ES2084160T5 - Procedimiento e instalacion para la preparacion de cromatos alcalinos a partir de minerales de cromo. - Google Patents
Procedimiento e instalacion para la preparacion de cromatos alcalinos a partir de minerales de cromo.Info
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Abstract
LA PRESENTE INVENCION ESTA RELACIONADA CON LA PRODUCCION DE CROMADOS ALCALINOS A PARTIR DE MINERALES DE CROMO. LOS MINERALES TERROSOS SE MEZCLAN FINAMENTE CON ALCALI. A CONTINUACION SE ALIMENTA CONSTANTEMENTE LA MEZCLA A UN REACTOR GIRATORIO (1) SITUADO EN UNA CAMARA DE CALENTAMIENTO (5) Y SE CALIENTA A UNA TEMPERATURA COMPRENDIDA ENTRE 500 (GRADOS) Y 1500 (GRADOS) C. SIMULTANEAMENTE, LA MEZCLA SE PASA (4) CON UNO O MAS GASES DE OXIDACION QUE CONTIENEN OXIGENO CUYA COMPOSICION ES CONOCIDA, PREESTABLECIDA Y AJUSTABLE CON EL FIN DE OXIDAR LOS COMPUESTOS DE CROMO TRIVALENTE EN UN AMBIENTE CONTROLADO. LA MEZCLA DE OXIDACION SE TRANSPORTA A TRAVES DE UN MEDIO (3) Y, A CONTINUACION, SE FILTRA.
Description
Procedimiento e instalación para la preparación
de cromatos alcalinos a partir de minerales de cromo.
La presente invención se refiere a la
desagregación oxidante de minerales de cromo, es decir, a la
preparación de compuestos de cromo hexavalente por la oxidación de
compuestos de cromo trivalente y, en particular, de minerales que
contienen cromo trivalente.
La extracción de cromo trivalente de los
minerales naturales que lo contienen (minerales que a continuación
se indicarán con el término genérico "cromita") comporta la
oxidación del cromo trivalente presente en los minerales a cromo
hexavalente y extrayéndolo a continuación, por subsiguiente
lixiviado en forma de sales solubles de cromo hexavalente.
Los métodos convencionales para la desagregación
oxidante de la cromita comportan la molturación fina del mineral,
que a continuación es oxidado en presencia de carbonatos sódicos y/o
hidróxido sódico o de otros metales alcalinos, a una temperatura
comprendida entre 600 y 1500ºC.
Además, se añaden a la mezcla materiales de
dilución y en algunos casos oxidantes. En general se utilizan como
diluyentes óxidos ferrosos y residuos de lixiviado.
Las elevadas temperaturas necesarias para la
reacción de oxidación se obtienen por calentamiento de la mezcla
directamente, es decir, poniendo la masa a desagregar en contacto
directo con la llama y con los productos de la combustión del
quemador usualmente diluidos en el aire atmosférico necesario para
la oxidación.
Se han propuesto diferentes métodos de trabajo o
composiciones de la mezcla con la finalidad de mejorar los
rendimientos del proceso.
Por ejemplo, las patentes nºs
DE-25 57 403 y DE-26 07 131 se
refieren a la desagregación de minerales de cromita pobres en cromo
pero particularmente ricos en sílice; la patente Nº
DE-25 42 054 propone un proceso de fases múltiples
que, en su forma preferente, prevé tres ciclos de oxidación en
caliente (quemado), con la finalidad de aumentar los rendimientos de
la transformación de CR_{2}O_{3} de la cromita en cromato
hidrosoluble a valores comprendidos entre 70 y 85%.
La patente europea nº
EP-A-027 868 da a conocer la
alimentación de hornos con una mezcla de minerales peletizados en un
líquido acuoso, obtenido en la práctica por la utilización de
residuos de lixiviación en húmedo.
La patente US-A-4
244 925 da a conocer que el proceso de quemado de los minerales de
cromita se lleva a cabo preferentemente por calentamiento directo de
la mezcla de dichos minerales en un horno de manera que, durante la
fase de calentamiento, los gases de la combustión se mezclan de
alguna manera con los gases oxidantes.
La principal desventaja de todos estos métodos
conocidos que se han descrito anteriormente es la dificultad de
obtener una concentración de O_{2} en los gases oxidantes
suficiente para la oxidación completa del cromo trivalente presente
en el mineral, puesto que el oxígeno presente en los gases de la
combustión enriquecidos con el aire no es usualmente superior a
8-10% del total.
Además, el hecho de que tanto los gases de
combustión como los de dilución se lleven a establecer contacto
directo con las mezclas conduce al arrastre de las partículas del
horno. Estas partículas deben ser separadas con los consiguientes y
no despreciables perjuicios ecológicos, puesto que contienen
asimismo cromo hexavalente.
