BRPI0718257B1

BRPI0718257B1 - método para calcinação de hidróxido de alumínio

Info

Publication number: BRPI0718257B1
Application number: BRPI0718257-0A
Authority: BR
Inventors: Gregory Mills
Original assignee: Alcoa Of Australia Limited
Priority date: 2006-10-30
Filing date: 2007-10-24
Publication date: 2021-02-17
Also published as: AU2007314134B2; AU2007314134A1; WO2008052249A9; CN105236458A; BRPI0718257A2; WO2008052249A1; CN101595057A

Abstract

MÉTODO PARA CALCINAÇÃO DE HIDRÓXIDO DE ALUMÍNIO. A invenção se refere a um método para a calcinação de hidróxido de alumínio, sendo que o método compreende as etapas de: colocar diretamente em contato o hidróxido de alumínio com vapor d'água; e calcinar pelo menos uma parte do hidróxido de alumínio para alumina e/ou oxi-hidróxido de alumínio, sendo que pelo menos uma parte do vapor d'água é suprido a partir da calcinação da pelo menos uma parte do hidróxido de alumínio.

Description

MÉTODO PARA CALCINAÇÃO DE HIDRÓXIDO DE ALUMÍNIO

CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção se refere a um método para a calcinação de hidróxido de alumínio. Mais especificamente, a presente invenção se refere a um método para a calcinação de hidróxido de alumínio, usando vapor d'água.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] O processo Bayer é amplamente utilizado para a produção de alumina a partir de minérios que contêm alumínio, tal como bauxita. O processo envolve colocar os minérios que contêm alumínio em contato com soluções de aluminato cáustico recicladas, em temperaturas elevadas, em um processo comumente referido como digestão.

[0003] Depois de resfriar a solução, o hidróxido de alumínio é adicionado como semente para induzir a precipitação de mais hidróxido de alumínio a partir dela. O hidróxido de alumínio precipitado, também conhecido como hidrato ou gibsita, é separado da solução de aluminato cáustico, com uma parte do hidróxido de alumínio que está sendo reciclado para ser usado como semente e o remanescente é recuperado como produto. A solução de aluminato cáustico remanescente é reciclada para digestão adicional do minério que contém alumina. Dependendo do método usado para separar o hidróxido de alumínio e a solução de aluminato, o hidróxido de alumínio recuperado pode não estar completamente seco e pode conter água não-ligada e também água ligada fisicamente. No contexto do presente relatório descritivo, o termo água não-ligada se refere à água que pode estar sobre a superfície do hidróxido de alumínio e o termo água fisicamente ligada se refere à água que pode ser mantida, por exemplo, em poros intersticiais do hidróxido de alumínio.

[0004] O hidróxido de alumínio recuperado é aquecido para produzir alumina, em um processo conhecido como calcinação. Além da remoção da água entranhada, a água é um subproduto da reação de calcinação, como o hidróxido de alumínio produz trióxido de alumínio (Al2O3), também conhecido como alumina, de acordo com a seguinte reação:
2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O

[0005] A reação de calcinação pode produzir uma série de estruturas aluminosas distintas e mensuráveis. Elas incluem as formas estruturais de trióxido de alumínio e as formas estruturais de oxi-hidróxido de alumínio. A composição preferida da alumina grau fundidor contém primordialmente a assim denominada forma gama, mas também quantidades de outras fases de alumina (por exemplo, alfa, capa, qui, etc.).

[0006] No contexto do presente relatório descritivo, o termo "alumina" deve ser entendido como englobando todas as formas ou fases estruturais de trióxido de alumínio, incluindo gama-alumina. No contexto da presente invenção, o termo "oxi-hidróxido de alumínio" deve ser entendido como englobando todas as formas ou fases estruturais de oxi-hidróxido de alumínio, incluindo boehmita.

[0007] No contexto do presente relatório descritivo, o termo "calcinação" deve ser deve ser considerado como englobando a remoção completa ou parcial da água fisicamente e quimicamente ligada e nãoligada que entra com a alimentação de hidróxido de alumínio para o calcinador.

[0008] Os estágios sucessivos são:
secar para remover a água não-ligada e fisicamente ligada;
aquecer em um forno para remover a água quimicamente ligada; e
resfriar o produto.

