ES2210138T3 - Gel de hidroxido de aluminio. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la fabricación de un gel de hidróxido de aluminio amorfo a rayos X, en el cual la lejía de aluminato obtenida con la fabricación de Al2O3 de acuerdo con el procedimiento de Bayer se trata con anhídrido carbónico bajo precipitación de gel de hidróxido de aluminio, en el cual la relación de mol cáustico (Na2Olibre/Al2O3) de la lejía que contiene aluminato se ajusta a menos de 1, 6, se lleva a cabo la precipitación a una temperatura inferior a 40ºC y con un valor de pH de 11 hasta proximadamente 12, se separa el precipitado de la lejía, se lava el precipitado y se seca bajo la obtención de una estructura amorfa.

Description

Gel de hidróxido de aluminio.

La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de un gel de hidróxido de aluminio, que se puede llevar a cabo en un flujo de derivación en un procedimiento de Bayer para la obtención de óxido de aluminio, partiendo de bauxita.

El hidróxido de aluminio se emplea como mordiente en la industria textil, como elemento de Antihidrótica, productos para la limpieza de los dientes, papeles, cerámica, productos abrasivos, como antiácido, como materia de relleno y pigmento en la industria de materia artificial y de goma así como en cosmética, para hacer que alfombras y materias artificiales sean resistentes a las llamas y como complemento en vacunas. Desde hace poco se emplean geles de hidróxido de aluminio para la fabricación de polialuminiosulfato para el empleo como acelerador del fraguado en hormigón. Aquí se desea introducir en el acelerador de fraguado a ser posible una parte elevada de aluminio.

Se han de distinguir los hidróxidos de aluminio solubles e insolubles. El hidróxido de aluminio insoluble se presenta cristalino y se obtiene a modo de ejemplo de la lejía de Bayer por la adición de cristales de vacunación y aglomeración de lejía de Bayer sobresaturada. Un representante típico del hidróxido de aluminio cristalino es la hidrargilita. El gel de hidróxido de aluminio es un hidróxido de aluminio soluble y es radiográficamente amorfo.

La US 4 492 682 se refiere a la fabricación de una bohemita y/o seudo-bohemita muy pura y homogénea, finalmente cristalina, donde se mezcla carbonato de hidróxido de aluminio amorfo con dióxido de carbono con un valor de pH inferior a 11, se calienta el precipitado lavado a una temperatura inferior a 90ºC y a continuación se calienta a una temperatura de 90º hasta 250ºC.

La DE-PS 854 946 describe la fabricación de un hidróxido de aluminio apto de reacción o un hidróxido de aluminio coloidal reversible y se considera como esencial, después de la precipitación del hidróxido de aluminio retirar a ser posible rápidamente la precipitación de la acción dañina de los enlaces alcalinos que reaccionan de modo alcalino, ya que estos provocan una alteración del hidróxido de aluminio. La relación de moles cáustica (Na_{2}O_{libre}/Al_{2}O_{3}) durante la precipitación es de 0,75. El procedimiento conocido prevé además después del lavado del hidróxido de aluminio un secado a una temperatura de 110ºC.

De GB 1 272 715 se conoce, que se fabrican geles de hidróxidos de aluminio, por el hecho de que se añade una solución de cloruro de aluminio o una solución de sulfato de aluminio a una solución de carbonato de sodio y / o bicarbonato de sodio con agitación, a una temperatura de aproximadamente 30ºC. La precipitación tiene lugar por lo tanto desde una solución ácida. Se filtra y se lava el precipitado hasta que esté ampliamente libre de sales solubles. Dependiendo del material de partida y las condiciones de precipitación son diferentes la calidad y las propiedades físico-químicas del gel de hidróxido de aluminio. Es una desventaja en el procedimiento descrito que para los componentes de aluminio se emplea un material de partida relativamente caro, que en general se fabrica de hidróxido de aluminio (óxido de aluminio).