Para mejorar las características de la atmósfera
dentro del horno, se han hecho intentos de incrementar el contenido
de oxígeno de los gases oxidantes. Por ejemplo, la patente Japonesa
nº 75905 (Nippon K.K.), que describe la introducción de gas rico en
oxígeno por debajo de la llama de un horno tubular rotativo con
calentamiento directo. Esta solución conduce, no obstante, a un
incremento de las partículas arrastradas y de la formación de
anillos de suciedad sin mejoras sensibles en los rendimientos.
En un procedimiento alternativo, conocido desde
principios de siglo (se citan por ejemplo, las patentes Alemanas nº
DE-163814 y nº DE-171089), la
reacción de oxidación de los minerales de cromo es llevada a cabo a
una temperatura relativamente baja (400-700ºC)
utilizando mezclas de flujo bajo, obtenidas generalmente gracias a
la presencia de elevadas cantidades de hidróxidos alcalinos en la
mezcla. La oxidación es ayudada habitualmente por inyección de gases
que contienen oxígeno dentro del baño de fusión o por añadidura de
cedentes de oxígeno (tales como sales alcohol de ácidos de
nitrógeno, óxidos de manganeso, óxidos de plomo y similares) a la
mezcla.
Otro problema que se presenta de las técnicas
conocidas se debe al hecho de que el monocromato que se forma
durante la reacción se funde a la temperatura de quemado del
material.
Se ha descubierto que el monocromato fundido
inicialmente es dispersado en el material presente en el reactor, y
es "absorbido" por él. Cuando un cierto porcentaje de peso de
monocromato (Na_{2}CrO_{4}) con respecto al peso total de
material cargado en el reactor se sobrepasa, la ganga de la cromita
no puede ya "absorber" y retener el monocromato fundido, que
establece contacto con el reactor, formando anillos de suciedad (en
el caso de hornos tubulares), con todas las desventajas relacionadas
con ello.
El mineral de cromita usualmente contiene una
cantidad de óxidos de cromo que darán un peso de monocromato
superior al máximo porcentaje "absorbible", que para el proceso
conocido en fase seca no es habitualmente superior al 40%.
Este hecho ha provocado diferentes intentos de
encontrar diferentes tipos de soluciones para posibilitar el trabajo
con rendimientos de conversión económicamente aceptables de
compuestos de cromo y alcalino.
Una primera solución, que es la más ampliamente
adoptada, consiste en añadir a la mezcla a someter a desagregación
oxidante uno o varios materiales de "dilución" que no tienen
contenido de cromo o lo tienen muy reducido, pudiendo así retener o
"absorber" el monocromato fundido.
Para esta finalidad, se utiliza frecuentemente
las tierras resultantes de la desagregación oxidante anterior.
Esta solución tiene la desventaja de tener que
tratar cada vez una masa de material mucho mayor que la ideal, que
consiste solamente en minerales y productos alcalinos.
Una segunda solución se describe en la Patente
U.S.A. nº 3 963 824. En esta técnica el mineral de cromito molido es
dispersado en un baño de sales alcalinas de flujo bajo e
indirectamente calentado en un reactor, con agitación y con
inyección de oxígeno. La principal desventaja de esta técnica
consiste en el excesivo consumo de sales alcalinas que deben
encontrarse presentes en una proporción con respecto al material que
varía entre 5 : 1 y 20 : 1, lo cual hace esta técnica
substancialmente inadecuada para su aplicación a procesos
industriales a causa de los elevados costes que comporta.
De acuerdo con otra técnica descrita en la
Patente U.S.A. nº 3 295 954 una mezcla "binaria", es decir
solamente de minerales de cromita y álcalis, es sometida a una
desagregación oxidante mientras que la mezcla se encuentra en
reposo. Para esta finalidad la mezcla es preparada en tortas, que
son situadas en contenedores especiales y arrastradas a lo largo de
un horno calentado de manera indirecta, dentro del cual existen
corrientes de aire atmosférico. De esta manera se hace posible
evitar el escape de monocromato fundido del mineral, incluso en
ausencia de materiales de dilución, obteniendo de esta manera un
rendimiento de la transformación del cromo presente en el mineral de
90% aproximadamente.
La desventaja de esta técnica reside en el hecho
de que requiere que la mezcla se encuentre en el estado de reposo
absoluto durante la oxidación. Los reactores continuos tales como
los hornos rotativos quedan expresamente excluidos en esta técnica
puesto que darían lugar a los fenómenos anteriormente mencionados de
formación de anillos y suciedad. Por lo tanto es fácil apreciar la
naturaleza antieconómica de esta técnica y las dificultades de
realización práctica.
La presente invención está destinada a un
procedimiento que permite la desagregación oxidante de materiales
que contienen compuestos de cromo trivalente en condiciones
controladas, con elevados rendimientos y sin formación de
suciedad.