[0009] A calcinação é um processo intenso em energia. A água removida como vapor d'água a partir do hidróxido de alumínio durante a calcinação (~ 0,53 t de água/t de A) é perdida para a atmosfera através das chaminés, junto com sua energia de térmica latente (~ 1,2 GJ/t de A). Água adicional também é liberada para a atmosfera como vapor d'água a partir da água não-ligada que entra com a alimentação de hidróxido de alumínio para o calcinador e a partir dos produtos da combustão.

[00010] Em sistemas das técnicas anteriores, grandes quantidades de combustível são usadas para vaporizar a água não-ligada e aquecer o hidróxido de alumínio secado, com o que ele passa através de uma série de formas cristalinas intermediárias antes de atingir a forma de alumina final desejada.

[00011] Equipamentos e métodos de transmissão de calor direta para a secagem e decomposição do hidróxido de alumínio para formar um produto de alumina e vapor d'água incluem o uso de calcinadores estáticos, calcinadores de forno, aquecimento com resistência elétrica, óleo quente ou banhos de sais, aquecendo por indutância, lasers, plasmas, radiação de micro-ondas e combustão de combustíveis.

[00012] Em processos de calcinação instantânea e de forno, os gases da combustão de seção do forno se misturam diretamente com a substância hidratada que está sendo calcinada. Depois da calcinação, os gases são separados, por exemplo, através de ciclones e precipitadores eletrostáticos para captura de poeira. Os gases da chaminé são uma mistura dos produtos da combustão e vapor d'água.

[00013] A patente n° US 5.336.480 enuncia a calcinação de hidróxido de alumínio aquecendo indiretamente o hidróxido de alumínio em um recipiente pressurizado e coletando o vapor d'água liberado. O relatório descritivo enuncia que um leito do hidróxido de alumínio apresenta um comportamento autofluidizante ao aquecer devido à liberação de vapor d'água do hidróxido de alumínio depois da decomposição.

[00014] De acordo com a patente n° US 5.336.480, o vapor d'água é gerado para fornecer para as partes do digestor e evaporador do processo Bayer aquecendo o hidróxido de alumínio em um aparelho de decomposição para expulsar a água não-ligada e fisicamente ligada e alguma água ligada quimicamente do hidróxido de alumínio. Mais especificamente, o hidróxido de alumínio é aquecido indiretamente em tubos por gases de exaustão quentes. A água desprendida nos tubos no estado gasoso escoa para cima e é dito que fluidizam os leitos de partículas nos tubos. Isto foi denominado autofluidizante, pois o gás fluidizante advém das partículas em si. Durante a partida, o vapor d'água a partir de uma fonte auxiliar de vapor d'água pode ser usada para fluidizar as partículas nos tubos, até que a autofluidização seja conseguida.

[00015] Vantajosamente, a presente invenção permite a utilização de recipientes com pressão menor que o método da patente n° US 5.336.480, que requer um recipiente de alta pressão; uma consequência do coeficiente de transmissão de calor relativamente baixo do lado do gás. Outras consequências do grande tamanho desta unidade incluem a necessidade de adaptar a expansão térmica e as dificuldades associadas com a distribuição uniforme dos sólidos.

[00016] A discussão precedente dos antecedentes da invenção pretende facilitar a compreensão da presente invenção. Entretanto, devese avaliar que a discussão não é um reconhecimento ou admissão que qualquer um dos materiais referidos foi parte do conhecimento geral comum na Austrália desde a data de prioridade do pedido de patente.

[00017] Neste relatório descritivo inteiro, a menos que o contexto requeira diferentemente, a palavra "compreender" ou variações tais como "compreende" ou "compreendendo", deve ser entendida como inferindo a inclusão de um número inteiro ou grupo de números inteiros assinalados, mas não a exclusão de outro número inteiro ou grupo de números inteiros.

[00018] Neste relatório descritivo inteiro, a menos que o contexto requeira diferentemente, o termo "vapor «água" deve ser entendido como englobando vapor d'água seco (vapor d'água que não contém água mantida em suspensão mecanicamente), vapor d'água úmido (vapor d'água que contém água mantida em suspensão), vapor d'água saturado (vapor d'água na temperatura do ponto de ebulição que corresponde à sua pressão) ou vapor d'água superaquecido (vapor d'água aquecido até uma temperatura mais alta do que o ponto de ebulição correspondente à sua pressão).