La FR 2 255 080 por tanto propone un procedimiento para la obtención de gel de hidróxido de aluminio secado, partiendo de la lejía de aluminato que se origina con la fabricación de óxido de aluminio o la lejía de aluminato obtenida con el tratamiento de hidrato de óxido de aluminio técnico con sosa. En este proceso se añade anhídrido carbónico a la lejía que contiene aluminato con una relación cáustica de 1,6 hasta 1,8 sobre un lapso de tiempo de 20 hasta 40 minutos a una temperatura de 20ºhasta 30ºC y una presión de 1 a 2,5 atmósferas, el precipitado obtenido se filtra, se lava hasta la neutralidad, se pone en suspensión con agua y a continuación se acidifica la suspensión con un ácido mineral. Finalmente se filtra de nuevo, se lava y se seca. El filtrado contiene menos de 0,2 g/1 de Al_{2}O_{3} disuelto. Con este procedimiento se obtiene cualitativamente geles de hidróxido de aluminio de alto valor con respecto a la aptitud de enlace de ácidos, sin embargo sigue siendo muy costosa la preparación del gel de hidróxido de aluminio después de la separación de la lejía de precipitación con el proceso de tratamiento del ácido adicional, entre otros para la reducción del Na_{2}O adherido. Además es necesario un circuito adicional para la recuperación del ácido mineral, o se originan problemas de eliminación de desechos para la solución de sales originada con el tratamiento de los ácidos minerales. En el caso de la recuperación de los ácidos minerales permanecen los residuos de sal originados o la solución de sal originada de la neutralización.

Por tanto la invención tiene la tarea de formar el procedimiento conocido de FR 2 255 080 de modo más económico, donde al menos se mantiene la calidad del producto y se ha de suministrar un gel de hidróxido de aluminio con una estabilidad de larga duración. En particular se desea poner a disposición un gel, cuya solubilidad es a ser posible elevada y se mantiene a ser posible durante mucho tiempo. Una alta solubilidad es a modo de ejemplo importante para la fabricación de soluciones de sulfato de aluminio con un contenido de aluminio sobreestequimétrico, que se emplean en la industria de la construcción como acelerador del fraguado para el hormigón, para la fabricación de soluciones de cloruro de aluminio con un contenido de aluminio sobreestequiométrico (cloruro de aluminio básico), que se emplean para la limpieza de agua, en la industria del papel, para la fabricación de fibras de óxido de aluminio y para desodorantes, y para la fabricación directa de formiato de aluminio de hidróxido de aluminio y ácido fórmico que se emplean en la industria del cuero.

Se soluciona esta tarea por un procedimiento para la fabricación de gel de hidróxido de aluminio, en el cual se trata la lejía de aluminato obtenida con la fabricación de Al_{2}0_{3} de acuerdo con el procedimiento de Bayer, si es necesario se diluye con agua para el ajuste de una relación de mol adecuado (MV Na_{2}0_{libre}/Al_{2}0_{3}) y una concentración adecuada de Al_{2}0_{3}, con una temperatura de menos de 40ºC con un valor de pH de aproximadamente 12 hasta 11 con anhídrido carbónico con precipitación de gel de hidróxido de aluminio, se separa el precipitado de la lejía de precipitación, se lava y se seca el precipitado. El hidróxido de aluminio obtenido de acuerdo con la invención es amorfo a rayos X, tiene una alta solubilidad sobre un lapso de tiempo prolongado y una aptitud elevada de enlace con ácido.

El procedimiento de acuerdo con la invención se distingue del procedimiento de FR 2 255 080 por el hecho de que no es necesario el tratamiento del hidróxido de aluminio precipitado con un ácido mineral y por tanto también se elimina otra etapa de lavado. Este tratamiento de ácido es descrito por la FR 2 255 080 pero como parte esencial del procedimiento, porque por él se alcanza la neutralidad deseada del gel de hidróxido de aluminio con obtención de la aptitud de enlace con ácido.

Es ventajoso en el procedimiento de acuerdo con la invención, que se puede llevar a cabo muy entrelazado con el procedimiento de Bayer para la fabricación de óxido de aluminio, en el cual no solo se emplea como material de partida una lejía de aluminato de sodio que se presenta en el procedimiento Bayer, sino que los subproductos que se originan con la fabricación de gel de hidróxido de aluminio pueden ser regresados al procedimiento Bayer después de la caustificación. Como caustificación se entiende la recuperación del alcalí enlazado como carbonato sódico por transformación con hidróxido de calcio.