Un segundo objetivo de la invención consiste en
llevar a cabo dicha desagregación oxidante por medio de un
procedimiento que permite que los compuestos de cromo contenidos en
dichos minerales que contienen cromo trivalente se conviertan en un
tiempo reducido.
Un tercer objetivo de la invención consiste en
posibilitar la dispersión de los gases de la combustión directamente
en la atmósfera exterior sin necesidad de instalaciones para la
purificación de gases procedentes de los residuos de cromo.
Otro objetivo adicional de la invención consiste
en la realización de una instalación para llevar a cabo el
procedimiento de la invención.
Todos estos objetivos han sido corregidos por la
presente invención, que da a conocer un proceso para la producción
de cromatos alcalinos por medio de desagregación oxidante en un
reactor de minerales y/o substancias que contienen compuestos de
cromo trivalente en una mezcla con álcalis y en presencia de gases
oxidantes tal como se caracteriza en la reivindicación 1.
La invención también se refiere a un proceso para
la desagregación oxidante de materiales que contienen compuestos de
cromo trivalente, tales como cromita, tal como se indica en la
reivindicación 11.
La invención también se refiere a una instalación
para la desagregación oxidante de minerales que contienen cromo
trivalente, según las características de la reivindicación 13.
Por medio de este procedimiento y de su
correspondiente instalación se consigue un incremento significativo
en el rendimiento de transformación y se consigue un sorprendente
incremento en la cinética de la reacción, con la consiguiente
reducción del tiempo de horneado y grandes ventajas en términos de
productividad del horno.
La invención se describirá a continuación, de
manera más detallada, haciendo referencia a los dibujos adjuntos,
que se tienen que considerar de manera únicamente ilustrativa y no
limitativa, en los cuales:
La figura 1 muestra una vista en sección
longitudinal de una realización preferente de una instalación de
acuerdo con la invención;
La figura 2 muestra un diagrama de las fases del
proceso de acuerdo con la invención;
La figura 3 muestra un gráfico en el que se han
marcado los rendimientos de transformación de la sosa y de la
cromita en relación con el tiempo para diferentes concentraciones de
oxígeno, utilizando el procedimiento objeto de la invención.
El procedimiento según la invención comporta la
desagregación oxidante, es decir, que el material que contiene
compuestos de cromo trivalente es inicialmente molido a una
granulometría preestablecida y a continuación mezclado
(preferentemente en fase seca) con álcalis, y si es necesario, con
materiales de dilución, que han sido también molidos a la
granulometría deseada.
La mezcla obtenida de este modo puede ser
precalentada de acuerdo con técnicas conocidas (por ejemplo,
mediante la utilización de gases calientes procedentes de la
instalación), siendo alimentada a continuación a un reactor en el
que tiene lugar la oxidación del mineral que conduce a la formación
de cromatos alcalinos.
De acuerdo con los principios de la invención,
los dispositivos de calentamiento son distintos de los medios
utilizados para alimentación de los gases de oxidación y el oxígeno
necesario para esta reacción es suministrado al alimentar los gases
que contienen diferentes concentraciones preestablecidas y
ajustables de oxígeno a la mezcla de manera controlada. En otras
palabras, a diferencia de los procesos conocidos, la fase de
oxidación tiene lugar en un ambiente controlado en ausencia de los
productos de combustión de los quemadores que en los procesos
tradicionales suministran al sistema el calor y el oxígeno necesario
para la reacción.
El calor necesario para llevar la mezcla a la
temperatura de reacción, que es generalmente de 500 a 1500ºC, es
suministrado a la mezcla por medio de calentamiento directo o
indirecto de la misma.
En la realización preferente de la invención, se
llevó a cabo el calentamiento indirecto de la mezcla por medio de
quemadores situados fuera del reactor. En este caso el calor pasa
por las paredes del reactor, las cuales no requieren por lo tanto
aislamiento.
También es posible calentar directamente la
mezcla. En este caso, no obstante, se utilizarán resistencias
eléctricas o medios equivalentes de calentamiento que permiten el
funcionamiento en un ambiente controlado con elevados porcentajes de
oxígeno y reducidos volúmenes de gas.
Al final de la reacción de oxidación, la
"frita" obtenida es lixiviada de manera conocida para extraer
en forma de soluciones acuosas los cromatos alcalinos, objeto de la
presente invención.
El calentamiento de la mezcla que se ha descrito
anteriormente permite la verificación de la composición de los gases
oxidantes alimentados a la misma, ajustando la concentración de
O_{2} en relación con la composición de la mezcla, la temperatura
de la reacción y la cinética deseada introduciendo gases con
concentraciones de oxígeno comprendidas entre 8% y 100%.
Además del ajuste de la concentración de oxígeno
la concentración puede ser controlada por la añadidura de
compuestos oxidantes a la mezcla.