[00019] Outras definições para termos selecionados aqui utilizados podem ser encontradas na descrição da invenção e se aplicam no relatório descritivo inteiro. A menos que diferentemente definido, todos os outros termos científicos e técnicos aqui utilizados têm o mesmo significado que comumente entendido pelos versados nas técnicas ás quais a invenção pertence.

DESCRICÃO DA INVENCÃO

[00020] Os versados nessas técnicas devem avaliar que a invenção aqui descrita é suscetível de variações e modificações diferentes daquelas especificamente descritas. Deve-se entender que a invenção inclui todas essas variações e modificações. A invenção inclui também todas as etapas, características, composições e compostos referidos ou indicados no relatório descritivo, individual ou coletivamente e qualquer e todas combinações de duas ou mais das etapas ou características.

[00021] A presente invenção não está limitada em seu âmbito pelas modalidades específicas aqui descritas, cujo propósito é apenas uma exemplificação. Produtos, composições e métodos funcionalmente equivalentes, estão claramente dentro do âmbito da invenção como aqui descrita.

[00022] Os teores inteiros de todas publicações (incluindo patentes, pedidos de patente, artigos de periódicos, manuais de laboratório, livros ou outros documentos) aqui citadas e aqui incorporadas como referência. A inclusão não constitui uma admissão que qualquer uma das referências constitui técnica anterior ou parte do conhecimento genérico comum desses trabalhos no campo ao qual esta invenção se refere.

[00023] De acordo com a presente invenção, fornece-se um método para a calcinação de hidróxido de alumínio, sendo que este método compreende as etapas de:
colocar em contato diretamente o hidróxido de alumínio com vapor d'água; e
calcinar pelo menos uma parte do hidróxido de alumínio para alumina e/ou oxi-hidróxido de alumínio,
onde pelo menos uma parte do vapor d'água é suprida a partir da calcinação da pelo menos uma parte do hidróxido de alumínio.

[00024] Deve-se avaliar que a alumina e o oxi-hidróxido de alumínio podem ser fornecidos em inúmeras formas estruturais.

[00025] Sem estar limitado pela teoria, acredita-se que a presente invenção pode ser utilizada para controlar as formas estruturais de alumina e oxi-hidróxido de alumínio assim produzidas.

[00026] De preferência, o método compreende as etapas de:
aquecer o hidróxido de alumínio colocando o hidróxido de alumínio em contato diretamente com vapor d'água.

[00027] De preferência, o método compreende a outra etapa de:
tratar o vapor d'água suprido para aumentar sua temperatura e/ou pressão antes de colocar o hidróxido de alumínio em contato diretamente com vapor d'água.

[00028] Deve-se avaliar que a temperatura e pressão e do vapor d'água determinarão se o vapor d'água contém qualquer água líquida entranhada.

[00029] A temperatura do vapor d'água é, de preferência, pelo menos cerca de 250 °C. Sem estar limitado pela teoria, acredita-se que o uso de vapor d'água para atingir o nível desejado de decomposição é reduzido aumentando a temperatura do suprimento de vapor d'água. Mais preferivelmente, a temperatura do vapor d'água é cerca de 480 °C. Sem desejar estar limitado pela teoria, acredita-se que quando a temperatura do vapor d'água é superior a cerca de 480 °C, o calcinador pode requerer construção a partir de materiais especializados tais como ligas de níquel-cromo. Em uma forma altamente preferida da invenção, a temperatura do vapor d'água é superior a 480 °C.

[00030] De preferência, a pressão do vapor d'água é superior a a pressão atmosférica. Em uma forma altamente preferida da invenção, a pressão do vapor d'água é superior a cerca de 600 kPa (6 bar).

[00031] De preferência, a pressão e temperatura do vapor d'água que sai da unidade de calcinação são apropriadas para uso adicional em uma usina de beneficiamento de bauxita. Em uma forma altamente preferida da invenção, a pressão do vapor d'água que sai da unidade de calcinação é superior a cerca de 600 kPa (6 bar).superior asuperior asuperior asuperior asuperior a

[00032] De preferência, o vapor d'água é vapor d'água superaquecido.