El material de partida en el procedimiento de acuerdo con la invención es un flujo de producto procedente del procedimiento Bayer, en el cual de bauxita se obtiene, por tratamiento con lejía de sodio en autoclave, aluminato de sodio respectivamente hidróxido de aluminio y después de su calcinación se obtiene óxido de aluminio. Este procedimiento se describe en la enciclopedia Ullmann de la Química Técnica, tercera edición, tercer volumen, páginas 375 hasta 391, a cuyo descubrimiento se refiere para los objetivos de la descripción de esta invención. El material de partida es una lejía de aluminato obtenida después de la separación de barro rojo, que de preferencia aún se somete a una filtración posterior para la liberación de la lejía de las últimas partículas en suspensión de barro rojo o se retira en otro lugar del circuito de lejía, por ejemplo después de la separación del hidróxido de aluminio aglomerado y cristalizado (hidrargilita). La concentración del Al_{2}O_{3} disuelto en la lejía puede ser a modo de ejemplo de 10 hasta 90 g/l, de preferencia más de 30 g/l. La relación de mol cáustico (Na_{2}O_{libre}/Al_{2}O_{3}) de la lejía que contiene aluminato, que debe ser precipitado del hidróxido de aluminio, es menos de 1,6, de preferencia de 1 hasta menos de 1,6.

Esta lejía se trata con anhídrido carbónico, con lo cual se precipita el hidróxido de aluminio. El procedimiento de preferencia se lleva a cabo de tal forma que la precipitación empieza con un valor de pH de aproximadamente 12 y al alcanzar aproximadamente un pH de 11 en el medio de- reacción ya se ha precipitado más de un 96% del aluminio. Con un valor de pH de 11 la introducción de CO_{2} resulta ser poco económica en relación con la continuación de la producción.

Se comprobó que por el dióxido de carbono no transformado, en particular a partir de un valor de pH de menos de 11, se favorece la formación de carbonato de hidrógeno de sodio. Esto es desventajoso, porque por este hecho se enlaza sodio en el producto y se empeora la estabilidad de larga duración del gel de hidróxido de aluminio. El sodio es sin embargo muy difícil de eliminar por lavado.

Se ha mostrado como particularmente ventajoso, que la bauxita empleada para la fabricación presenta un contenido de carbono enlazado orgánicamente (OC) de \geq 0,05% de masa. Se trata con ello de bauxita trópica, cuyo OC se extrae bajo las condiciones de reacción en el procedimiento de Bayer para partículas de ácido húmico molecular elevado y molecular bajo y además a ésteres carbónicos alifáticos como acetato, oxalato y además a carbonato. De esta orgánica se libera hidrógeno durante la disgregación de bauxita (condiciones de reducción). Con ello se originan además adicionalmente reacciones de reducción de oxidación con los productos orgánicos de extracción. Los productos de extracción están presentes como sales de sodio disueltas en la lejía.

Se observó, que la estructura amorfa del gel de hidróxido de aluminio precipitado se estabiliza particularmente bien, cuando el gel de hidróxido de aluminio se precipita de una lejía, que se trató poco antes con oxígeno.

Para continuar con la estabilización de la estructura amorfa del gel de hidróxido de aluminio precipitado se pueden añadir estabilizadores como hidratos de carbono y aldito de la lejía de precipitación. Hidratos de carbono adecuados son por ejemplo sacáridos. Alditos adecuados son por ejemplo glicerina, sorbitol y otros alcoholes de azúcar. Estos estabilizadores se emplean dependiendo de la duración de la estabilidad deseada y pueden emplearse en cantidades reducidas. Sin embargo era una sorpresa que no se necesitan estos medios para el gel obtenido de acuerdo con el procedimiento según la invención.

El gel de hidróxido de aluminio precipitado se separa a continuación de la lejía de precipitación. La separación puede tener lugar por filtrado, decantado o centrifugado. El gel de hidróxido de aluminio separado se lava con agua. Luego se seca el gel, por lo cual se ajusta la temperatura y la duración de la estancia de tal forma que no ocurre ninguna cristalización prematura del gel de hidróxido de aluminio, por lo cual se influye el comportamiento de solubilidad del gel. El gel mismo no debería ser calentado a más de 40ºC, de preferencia solo hasta aproximadamente 30ºC.

