C a aproximadamente 95 graus C. Em uma modalidade, é conduzido de aproximadamente 30 graus C a aproximadamente 80 graus C. Em certas modalidades, é conduzido a aproximadamente 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90 ou 95 graus C.
[0193] A água é preferivelmente misturada com o bolo em uma razão de aproximadamente 0,75:1 a aproximadamente 2:1, por exemplo, aproximadamente 1:1. Quando o ácido sulfúrico diluído é usado, ele é usado em uma concentração de aproximadamente 0,05 ou aproximadamente 0,1% a aproximadamente 15% do líquido usado para lixiviar o bolo. Em uma modalidade, o ácido sulfúrico é usado em uma concentração de aproximadamente 0,1% a aproximadamente 15% do líquido usado para lixiviar o bolo. Em outras modalidades, uma concentração de aproximadamente 0,5% a aproximadamente 15%, de aproximadamente 5% a aproximadamente 15% ou de aproximadamente 5% a aproximadamente 10% é usada. Em uma modalidade, onde o ácido sulfúrico diluído é usado, o pH do líquido usado para lixiviar o bolo é de aproximadamente 2 ou menos.
[0194] A etapa de lixiviação é realizada por um tempo suficiente para permitir um nível desejado de extração da espécie de sulfato do bolo. Em uma modalidade, a lixiviação é realizada por um tempo suficiente para permitir que pelo menos 70%, 75%, 80%, 85%, 90% ou 95% das espécies de sulfato sejam extraídas do bolo. Em uma modalidade preferida, pelo menos aproximadamente 90% das espécies de sulfato são extraídas. Em certas modalidades, a lixiviação é realizada por um período de aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 4 horas. Em uma modalidade, a lixiviação é realizada por aproximadamente 30 minutos, 1 hora, 2 horas, 3 horas ou 4 horas.
[0195] A lixiviação pode ser realizada em qualquer recipiente, como será prontamente apreciado pelos versados na técnica.
[0196] As espécies de sulfato (incluindo, por exemplo, sulfato de titanila, sulfato de magnésio, sulfato de alumínio) presentes no material contendo titânio irão se dissolver durante a lixiviação, exceto para CaSO4, SiO2 e quaisquer outros óxidos não reagidos.
[0197] Em uma modalidade, o permeado (por exemplo, licor) resultante da etapa de lixiviação de um método da invenção compreende o equivalente de titânio de aproximadamente 120g ou menos de dióxido de titânio/L de permeado, por exemplo de aproximadamente 30 a aproximadamente 120g de dióxido de titânio/L do permeado, de aproximadamente 40 a aproximadamente 110g de dióxido de titânio/L de permeado, ou de aproximadamente 50 a aproximadamente 100g de dióxido de titânio/L de permeado. Em outras modalidades, a composição compreende aproximadamente 100g ou menos de dióxido de titânio/L de permeado, por exemplo, aproximadamente 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65 ou 60g/L ou menos de dióxido de titânio/L do permeado. Em uma modalidade, a matéria-prima usada nessas modalidades é uma escória, preferivelmente uma escória de fabricação de ferro ou uma escória VTM. Separação do primeiro permeado e primeiro retentado
[0198] A suspensão sulfatada é submetida a uma etapa de separação para separar as espécies de sulfato dissolvidas (por exemplo, sulfato de titanila, sulfato de magnésio, sulfato de alumínio) de compostos não dissolvidos (ou seja, para separar sólidos de líquidos). A filtração é preferida, no entanto outros métodos podem ser usados. A separação resulta em um primeiro permeado compreendendo pelo menos sulfato de titanila (e preferivelmente sulfato de magnésio e sulfato de alumínio) e um primeiro retentado compreendendo pelo menos CaSO4 e SiO2. O primeiro retentado pode compreender outros óxidos não reagidos (como silicatos) como resultado de ser encapsulado por um material refratário ou devido à reação incompleta do material de alimentação.
[0199] A filtração da mistura sulfatada pode ocorrer usando qualquer meio de filtração adequado, como será do conhecimento dos especialistas na técnica. No entanto, a título de exemplo, o meio de filtração pode compreender um filtro e um filtro-prensa. Em uma modalidade, a unidade de filtração é assistida por um gradiente de pressão diferencial através do filtro. Preferivelmente, o diferencial de pressão é de pelo menos 1 bar. Em modalidades particulares, a mistura é circulada através de uma unidade de filtração que permite a passagem de líquidos, enquanto um sólido é coletado na superfície do filtro. Em modalidades particulares, o diferencial de pressão através do filtro é de 2 a 10 bar. Preferivelmente, o diferencial de pressão é de aproximadamente 6 bar. Em outros exemplos, a filtragem pode compreender: espessamento seguido por filtragem de tambor; centrifugação; e filtração por correia de vácuo. Um auxiliar de filtro, como Perlite, por exemplo, pode ser usado para facilitar a filtração.
[0200] A etapa de separação é conduzida por um tempo suficiente para permitir a separação substancial do primeiro permeado e do primeiro retentado. No entanto, em certas modalidades, a etapa de separação é conduzida por um período de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente 3 horas, por exemplo, por aproximadamente 15 minutos, 30 minutos, 45 minutos, 1 hora, 2 horas ou 3 horas.
[0201] A etapa de separação é conduzida a uma temperatura acima do ponto de congelamento dos sais de metal no licor. Recuperação de sulfato de cálcio/sílica
[0202] O material contendo titânio que é a matéria-prima para os métodos da invenção contém perovskita. Essas matérias-primas incluem uma quantidade de sílica e óxido de cálcio. Esses componentes são de valor relativamente baixo e são frequentemente vistos como produtos residuais problemáticos que contaminam composições contendo materiais de valor mais alto, como dióxido de titânio. No entanto, por meio de testes extensivos, os inventores descobriram que esses componentes podem ser extraídos na forma de sílica e sulfato de cálcio separadamente. Ambos os produtos têm uso na indústria. Os inventores descobriram que a sulfatação do óxido de cálcio e a remoção como um resíduo insolúvel antes da hidrólise do sulfato de titânio fornece um método particularmente eficiente e econômico de recuperação desses componentes. Além disso, a remoção do resíduo insolúvel compreendendo sílica e sulfato de cálcio permite pureza melhorada do dióxido de titânio recuperado e qualquer sulfato de alumínio e sulfato de magnésio presente, em quaisquer etapas posteriores do método. Em geral, essas etapas e sua ordem contribuem para fornecer métodos inventivos, econômicos e industrialmente eficientes de recuperar os referidos produtos com o mínimo de desperdício.
[0203] Nos métodos da invenção, o primeiro retentado pode ser recuperado para uso futuro nesta forma (isto é, uma combinação de sílica e sulfato de cálcio e quaisquer outros compostos que possam estar presentes) ou posteriormente processado. Por exemplo, em uma modalidade, o primeiro retentado compreendendo sulfato de cálcio e sílica é preferivelmente lavado com uma mistura de água e um composto que pode pelo menos parcial e preferivelmente neutralizar substancialmente qualquer ácido presente. Em uma modalidade, o composto é CaO ou Ca(OH)2. Uma segunda etapa de filtração é então conduzida para formar um sólido rico em CaSO4: SiO.
[0204] Em outra modalidade, sulfato de cálcio e/ou sílica podem ser recuperados separadamente do primeiro retentado ou do sólido rico em CaSO4:SiO usando uma ou mais etapas de processamento adicionais.
[0205] Após a recuperação, o primeiro retentado, sulfato de cálcio e/ou sílica pode ser posteriormente processado usando métodos padrão, considerando o seu uso pretendido. No entanto, a título de exemplo, o produto pode ser lavado ou ressuspenso (ou repolpado) e filtrado novamente. A título de exemplo adicional, pode ser seco. Hidrólise de Sulfato de Titanila
[0206] A hidrólise do sulfato de titanila presente no primeiro permeado (ou primeiro licor) ocorre pela seguinte reação: TiOSO4 + H2O → TiO2 + H2SO4. A forma de óxido de titânio pode então ser separada de outras espécies presentes na composição em que reside (por exemplo, o primeiro permeado (primeiro aspecto da invenção) ou licor (segundo aspecto da invenção)).
[0207] A hidrólise pode ocorrer pelo processo de Mecklenburg ou pelo processo de Blumenfeld como será conhecido pelos especialistas na técnica. No entanto, a título de exemplo, os processos são descritos em US1758528 e US1795467, respectivamente.
[0208] Em uma modalidade, usando o método de Blumenfeld, a composição compreendendo sulfato de titanila (por exemplo, o primeiro permeado (primeiro aspecto da invenção) ou licor (segundo aspecto da invenção)) é contatado com água para formar outra composição (por exemplo, o primeiro licor (primeiro aspecto da invenção) ou um segundo licor (segundo aspecto da invenção)) compreendendo hidrato de dióxido de titânio. Nesta modalidade, a água pode ser usada em qualquer volume apropriado para permitir que uma quantidade desejada ou suficiente de hidrólise ocorra.
[0209] Em uma modalidade preferida, o processo de Mecklenburg é usado e a reação de hidrólise ocorre por meio do contato do primeiro permeado ou do primeiro licor com os núcleos de TiO2. As partículas de dióxido de titânio atuam como locais de nucleação para a cristalização, de modo a obter a formação uniforme de partículas. Os versados na técnica apreciarão facilmente os núcleos de uso na invenção e os métodos para sua produção, particularmente considerando o processo de Mecklenburg aqui referido. No entanto, em uma modalidade, os núcleos de TiO2 podem ser anatase ou rutilo. Em outra modalidade, há uma mistura de sementes de anatase e rutilo. Preferivelmente, o tamanho de partícula dos núcleos de TiO2 é de 2 nm a 10 nm, mais preferivelmente de 3 a 6 nm ou aproximadamente 5 nm.
[0210] Em uma modalidade preferida, os núcleos de TiO2 são suspensos em água e a mistura de núcleos e água é contatada com a composição que compreende sulfato de titanila (por exemplo, primeiro permeado (primeiro aspecto da invenção) ou o primeiro licor (segundo aspecto da invenção). A mistura de núcleos de TiO2: água pode conter qualquer concentração apropriada de núcleos de TiO2, como seria entendido por um versado na técnica.
[0211] O volume de núcleos de TiO2 e/ou água adicionado à composição que compreende sulfato de titanila (por exemplo, primeiro permeado (primeiro aspecto da invenção) ou primeiro licor (segundo aspecto da invenção) pode variar. No entanto, em uma modalidade, o volume usado é calculado com base na quantidade prevista de TiO2 produzida pela reação de hidrólise.
[0212] A reação de hidrólise ocorre preferivelmente à temperatura elevada e à pressão atmosférica. Em certas modalidades, o primeiro licor é aquecido a uma temperatura de reação de hidrólise de aproximadamente 75 a aproximadamente 120 graus C, de aproximadamente 80 a aproximadamente 120 graus C, de aproximadamente 85 a aproximadamente 110 graus C, de aproximadamente 90 a aproximadamente 110 graus C, de aproximadamente 90 a aproximadamente 105 graus C.