[00033] Em uma forma da invenção, o método compreende a etapa adicional de:
submeter o hidróxido de alumínio, quando presente, e a mistura de alumina e oxiidrôxido de alumínio a um segundo estágio de calcinação.

[00034] A etapa de submeter o hidróxido de alumínio e a mistura de alumina e oxi-hidróxido de alumínio a um segundo estágio de calcinação pode ser realizada por qualquer meio conhecido nessas técnicas, incluindo calcinação direta com gases da combustão de combustíveis, calcinação indireta com gases da combustão de combustíveis, calcinação direta com vapor d'água, calcinação indireta com vapor d'água, calcinação solar, com resistência elétrica e micro-ondas.

[00035] De preferência, a etapa de submeter o hidróxido de alumínio e a mistura de alumina e oxi-hidróxido de alumínio a um segundo estágio de calcinação é realizada em uma unidade de calcinação separada.

[00036] Quando o segundo estágio de calcinação compreende calcinação direta com gases da combustão de combustíveis, o segundo estágio de calcinação pode ser conduzido em um calcinador com suspensão de gases.

[00037] Deve-se avaliar que a temperatura do segundo estágio de calcinação será determinada pelas propriedades do produto de alumina requeridas. Por exemplo, sabe-se que a alumina para aplicações cerâmicas requer temperaturas de calcinação de cerca de 1.250 °C, enquanto que convencionalmente a calcinação de alumina para a produção de alumina grau fundição é conduzida em cerca de 850 a 1.100 °C. Acredita-se que o segundo estágio de calcinação pode ser conduzido em uma temperatura mais baixa.

[00038] De preferência, o segundo estágio de calcinação é conduzido em temperaturas entre cerca de 600 e 950 °C.

[00039] Sem estar limitado pela teoria, acredita-se que a calcinação direta com vapor d'água produz estrutura(s) de alumina diferentes(s) do que aquelas produzidas no primeiro estágio de calcinação convencional.

[00040] Quando o método compreende a etapa de:
submeter o hidróxido de alumínio e a mistura de alumina e oxi-hidróxido de alumínio a um segundo estágio de calcinação,
o método compreende de preferência a outra etapa de:
recuperação térmica do segundo estágio de calcinação.

[00041] Em uma forma da invenção, a etapa de:
recuperação térmica do segundo estágio de calcinação,
compreende a etapa de:
recuperação térmica em uma caldeira para gerar e reaquecer o vapor

[00042] De preferência, o vapor d'água é usado na etapa de:
colocar em contato diretamente o hidróxido de alumínio com vapor d'água.

[00043] De preferência, o método compreende a outra etapa de:
preaquecer o triidrôxido de alumínio.

[00044] Em uma forma da invenção, a etapa de:
preaquecer o hidróxido de alumínio;
é realizada concomitantemente com a etapa de:
colocar diretamente em contato o hidróxido de alumínio com vapor d'água.

[00045] Em uma segunda forma da invenção, a etapa de:
preaquecer o hidróxido de alumínio;
é realizada antes da etapa de:
colocar diretamente em contato o hidróxido de alumínio com vapor d'água.

[00046] De preferência, o método compreende a outra etapa de:
secar o hidróxido de alumínio.

[00047] Em uma forma da invenção, a etapa de:
secar o hidróxido de alumínio;
é realizada concomitantemente com a etapa de:
colocar diretamente em contato o hidróxido de alumínio com vapor d'água.

[00048] Em uma segunda forma da invenção, a etapa de:
secar o hidróxido de alumínio;
é realizada antes da etapa de:
colocar diretamente em contato o hidróxido de alumínio com vapor d'água.

[00049] Vantajosamente, a etapa de secar o hidróxido de alumínio pode diminuir o consumo de energia.

[00050] Em uma forma da invenção, o método compreende a outra etapa de:
desaguar o hidróxido de alumínio;
antes da etapa de colocar diretamente em contato o hidróxido de alumínio com vapor d'água.

[00051] De preferência, a etapa de:

[00052] Desaguar o hidróxido de alumínio;
compreende a etapa de:
desaguar o hidróxido de alumínio em um filtro de pressão, que pode incluir o
uso de vapor d'água.