Además, el procedimiento de acuerdo con la
invención, tal como se apreciará claramente de los Ejemplos que se
citan más adelante, ha demostrado ser especialmente ventajoso en el
caso en el que el reactor es alimentado mediante gases que contienen
un volumen de oxígeno superior al contenido en el aire
(aproximadamente 21%), y particularmente cuando el reactor es
alimentado con oxígeno substancialmente puro y calentado.
El calentamiento de la mezcla en un ambiente
controlado mantiene los productos de la combustión de los quemadores
separados con respecto a los gases oxidantes y por lo tanto evita el
arrastre de las partículas de los gases que se originan por el
calentamiento del reactor. Como consecuencia, dejan de ser
necesarias las costosas instalaciones de separación y purificación
indispensables en los procedimientos tradicionales.
Los productos de la combustión que salen libres
de partículas, particularmente libres de cromo, pueden ser enviados
directamente a los cambiadores de calor de recuperación y luego
directamente a la atmósfera.
Los gases resultantes de la reacción de oxidación
en el caso en el que el álcali presente en la mezcla comprende
carbonatos y/o bicarbonatos contienen dióxido de carbono generado
por la descomposición de dichos carbonatos/bicarbonatos.
Se puede obtener una concentración de CO_{2}
incluso más elevada del 90% en los gases que salen del reactor al
regular oportunamente el caudal y la composición de los gases
oxidantes.
Este resultado ha sido conseguido utilizando
medios adecuados que impiden la dilución del gas dentro del
reactor.
El dióxido de carbono obtenido de este modo,
después de su apropiado lavado y enfriamiento, puede ser dirigido
ventajosamente al proceso de acidificación para proporcionar la
carbonación de la solución acuosa de cromatos alcalinos obtenida por
lixiviado de la mezcla oxidada.
Se debe observar en este punto que la presente
invención puede permitir por lo tanto que los gases de salida del
reactor puedan ser obtenidos con una concentración suficientemente
elevada de dióxido de carbono para permitir su alimentación directa
al dispositivo de carbonado de la solución de cromato, sin tener que
proceder en primer lugar a la concentración del dióxido de
carbono.
Además, el volumen de dióxido de carbono obtenido
es tal que es completamente suficiente para las necesidades del
proceso de transformación de los cromatos en dicromato alcalino para
carbonación. El reactor genera elevadas concentraciones de dióxido
de carbono y por lo tanto evita la necesidad de instalaciones
especiales para la producción de dióxido de carbono.
Otro aspecto particularmente ventajoso del
procedimiento de la presente invención consiste en el hecho de que
los gases de la salida del reactor son analizados haciendo posible
ajustar las condiciones de reacción y hacer máximo el ciclo de
producción.
Además, al ajustar de manera apropiada los gases
de oxidación, la presente invención permite una conversión más o
menos completa de los álcalis en monocromatos alcalinos (figura 3),
y esto se refleja por la naturaleza de los compuestos resultantes de
la elaboración de la cromita.
En realidad, al revés de lo que ocurre en los
procesos conocidos de desagregación oxidante en ausencia de
compuestos de calcio (o cuando la cantidad de dichos compuestos en
la mezcla es limitada), las tierras resultantes obtenidas después
del lixiviado, de modo sorprendente, no tienen características
magnéticas.
Esto significa que los procesos químicos de las
fases de horneado y de oxidación difieren substancialmente de los
que son conocidos hasta el momento, dado que la presente invención
hace posible la transformación completa de los carbonatos en
cromatos.
Este resultado específico hace también posible
controlar el grado de utilización del álcali en el proceso de
horneado de la mezcla, en relación con la presencia o ausencia de
características magnéticas en las tierras resultantes.
Sobre este punto, se debe insistir en que la
obtención de las tierras resultantes con características magnéticas
indican que la transformación descrita no ha sido completa lo cual
es posiblemente favorable a la capacidad de la planta.
A continuación se describirá una serie de pruebas
preliminares que han sido llevadas a cabo en un horno de esmaltar de
laboratorio. Los resultados forman una importante base para
descubrir nuevas e importantes características del procedimiento, y
como consecuencia de la instalación según la invención. Todas las
partes se refieren a peso con respecto a la mezcla. Los porcentajes
de Bicromato Equivalente (B.E.) son partes en peso de B.E. extraídas
de 100 partes en peso de una mezcla de cromita. El mineral de cromo
mencionado en los siguientes ejemplos es una cromita con la
siguiente composición: Cr_{2}O_{3} 46,2%, FeO 27,1%,
Al_{2}O_{3} 15,9%, MgO 9,7%, SiO_{2} 1,0%.
Los siguientes ejemplos 1-6 no
corresponden a la invención.
Una mezcla, constituida por 100 partes de mineral
de cromo, 66 partes de carbonato sódico y 120 partes de residuos de
lixiviados secos derivados de desagregaciones anteriores, es
sometida a horneado o "quemado" a 1050ºC durante 30' en un
horno de esmaltar de laboratorio.