[0213] A temperatura da reação é mantida por um período de tempo suficiente para permitir o rendimento desejado de formação de TiO2. Em uma modalidade particular, a temperatura de reação é mantida por um período de tempo para permitir pelo menos aproximadamente 70%, pelo menos aproximadamente 80%, pelo menos aproximadamente 85%, pelo menos aproximadamente 90% ou pelo menos aproximadamente 95% de rendimento de TiO2 do TiOSO4. Em uma modalidade, a temperatura é mantida por um período de tempo para permitir a hidrólise substancialmente completa de TiOSO4 em TiO2. Em outras modalidades, a temperatura é mantida por um período suficiente para permitir aproximadamente 70%, 75%, 80%, 85%, 90% ou 95% de hidrólise. Os versados na técnica serão capazes de determinar o rendimento de TiO2 usando procedimentos padrão. Em certas modalidades, a temperatura de reação é preferivelmente mantida por um período de aproximadamente 60 minutos a aproximadamente 3 horas, de aproximadamente 90 minutos a aproximadamente 3 horas, de aproximadamente 90 minutos a aproximadamente 2 horas, aproximadamente 60 minutos, aproximadamente 100 minutos, aproximadamente 2 horas ou aproximadamente 3 horas.
[0214] A reação de hidrólise pode ocorrer em qualquer recipiente apropriado conhecido pelos versados na técnica. Porém, a título de exemplo, é um tanque. A título de exemplo, o primeiro permeado (primeiro aspecto da invenção) ou primeiro licor (segundo aspecto da invenção) será alimentado da etapa de lixiviação para um tanque de hidrólise. A temperatura do primeiro permeado ou primeiro licor será então aumentada para uma temperatura desejada, TiO2 nucleico, água e/ou TiO2 núcleos: mistura de água serão adicionados ao primeiro permeado (primeiro aspecto da invenção) ou primeiro licor (segundo aspecto da invenção) para formar um primeiro licor ou segundo licor (respectivamente), a temperatura será então elevada para a temperatura de hidrólise e a temperatura será mantida a essa temperatura por um período de tempo suficiente para que uma quantidade desejada de sulfato de titanila seja convertido em TiO2 hidratado.
[0215] Em uma modalidade, a composição (um licor de lixiviação, por exemplo, o primeiro permeado ou o primeiro licor) usada nesta etapa de um método da invenção compreende o equivalente de titânio de aproximadamente 120g ou menos de dióxido de titânio/L de composição, para exemplo de aproximadamente 30 a aproximadamente 120g de dióxido de titânio/L da composição, de aproximadamente 40 a aproximadamente 110g de dióxido de titânio/L da composição, ou de aproximadamente 50 a aproximadamente 100g de dióxido de titânio/L da composição. Em outras modalidades, a composição compreende aproximadamente 100g ou menos de dióxido de titânio/L da composição, por exemplo, aproximadamente 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65 ou 60g/L ou menos de dióxido de titânio/L da composição. Em uma modalidade, a matéria-prima usada nessas modalidades é uma escória, preferivelmente uma escória de fabricação de ferro ou uma escória VTM. Separação de dióxido de titânio hidratado de um licor
[0216] A separação do dióxido de titânio hidratado de uma composição na qual ele reside (por exemplo, o primeiro licor) pode ser conseguida por qualquer um de uma série de métodos conhecidos pelos versados na técnica. Em modalidades particulares, a separação é realizada em uma unidade de separação adaptada para receber a composição (por exemplo, o primeiro licor ou em outras modalidades o segundo licor) e dióxido de titânio hidratado separado.
[0217] Em modalidades particulares, a unidade de separação compreende uma unidade de filtração adaptada para receber um licor e produzir um retentado que compreende dióxido de titânio hidratado e um permeado que compreende um ou mais de sulfato de alumínio, sulfato de magnésio e outros sulfatos de metal. Em modalidades alternativas, a unidade de separação compreende uma unidade de centrifugação adaptada para separar o dióxido de titânio hidratado.
[0218] Em certas modalidades, o dióxido de titânio hidratado separado pode então ser lavado antes do processamento adicional. Os inventores consideram que uma etapa de lavagem remove qualquer material solúvel e excesso de ácido não ligado da espécie TiO2.H2O.H2SO4.
[0219] Em uma modalidade da invenção, o dióxido de titânio hidratado separado pode ser opcionalmente branqueado. Isto pode ocorrer em qualquer recipiente apropriado, como será do conhecimento dos especialistas na técnica. Após o branqueamento, o hidrato de TiO2 pode ser filtrado e lavado, com água, por exemplo.
[0220] O hidrato de TiO2 produzido em um método da invenção pode ser usado como matéria-prima para um processo de fabricação de pigmento de dióxido de titânio. Calcinação de TiO2
[0221] O dióxido de titânio recuperado da reação de hidrólise pode ser calcinado (aquecido) em um ambiente oxidativo, que remove qualquer ácido sulfúrico residual e água.
[0222] A calcinação pode ocorrer em qualquer aparelho apropriado, como será conhecido pelos versados na técnica. Normalmente, a calcinação envolve a passagem de ar aquecido através do produto no aparelho relevante.
[0223] A temperatura e o período de aquecimento podem ser de qualquer quantidade e tempo suficiente para remover um nível desejado de ácido sulfúrico e água do TiO2 hidratado. Em modalidades preferidas, o dióxido de titânio é aquecido a uma temperatura de aproximadamente 800 a aproximadamente 1100 graus C, aproximadamente 800 a aproximadamente 1050, aproximadamente 850 a aproximadamente 1050, de aproximadamente 900 a aproximadamente 1000, ou de aproximadamente 800 a aproximadamente 900 graus C, em um reator apropriado. Em certas modalidades, a temperatura é de aproximadamente 800, 810, 820, 830, 840, 850, 860, 870, 880 ou 900 graus C. Em certas modalidades, o período de aquecimento é de aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 4 horas. Em modalidades preferidas, o período de aquecimento é de aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 2 horas, de aproximadamente 45 minutos a aproximadamente 1 hora e 45 minutos, de aproximadamente 1 hora a aproximadamente 1 hora e 30 minutos.
[0224] Em certas modalidades, o hidrato de TiO2 é calcinado na presença de um ou mais dopantes. Em uma modalidade, a dopagem é realizada quando o TiO2 está passando por um leito de calcinador. Qualquer um ou mais dopantes apropriados podem ser usados. No entanto, em certas modalidades, magnésio, fósforo, zinco, alumínio e/ou potássio podem ser usados.
[0225] Após a calcinação, o produto de dióxido de titânio pode ser posteriormente processado ou acabado de acordo com uma especificação desejada para seu uso final pretendido. Tais etapas de acabamento serão prontamente apreciadas por pessoas versadas na técnica à qual a invenção se refere. No entanto, a título de exemplo, o dióxido de titânio calcinado pode ser moído, revestido e lavado. Em certas modalidades, o acabamento do produto compreenderá moagem a seco, moagem úmida, tratamento de revestimento, filtração, secagem e micronização usando equipamento padrão conhecido na técnica.
[0226] O dióxido de titânio calcinado produzido em um método da invenção pode ser usado como matéria-prima para um processo de fabricação de pigmento de dióxido de titânio. Recuperação de sulfato de alumínio
[0227] O sulfato de alumínio é recuperado dos métodos da invenção em um estágio apropriado. Em uma modalidade, o sulfato de alumínio é precipitado e separado do segundo licor (ou licor pós-hidrólise de titânio (PHL)) após hidrólise de sulfato de titanila em hidrato de TiO2. Em outra modalidade, o sulfato de alumínio é precipitado e separado do primeiro permeado antes da hidrólise do sulfato de titanila em hidrato de TiO2.
[0228] Os inventores descobriram que um maior rendimento de dióxido de titânio pode ser alcançado realizando precipitação com sulfato de alumínio após a hidrólise e remoção do dióxido de titânio. Acredita-se que se a precipitação do sulfato de alumínio for realizada antes da hidrólise, algum sulfato de titanila será perdido com o sulfato de alumínio, reduzindo assim o rendimento de TiO2, embora esta ainda seja uma opção viável no contexto da presente invenção. Além disso, os inventores descobriram que o aumento da acidez no licor pós-hidrólise (PHL) após a hidrólise do titânio auxilia na recuperação do sulfato de alumínio. Se o sulfato de alumínio for recuperado primeiro, pode haver vantagens no processo, como não ter que manter o licor de lixiviação aquecido para evitar o congelamento do licor devido ao alto teor de sal de metal.
[0229] O sulfato de alumínio pode ser recuperado dos processos da invenção usando qualquer metodologia apropriada como será entendido na técnica. No entanto, a título de exemplo, pode ser precipitado e, em seguida, separado do licor que permanece (por exemplo, em uma modalidade, o licor de pós-alumínio (PAL) ou em outra modalidade, o primeiro licor). Em certas modalidades, a precipitação pode ocorrer por resfriamento a uma temperatura na qual o sulfato de alumínio precipita. Em uma modalidade, a composição compreendendo sulfato de alumínio é aquecida a uma temperatura na qual o sulfato de alumínio é solúvel e, em seguida, resfriada para precipitar e recuperar o sulfato de alumínio na composição. A título de exemplo, pode ser precipitado por resfriamento de aproximadamente 4 graus C e aproximadamente 10 graus C, preferivelmente aproximadamente 5 graus C. Em outra modalidade, a precipitação ocorre à temperatura ambiente (por exemplo, de aproximadamente 15 graus C a aproximadamente 30 graus C, por exemplo a aproximadamente 25 graus C). Em uma modalidade, a temperatura é gradualmente reduzida ao longo do tempo até a temperatura escolhida (por exemplo, 25 graus C) para precipitar o sulfato de alumínio. Em outra modalidade, a cristalização evaporativa pode ser empregada; por exemplo, usando concentração de vácuo. Em uma modalidade, uma combinação de concentração do licor e precipitação por resfriamento pode ser empregada; por exemplo, conforme detalhado na seção Exemplos deste documento.
[0230] Em certas modalidades, esta etapa pode ser semeada com sementes de sulfato de alumínio. Isso pode auxiliar na capacidade de filtração da pasta fluida resultante e, portanto, na separação do sulfato de alumínio precipitado. Pessoas qualificadas apreciarão prontamente as sementes de sulfato de alumínio úteis na invenção. No entanto, a título de exemplo, as sementes podem ser sulfato de alumínio originalmente cristalizado a partir de uma solução de sulfato de alumínio puro e ácido sulfúrico, ou sulfato de alumínio obtido em um processo da invenção e reciclado de volta a esta etapa. Em uma modalidade preferida, a reação é semeada com aproximadamente 2% a aproximadamente 20% do rendimento de sulfato de alumínio previsto.
[0231] A separação do sulfato de alumínio precipitado pode ocorrer por qualquer um de vários métodos conhecidos. No entanto, a título de exemplo, pode incluir filtração, centrifugação, sedimentação e/ou decantação. Em uma modalidade preferida, é utilizada filtração; por exemplo, filtragem de correia.
[0232] Em certas modalidades, pelo menos aproximadamente 70%, 75%, 80%, 85%, 90% ou 95% do sulfato de alumínio é recuperado da composição (por exemplo, segundo licor (ou licor pós-hidrólise de titânio (PHL)) a seguir hidrólise de sulfato de titanila em hidrato de TiO2, ou o primeiro permeado antes da hidrólise de sulfato de titanila em hidrato de TiO2) nos métodos da invenção.