[00053] Deve-se avaliar que quando o vapor d'água é usado subsequentemente na fábrica, pode ser necessário tratar o dito valor d'água para remover, por exemplo, partículas entranhadas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00054] A presente invenção será agora explicada apenas a titulo exemplificativo fazendo referência a uma sua modalidade, e o desenho anexo, no qual:

[00055] A Figura 1 é um fluxograma esquemático que ilustra um circuito do Processo Bayer; e

[00056] A Figura 2 é um fluxograma esquemático que ilustra como um método de acordo com a invenção pode ser utilizado em um circuito do Processo Bayer.

MELHOR MODO PARA CONDUZIR A INVENÇÃO

[00057] Os versados nessas técnicas devem avaliar que a invenção aqui descrita é suscetível a variações e modificações que não aquelas especificamente descritas. Deve-se entender que a invenção inclui todas essas variações e modificações. A invenção inclui também todas as etapas, características, composições e compostos referidos ou indicados no relatório descritivo, individualmente ou coletivamente e qualquer uma e todas combinações de duas ou mais das etapas ou características.

[00058] A Figura 1 ilustra um fluxograma esquemático do circuito do Processo Bayer 10 em uma usina de beneficiamento usando um único circuito de digestão, compreendendo as etapas de:
digestão 12 da bauxita 14 em uma solução cáustica;
separação líquido-sólido 16 da mistura em resíduo 18 e licor 20;
precipitação de hidróxido de alumínio 24 a partir do licor 20;
separação do hidróxido de alumínio 24 e licor 26; e
calcinação 31 do hidróxido de alumínio 24 para alumina 30 e água 32.

[00059] De acordo com a presente invenção, o hidróxido de alumínio 24 é alimentado para dentro de um duto e aquecido por contato direto com vapor d'água 34 em uma temperatura de aproximadamente 480 a 650 °C e mais do que 600 kPa (6 bar), melhor observado na Figura 2. O vapor d'água 34 aquece e seca o hidróxido de alumínio 24. A misturação do vapor d'água 34 e hidróxido de alumínio 24 resulta na liberação de água quimicamente ligada como vapor d'água em relação ao nível de energia disponível nas correntes misturadas. O vapor d'água resultante liberado se mistura com o vapor d’água de aquecimento 34.

[00060] A troca de calor entre o hidróxido de alumínio 24 e o vapor d'água 34 decompõe uma parte do hidróxido de alumínio 24 e produz uma mistura de hidróxidos de alumínio, oxi-hidróxidos, e várias formas de alumina 36, dependendo da temperatura do vapor d'água reciclado e da temperatura final dos sólidos. A decomposição do hidróxido de alumínio 24 resulta em um aumento no fluxo de massa de vapor d'água 38 que sai da fase de misturação. Vapor suficiente é adicionado de tal modo que a temperatura da mistura seja de cerca de 300 °C. O vapor d'água 38 e os sólidos 36 são separados usando tecnologia de separação de gás/sólidos tal como filtração. A redução global de energia resultante da calcinação sob pressão é através do uso o vapor d'água liberado como vapor d'água de processo.

[00061] O vapor d'água separado 38 é dividido em duas correntes 40 e 42. A corrente 40 atravessa um soprador de recirculação 44 para um reaquecedor de vapor d'água 46 por intermédio da corrente 48, aquecida até cerca de 480 a 650 °C e devolvido como corrente 34 e misturado com mais hidróxido de alumínio 24.

[00062] A corrente 42 que é realmente a água liberada do hidróxido de alumínio é resfriada até o requisito do vapor d'água da fábrica que é conseguido pela adição de água 50 que cria mais vapor d'água 52 e o vapor d'água descarregado para o circuito de vapor d’água da fábrica.

[00063] Os sólidos 36 da etapa de separação gás/sólidos são passados do estágio pressurizado para um Calcinador em Suspensão de Gases (GSC) 54 que opera em uma pressão aproximadamente atmosférica, onde são aquecidos até cerca de 850 °C para atingir a qualidade-alvo do produto.

[00064] Os gases quentes 56 do GSC 54 são usados no reaquecedor de vapor d'água 46 para aquecer o vapor d'água recirculado até a temperatura de recirculação de cerca de 480 a 650 °C. Devido ao balanço térmico, pode ser necessário adicionar combustível 58 ao reaquecedor de vapor d'água 46. A água 60 é adicionada para outra recuperação de calor a partir dos gases quentes antes de o gás quente ser descarregado para a chaminé 61.