Se realizaron numerosas pruebas cambiando el
contenido de oxígeno de la mezcla gaseosa presente en el horno.
Los rendimientos en términos de la transformación
del cloro presente en el mineral en cromato sódico que se puede
lixiviar de la mezcla de reacción varía del modo siguiente:
\newpage
| O_{2} % en volumen | rendimiento | ||||
| 4 \; | 52% | ||||
| 8 \; | 70% | ||||
| 10 \; | 78% | ||||
| 21 \; | 83% | ||||
| 100 \; | 95% |
Una mezcla, constituida por 100 partes de mineral
de cromo, 66 partes de carbonato sódico, 31,5 partes de caliza y
88,5 partes de residuos de lixiviado secos derivados de
desagregaciones anteriores, es sometida a horneado a 1050ºC durante
30' en un horno de esmaltado de laboratorio.
Se realizan pruebas, cambiando el contenido de
oxígeno de la mezcla gaseosa presente en el horno.
Los rendimientos en términos de la transformación
del cromo presente en el mineral en cromato sódico que se puede
lixiviar de la mezcla de reacción varían del modo siguiente:
| O_{2} % en volumen | rendimiento | ||||
| 7 \; | 82% | ||||
| 10,5 | 87% | ||||
| 21 \; | 90% |
Una mezcla, compuesta por 100 partes de mineral
de cromo y 48 partes de carbonato sódico es calentada en horno a
780ºC durante 3 horas en un horno de mufla de laboratorio.
Se hacen dos pruebas: la primera en el aire y la
segunda en oxígeno puro.
El rendimiento en términos de transformación de
carbonato sódico en cromato pasa de 71,9 a más de 99%.
Una mezcla constituida a base de 100 partes de
mineral de cromo, 54 partes de carbonato sódico y 46 partes (23%) de
residuos de lixiviados secos procedentes de desagregaciones
anteriores, es tratada térmicamente a 960ºC durante 10' en un horno
de esmaltado de laboratorio.
Se hacen dos pruebas: la primera en el aire y la
segunda en oxígeno puro.
El rendimiento en términos de la transformación
de carbonato sódico en cromato pasa de 88,2 a más de 99%.
Una mezcla, compuesta de 100 partes de mineral de
cromo (75,2% de cromita) y 33 partes (24,8%) de carbonato sódico, es
sometida a calentamiento a 900ºC durante 10' en un horno de
esmaltado de laboratorio.
Se llevan a cabo dos pruebas: la primera en el
aire y la segunda en oxígeno puro.
El rendimiento en términos de la transformación
de carbonato sódico en cromato pasa de 88,7 a más de 99%.
Una mezcla, compuesta de 100 partes de mineral de
cromo (70% de cromita) y 43 partes (30%) de carbonato sódico, es
calentada en oxígeno puro a 950ºC durante 10' en un horno de mufla
de laboratorio.
En estas condiciones, el rendimiento en términos
de la transformación de carbonato sódico en cromato es de más de
98%.
La frita es lixiviada y 100 partes del residuo
seco se mezclan con 30 partes de carbonato sódico y nuevamente se
somete a calentamiento en oxígeno, en ese caso a 1050ºC durante 1
hora.
En estas condiciones, el rendimiento en términos
de la transformación del Cr_{2}O_{3} presente en el mineral en
cromato sódico aumenta a más del 95%.
El residuo final contiene 3,7% de
Cr_{2}O_{3}.
Los datos que se originan de los ejemplos antes
mencionados muestran la forma en la que el incremento en la
transformación del cromo corresponde al incremento en la
concentración de oxígeno en el medio ambiente en el que tiene lugar
la reacción de transformación del cromo. Estos rendimientos alcanzan
casi el 100% en el caso en el que se encuentra oxígeno puro en la
cámara de reacción.
La invención se describirá a continuación por
medio de los siguientes ejemplos que se deben considerar solamente
como ejemplos de la presente invención y no restrictivos en modo
alguno.
Una mezcla, compuesta por 100 partes de mineral
de cromo, 52,5 partes de carbonato sódico y 15 partes de residuo de
lixiviado seco derivado de las desagregaciones previas, se envía de
manera continuada a una instalación piloto de quemado. Dicha
instalación consiste en un reactor tubular rotativo calentado
exteriormente, sin revestimiento, de aleación especial, que tiene
las siguientes dimensiones más características: diámetro -250 mm;
longitud calentada
-3000 mm. La mezcla es alimentada a una proporción de 7,5 kg/hora y la temperatura interna del reactor se mantiene en 980ºC. Con una contracorriente de flujo de aire, el rendimiento en términos de conversión del carbonato sódico en cromato sódico es justamente superior a 96%.