[0233] Após a recuperação, o sulfato de alumínio pode ser posteriormente processado usando métodos padrão, considerando a seu uso pretendido. No entanto, a título de exemplo, pode ser lavado e/ou seco.
[0234] Em certas modalidades, o sulfato de alumínio formado nesta etapa compreende Al2(SO4)3.XH2O (onde X é de aproximadamente 14 a 18, preferivelmente 18). Neutralização de ácido livre e recuperação de sulfato de cálcio
[0235] Em uma modalidade da invenção, carbonato de cálcio (CaCO3) é combinado com o terceiro licor (PAL) para produzir uma primeira composição (PAL’) que com considera o sulfato de cálcio e outros sulfatos metálicos (incluindo o sulfato de magnésio).
[0236] O carbonato de cálcio é preferivelmente adicionado ao licor em qualquer quantidade suficiente para aumentar o pH no licor para, pelo menos,
neutralizar parcialmente qualquer ácido sulfúrico presente. Em uma modalidade preferida, o carbonato de cálcio é adicionado para aumentar o pH para um pH de aproximadamente 1 a aproximadamente 4. Em certas modalidades, o carbonato de cálcio é adicionado para aumentar o pH para aproximadamente 1, aproximadamente 2, aproximadamente 3 ou aproximadamente 4. O sulfato de cálcio formado nesta etapa é preferivelmente CaSO4.2H2O.
[0237] A etapa de neutralização pode ser conduzida por qualquer tempo ou temperatura apropriada para atingir a neutralização desejada, como será apreciado por pessoas versadas na técnica. No entanto, em uma modalidade, a temperatura é mantida abaixo do ponto de ebulição da composição (por exemplo, o terceiro licor (PAL)). Em certas modalidades, a temperatura pode ser mantida em ou abaixo de aproximadamente 85 graus C ou em ou abaixo de aproximadamente 80 graus C durante a neutralização, em ou abaixo de aproximadamente 60 graus C ou em ou abaixo de aproximadamente 40 graus C. Em uma modalidade, a etapa de neutralização é conduzido à temperatura ambiente (por exemplo, aproximadamente 15 a aproximadamente 30 graus C, por exemplo aproximadamente 25 graus C).
[0238] O sulfato de cálcio pode ser recuperado da primeira composição usando qualquer metodologia apropriada como será entendido na técnica. A adição de carbonato de cálcio ao licor e o pH resultante resultarão em um precipitado de sulfato de cálcio que pode ser subsequentemente separado da composição na qual permanece. A separação do precipitado pode ocorrer por qualquer um de vários métodos conhecidos. No entanto, a título de exemplo, pode incluir filtração, centrifugação, sedimentação e/ou decantação. Em uma modalidade preferida, a filtração é usada, por exemplo, filtração de correia ou filtração usando uma filtro prensa
[0239] Após a recuperação, o sulfato de cálcio pode ser posteriormente processado usando métodos padrão, considerando a sua utilização pretendida. No entanto, a título de exemplo, pode ser lavado e/ou seco.
[0240] Em uma modalidade preferida da invenção, esta etapa é conduzida em condições de modo que o titânio esteja no estado Ti4+ e o ferro no estado Fe2+. Em uma modalidade, o ORP da etapa é controlado ou ajustado. Em uma modalidade, o ORP é de aproximadamente 200mV a aproximadamente 300mV, por exemplo, aproximadamente 270mV. Esta modalidade ajudará a aumentar a recuperação de qualquer titânio presente na primeira composição produzida na etapa de neutralização de ácido livre com sulfato de cálcio e ajudará a garantir qualquer relatório de ferro presente para os sólidos de metal mistos recuperados nos métodos da invenção. Também pode aumentar o nível de recuperação de qualquer alumínio presente com o sulfato de cálcio da primeira composição e reduzir a quantidade de alumínio relatada para qualquer etapa de recuperação subsequente. Pessoas qualificadas apreciarão prontamente os métodos para determinar o ORP. Nesta modalidade, o titânio e/ou alumínio será recuperado com o sulfato de cálcio na forma de um ou mais óxidos e/ou hidróxidos de titânio e alumínio. Esta modalidade é mostrada na Figura 3 (Opção 1).
[0241] Embora os métodos da invenção possam ser realizados sem testar, ajustar e/ou controlar as condições para garantir que o titânio estará no estado Ti4+ e o ferro estará no estado Fe2+ (por exemplo, ajustando ou controlando ORP), os inventores note que conduzir os métodos de acordo com esta modalidade é vantajoso, pois pode reduzir o desperdício e melhorar a utilização dos produtos produzidos pelos métodos e a eficiência econômica geral dos processos. Por exemplo, conduzir um método desta forma pode reduzir a quantidade total de sólidos de metal mistos produzidos, que é considerado um produto de valor inferior em relação a outros produtos produzidos nos métodos da invenção. Embora o sulfato de cálcio compreenda uma quantidade de alumínio e titânio, está em um nível baixo o suficiente para que ainda possa ser vendido (para a indústria da construção, por exemplo) como uma alternativa a outras fontes de gesso.
[0242] Esta modalidade (ajustar ou controlar as condições de modo que o titânio estará no estado Ti4+ e o ferro estará no estado Fe2+) da etapa de neutralização de ácido livre é preferivelmente realizada em combinação com a modalidade da etapa posterior de neutralização de metais que usa Mg(OH)2 em oposição ao Ca(OH)2, no entanto, pode ser usado com qualquer um.
[0243] Em uma modalidade, as condições da etapa de neutralização de ácido livre são ajustadas ou controladas para atingir o ORP desejado. Os versados na técnica apreciarão facilmente os métodos para fazer isso. No entanto, a título de exemplo, em uma modalidade, a etapa é conduzida em condições de oxidação. As "condições de oxidação" podem incluir o uso de uma composição de carbonato de cálcio (CaCO3) que foi oxidada antes de combiná-la com o terceiro licor (PAL) ou o uso de um terceiro licor que foi oxidado antes de combinar com carbonato de cálcio ou oxidado uma vez que o carbonato de cálcio e o terceiro licor foram combinados. A oxidação pode ocorrer por qualquer meio apropriado, por exemplo, fazendo borbulhar ar através de uma composição ou licor, para atingir o potencial de oxidação relevante. A oxidação pode ser realizada a qualquer temperatura apropriada, no entanto, a título de exemplo, pode ser realizada à temperatura ambiente (por exemplo, de aproximadamente 15 a aproximadamente 30 graus C), ou aquecida a aproximadamente 45 ou aproximadamente 50 graus C.
[0244] O sulfato de cálcio (incluindo titânio e alumínio) pode ser recuperado da primeira composição usando qualquer metodologia apropriada como aqui descrito antes. Da mesma forma, o sulfato de cálcio (incluindo titânio e alumínio) pode ser posteriormente processado usando métodos padrão, conforme descrito neste documento antes. Recuperação de sulfato de magnésio
[0245] O sulfato de magnésio é recuperado dos métodos da invenção em um estágio apropriado. Os inventores descobriram que é preferível recuperar sulfato de magnésio pelo menos após a recuperação de dióxido de titânio e alumínio porque a pureza do precipitado de sulfato de magnésio resultante é aumentada se conduzido nesta ordem. Isto deve-se ao fato de, em condições adequadas para precipitar o sulfato de magnésio, o sulfato de alumínio e o sulfato de titanila também coprecipitarem e seria difícil e antieconômico ter de separar subsequentemente compostos substancialmente puros. O rendimento de dióxido de titânio e sulfato de alumínio pode estar comprometido.
[0246] Em uma modalidade, o sulfato de magnésio é recuperado nos processos da invenção (por exemplo, a partir do quarto licor (ou licor pós- neutralização (PNL) no primeiro aspecto) antes que sólidos de metal mistos sejam recuperados no processo. Os inventores descobriram que deve haver vantagens econômicas em realizar as etapas nesta ordem. Em uma modalidade particularmente preferida, o sulfato de magnésio é recuperado (por exemplo, a partir do quinto licor (ou licor de metal pós-misturado) no segundo aspecto) após os sólidos de metal mistos serem recuperados no processo. Os inventores descobriram que, ao recuperar o sulfato de magnésio após MMS, uma pureza mais elevada de sulfato de magnésio é alcançada, com um aumento concomitante em seu valor. Por exemplo, em certas modalidades, contaminantes, como manganês, que podem estar presentes no sulfato de magnésio recuperado de tais processos são reduzidos ou substancialmente eliminados. Isso pode ter o benefício de melhorar a utilidade potencial do sulfato de magnésio recuperado na indústria agrícola, particularmente onde a matéria-prima usada é rica em manganês.
[0247] O sulfato de magnésio pode ser recuperado dos processos da invenção usando qualquer metodologia apropriada como será entendido na técnica. No entanto, a título de exemplo, ele pode ser precipitado e, em seguida, separado do licor ou composição em que permanece (por exemplo, em uma modalidade, o quinto licor (ou MRL) ou em outra modalidade, o quarto licor (PML)). Em uma modalidade, a precipitação pode ocorrer por resfriamento a uma temperatura na qual o sulfato de magnésio se precipita. A título de exemplo, ele pode ser precipitado por arrefecimento até aproximadamente 4 graus C ou menos, ou desde aproximadamente 0 graus C até aproximadamente 4 graus C, preferivelmente aproximadamente 3 graus C. Em uma modalidade preferida, a cristalização evaporativa é empregue; por exemplo, usando concentração de vácuo. Em uma modalidade, a cristalização evaporativa é realizada a uma temperatura inferior a aproximadamente 50 graus C.
[0248] A separação ou recuperação do sulfato de magnésio pode ocorrer por qualquer um de vários métodos conhecidos. No entanto, a título de exemplo, pode incluir filtração, centrifugação, sedimentação e/ou decantação. Em uma modalidade preferida, o sulfato de magnésio é separado por filtração, por exemplo, filtração por correia.
[0249] Em certas modalidades, pelo menos aproximadamente 75%, 80%, 85%, 90% ou 95% do sulfato de magnésio é recuperado da composição ou alimentação de licor para esta etapa dos métodos da invenção.
[0250] Após a recuperação, o sulfato de magnésio pode ser posteriormente processado usando métodos padrão, considerando o seu uso pretendido. No entanto, a título de exemplo, ele pode ser lavado e/ou seco.
[0251] O sulfato de magnésio recuperado nesta etapa é preferivelmente MgSO4.7H2O, MgSO4.6H2O e/ou MgSO4.1H20 (Kieserite); a título de exemplo, MgSO4.7H2O ou.6H2O pode ser recuperado e depois seco para recuperar MgSO4.1H2O.
[0252] Em uma modalidade da invenção em que os sólidos de metal mistos são recuperados antes do sulfato de magnésio, o sulfato de magnésio separado ou recuperado nos métodos é de pelo menos aproximadamente 75% a aproximadamente 90% puro, preferivelmente pelo menos aproximadamente 90% puro. Neutralização de metais e sólidos de metal mistos e recuperação de sulfato de cálcio
[0253] Em uma modalidade, o hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) é adicionado a uma composição relevante para produzir uma composição compreendendo uma mistura de óxidos e/ou hidróxidos de metal e sulfato de cálcio. Em uma modalidade, hidróxido de cálcio é adicionado ao quinto licor (PML) para produzir uma segunda composição (PML’) que compreende óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos e sulfato de cálcio. Em uma modalidade preferida, esta etapa ocorre antes da etapa de recuperação do sulfato de magnésio em um processo da invenção; por exemplo, hidróxido de cálcio é adicionado ao quarto licor (PNL) para produzir uma segunda composição (PNL’) compreendendo sulfato de magnésio, óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos e sulfato de cálcio.