[00065] A alumina quente 62 é resfriada com ar de resfriamento 64 e água 66 antes de descarregar como produto 68. O ar de resfriamento 64 é, portanto, preaquecido antes de passar de 70 para o GSC 54.

[00066] O combustível 72 (por exemplo, gás ou óleo) é adicionado ao GSC 54 para manter a temperatura requerida.

[00067] As correntes de água 66, 60 podem ser usadas para uma série de propósitos na fábrica conforme requerido pelo balanço de calor. Por exemplo, a água aquecida pode ser usada para resfriar o vapor d'água de processo (isto é, a corrente 50) ou estas correntes de água podem ser usadas para suplementar o fluxo de vapor d'água recirculado 34.

[00068] Em um calcinador em suspensão de gases convencional, os produtos da combustão do estágio de calcinação são usados para secar e preaquecer o hidróxido de alumínio. Os produtos da combustão são usados também para troca de calor contracorrente parcial na seção de calcinação. Quando a presente invenção utiliza um segundo estágio de calcinação que emprega produtos da combustão de um calcinador com suspensão de gases, não é possível para os produtos da combustão para proporcionar troca de calor contracorrente parcial na seção de calcinação. Consequentemente, os produtos da combustão do segundo estágio de calcinação são usados para reaquecer o vapor d'água necessário para a seção de calcinação sob pressão, como ilustrado na Figura 2. Como a temperatura do calcinador com suspensão de gases é cerca de 850 °C, pode não haver energia suficiente disponível nos produtos da combustão para produzir todo o vapor d'água e pode ser necessário disponibilizar mais combustível e ar para produzir o calor necessário para reaquecer o vapor d'água reciclado.

[00069] Como ilustrado na Figura 2, o vapor d'água é reciclado a partir do estágio de calcinação sob pressão através do uso do reaquecedor de vapor d'água 46. Para conseguir um balanço de calor apropriado, quantidades significativas de vapor d'água são necessárias em uma temperatura de 480 a 650 °C. Para proporcionar calor suficiente para a seção de calcinação sob pressão, o vapor d'água deve ser reciclado e ao fazer isto, a temperatura de entrada do vapor d'água para dentro do reaquecedor de vapor d'água deve ser tão baixa quanto praticável.

[00070] Um outro problema é que, dependendo do nível de decomposição atingido no primeiro estágio de pressão, pode haver menos energia consumida na câmara de suspensão de gases. Quando o nível de decomposição no estágio de pressão é alto haverá menos energia necessária no segundo estágio, e portanto, há menos ar requerido, e portanto, há ar insuficiente para resfriar a alumina até uma temperatura baixa o suficiente para descarregar para as correias transportadoras, etc. Consequentemente, é necessário recuperar o calor a partir do produto parcialmente resfriado e isto também pode estar na forma de vapor d'água de processo ou água de aquecimento para a caldeira de aquecimento.

[00071] Deve-se avaliar que inúmeros dispositivos de recuperação de calor podem ser empregados para recuperar de outra forma o calor gasto para as temperaturas normais da chaminé na faixa de 150 °C e a partir da alumina. Todos estes dispositivos de recuperação de calor poderiam ser uma única caldeira de calor gasto com várias zonas.

[00072] As modalidades da invenção foram formuladas, avaliadas e refinadas usando uma combinação de modelos na fábrica construídos em sobre primeiros princípios de engenharia química e adaptados para operações unitárias existentes da Bayer, uma base de dados extensiva de propriedades e dados termodinâmicos da Bayer, experiência operacional da Bayer, e modelos de fluxogramas construídos dentro da Tecnologia ASPEN PlusTM, do software de simulação de processo da ASPEN Technology, Inc. com pacotes de propriedades físicas no estado da arte, incluindo propriedades de processo Bayer e operações unitárias construídas internamente.

[00073] Deve-se avaliar que os números fornecidos abaixo em relação a vazões e temperaturas são específicos para os modelos e modalidades usadas e são influenciados por parâmetros encaixados nos modelos.