-3000 mm. La mezcla es alimentada a una proporción de 7,5 kg/hora y la temperatura interna del reactor se mantiene en 980ºC. Con una contracorriente de flujo de aire, el rendimiento en términos de conversión del carbonato sódico en cromato sódico es justamente superior a 96%.
Una mezcla, compuesta de 100 partes de mineral de
cromo, 52,5 partes de carbonato sódico y 15 partes de residuos de
lixiviado secos procedentes de desagregaciones anteriores, es
enviada de manera continua a la instalación descrita en el ejemplo
anterior. Manteniendo la temperatura interna del reactor en 980ºC,
pero enviando a su interior una corriente en sentido contrario de
oxígeno puro, una proporción de alimentación de 28 kg/hora
proporciona rendimientos en términos de conversión del carbonato
sódico en cromato sódico superiores al 98%. Los residuos obtenidos
después de lixiviar el producto de reacción no tienen
características magnéticas. El gas en la salida del reactor tiene la
siguiente composición indicativa en seco: CO_{2} 88%, O_{2} 11%,
N_{2} 1%.
Una mezcla, constituida por 100 partes de mineral
de cromo, 26,5 partes de carbonato sódico, 41 partes de bicarbonato
sódico y 15 partes de residuos de lixiviado secos derivados de
desegregaciones previas, es enviada de manera continua a la
instalación descrita en el ejemplo 7, manteniendo en el interior del
reactor una temperatura de 980ºC, enviando una corriente en sentido
contrario de oxígeno puro con una proporción de 29,5 kg/hora, se
consiguen rendimientos de conversión de carbonato sódico y de
cromato sódico superiores a 98%.
Los residuos del producto de reacción obtenidos
después de lixiviado no tienen características magnéticas. El gas
en la salida del reactor tiene la siguiente composición en seco:
CO_{2} 90%; O_{2} 9%; N_{2} 1%.
Una mezcla binaria, constituida por 100 partes de
mineral de cromo y 57,3 partes de carbonato sódico es enviada de
manera continua a la instalación descrita en el Ejemplo 7. La mezcla
es alimentada a una proporción de 28 kg/hora. La temperatura dentro
del reactor se mantiene en 990ºC, y con una corriente en sentido
contrario de oxígeno puro se consigue un rendimiento en términos de
conversión de carbonato sódico en cromato sódico de más del 97%.
Una mezcla binaria, constituida por 100 partes de
mineral de cromo (63,6% de cromita) y 57,3 partes (36,4%) de
carbonato sódico es enviada de manera continua a la instalación
descrita en el Ejemplo 7, en la cual la temperatura dentro del
reactor se mantiene en 990ºC. Con una corriente en sentido contrario
de oxígeno puro, precalentada a 800ºC, se obtiene un rendimiento en
términos de la conversión de carbonato sódico en cromato sódico
superior al 97%, con tiempos de permanencia de la mezcla sometida a
quemado menores de 10'. En estas condiciones, la conversión del
Cr_{2}O_{3} originalmente presente en el monocromato sódico
mineral es superior al 85% (48,7% de B.E.).
Por lo tanto la oxidación en una atmósfera con un
contenido de oxígeno controlado proporciona en las mismas
condiciones de trabajo el rendimiento de transformación deseado con
tiempos de permanencia suficientemente cortos (ver figura 3) que no
permiten que la parte fundida se separe de la parte
"inerte".
En otras palabras, el control del contenido de
O_{2} de los gases oxidantes y de los otros parámetros de reacción
permite trabajar con una velocidad muy grande de reacción
enriqueciendo en poco tiempo la ganga del mineral con monocromato
fundido, y descargándola tan pronto como la conversión ha alcanzado
el porcentaje deseado antes de que se puedan formar anillos y
suciedad en el reactor.
Tal como se ha descrito en los ejemplos 7 a 11 el
reactor preferente está constituido por un horno rotativo de
calentamiento indirecto, dotado de medios para desplazar de manera
continua la mezcla durante su flujo hacia adentro del reactor
tubular. Los gases de oxidación son alimentados preferentemente en
contracorriente al flujo de la mezcla por el reactor.
La naturaleza especial del procedimiento según la
invención es visualmente aparente asimismo en el producto obtenido
de este modo.
Se ha observado en realidad que el mineral que
contiene el monocromato que ha sufrido un proceso de oxidación de
acuerdo con la invención sale del reactor tubular en forma casi
globular y, en su mayor parte, en forma de partículas porosas.
Este aspecto físico del mineral quemado es
particularmente ventajoso puesto que permite que las partículas a
enviar al dispositivo de enfriamiento o apagado todavía calientes no
tengan excesivo polvo y no tengan necesidad de trituración previa,
facilitando por lo tanto el lixiviado del propio material.
El apagado o enfriamiento tiene lugar asimismo de
manera más uniforme y menos violenta, con respecto a las
instalaciones usualmente conocidas.