[0254] O hidróxido de cálcio é preferivelmente adicionado à composição relevante em qualquer quantidade suficiente para aumentar o pH na composição para, pelo menos, neutralizar parcialmente qualquer H2SO4 presente na composição. Em uma modalidade preferida, o hidróxido de cálcio é adicionado para aumentar o pH para um pH de aproximadamente 7 a aproximadamente 10. Em certas modalidades, o hidróxido de cálcio é adicionado para aumentar o pH para aproximadamente 7, aproximadamente 8, aproximadamente 9 ou aproximadamente
10. O sulfato de cálcio formado nesta etapa é preferivelmente CaSO4.2H2O.
[0255] Esta etapa pode ser conduzida por qualquer tempo ou temperatura apropriada para atingir a neutralização desejada, como será apreciado por pessoas versadas na técnica. No entanto, a título de exemplo, a temperatura é mantida abaixo do ponto de ebulição da composição. Em certas modalidades, a temperatura pode ser mantida em ou abaixo de aproximadamente 85 graus C ou a temperatura pode ser mantida em ou abaixo de aproximadamente 80 graus C durante a neutralização, em ou abaixo de aproximadamente 60 graus C ou em ou abaixo de aproximadamente 40 graus C. Em uma modalidade, a etapa de neutralização é conduzida à temperatura ambiente ou ambiente (por exemplo, aproximadamente 15 a aproximadamente 30 graus C, por exemplo aproximadamente 25 graus C).
[0256] Sólidos de metal mistos e/ou sulfato de cálcio podem ser recuperados de uma composição (por exemplo, os licores PNL’ e PML') usando qualquer metodologia apropriada, como será entendido na técnica. A adição de hidróxido de cálcio ao licor e pH resultante resultará na precipitação de óxidos e/ou hidróxidos de metal e sulfato de cálcio que podem ser subsequentemente separados como sólidos da composição na qual permanecem. A separação do precipitado pode ocorrer por qualquer um de vários métodos conhecidos. No entanto, a título de exemplo, pode incluir filtração, centrifugação, sedimentação e/ou decantação. Em uma modalidade preferida, a filtração é usada. Em uma modalidade preferida, é utilizado um filtro- prensa ou filtração por correia.
[0257] Em uma modalidade preferida, sólidos de metal mistos e sulfato de cálcio são recuperados como uma mistura. Em outras modalidades, os sólidos de metal mistos e o sulfato de cálcio podem ser recuperados separadamente. Em uma modalidade, o método pode compreender a separação do sulfato de cálcio dos sólidos de metal mistos. Versados na técnica apreciarão a metodologia apropriada para fazer isso.
[0258] Após a recuperação, os sólidos de metal mistos e/ou sulfato de cálcio são posteriormente processados usando métodos padrão, considerando o seu uso pretendido. No entanto, a título de exemplo, eles podem ser lavados e/ou secos. Neutralização de metais e recuperação de sólidos de metal mistos
[0259] Em uma modalidade, hidróxido de magnésio (Mg(OH)2) é adicionado a uma composição relevante para produzir uma composição que compreende uma mistura de óxidos e/ou hidróxidos de metal. Em uma modalidade, hidróxido de magnésio (Mg(OH)2) é adicionado ao quinto licor (PML) para produzir uma segunda composição (PML’) que compreende óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos. Em uma modalidade preferida, esta etapa ocorre antes da etapa de recuperação do sulfato de magnésio em um processo da invenção; por exemplo, hidróxido de magnésio é adicionado ao quarto licor (PNL) para produzir uma segunda composição (PNL’) compreendendo sulfato de magnésio, óxidos metálicos mistos e/ou hidróxidos.
[0260] O hidróxido de magnésio é preferivelmente adicionado à composição relevante em qualquer quantidade suficiente para aumentar o pH na composição para, pelo menos, neutralizar parcialmente qualquer H2SO4 presente na composição. Em uma modalidade preferida, o hidróxido de magnésio é adicionado para aumentar o pH para um pH de aproximadamente 7 a aproximadamente 10. Em certas modalidades, o hidróxido de magnésio é adicionado para aumentar o pH para aproximadamente 7, aproximadamente 8, aproximadamente 9 ou aproximadamente
10.
[0261] Esta etapa pode ser conduzida por qualquer tempo ou temperatura apropriada para atingir a neutralização desejada, como será apreciado por pessoas versadas na técnica. No entanto, a título de exemplo, a temperatura é mantida abaixo do ponto de ebulição da composição. Em certas modalidades, a temperatura pode ser mantida em ou abaixo de aproximadamente 85 graus C ou a temperatura pode ser mantida em ou abaixo de aproximadamente 80 graus C durante a neutralização, em ou abaixo de aproximadamente 60 graus C ou em ou abaixo de aproximadamente 40 graus C. Em uma modalidade, a etapa de neutralização é conduzida à temperatura ambiente (por exemplo, aproximadamente 15 a aproximadamente 30 graus C, por exemplo, aproximadamente 25 graus C).
[0262] Sólidos de metal mistos podem ser recuperados de uma composição
(por exemplo, os licores PNL’ e PML') usando qualquer metodologia apropriada, como será entendido na técnica. A adição de hidróxido de magnésio ao licor e pH resultante resultará na precipitação de óxidos e/ou hidróxidos de metais mistos que podem ser subsequentemente separados como sólidos da composição na qual permanecem. A separação do precipitado pode ocorrer por qualquer um de vários métodos conhecidos. No entanto, a título de exemplo, pode incluir filtração, centrifugação, sedimentação e/ou decantação. Em uma modalidade preferida, a filtração é usada. Em uma modalidade preferida, é utilizado um filtro-prensa ou filtração por correia.
[0263] Após a recuperação, os sólidos de metal mistos podem ser posteriormente processados usando métodos padrão, considerando o seu uso pretendido. No entanto, a título de exemplo, o produto de sólidos de metal mistos pode ser lavado e/ou seco.
[0264] Embora os inventores tenham identificado que a inclusão de uma etapa de neutralização de metais e o uso de Ca(OH)2 nessa etapa em um processo da invenção (por exemplo, um processo para recuperar um ou uma combinação de produtos de um material contendo titânio ou uma composição produzida em um processo para a produção de dióxido de titânio) fornece benefícios significativos sobre os métodos existentes para a recuperação de tais produtos a partir desses materiais, eles determinaram que o uso de Mg(OH)2 como o reagente na etapa de neutralização de metais oferece vantagens anteriormente não reconhecidas. Por exemplo, o uso de Mg(OH)2 tem a vantagem de evitar ou pelo menos diminuir a quantidade de gesso vermelho que pode ser produzida e se reporta ao produto de sólidos de metal mistos. Em certas modalidades, o hidróxido de ferro é um componente predominante dos sólidos de metal mistos. Em uma modalidade, o hidróxido de ferro pode ser separado dos outros componentes nos sólidos de metal mistos e vendido como um produto separado.
[0265] Os inventores contemplam esta modalidade da invenção sendo mais adequada do que a modalidade usando Ca(OH)2 nos casos em que o material contendo titânio, uma composição produzida em um processo para a produção de dióxido de titânio, ou qualquer outra composição aqui descrita (para exemplo, o quarto licor (PNL) ou o quinto licor (PML)) compreende um nível de ferro relativamente alto ou indesejável. Os inventores contemplam que a modalidade usando Ca(OH)2 pode ser mais adequada onde o material contendo titânio, uma composição produzida em um processo para a produção de dióxido de titânio ou qualquer outra composição aqui descrita (por exemplo, o quarto licor (PNL) ou o quinto licor (PML)) compreende um nível de ferro relativamente baixo ou aceitável. Tratamento de água poluída
[0266] Os inventores consideram que qualquer água residual que sai de um processo da invenção é de risco ambiental mínimo. No entanto, pode opcionalmente estar sujeito a qualquer número de processos de tratamento de água conhecidos para minimizar o risco de ser considerado um perigo ambiental. Em uma modalidade, a água residual produzida durante um método da invenção, por exemplo, em uma ou mais etapas de lavagem, pode ser alimentada para um processo de descarga líquida zero (ZLD) para reciclar a água de volta para o processo. A água residual pode ser processada para remover quaisquer solutos que possam estar presentes. Por exemplo, a água residual pode ser processada por evaporação para produzir vapor de água e um resíduo sólido. O vapor de água pode ser capturado e condensado e então reciclado de volta ao processo. O resíduo sólido pode ser recuperado e combinado com o retentado compreendendo sulfato de cálcio e sílica recuperada de uma etapa de lixiviação de um método da invenção para formar um produto combinado. Recuperação de produtos de uma composição produzida em um processo de produção de dióxido de titânio
[0267] Os inventores desenvolveram processos para recuperar sulfato de cálcio, sólidos de metal mistos e/ou sulfato de magnésio a partir de uma composição produzida em um processo de sulfato para a produção de dióxido de titânio a partir de materiais contendo titânio (tais como aqueles descritos aqui antes ou qualquer outro material contendo titânio compreendendo dióxido de titânio em qualquer forma, incluindo ilmenita, por exemplo). O processo é surpreendentemente eficiente na recuperação de valores de metais (cálcio, metais mistos e/ou magnésio) de concentração relativamente baixa de tais composições de resíduos em uma forma na qual eles são considerados produtos vendáveis. Assim, os processos desenvolvidos pelos inventores têm o benefício de melhorar a economia ou fornecer fontes de receita alternativas de métodos tradicionais para recuperar dióxido de titânio de matérias-primas. Eles também têm o benefício de minimizar os resíduos que devem ser descartados e, assim, diminuir o impacto ambiental de tais processos.
[0268] Em um aspecto, a invenção fornece métodos para recuperar um ou mais dentre sulfato de cálcio, sólidos de metal mistos e/ou sulfato de magnésio de uma composição produzida em um processo de sulfato para a produção de dióxido de titânio. Em certas modalidades, a) sulfato de cálcio, b) sulfato de cálcio e sólidos de metal mistos, c) sulfato de cálcio, sólidos de metal mistos e sulfato de magnésio, ou d) sulfato de cálcio e sulfato de magnésio recuperados dos modos. Em certas modalidades, o sulfato de cálcio recuperado pode ser usado como uma fonte alternativa de gesso, por exemplo, e o sulfato de magnésio pode ser usado em aplicações de fertilizantes em plantas, por exemplo.
[0269] Versados na técnica apreciarão prontamente os métodos para a produção ou recuperação de dióxido de titânio usando um método de sulfato. No entanto, a título de exemplo, uma matéria-prima compreendendo dióxido de titânio (por exemplo, compreendendo ilmenita ou perovskita) é sulfatada usando ácido sulfúrico e as fases sólida e líquida são separadas, em certos métodos, após uma etapa de lixiviação. A fase que compreende sais de titânio sulfatados (por exemplo, sulfato de titanila) é então submetida a uma reação de hidrólise para criar dióxido de titânio hidratado. O dióxido de titânio hidratado é normalmente separado de outros componentes na composição em que reside e, em seguida, calcinado para produzir dióxido de titânio. Os métodos descritos neste documento fornecem exemplos detalhados adicionais de métodos para a produção de dióxido de titânio.