[00074] Investigações foram ressaltadas que a aplicação direta de calcinação direta com vapor d'água pode produzir aproximadamente 0,39 tonelada de vapor d'água da fábrica por tonelada de alumina, (0,32 tonelada diretamente a partir da decomposição de hidróxido de alumínio e mais 0,07 tonelada de vapor d'água a partir de 4,5% de água não-ligada no material de alimentação). Deve-se assinalar que o vapor d'água da recuperação de calor gasto não está incluído na 0,39 tonelada acima de vapor d'água gerado.

[00075] A quantidade máxima de vapor d'água gerada é atingida quando toda a água ligada é removida no estágio pressurizado; entretanto, as condições e a vazão de vapor d'água necessárias torna isto impraticável. Estudos preliminares ressaltaram (vide Tabela 1) que o limite mínimo prático é atingido quando aproximadamente um desempenho átimo é atingido quando aproximadamente 60% da água ligada são liberados a partir da decomposição de hidróxido de alumínio na seção de calcinação sob pressão e fornece os seguintes resultados para uma fábrica com uma capacidade de 100 t/h de:

[00076] Vapor d'Água de Fábrica produziu 32 t/h a 800 kPa (8 bar) (absoluta) e 220 °C

[00077] Em operações convencionais de calcinador com suspensão de gases, a alumina é produzida em um patamar de aproximadamente 3,0 GJ/t (para fábrica a gás) e vapor d'água em aproximadamente 2,57 GJ/t. Portanto, utilizando os equipamentos atuais para produzir os mesmos níveis de alumina e vapor d'água, a energia consumida seria; a redução de energia para produzir o vapor d'água acima é, portanto, 2,57 * 0,39 = 1,0 GJ/t de alumina

[00078] Baseado nos cálculos acima, a presente invenção oferece um potencial significativo para reduzir os custos de energia das fábricas.

[00079] Embora o texto acima ressalte economias significativas, prevê-se que economias adicionais podem ser conseguidas através de otimização adicional.

[00080] A Tabela 1 abaixo indica os resultados a partir de dados e modelos de processo. Em cada caso, a condição-alvo de vapor d'água que sai do sistema para a fábrica é uma pressão de 800 kPa (8 bar) e 220 °C.
Tabela 1
Dados e Resultados da Modelagem do Processo

[00081] Comparado com um calcinador com suspensão de gases convencionais no qual o consume de energia é de aproximadamente 3 GJ/t de Al2O3 para unidades a gás (2,9 para unidades a óleo), o indicado acima representa uma economia significativa em energia.

[00082] A economia precisa ser avaliada como uma comparação da energia para produzir alumina em um calcinador convencional mais a energia para produzir a mesma quantidade de vapor d'água em uma operação de caldeira convencional.

[00083] Utilizando o modelo no qual 0,39 tonelada de vapor d'água por tonelada de alumina são produzidos a partir do estágio de pressão, da alimentação de hidróxido de alumínio por contato direto com vapor d'água, um calcinador de 100 t/h requereria a recirculação de aproximadamente 248 t/h de vapor d'água a aproximadamente 650 °C. O principal duto de troca de calor teria aproximadamente 1,3 m de diâmetro com uma velocidade-alvo de 10 ms-1 . Em um calcinador com suspensão de gases convencional para uma fábrica de 100 t/h, o diâmetro seria normalmente cerca de 2,7 m. Além disso, o equipamento do segundo estágio também seria menor. Deve-se avaliar que a presente invenção utilizará equipamentos menores do que a tecnologia de calcinador com suspensão de gases. Acredita-se que a reciclagem de grandes volumes de vapor d'água em alta temperaturas seja melhor conseguida através do uso de turbomáquina. Deve-se avaliar que como as turbomáquinas devem ter vapor d'água limpo, pode ser necessário filtrar o vapor d'água.

[00084] Os cálculos demonstraram que a calcinação usando aquecimento direto com vapor d'água tem o potencial de recuperar energia da ordem de 1 GJ/t de alumina, através da produção de até 0,39 tonelada de vapor d'água por tonelada de alumina.