Por la utilización de una mezcla binaria, tal
como se ha previsto en la realización preferente del procedimiento
de acuerdo con la invención, la proporción de peso entre el
contenido de monocromato y la ganga o parte inerte del mineral es
más elevada que la proporción 1 : 1, con evidentes ventajas para su
subsiguiente tratamiento.
Del gráfico mostrado en la figura 3 quedará muy
clara la forma en la que el procedimiento según la presente
invención proporciona notables incrementos en los rendimientos de
sosa y de mineral de cromo, y al mismo tiempo una reducción de los
tiempos de tratamiento a temperatura u horneado.
Los datos mostrados se refieren a una reacción de
oxidación llevada a cabo a una temperatura de 1000ºC en una mezcla
binaria.
Haciendo referencia a la figura 1, se indicará
una descripción esquemática de una instalación preferente para la
realización de un procedimiento según la presente invención. Tal
como se ha indicado anteriormente, dicha instalación tiene un
reactor tubular rotativo (1), dispuesto más arriba y dotado de
dispositivos (2) para alimentar la mezcla, poseyendo medios (9) para
alimentar los gases de salida desde el reactor al intercambiador de
calor y/o a los dispositivos de recuperación de dióxido de carbono
y/o para analizar los gases (no mostrados). En su extremo inferior,
está dotado de medios (3) para transportar la mezcla oxidada a los
dispositivos de lixiviado (no mostrado) y con dispositivos (4) para
alimentar los gases oxidantes en contracorriente con respecto al
flujo de la mezcla. La estación comprende asimismo dispositivos de
cierre estanco (17) que impiden la dilución del gas dentro del
reactor.
El reactor (1) está montado dentro de la
estructura (5), generalmente de material refractario, que constituye
la cámara de calentamiento del horno. La cámara de calentamiento (5)
está dotada de medios, que se han mostrado esquemáticamente con el
numeral de referencia (6), para el calentamiento del reactor tubular
(1). Los medios de calentamiento (6) son dispositivos de tipo
conocido tales como, por ejemplo, quemadores por encima y por debajo
del reactor tubular.
En la parte superior de la cámara de
calentamiento (5) se disponen medios (7) para descargar los gases de
combustión de los elementos de calentamiento (6). Estos medios
técnicamente conocidos incluyen una válvula (8) para controlar el
tiro del horno (5).
Es evidente que la instalación de acuerdo con la
presente invención permite la alimentación de los gases de
combustión a partir de los elementos de calentamiento (6) a los
medios de recuperación de calor (no mostrados), al encontrarse
completamente libres de partículas de cromo y que el material
refractario de la cámara de calentamiento (5), situada fuera del
reactor, está aislado con respecto a la mezcla que contiene los
compuestos de cromo, evitando así cualquier contaminación del horno
por aquéllos y haciendo más fáciles las operaciones de
mantenimiento.
La figura 2 es un diagrama esquemático que
muestra una realización preferente de una instalación según la
presente invención, y las diferentes fases operativas.
Haciendo referencia a dicho dibujo, la cromita,
el álcali y el material de dilución, en caso de que exista, son
alimentados al dispositivo (10) de molturación y/o mezclado y
subsiguientemente al reactor tubular (1), que es calentado
simultáneamente por gases de combustión según el método descrito
anteriormente. La mezcla es puesta de este modo en contacto directo
con las paredes internas del reactor tubular (1), que actúa como
medio de transmisión de calor y que al revés que en los hornos
tradicionales, no tiene una capa o material refractario sobre sus
paredes internas.
Los gases oxidantes son alimentados en el reactor
(11) mediante la conducción (12), en una dirección en
contracorriente con respecto al flujo de la mezcla: de este modo los
gases en la salida del reactor, ricos en dióxido de carbono (tal
como se describe en los ejemplos anteriores), pueden pasar
directamente mediante la conducción (13) al dispositivo (14) para la
acidificación de la solución de monocromato alcalino que entra a
través del dispositivo (15) para lixiviar la mezcla oxidada.
El bicarbonato alcalino formado durante dicho
proceso de acidificación se puede reciclar de manera ventajosa
después de tratamiento apropiado, al dispositivo de mezcla (10).
El diagrama muestra un intercambiador de calor
(16) que se puede utilizar para recuperar calor de los gases de los
quemadores de calentamiento del reactor. Tal como se ha mostrado,
los gases que proceden del cambiador son descargados de manera
directa en la atmósfera externa puesto que se encuentran libres de
cromo.
Por ejemplo, es posible pensar en una realización
en la que el calentamiento del reactor de oxidación tiene lugar
dentro del mismo por medio de resistencias eléctricas de tipo
conocido. En este caso también la oxidación del cromo trivalente
tiene lugar en un ambiente controlado con los gases de oxidación que
son capaces de interaccionar de manera completa con el mineral a
oxidar.