[0270] Durante tais processos para a produção de dióxido de titânio, podem ser produzidas composições - como a composição que sobra após a recuperação do dióxido de titânio. Pessoas qualificadas apreciarão prontamente outras composições produzidas em processos de produção de dióxido de titânio que podem ser usadas na invenção. Em uma modalidade, a composição derivada de um método de sulfato para a produção ou recuperação de dióxido de titânio pode ser qualquer composição ácida produzida ou recuperada no método de sulfato. Em uma modalidade, a composição compreende pelo menos magnésio. Em uma modalidade, a composição também compreende ferro e/ou alumínio e/ou titânio e/ou cálcio. O magnésio, ferro, titânio e alumínio estarão tipicamente presentes na forma de sais sulfatados, por exemplo, sulfato de magnésio, sulfato de ferro, sulfato de titanila e sulfato de alumínio. Em uma modalidade preferida, a composição é considerada um produto residual de um método de sulfato para a produção ou recuperação de dióxido de titânio. Em uma modalidade, a composição é uma composição ácida produzida ou recuperada após hidrólise e recuperação de dióxido de titânio hidratado durante um método de sulfato para a produção de dióxido de titânio. A título de exemplo apenas, no contexto dos outros métodos aqui descritos, pode ser um licor pós-hidrólise (PHL). Em outra modalidade, a composição é uma composição ácida produzida ou recuperada após a recuperação de alumínio em um método de sulfato para a produção de dióxido de titânio. Em uma modalidade, a composição é uma composição ácida produzida ou recuperada após hidrólise e recuperação de dióxido de titânio hidratado e recuperação de alumínio em um método de sulfato para a produção de dióxido de titânio. A título de exemplo adicional, a separação de dióxido de titânio hidratado na etapa e) do primeiro aspecto da invenção resulta em um segundo licor (PHL) e a separação de dióxido de titânio hidratado na etapa f) do segundo aspecto da invenção resulta em um terceiro licor (PAL), e cada um destes licores pode ser usado como a composição de partida para este aspecto da invenção.
[0271] Em uma modalidade, os métodos deste aspecto da invenção compreendem pelo menos a etapa de adição de carbonato de cálcio e a composição produzida em um processo para a produção de dióxido de titânio para produzir uma composição (A) que compreende sulfato de cálcio e um ou mais outros sulfatos de metal (incluindo sulfato de magnésio). O sulfato de cálcio pode então ser separado da composição (A) para produzir sulfato de cálcio e uma segunda composição (B) compreendendo sulfato de magnésio e um ou mais outros sulfatos de metal. Quando desejado, o sulfato de magnésio pode então ser separado da composição (B) para produzir sulfato de magnésio e uma terceira composição (C) compreendendo sulfatos de metal mistos. Hidróxido de cálcio ou hidróxido de magnésio pode então ser misturado com a terceira composição (C) para produzir uma quarta composição (D) compreendendo óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos e sulfato de cálcio (no caso do uso de hidróxido de cálcio), ou metal misturado óxidos e/ou hidróxidos (no caso do uso de hidróxido de magnésio). Então, quando desejado, os óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos e sulfato de cálcio, ou os óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos podem ser separados da quarta composição (D).
[0272] Em uma modalidade alternativa, que é preferida, os sólidos de metal mistos são recuperados antes da recuperação do sulfato de magnésio. Usar esta ordem pode melhorar a pureza do sulfato de magnésio recuperado. Nesta modalidade, os métodos compreendem a etapa de adição de carbonato de cálcio à composição produzida em um processo de sulfato para a produção de dióxido de titânio para produzir uma composição (A) que compreende sulfato de cálcio e um ou mais outros sulfatos de metal (incluindo sulfato de magnésio). O sulfato de cálcio é então separado da composição (A) para produzir sulfato de cálcio e uma segunda composição (B) compreendendo sulfato de magnésio e um ou mais outros sulfatos de metal. Hidróxido de cálcio ou hidróxido de magnésio pode então ser misturado com a segunda composição (B) para produzir uma terceira composição (C’) compreendendo óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos e sulfato de cálcio (no caso do uso de hidróxido de cálcio), ou óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos (no caso do uso de hidróxido de magnésio). Em seguida, quando desejado, os óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos e sulfato de cálcio, ou os óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos são separados da terceira composição (C’) para produzir sólidos de metal mistos compreendendo sulfato de cálcio ou sólidos de metal mistos e uma quarta composição (D’) compreendendo sulfato de magnésio. O sulfato de magnésio pode então ser separado da quarta composição (D’) para produzir sulfato de magnésio. Um método de acordo com esta modalidade da invenção é mostrado na Figura 3 (Opção 2).
[0273] Em uma modalidade deste aspecto da invenção, na primeira etapa de combinar carbonato de cálcio e a composição, as condições são tais que o titânio estará no estado Ti4+ e o ferro estará no estado Fe2+ resultando na produção de uma composição (A) compreendendo sulfato de cálcio e um ou mais óxidos e/ou hidróxidos de titânio. Em uma modalidade preferida, controlando as condições desta forma, a composição (A) compreenderá um ou mais óxidos e/ou hidróxidos de alumínio. Nesta modalidade, a próxima etapa pode compreender a separação de sulfato de cálcio e um ou mais óxidos e/ou hidróxidos de alumínio e/ou titânio da composição (A) para produzir sulfato de cálcio e um ou mais óxidos de alumínio e/ou titânio e/ou hidróxidos e uma composição (B) compreendendo sulfatos de metal mistos, incluindo sulfato de magnésio. Um método preferido de acordo com esta modalidade da invenção é mostrado na Figura 3 (Opção 1).
[0274] As etapas dos métodos deste aspecto da invenção podem ser realizadas usando as etapas equivalentes de um método de outros aspectos da invenção como aqui descrito antes e como exemplificado nos Exemplos que se seguem. Onde os métodos são descritos neste documento com referência a licores ou composições específicas, será apreciado que essas referências podem ser substituídas com referência às composições relevantes deste aspecto da invenção.
[0275] Em certas modalidades deste aspecto da invenção, a composição produzida em um processo para a produção de dióxido de titânio pode ser tratada ou processada antes da primeira etapa do método (isto é, combinar a composição com carbonato de cálcio). Exemplos Exemplo 1
[0276] Este exemplo descreve uma modalidade de um método da invenção, conforme ilustrado na Figura 1. Uma escória é preparada por moagem até o tamanho de partícula desejado. A escória e o ácido sulfúrico são alimentados para um reator contínuo adaptado para a mistura contínua da escória, ácido sulfúrico e bolo sulfatado formado. A escória e o ácido sulfúrico são misturados e alimentados através do reator a uma taxa suficiente para alcançar a sulfatação de titânio, magnésio, alumínio e cálcio e outras espécies minoritárias presentes na matéria- prima de escória. Uma bolo sulfatada sai do reator e é alimentada para uma etapa de lixiviação na qual é contatada com água ou ácido diluído para produzir uma fase sólida e uma fase líquida que são separadas, preferivelmente por filtração. A fase sólida é recuperada como sulfato de cálcio e sílica e a fase de licor de lixiviação líquida é alimentada para uma etapa de hidrólise de titânio. Na etapa de hidrólise, os núcleos de TiO2 são contatados com o licor de lixiviação líquido em um recipiente apropriado, a uma temperatura apropriada e por um tempo apropriado suficiente para hidrolisar sulfato de titanila em dióxido de titânio hidratado.
O dióxido de titânio hidratado é então separado da fase líquida em que está contido, preferivelmente por filtração.
O dióxido de titânio hidratado é então alimentado para uma etapa de calcinação e a fase líquida (PHL) é alimentada para uma etapa de recuperação de sulfato de alumínio.
A calcinação ocorre em um aparelho de calcinação, em uma temperatura apropriada e por um tempo apropriado o suficiente para resultar em TiO2. O TiO2 pode ser processado posteriormente para atender aos requisitos individuais de diferentes setores; por exemplo, para produzir um produto de TiO2 com grau de pigmento.
A fase líquida de PHL é alimentada para uma etapa de cristalização de sulfato de alumínio, preferivelmente uma cristalização evaporativa, para recuperar Al2(SO4)3.XH2O (onde X é aproximadamente 14 a 18, preferivelmente 18). A fase líquida (PAL) resultante desta etapa é então alimentada para uma etapa de neutralização na qual é parcialmente neutralizada com CaCO3 para produzir uma fase sólida e uma fase líquida.
A fase sólida e a fase líquida (PNL) são separadas, preferivelmente por filtração, e o produto de gesso CaSO4.2H2O branco sólido é recuperado.
A fase líquida PNL é alimentada para uma etapa de neutralização adicional na qual é neutralizada com Ca(OH)2 para precipitar e recuperar óxidos e/ou hidróxidos de metal e sulfato de cálcio (MMS). Os MMS são separados da fase líquida (MRL), preferivelmente por filtração.
A fase líquida MRL é alimentada para uma etapa de cristalização para produzir MgSO4.7H2O.
MgSO4.7H2O é preferivelmente cristalizado por cristalização evaporativa.
O MgSO4.7H2O é então separado e recuperado da fase líquida em que está presente, preferivelmente por filtração.
O líquido restante é então opcionalmente tratado usando um processo de tratamento de água.
Exemplo 2
[0277] Este exemplo descreve uma modalidade de um método preferido da invenção, conforme ilustrado na Figura 2. Uma escória é preparada por trituração até o tamanho de partícula desejado.
A escória e o ácido sulfúrico são alimentados para um reator contínuo adaptado para a mistura contínua da escória, ácido sulfúrico e bolo sulfatado formado.
A escória e o ácido sulfúrico são misturados e alimentados através do reator a uma taxa suficiente para alcançar a sulfatação de titânio, magnésio, alumínio e cálcio e outras espécies minoritárias presentes na matéria- prima de escória.
Um bolo sulfatado sai do reator e é alimentado para uma etapa de lixiviação na qual é contatado com água ou ácido diluído para produzir uma fase sólida e uma fase líquida que são separadas, preferivelmente por filtração.
A fase sólida é recuperada como sulfato de cálcio e sílica e a fase de licor de lixiviação líquida é alimentada para uma etapa de hidrólise de titânio.
Na etapa de hidrólise, os núcleos de TiO2 são contatados com o licor de lixiviação líquido em um recipiente apropriado, a uma temperatura apropriada e por um tempo apropriado suficiente para hidrolisar sulfato de titanila em dióxido de titânio hidratado.
O dióxido de titânio hidratado é então separado da fase líquida em que está contido, preferivelmente por filtração.
O dióxido de titânio hidratado é então alimentado para uma etapa de calcinação e a fase líquida (PHL) é alimentada para uma etapa de recuperação de sulfato de alumínio.
A calcinação ocorre em um aparelho de calcinação, em uma temperatura apropriada e por um tempo apropriado o suficiente para resultar em TiO2. O TiO2 pode ser processado posteriormente para atender aos requisitos individuais de diferentes setores; por exemplo, para produzir um produto de TiO2 com grau de pigmento.