Claims

Método para calcinação de hidróxido de alumínio, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:
colocar o hidróxido de alumínio diretamente em contato com vapor d'água;
calcinar pelo menos uma parte do hidróxido de alumínio até alumina e/ou oxi-hidróxido de alumínio, sendo que pelo menos uma parte do vapor d'água é suprida a partir da calcinação de pelo menos uma parte do hidróxido de alumínio;
tratar o vapor d'água suprido para aumentar sua temperatura antes de colocá-lo em contato direto com o hidróxido de alumínio; e
submeter o hidróxido de alumínio, onde presente, e a mistura de alumina e oxi-hidróxido de alumínio até um segundo estágio de calcinação,
sendo que a etapa de submeter o hidróxido de alumínio e a mistura de alumina e oxi-hidróxido de alumínio para um segundo estágio de calcinação é realizada por calcinação direta com gases da combustão de combustíveis, calcinação indireta com gases da combustão de combustíveis, calcinação direta com vapor d'água, calcinação indireta com vapor d'água, calcinação solar, com resistência elétrica e micro-ondas,
sendo que a temperatura do vapor d'água é de 480ºC a 650ºC, e
sendo que a pressão do vapor d'água é superior a 600 kPa (6 bar).
Método para calcinação de hidróxido de alumínio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende a outra etapa de:
aquecer o hidróxido de alumínio colocando o hidróxido de alumínio em contato diretamente com vapor d'água.
Método para calcinação de hidróxido de alumínio, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende a outra etapa de:
tratar o vapor d'água suprido para aumentar sua pressão antes de colocar o hidróxido de alumínio em contato diretamente com o vapor d'água.
Método para calcinação de hidróxido de alumínio, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a pressão do vapor d'água que sai da unidade de calcinação é superior a 600 kPa (6 bar).
Método para a calcinação de hidróxido de alumínio, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o vapor d'água é vapor d'água superaquecido.
Método para calcinação de hidróxido de alumínio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de submeter o hidróxido de alumínio e a mistura de alumina e oxihidróxido de alumínio a um segundo estágio de calcinação é realizada em uma unidade de calcinação separada.
Método para calcinação de hidróxido de alumínio, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o segundo estágio de calcinação é conduzido em um calcinador com suspensão de gases.
Método para calcinação de hidróxido de alumínio, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o segundo estágio de calcinação é conduzido a 850 °C.
Método para calcinação de hidróxido de alumínio, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que compreende a outra etapa de:
recuperação térmica do segundo estágio de calcinação.
Método para calcinação de hidróxido de alumínio, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a etapa de:
recuperação térmica do segundo estágio de calcinação, compreende a etapa de:
recuperação térmica em uma caldeira para gerar e reaquecer vapor d'água.
Método para calcinação de hidróxido de alumínio, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o vapor d'água é usado na etapa de:
colocar diretamente em contato o hidróxido de alumínio com vapor d'água.
Método para calcinação de hidróxido de alumínio, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que
compreende a outra etapa de:
preaquecer o hidróxido de alumínio
Método para calcinação de hidróxido de alumínio, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a etapa de:
preaquecer o hidróxido de alumínio;
é realizada concomitantemente com a etapa de:
colocar diretamente em contato o hidróxido de alumínio com vapor d'água.
Método para calcinação de hidróxido de alumínio, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a etapa de:
preaquecer o hidróxido de alumínio;
é realizada antes da etapa de:
colocar diretamente em contato o hidróxido de alumínio com vapor d'água.
Método para calcinação de hidróxido de alumínio, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que o método compreende a outra etapa de:
secar o hidróxido de alumínio.
Método para calcinação de hidróxido de alumínio, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a etapa de:
secar o hidróxido de alumínio;
é realizada concomitantemente com a etapa de:
colocar diretamente em contato o hidróxido de alumínio com vapor d'água.
Método para calcinação de hidróxido de alumínio, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo tato de que a etapa de:
secar o hidróxido de alumínio;
é realizada antes da etapa de:
colocar diretamente em contato o hidróxido de alumínio com vapor d'água.
Método para calcinação de hidróxido de alumínio, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizado pelo fato de que compreende a outra etapa de
desaguara hidróxido de alumínio;
antes da etapa de colocar diretamente em contato o hidróxido de alumínio com vapor d'água.
Método para calcinação de hidróxido de alumínio, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a etapa de:
desaguar o hidróxido de alumínio;
compreende a etapa de:
desaguar o hidróxido de alumínio em um filtro de pressão, que pode incluir o uso de vapor d'água.