Con la precipitación del gel de hidróxido de aluminio por el tratamiento de la lejía que contiene aluminato con anhídrido carbónico se forma entre otros carbonato sódico disuelto. Después de la separación del gel de hidróxido de aluminio tiene lugar una llamada caustificación, con lo cual se añade cal (CaO) quemada a la lejía liberada del gel. Para la caustificación se puede emplear el paso de caustificación que ya es necesario para una instalación de Bayer. Por la caustificación se recupera de la solución de carbonato sódico una solución de hidróxido de sodio (sosa cáustica). Se lleva de nuevo la lejía al circuito de Bayer. El carbonato cálcico obtenido con la caustificación puede ser quemado y se puede emplear de nuevo para la caustificación o se puede usar en la industria de materiales de construcción. En el procedimiento de acuerdo con la invención no se originan por tanto materias de deshecho; más bien se pone a disposición un circuito cerrado.

En la figura 1 se muestra una forma de realización a modo de ejemplo del procedimiento de acuerdo con la invención, del cual también resulta la asociación con el procedimiento de Bayer.

El procedimiento puede ser llevado a cabo en un reactor de precipitación usual. Se puede introducir el dióxido de carbono a modo de ejemplo sobre un disco perforado en el fondo del reactor o sobre un tubo perforado circular colocado en el borde en la parte inferior del reactor. El reactor de precipitado puede tener una forma de caldera o puede ser un reactor de tubo. Ha resultado ser ventajoso el equipar el reactor con un agitador de aletas, para llevar a la reacción el máximo del dióxido de carbono en la parte inferior del reactor. El reactor debe ser enfriado, para mantener la temperatura en la mezcla de reacción por debajo de 40ºC, de preferencia por debajo de 30ºC.

De acuerdo con otra forma de realización preferible de la invención, tienen lugar la neutralización de la lejía de Bayer y la precipitación de gel de hidróxido de aluminio en un llamado reactor de circuito. Tal reactor es conocido. Con ello se lleva CO_{2} a la parte inferior del reactor y por un agitador de aletas se evita que suban y se reúnan la formación de burbujas de dióxido de carbono. La mezcla de dióxido de carbono y lejía de aluminato se absorbe en el circuito enfriado, donde tiene lugar el precipitado del gel de hidróxido de aluminio. El gel obtenido se avanza en la parte superior del recipiente del reactor y allí se separa de la lejía madre.

De acuerdo con aún otra forma de realización preferencial de la invención se lleva a cabo el procedimiento de modo continuado. El modo de procedimiento continuo puede tener lugar de tal forma que se saca el gel de hidrógeno de aluminio sobrenatante (producto) de modo continuo del reactor en la parte de arriba o puede tener lugar en dos pasos. Con ello la lejía de aluminato a continuación puede ser llevada a un valor de pH de aproximadamente 12 por la adición de dióxido de carbono y a continuación se avanza en un reactor de precipitado. Hasta un valor de pH de aproximadamente 12 aún no tiene lugar ninguna precipitación del gel de hidróxido de aluminio. Cuando éste se alcanza sin embargo ocurre el calor mayor de neutralización. En el reactor de precipitado se añade además CO_{2} hasta que la mezcla de reacción presenta aproximadamente un valor de pH de 11. La precipitación del gel de hidróxido de aluminio tiene lugar en el reactor de precipitado con el paso desde el alcance del pH de 12 hasta 11. Este modo de proceder tiene la ventaja, de que allí, donde ocurre el calor principal de neutralización, aún no se ha originado ningún producto, cuya calidad es influenciada por el calor de la neutralización.

De preferencia tiene lugar la separación del gel de hidróxido de aluminio de la lejía madre por filtración por presión. De acuerdo con el dimensionado del filtro puede tener lugar el filtrado con una presión diferente, por ejemplo con una presión de 3 a 4 bares. El contenido de agua restante es entonces de menos de un 40% de peso, en relación con la masa del producto. Un producto con este contenido de agua es más adecuado para el empleo en la aceleración del fraguado.

El secado del gel de hidróxido de aluminio puede tener lugar por circulación de aire o por medio de secado por rociado.

Se aclara más la invención por medio de los siguientes ejemplos.