A fase líquida de PHL é alimentada para uma etapa de cristalização de sulfato de alumínio, preferivelmente uma cristalização evaporativa, para recuperar Al2(SO4)3.XH2O (onde X é aproximadamente 14 a 18, preferivelmente 18). A fase líquida (PAL) resultante desta etapa é então alimentada para uma etapa de neutralização na qual é parcialmente neutralizada com CaCO3 para produzir uma fase sólida e uma fase líquida. A fase sólida e a fase líquida (PNL) são separadas, preferivelmente por filtração, e o produto de gesso CaSO4.2H2O branco sólido é recuperado. A fase líquida PNL é alimentada para uma etapa de neutralização adicional na qual é neutralizada usando Mg(OH)2 para precipitar e recuperar uma mistura de óxidos ou hidróxidos de metal (MMS). Os MMS são separados da fase líquida (MRL), preferivelmente por filtração. A fase líquida MRL é alimentada para uma etapa de cristalização para produzir MgSO4.7H2O. MgSO4.7H2O é preferivelmente cristalizado por cristalização evaporativa. O MgSO4.7H2O é então separado e recuperado da fase líquida em que está presente, preferivelmente por filtração.
[0278] Nos exemplos a seguir, onde qualquer % de composto em qualquer composição/licor é referida, ele foi calculado a partir da concentração de % elementar medida usando a seguinte fórmula: (% 𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜) 𝑥 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟 𝑑𝑜 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑎𝑠𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜 (𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑎𝑡ô𝑚𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑜 𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜) Exemplo 3 - Escória de Aço da Nova Zelândia Exemplo 3A - Matéria-prima
[0279] A matéria-prima era uma escória VTM contendo perovskita GAP 5 (tamanho de partícula < 5 mm) originada da New Zealand Steel. A escória foi moída até um tamanho alvo de D90 < 250 mícrons e seca até um nível de umidade livre de < 2% em peso. A escória foi analisada por XRF. Os resultados dos níveis dos elementos-chave são relatados na Tabela 2. Tabela 2 - Análise de XRF de escória de aço da Nova Zelândia Elemento Símbolo NZS Magnésio Mg 7.51 % Alumínio Al 8.10 % Silício Si 6.71 % Enxofre S 0.269 % Cálcio Ca 12.7 % Titânio Ti 19.7 %
Vanádio V 0.177 % Cromo Cr 0.006 % Manganês Mn 0.777 % Ferro Fe 3.22 % Exemplo 3B - Sulfatação
[0280] Ácido sulfúrico com uma concentração de 89% e escória NZS foram misturados à temperatura ambiente em um recipiente de pré-mistura em uma razão de ácido para minério de 1,4:1. A mistura foi então adicionada a um reator pré- aquecido a 100 ºC, e a temperatura foi elevada até o pico da temperatura exotérmica da reação ser atingida e mantida por 1h, tempo durante o qual a mistura foi continuamente misturada. Uma vez que a sulfatação foi completada, a mistura combinada (bolo de sulfato) foi descarregada para fora do reator e coletada para adição em um tanque de lixiviação. Exemplo 3C - Lixiviação e separação de licor de lixiviação e resíduo
[0281] O bolo de sulfato preparado de acordo com o método descrito no Exemplo 3B foi recuperado de um reator contínuo e transferido para um tanque de lixiviação aquecido, onde foi dissolvido em ácido sulfúrico diluído a pH 2 em uma razão de massa de líquido para bolo de 1:1, seguido pela adição de ferro para reduzir o Potencial de Redução de Oxidação (ORP) no licor para -78mV. O bolo foi lixiviado por 60 minutos a 65 ºC antes de filtrar através de um filtro-prensa por 30 minutos e posteriormente um filtro de polimento para separar um resíduo do licor de lixiviação. O resíduo foi submetido a um processo de lavagem e o licor de lixiviação reportado a um tanque de hidrólise e foi amostrado para análise via XRF e titulado para obtenção de acidez livre.
[0282] O resíduo (CalSi) foi lavado com água em uma razão de 10:1 de água para resíduo por meio de lama por 30 minutos. A mistura foi então filtrada e o sólido recuperado e seco em estufa a 100 ºC por 2 horas. O resíduo de reações de sulfatação separadas (conduzidas como descrito no exemplo 3B) foi reunido e analisado usando XRF. Os resultados dos níveis dos elementos-chave são relatados nas Tabelas 3 e 4. Tabela 3: Análise de XRF de licor de lixiviação TiO2* 61.523 g/kg Fe 12.208 g/kg Ca 0.152 g/kg Ti 36.852 g/kg Al 14.772 g/kg Mg 15.212 g/kg Mn 1.604 g/kg Cr 0.088 g/kg Acidez livre 8.18 % * TiO2 é calculado a partir o Ti elementar Tabela 4: Análise CalSi XRF (DS103) Fe 0.916 % Ca 15.15 % Si 6.437 % Al 4.234 % Mg 3.947 % Mn 0.330 % Cr 0.017 % Ti 5.215% Exemplo 3D - Hidrólise, separação e calcinação de TiO2
[0283] Um licor de lixiviação obtido de acordo com o método do exemplo 3C foi transferido para um tanque de hidrólise mantido a 40 ºC, seguido pela adição de 1,35% em peso de sementes/núcleos de TiO2 (6 nm). A mistura foi então aquecida a aproximadamente 1 ºC/min para atingir uma temperatura de hidrólise de 92 ºC à pressão atmosférica e mantida à temperatura até que a reação de hidrólise estivesse completa (isto é, o rendimento de TiO2 atingiu um platô, o que foi testado por amostragem e XRF). A mistura reagida foi então passada por um filtro prensa para separar o bolo de TiO2 do licor de hidrólise gasto (SHL), e o SHL foi analisado via XRF e titulado para determinar a acidez livre. Os resultados dos níveis dos elementos-chave são relatados na Tabela 5. O bolo de TiO2 foi lavado com uma solução morna de H2SO4 a 10% contendo Ti3+, seguido por água morna para remover o excesso de ácido. O TiO2 hidratado recuperado da hidrólise foi dopado pela adição de MgO, K2O, P2O5, aquecido a 900 ºC em um forno rotativo por 1h e depois moído para produzir TiO2. O dióxido de titânio calcinado foi analisado e considerado de grau de pigmento. As sementes/núcleos de TiO2 usados foram produzidos pelo processo de Mecklenberg. Tabela 5: Análise de XRF de licor de hidrólise gasta Mg 19.056 g/kg Mn 1.576 g/kg Al 13.820 g/kg Ca 0.120 g/kg Ti 3.736 g/kg Cr 0.084 g/kg Mn 1.576 g/kg Fe 10.796 g/kg Acidez livre 14.4 % ORP -85mV Densidade 1.316 kg/ Tabela 5A: Análise de XRF de TiO2 hidratado NZS Mg 0.032 cps Al 0.027 cps Si 0.001 cps Ca 0.003 cps Mn 0 cps Ti 99.633 cps Cr/V 0.002 cps Fe 0 cps cps - contagens por segundo
[0284] O cromo e o vanádio são relatados como um pico combinado, pois a calibração usada não tinha a capacidade de distinguir entre seus picos de emissão. Exemplo 3E - Recuperação de sulfato de alumínio
[0285] Um licor pós-hidrólise (PHL) preparado de acordo com o método do exemplo 3D foi concentrado por evaporação até que o sulfato de alumínio em solução fosse solúvel entre 60-65 ºC. O licor foi então resfriado a 3 ºC abaixo da temperatura de solubilidade do sulfato de alumínio e semeado com sementes de sulfato de alumínio originalmente cristalizadas a partir de uma solução de sulfato de alumínio puro e 25% de ácido sulfúrico. A semeadura foi realizada adicionando 10% em peso do rendimento de sulfato de alumínio previsto. O licor semeado foi então resfriado a 4 ºC/h durante 8h a 25 ºC, mantendo uma mistura bem agitada. A pasta fluida foi então filtrada por filtração a vácuo para separar os cristais de sulfato de alumínio de um licor pós-alumínio. Ambos os cristais de sulfato de alumínio e licor pós-alumínio foram analisados via XRF. Os resultados dos níveis dos elementos- chave são relatados nas Tabelas 6 e 7. O sulfato de alumínio era aproximadamente 99% puro. Tabela 6: Resultados de XRF de cristais de sulfato de alumínio Al 72811 mg/kg Ca 115 mg/kg Cr 28 mg/kg Fe 115 mg/kg Mg 671 mg/kg Mn 6 mg/kg Ti 43 mg/kg V 22 mg/kg Tabela 7: Análise de XRF de Licor Pós-Alumínio Al 6.29 g/kg Ca 0.08 g/kg Cr 0.12 g/kg Fe 14.23 g/kg Mg 19.52 g/kg Mn 2.26 g/kg Ti 4.04 g/kg Acidez livre 21.96 % Exemplo 3F - Neutralização de ácido livre e recuperação de sulfato de cálcio
[0286] Uma pasta fluida aquosa de CaCO3 em uma razão de água para sólido de 1:1 foi gradualmente adicionada a um licor de pós-alumínio (PAL) preparado de acordo com o método descrito no exemplo 3E e misturado ao longo de 12 horas a 25 ºC para neutralizar o ácido livre para pH 2. O resíduo e o licor de pós- neutralização (PNL) foram filtrados e o resíduo foi suspenso com água por 30 minutos, filtrado e, em seguida, lavado com água doce. O sólido foi coletado e seco em estufa a 70 ºC por 4 horas. O sólido recuperado foi analisado por XRF e XRD, e o PNL foi analisado por XRF. Os resultados dos níveis de XRF dos elementos-chave no sólido e no PNL são relatados nas Tabelas 8 e 9. O sólido mostrou ter ~ 99,99% de sulfato de cálcio di-hidratado usando XRD. Tabela 8: Análise de XRF e pH do licor de pós-neutralização N108 Mg 15.736 g/Kg Al 7.528 g/Kg S 134.392 g/Kg Ca 0.528 g/Kg Ti 1.552 g/Kg Cr 0.084 g/Kg Mn 2.032 g/Kg Fe 11.18 g/Kg pH 1.23 Tabela 9: Análise de XRF de CaSO4.2H2O (sólido) Composto Mg 0.691 % Al 0.44 % Si 0.171 % S 19.13 % Fe abaixo do limite de detecção Ca 22.464 % Ti 0.136 % Cr abaixo do limite de detecção Exemplo 3G - Neutralização de ácido livre e recuperação de sulfato de cálcio com Ti e Al
[0287] Um método alternativo ao descrito no Exemplo 3F foi realizado em que qualquer Ti e Al que possam permanecer no PAL são recuperados com sulfato de cálcio.