Claims (18)
1. Procedimiento para la producción de cromatos
alcalinos por medio de desagregación oxidante en un reactor tubular
rotativo de minerales y/o substancias que contienen compuestos de
cromo trivalente en una mezcla con un material alcalino y en
presencia de gases oxidantes, caracterizado porque dicha
desagregación oxidante es llevada a cabo en una fase seca por
calentamiento y agitación de dicha mezcla sobre la pared interna de
dicho reactor, al que se suministra calor separadamente procedente
de los gases de oxidación, de forma que la fase de oxidación tiene
lugar en un ambiente controlado en ausencia de productos de
combustión de los quemadores y en presencia de una atmósfera con
contenido de oxígeno controlado.
2. Procedimiento, según la reivindicación 1, en
el que dicha mezcla está constituida por 75,2% en peso de cromita y
24,8% en peso de carbonato sódico.
3. Procedimiento, según la reivindicación 1, en
el que dicha mezcla consiste en 70% en peso de cromita y 30% en peso
de carbonato sódico.
4. Procedimiento, según la reivindicación 1, en
el que dicha mezcla consiste en 63,6% en peso de cromita y 36,4% en
peso de carbonato sódico.
5. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque el contenido de oxígeno de dicha
atmósfera es tal que el rendimiento de transformación deseado es
alcanzado mediante tiempos de permanencia suficientemente cortos
para que no se formen ensuciamientos en el reactor.
6. Procedimiento, según la reivindicación 5,
caracterizado porque dichos gases oxidantes consisten en
aire o en oxígeno puro, siendo dichos tiempos de permanencia por lo
menos de unos 10 minutos.
7. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque como
mínimo uno de los mencionados gases oxidantes y mezcla son
precalentados.
8. Procedimiento, según la reivindicación 1, en
el que dicho reactor es un reactor tubular giratorio y dicha mezcla
es calentada y agitada de manera continua sobre las paredes
calientes del reactor.
9. Procedimiento, según la reivindicación 8, en
el que dicho reactor tiene paredes sin aislamiento y la mezcla es
calentada mediante el calor aplicado al exterior de dichas paredes
sin aislamiento.
10. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha
mezcla es calentada directamente por medio de resistencias
eléctricas o medios de calentamiento similares.
11. Procedimiento para la desagregación oxidante
de materiales que contienen compuestos de cromo trivalente tales
como cromita, que comprende las siguientes fases:
- -
- alimentación de una mezcla de dicho material con álcali a un reactor tubular rotativo.
- -
- agitar de manera continua dicha mezcla dentro del mencionado reactor.
- -
- oxidar los compuestos de cromo presentes en la mezcla por la introducción dentro de dicha mezcla de uno o más gases oxidantes que contienen oxígeno en contracorriente y en un ambiente controlado, en ausencia de productos de la combustión de los quemadores, para controlar el tiempo de permanencia del material en dicho reactor,
- -
- calentar la mezcla contenida dentro de dicho reactor,
- -
- lixiviar la mezcla oxidada para extraer los cromatos alcalinos en solución acuosa.
12. Procedimiento, según la reivindicación 1, en
el que dicha mezcla contiene una cantidad de materiales inertes
comprendida entre 0 y 23% en peso ambos incluidos.
13. Instalación para la desagregación oxidante de
minerales que contienen cromo trivalente, que comprende un reactor
para llevar a cabo dicha desagregación oxidante por contacto con la
atmósfera oxidante de reacción y aplicación de calor,
caracterizada porque dicho reactor es de tipo rotativo
realizado interiormente en un material sin solera
("unfettled"), y comprende medios de estanqueidad al aire para
alimentar dichos minerales mezclados con un material alcalino,
medios para la alimentación de gases oxidantes que tienen un
porcentaje de oxígeno preestablecido, ajustado para controlar el
tiempo de permanencia del material en dicho reactor, medios con
estanqueidad a los gases para descargar la mezcla oxidada de dicho
reactor a efectos de impedir la dilución de los gases oxidantes,
medios de calentamiento indirecto para calentar dichos materiales
mezclados, y porque dicho reactor rotativo está contenido dentro de
una cámara de calentamiento estacionaria.
14. Instalación, según la reivindicación 13,
caracterizada por comprender medios para transportar los
gases de calentamiento directamente a la atmósfera.
15. Instalación, según la reivindicación 13,
caracterizada por comprender medios para recuperar el
dióxido de carbono que sale del reactor tubular y medios para
enviar dicho dióxido de carbono a la solución acuosa de cromatos
alcalinos obtenida por lixiviado de la mezcla oxidada.
16. Instalación, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada por comprender
medios para el precalentamiento de la mezcla.
17. Instalación, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada por comprender
medios para precalentar los gases oxidantes.
18. Instalación, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada por comprender
medios de intercambio calorífico para recuperar calor de los gases
de calentamiento del reactor.
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