Ejemplo 1

Se hicieron seis ensayos en recipientes de 8 1. El reactor de vidrio fue enfriado con un baño de agua. En el reactor se introdujo una lejía de Bayer. La lejía contenía 131,27 g/l de Na_{2}O_{libre} (2,12 mol) y 151,62 g/l de Al_{2}O_{3} (1,49 mol). La relación de moles Na_{2}O_{libre}/Al_{2}O_{3} era de 1,42. La lejía tenía una temperatura de aproximadamente 53ºC y fue diluida con agua (21ºC). La temperatura de la mezcla era de aproximadamente 27ºC.

Se añadió CO_{2} a lo largo de un lapso de tiempo de 45 a 60 minutos hasta alcanzar unos valores de pH finales de 11,4, 11,3, 11,2 y 11,0 y se agitó la mezcla de reacción con un agitador de aletas. El precipitado tuvo lugar con unas temperaturas de 24º hasta 28ºC. Inmediatamente después de alcanzar el valor final de pH se separó con un dispositivo de filtración bajo vacío de laboratorio y vacío de chorro, de agua la lejía madre del gel de hidróxido de aluminio precipitado. Se lavó dos veces el sedimento de filtrado con 3 litros de agua. El volumen de producción húmedo era de entre 1.500 y 1750 g. El producto húmedo con un contenido de agua de aproximadamente un 80% se secó con una circulación de aire a 30ºC y a continuación se redujo a una magnitud de (partículas de menos de 80 pm. El contenido de agua del producto secado, apto para fluir era de aproximadamente un 20%.

Todos los productos obtenidos mostraron una reactividad muy buena, eran amorfos y presentaron una parte de Na_{2}O de menos de un 5% de peso, en relación con el peso del producto. El producto presento la aptitud de enlace de ácido requerido por el libro farmacéutico europeo. Se disolvió como mínimo 5 g de gel de hidróxido de aluminio en 100 ml de un 10% de ácido fórmico con una temperatura de 45º hasta 50ºC.

Ejemplo 2

Se transformaron recipientes comparables de una lejía de aluminato como en el ejemplo 1 con el empleo de un reactor de circuitos con dióxido de carbono bajo condiciones comparables. El dióxido de carbono se introdujo en el fondo del reactor y se introdujo por chupado el medio de reacción fresco desde el fondo del reactor con una bomba en el circuito y se añadió de nuevo en el reactor desde arriba. Se enfrió el circuito con agua. Los productos mostraron las mismas calidades como aquellos del ejemplo 1.

Claims (9)

1. Procedimiento para la fabricación de un gel de hidróxido de aluminio amorfo a rayos X, en el cual la lejía de aluminato obtenida con la fabricación de Al_{2}O_{3} de acuerdo con el procedimiento de Bayer se trata con anhídrido carbónico bajo precipitación de gel de hidróxido de aluminio, en el cual la relación de mol cáustico (Na_{2}O_{libre}/Al_{2}O_{3}) de la lejía que contiene aluminato se ajusta a menos de 1,6, se lleva a cabo la precipitación a una temperatura inferior a 40ºC y con un valor de pH de 11 hasta proximadamente 12, se separa el precipitado de la lejía, se lava el precipitado y se seca bajo la obtención de una estructura amorfa.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual antes de la introducción de anhídrido carbónico en la lejía de aluminato se ajusta un contenido de óxido de aluminio de al menos 30 g/l.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el cual la lejía de aluminato se trata con oxígeno antes de la introducción de dióxido de carbono.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones de 1 a 3, en el cual se lleva a cabo el procedimiento de modo continuo.

5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, en el cual se lleva a cabo el procedimiento en dos pasos y a continuación se lleva la lejía de aluminato por adición de dióxido de carbono a un valor de pH de aproximadamente 12, la mezcla de reacción se avanza en un reactor de precipitado y a continuación se introduce dióxido de carbono y se precipita el gel de hidróxido de aluminio.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones de 1 hasta 5, en el cual se separa el precipitado de la lejía por una filtración bajo presión.

7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, en el cual se pulveriza el producto obtenido y secado a un contenido de agua de menos de un 40%.

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones de 1 hasta 7, en el cual se seca el gel a un contenido de agua de aproximadamente un 20%.

9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones de 1 hasta 8, en el cual se caustifica la lejía obtenida después de la separación del gel de hidróxido de aluminio y se introduce de nuevo los productos de caustificación en el procedimiento de Bayer.