[0288] Etapa 1: oxidação de titânio (III) para titânio (IV) (N122, N124). O ar foi borbulhado através do licor PAL agitado a 45 ºC até um ORP de 270mV ser alcançado. O licor foi então removido do borbulhador e aquecido a 85 ºC, e alíquotas de pasta fluida de CaCO3 em água foram adicionadas para atingir um pH de 4. A mistura foi então filtrada por meio de filtração a vácuo para separar os sólidos do licor. O licor foi analisado por XRF e não incluiu Ti ou Al (Tabela 9A). Espera-se que eles se reportem à fase sólida. Tabela 9A: Análise de XRF de licor pós-neutralização N124 Mg 16.684 g/kg Al 0 g/kg Mn 1.877 g/kg Fe 10.567 g/kg Ca 0.585 g/kg Ti abaixo do limite de detecção Cr abaixo do limite de detecção pH 4.01 Exemplo 3H - Neutralização de metais e recuperação de sólidos de metal mistos usando Ca(OH)2
[0289] Uma pasta fluida aquosa de Ca(OH)2 em uma razão de água para sólido de 1,75:1 foi gradualmente adicionada a um PNL preparado de acordo com o método descrito no exemplo 3F e misturado ao longo de 12 horas a 25 ºC para neutralizar o ácido livre para pH 7,5. O resíduo e o licor foram separados por filtração a vácuo e o filtrado foi suspenso com água durante 30 minutos, filtrado e, em seguida, lavado com água fresca. O sólido foi coletado e seco em um forno a 70 ºC por 4 horas, em seguida, analisado via XRF. O licor separado também foi analisado via XRF. Os resultados dos níveis de XRF dos elementos-chave no sólido e no PNL são relatados nas Tabelas 10 e 11. Tabela 10: Análise de XRF de licor separado Mg 13.028 g/kg Al 0.016 g/kg S 113.408 g/kg Ca 0.46 g/kg Ti abaixo do limite de detecção Cr 0.004 g/kg Mn 1.528 g/kg Fe 0.608 g/kg pH 6.14
Tabela 11: Análise de XRF de sólidos de metal mistos Mg 1.092 % Al 4.452 % Si 0.693 % S 16.209 % Ca 16.701 % Ti 2.122 % V 0.18 % Cr 0.026 % Mn 0.384 % Fe 6.018 % Exemplo 3I - Neutralização de metais e recuperação de sólidos de metal mistos usando Mg(OH)2
[0290] Mg(OH)2 foi adicionado a um licor de pós-neutralização agitado obtido de acordo com o método descrito no Exemplo 3G até o pH ser aumentado para 7. Nesta fase, o ar foi borbulhado através da solução durante 8h e Mg(OH)2 adicional foi adicionado para manter o pH a 7. A borbulhagem continuou ao longo de 12 horas antes de filtrar a mistura por filtração a vácuo para separar o licor neutralizado dos sólidos. Os sólidos foram lavados com água RO e colocados em estufa a 70 ºC por 12h. O licor de filtrado foi analisado via XRF. Os resultados são mostrados na tabela
12. Tabela 12: Análise de XRF de licor separado N112 Mg 35.284 g/kg Al abaixo do limite de detecção S 176.872 g/kg Ca 0.328 g/kg Ti 0.168 g/kg Cr abaixo do limite de detecção Mn abaixo do limite de detecção Fe abaixo do limite de detecção
[0291] Os sólidos separados não foram analisados. No entanto, os inventores esperam que aproximadamente 90% ou mais dos oligoelementos no licor relatem a este material sólido. Exemplo 3J - Recuperação de sulfato de magnésio
[0292] Um licor obtido a partir de um método de acordo com o Exemplo 3H foi concentrado por evaporação a uma taxa constante a -90 kPa de vácuo em um recipiente a 42 ºC até que um rendimento de sulfato de magnésio adequado fosse obtido, então os sólidos cristalizados foram separados do licor por filtração. Os sólidos foram lavados com água RO antes da análise via XRF. O sólido foi analisado por XRF e os resultados são fornecidos na Tabela 13. Tabela 13 - Análise de XRF de cristais de sulfato de magnésio Mg 93.9335 g/kg Al 0.0044 g/kg Ca 0.1820 g/kg Ti 0.0009 g/kg Cr 0.0005 g/kg Mn 1.6634 g/kg Fe 0.1429 g/kg V 0.0009 g/kg
[0293] Estes resultados mostram a recuperação de cristais de sulfato de magnésio de alta pureza com concentrações aceitáveis de Mn a < 1% e Fe < 2%. O sulfato de magnésio recuperado era pelo menos aproximadamente 95% puro. Exemplo 4
[0294] Exemplos de constituintes contidos em materiais contendo titânio para uso na invenção são fornecidos na Tabela 14. Esta fornece detalhes dos constituintes de amostras de escória de fusão produzidas na Nova Zelândia e África do Sul e escórias de alto forno produzidas na China e na Rússia. As escórias chinesas foram originadas de usinas siderúrgicas na China que processam o corpo de minério Panzhihua localizado na região de Sichuan. Ela também detalha os constituintes de amostras de concentrado de minério VTM contendo perovskita obtidas no Brasil. Os valores foram calculados a partir dos dados de % de massa elementar obtidos usando a técnica analítica de fluorescência de raios-X (realizada por ou em nome dos inventores) usando a equação imediatamente anterior ao Exemplo 3 aqui anterior.
Tabela 14 Calculado a China China Rússia África NZ China China Brasil partir da % de 1 2 do 3 4 massa elementar Sul CaO % 37.36 29.80 34.00 18.89 17.77 28.68 31.62 16.1 –
20.91 TiO2 % 7.96 20.19 9.64 33.37 32.87 21.02 17.19 16.67 -
26.27 SiO2 % 27.81 22.89 27.17 19.66 14.35 24.39 23.74 13.6 –
33.3 MgO % 7.99 7.91 12.01 8.56 12.45 7.50 8.04 2.30 -
2.84 Al2O3 % 12.32 13.43 12.68 13.42 15.31 12.45 11.62 5.72 –
7.41 Fe2O3 % 1.15 1.94 0.99 3.35 4.60 1.73 2.97 2.29 –
9.58 V2O5 % 0.13 0.37 0.28 0.71 0.32 0.30 0.23 0.21 -
0.32 Razão TiO2/CaO 0.21 0.68 0.28 1.77 1.85 0.73 0.54 1.03 -
1.31 Razão de 1.00 2.55 0.80 3.90 2.64 2.80 2.14 7.24 - TiO2/MgO 9.40 Razão de 0.65 1.50 0.76 2.49 2.15 1.69 1.48 2.25 – TiO2/Al2O3 4.45 * Compostos presumidos presentes relatados. Metais podem estar presentes em uma ou mais outras formas de óxido. Exemplo 5 - Escória VTM chinesa Escória
[0295] Uma escória VTM contendo perovskita é proveniente de uma usina siderúrgica na China que processa o corpo de minério Panzhihua localizado na região de Sichuan na China e é moída para atingir um tamanho de moagem desejado geral de D90 < 250 mícrons. A escória moída é seca a um nível desejado, por exemplo, um teor de umidade livre de < 2% em peso. Sulfação
[0296] Ácido sulfúrico a uma concentração de aproximadamente 80 a aproximadamente 90% e a escória são misturados à temperatura ambiente em uma razão de ácido para minério de aproximadamente 1,3:1 a aproximadamente 1,7:1. A mistura é então adicionada a um reator pré-aquecido a 100 ºC e a temperatura aumentada para uma temperatura de cozimento de aproximadamente 170 a aproximadamente 210 ºC e então mantida por 1h durante a qual a mistura foi misturada continuamente. Uma vez que a sulfatação está completa, a mistura combinada (bolo de sulfato) é descarregada para fora do reator e coletada para adição em um tanque de lixiviação. Lixiviação e separação de licor e resíduo de lixiviação
[0297] O bolo de sulfato é recuperado de um reator contínuo e transferido para um vaso de lixiviação aquecido, onde é dissolvido em ácido sulfúrico diluído a pH 2 em uma razão de massa de líquido para bolo de aproximadamente 0,75:1 a aproximadamente 2:1. Um agente redutor é então adicionado, quando necessário, para reduzir o ORP para aproximadamente -50mV ou menos. O ácido sulfúrico é adicionado à mistura para reduzir o pH para 2 (0,1% em peso de H2SO4) para evitar a hidrólise prematura. O bolo é lixiviado por aproximadamente 60 minutos a aproximadamente 30 ºC a 80 ºC, por exemplo, e então filtrado através de um pano de filtro usando filtração a vácuo até que um líquido claro seja obtido. Os resíduos deixados após a filtragem podem ser submetidos a um processo de lavagem. O licor de lixiviação obtido pode ser filtrado.
[0298] A maior parte do cálcio e da sílica presentes na bolo de sulfato se reportará ao resíduo, na forma de sulfato de cálcio e sílica. O sulfato de titanila e quaisquer outros sulfatos metálicos, incluindo o sulfato de alumínio e o sulfato de magnésio, reportarão ao licor de lixiviação. Hidrólise, separação e calcinação de TiO2
[0299] O licor de lixiviação é transferido para um tanque de hidrólise mantido, por exemplo, a 40 ºC, seguido pela adição de sementes/núcleos de TiO2. A mistura é então aquecida para atingir uma temperatura de hidrólise desejada, por exemplo, de 85 ºC a 110 ºC à pressão atmosférica e mantida à temperatura até que a reação de hidrólise esteja completa. A mistura reagida é então passada por um filtro prensa para separar o bolo de TiO2 do licor pós-hidrólise (PHL). O bolo de TiO2 é lavado com uma solução diluída morna (por exemplo, 10%) de H2SO4 contendo Ti3+, seguido por água morna para remover o excesso de ácido. O TiO2 hidratado recuperado da hidrólise é dopado pela adição de MgO, K2O, P2O5 e, a seguir, aquecido a 900 ºC em um forno rotativo por 1h. Em seguida, pode ser moído. Recuperação de sulfato de alumínio
[0300] PHL é concentrado por evaporação até que o sulfato de alumínio em solução seja solúvel entre 60-65 ºC. O licor é então resfriado a 5 ºC abaixo da temperatura de solubilidade do sulfato de alumínio e semeado com sementes de sulfato de alumínio. A semeadura é realizada adicionando 2 a 20% em peso do rendimento de sulfato de alumínio previsto. O licor semeado é resfriado a aproximadamente 4 ºC/h a uma temperatura entre 15 ºC a 30 ºC, mantendo uma mistura bem agitada. A pasta fluida resultante é filtrada por meio de filtração a vácuo para separar cristais de sulfato de alumínio de um licor. Espera-se que o sulfato de alumínio seja aproximadamente pelo menos aproximadamente 95% puro. Neutralização de ácido livre e recuperação de sulfato de cálcio
[0301] Uma pasta fluida aquosa de CaCO3 em uma razão de água para sólido de 1:1 é gradualmente adicionada ao licor obtido a partir de um processo de recuperação de sulfato de alumínio e misturada ao longo de 12 horas a 25 ºC para neutralizar o ácido livre a um pH de 1 a 4. O resíduo e o licor de pós-neutralização (PNL) são filtrados e o filtrado é suspenso com água por 30 minutos em uma razão de 1:1 de H2SO4 a 10% para o resíduo e aquecido a 60 ºC antes da filtragem. O sólido é lavado com água, coletado e seco em estufa a 70 ºC por 4 horas. Espera-se que o sólido compreenda sulfato de cálcio. Neutralização de metais e recuperação de sólidos de metal mistos
[0302] Mg(OH)2 é adicionado a um licor agitado obtido a partir da etapa de neutralização de ácido livre para aumentar o pH para um pH de 7 a 10, enquanto o ar é borbulhado através da solução. A solução é agitada durante 3h, tempo durante o qual Mg(OH)2 adicional é adicionado para manter o pH a um pH de 7 a 10. A pasta fluida final é então filtrada por filtração a vácuo para separar o licor neutralizado dos sólidos. Os sólidos podem ser lavados e secos. Espera-se que os sólidos compreendam óxidos e hidróxidos de metal mistos. Recuperação de sulfato de magnésio
[0303] Um licor resultante da etapa de neutralização de metais é concentrado por evaporação a uma taxa constante a -90kPa de vácuo em um recipiente a uma temperatura inferior a 50 ºC até que um rendimento adequado de sulfato de magnésio seja obtido. Os sólidos cristalizados são separados do licor por filtração. Os sólidos podem ser lavados. Espera-se que a pureza dos cristais de sulfato de magnésio seja de pelo menos aproximadamente 95% e inclua níveis muito baixos de Mn e Fe (por exemplo, Mn a < 1% e Fe < 2%).
[0304] A invenção foi aqui descrita com referência a certas modalidades preferidas, a fim de permitir ao leitor praticar a invenção sem experimentação indevida. Os versados na técnica apreciarão que a invenção pode ser praticada em um grande número de variações e modificações além daquelas especificamente descritas. Deve ser entendido que a invenção inclui todas essas variações e modificações. Além disso, títulos, cabeçalhos ou semelhantes são fornecidos para auxiliar a compreensão do leitor deste documento e não devem ser lidos como limitando o escopo da presente invenção.
[0305] Todas as divulgações de todos os pedidos, patentes e publicações aqui citadas são aqui incorporadas por referência. No entanto, a referência a qualquer técnica anterior nesta especificação não é, e não deve ser considerada como, um reconhecimento ou qualquer forma de sugestão de que a técnica anterior faz parte do conhecimento geral comum no campo de atuação em qualquer país.

Claims (31)

REIVINDICAÇÕES
1. Método para a recuperação de um ou mais produtos de um material contendo titânio compreendendo perovskita, o método CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: a) contatar o material contendo titânio com ácido sulfúrico para formar um bolo compreendendo pelo menos sulfato de titanila b) contatar o bolo com água e/ou ácido sulfúrico diluído para formar uma suspensão sulfatada compreendendo pelo menos sulfato de titanila c) separar sólidos do líquido na suspensão sulfatada para produzir um primeiro permeado (LL) compreendendo pelo menos sulfato de titanila e um primeiro retentado compreendendo pelo menos sulfato de cálcio e sílica d) hidrolisar sulfato de titanila no primeiro permeado para produzir um primeiro licor compreendendo dióxido de titânio hidratado e) separar dióxido de titânio hidratado do primeiro licor para produzir dióxido de titânio hidratado e um segundo licor (PHL) compreendendo pelo menos sulfato de alumínio f) separar o sulfato de alumínio do segundo licor (PHL) para produzir sulfato de alumínio e um terceiro licor (PAL) compreendendo sulfatos de metal mistos.
2. Método para a recuperação de um ou mais produtos de um material contendo titânio compreendendo perovskita, o método CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: a) contatar o material contendo titânio com ácido sulfúrico para formar um bolo compreendendo pelo menos sulfato de titanila b) contatar o bolo com água e/ou ácido sulfúrico diluído para formar uma suspensão sulfatada compreendendo pelo menos sulfato de titanila c) separar sólidos do líquido na suspensão sulfatada para produzir um primeiro permeado (LL) compreendendo pelo menos sulfato de titanila e um primeiro retentado compreendendo pelo menos sulfato de cálcio e sílica d) separar o sulfato de alumínio do primeiro permeado (LL) para produzir sulfato de alumínio e um primeiro licor compreendendo pelo menos sulfato de titanila e) hidrolisar sulfato de titanila no primeiro licor para produzir um segundo licor (PHL) compreendendo dióxido de titânio hidratado f) separar dióxido de titânio hidratado do segundo licor (PHL) para produzir dióxido de titânio hidratado e um terceiro licor (PAL) compreendendo sulfatos de metal mistos.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende a etapa de: g) combinar carbonato de cálcio e o terceiro licor para produzir uma primeira composição que compreende sulfatos de metal mistos compreendendo sulfato de cálcio.
4. Método, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende a etapa de: h) separar o sulfato de cálcio da primeira composição para produzir sulfato de cálcio e um quarto licor compreendendo sulfatos de metal mistos.
5. Método, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende a etapa de: i) separar o sulfato de magnésio do quarto licor para produzir sulfato de magnésio e um quinto licor (PML) compreendendo sulfatos de metal mistos.
6. Método, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende a etapa de: j) combinar hidróxido de cálcio e o quinto licor para produzir uma segunda composição que compreende hidróxidos e/ou óxidos de metal mistos e sulfato de cálcio, ou combinar hidróxido de magnésio e o quinto licor para produzir uma segunda composição que compreende hidróxidos e/ou óxidos de metal mistos.
7. Método, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende a etapa de: k) recuperar os óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos ou os óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos e sulfato de cálcio da segunda composição para produzir sólidos de metal mistos.
8. Método, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende a etapa de: i) combinar hidróxido de cálcio e o quarto licor para produzir uma segunda composição compreendendo óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos, sulfato de cálcio e sulfato de magnésio ou combinando hidróxido de magnésio e o quarto licor para produzir uma segunda composição compreendendo óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos e sulfato de magnésio.
9. Método, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende a etapa de: j) separar os óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos ou os óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos e sulfato de cálcio da segunda composição para produzir sólidos de metal mistos ou sólidos de metal mistos e sulfato de cálcio e um quinto licor compreendendo sulfato de magnésio.
10. Método, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende a etapa de: k) recuperação do sulfato de magnésio do quinto licor para produzir sulfato de magnésio.
11. Método, de acordo com as reivindicações 3 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que as condições na etapa g) são tais que o titânio está na forma de Ti4+ e o ferro está na forma de Fe2+ para produzir uma primeira composição compreendendo sulfato de cálcio e um ou mais óxidos e/ou hidróxidos de titânio e,
então, opcionalmente, separar sulfato de cálcio e um ou mais óxidos e/ou hidróxidos de titânio da primeira composição para produzir sulfato de cálcio e um ou mais óxidos e/ou hidróxidos de titânio e um quarto licor compreendendo sulfatos de metal mistos.
12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o método adicionalmente compreende a etapa de calcinação do dióxido de titânio hidratado para produzir dióxido de titânio.
13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, CARACTERIZADO pelo fato de que o material contendo titânio compreendendo perovskita é escolhido a partir do grupo que compreende: uma escória, um minério, uma escória aprimorada, um concentrado e combinações de dois ou mais dos mesmos.
14. Método, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que o material contendo titânio é escolhido a partir do grupo que compreende: uma escória de fabricação de ferro, escória de fusão, escória de alto forno, minério de titano-magnetita de vanádio, escória de titano-magnetita de vanádio ou combinações de dois ou mais deles.
15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, CARACTERIZADO pelo fato de que o material contendo titânio é colocado em contato com ácido sulfúrico em uma razão de aproximadamente 0,75: 1 a aproximadamente 2: 1.
16. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa a) é conduzida de modo que o material contendo titânio e ácido sulfúrico combinados atinja uma temperatura de aproximadamente 130 graus C a aproximadamente 250 graus C.
17. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, CARACTERIZADO pelo fato de que a concentração de ácido sulfúrico usada é de pelo menos aproximadamente 60%.
18. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa a) é conduzida por um período de aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 4 horas.
19. Produto recuperado ou produzido por um método, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 18, CARACTERIZADO pelo fato de que o produto é escolhido a partir do grupo que compreende: dióxido de titânio, sulfato de alumínio, sulfato de cálcio, sílica, sulfato de magnésio, sólidos de metal mistos, o primeiro retentado.
20. Método para a recuperação de um ou mais produtos de uma composição derivada de um processo de sulfato para a produção de dióxido de titânio, o método CARACTERIZADO pelo fato de que compreende pelo menos as etapas de: a) combinar carbonato de cálcio e a composição para produzir uma composição (A) que compreende sulfato de cálcio; e, b) separar o sulfato de cálcio da segunda composição (A) para produzir sulfato de cálcio e uma composição (B) compreendendo sulfatos de metal mistos compreendendo sulfato de magnésio.
21. Método, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende a etapa de: c) separar o sulfato de magnésio da composição (B) para produzir sulfato de magnésio e uma composição (C) compreendendo sulfatos de metal mistos.
22. Método, de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende a etapa de: d) combinar hidróxido de cálcio e a composição (C) para produzir uma composição (D) compreendendo óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos e sulfato de cálcio; OU d1) combinar hidróxido de magnésio com a composição (C) para produzir uma composição (D) compreendendo uma mistura de óxidos e/ou hidróxidos de metal.
23. Método, de acordo com a reivindicação 22, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende a etapa de: e) recuperar os óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos e sulfato de cálcio, ou os óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos da composição (D) para produzir sólidos de metal mistos ou sólidos de metal mistos compreendendo sulfato de cálcio.
24. Método, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende a etapa de: c) combinar hidróxido de cálcio com a composição (B) para produzir uma composição (C’) compreendendo sulfato de magnésio, óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos e sulfato de cálcio; OU c1) combinação de hidróxido de magnésio com a composição (B) para produzir uma composição (C’) compreendendo sulfato de magnésio e óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos.
25. Método, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende a etapa de: d) separar os óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos e sulfato de cálcio, ou os óxidos e/ou hidróxidos de metal mistos da composição (C’) para produzir sólidos de metal mistos compreendendo sulfato de cálcio ou sólidos de metal mistos e uma composição (D') compreendendo sulfato de magnésio.
26. Método, de acordo com a reivindicação 25, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende a etapa de: e) recuperar sulfato de magnésio da composição (D’) para produzir sulfato de magnésio.
27. Método, de acordo com as reivindicações 20 a 26, CARACTERIZADO pelo fato de que as condições são tais que o titânio está na forma de Ti4+ e o ferro está na forma de Fe2+ para produzir uma composição (A) compreendendo sulfato de cálcio, e um ou mais titânio óxidos e/ou hidróxidos.
28. Método, de acordo com a reivindicação 27, CARACTERIZADO pelo fato de que o método adicionalmente compreende separar sulfato de cálcio e um ou mais óxidos e/ou hidróxidos de titânio da composição (A) para produzir sulfato de cálcio e um ou mais óxidos e/ou hidróxidos de titânio e uma composição (B) compreendendo sulfatos de metal mistos.
29. Produto produzido por um método, como definido em qualquer uma das reivindicações 20 a 28, CARACTERIZADO pelo fato de que o produto é escolhido a partir do grupo que compreende: sulfato de cálcio, sólidos de metal mistos e sulfato de magnésio.
30. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 21, substancialmente aqui descritas antes, CARACTERIZADO pelo fato de que faz referência particular aos Exemplos e figuras anexas.
31. Produto, de acordo com a reivindicação 19 ou 29, substancialmente como aqui descrito antes, CARACTERIZADO pelo fato de que faz referência particular aos Exemplos e figuras anexas.
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