ES2273489T3 - Combinacion de dextrano almidon y floculante para mejorar el aclarado de lodo rojo. - Google Patents
Combinacion de dextrano almidon y floculante para mejorar el aclarado de lodo rojo. Download PDFInfo
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Abstract
Un método para tratar la solución del proceso de Bayer que contiene lodo rojo que comprende poner en contacto la solución del proceso de Bayer, en combinación, con una cantidad eficaz de un floculante sintético soluble en agua, dextrano y almidón antes de separar el lodo rojo de la solución; y en el que el floculante sintético soluble en agua y el almidón se añaden juntos a la solución del proceso de Bayer como una solución y separada del dextrano.
Description
Combinación de dextrano almidón y floculante
para mejorar el aclarado de lodo rojo.
En el proceso de Bayer para la producción de
alúmina, se pulveriza mineral bauxita, se suspende en agua, y
después se digiere con sosa cáustica a temperaturas y presiones
elevadas. La solución cáustica disuelve los óxidos de aluminio,
formando una solución acuosa de aluminato sódico. Los constituyentes
insolubles en sosa cáustica de mineral bauxita (mencionados como
"lodo rojo") después se separan de la fase acuosa que contiene
el aluminato sódico disuelto. El producto sólido de alúmina
trihidrato se precipita de la solución y se recoge como
producto.
Con más detalle, el mineral bauxita pulverizado
se suministra a un mezclador de suspensión donde se prepara una
suspensión en agua. El agua de composición de la suspensión
típicamente es solución gastada (descrita a continuación) y sosa
cáustica añadida. Esta suspensión de mineral bauxita se diluye
después y se pasa a través de un digestor o una serie de digestores
donde se libera la alúmina del mineral como aluminato sódico
soluble en sosa cáustica. La suspensión digerida después se enfría
hasta aproximadamente 110ºC (aproximadamente 230ºF), típicamente
empleando una serie de tanques de vaporización instantánea en los
que se recupera el calor y el condensado. La solución de aluminato
que deja la operación de vaporización instantánea contiene de
aproximadamente el 1 a aproximadamente el 20 por ciento en peso de
sólidos suspendidos, estando compuestos los sólidos por el residuo
insoluble que permanece después, o que precipita durante la
digestión. Las partículas sólidas más gruesas pueden retirarse de
la solución de aluminato con un ciclón "colector de arena". Las
partículas sólidas más finas generalmente se separan de la solución
primero por sedimentación y después por filtración, si fuera
necesario. La suspensión de solución de aluminato y los sólidos más
finos normalmente se suministra primero al pocillo central de un
sedimentador de lodo, o sedimentador principal, donde se trata con
un floculante, y según sedimenta el lodo, se aclara la solución de
aluminato sódico, mencionada como solución "verde" o
"preñada", que desagua en un rebosadero en la parte superior.
Este desagüe del tanque de sedimentación de lodo se pasa a las
etapas de procesado posteriores. Si la solución de aluminato que
desagua del sedimentador contiene una concentración inaceptable de
sólidos suspendidos (a veces de aproximadamente 50 a aproximadamente
500 mg de sólidos suspendidos por litro), después generalmente se
aclara adicionalmente por filtración, para dar un filtrado con no
más de aproximadamente 10 mg de sólidos suspendidos por litro de
suspensión. El tratamiento de la solución recogida después de la
sedimentación principal para retirar cualquier sólido suspendido
residual antes de que se recupere la alúmina trihidrato se menciona
como fase de aclarado secundaria.
La solución de aluminato sódico aclarada se
siembra con cristales de alúmina trihidrato para inducir la
precipitación de alúmina en forma de alúmina trihidrato,
Al(OH)_{3}. Las partículas o cristales de alúmina
trihidrato se separan después de la solución cáustica concentrada,
y la fase de líquido restante, la solución gastada, se devuelve a
la etapa de digestión inicial y se emplea como digestante después de
la reconstitución con sosa cáustica.
En otra sección del circuito de Bayer, los
sólidos sedimentados del sedimentador principal ("lodo rojo")
se retira de la parte inferior del sedimentador y se pasan a través
de un circuito de lavado contracorriente para la recuperación de
aluminato sódico y sosa. El circuito de lavado contracorriente
utiliza dos o más lavadoras que reciben una suspensión de
suministro de lavadora de lodo del desagüe del sedimentador u otros
flujos inferiores de la lavadora, así como cualquier solución de
dilución. Como se ha indicado anteriormente, el lodo rojo no
incluye ninguna partícula más gruesa retirada antes del suministro
de la suspensión al sedimentador principal o de lodo.
La separación al menos parcial de los sólidos de
lodo rojo de la solución preñada a temperaturas elevadas por
sedimentación o por filtración se acelera por el uso de un
floculante. Este aclarado inicial de la solución preñada en una
fase de solución aclarada se menciona como estado del sedimentador
principal. Los agentes floculantes mejoran la separación de
compuestos insolubles aumentado la velocidad a la que sedimentan los
sólidos, reduciendo la cantidad de sólidos residuales suspendidos
en la solución, y disminuyendo la cantidad de la solución en la
fase de sólidos sedimentados. El rendimiento de la floculación es
muy importante en las fases de sedimentación principal. Los lodos
rojos están compuestos principalmente de óxidos de hierro (al menos
aproximadamente el 50 por ciento en peso de los sólidos de lodo
rojo), junto con óxido de silicio, óxidos de calcio,
aluminio-silicatos sódicos, óxidos de titanio y
otros materiales, y habitualmente representados por aproximadamente
el 5 a aproximadamente el 50 por ciento del peso seco del mineral
bauxita. Generalmente, estos lodos están compuestos de partículas
muy finas, que impiden la separación rápida y limpia deseada de las
partículas de lodo rojo de la solución de alúmina solubilizada. Si
la velocidad de separación es lenta, la producción disminuye
materialmente y se altera la eficacia global del proceso. Si la
separación no es limpia, la solución de aluminato resultante
requerirá un tratamiento más extensivo para retirar los sólidos
residuales, y/o la alúmina trihidrato recuperada contendrá niveles
de impurezas que son indeseablemente altos para muchos usos
finales.
Los polisacáridos almidón y dextrano, durante
algún tiempo, se han usado en la floculación de lodo rojo. Por
ejemplo, la Patente de Estados Unidos Nº 3.085,853, 16 de abril de
1963, Lesinski et al., usa dextranos nativos para aumentar
la velocidad de sedimentación de sólidos finamente divididos en
suspensiones acuosas y facilita de este modo la separación de
dichos sólidos. Después los floculantes poliméricos sintéticos
llegaron a emplearse más habitualmente para los procesos de Bayer.
La Patente de Estados Unidos Nº 3.390.959 expedida el 2 de julio de
1968 de Sibert, usa homopolímeros y copolímeros de acrilato que
contienen no más del 20% de otros monómeros polares polimerizables
etilénicamente insaturados para el proceso de Bayer. Se incluyen en
los comonómeros polares de Sibert la acrilamida y
dietilvinilfosfonato, entre otros. El dietilvinilfosfonato es el
éster dietílico del ácido vinilfosfónico, y puede hidrolizarse al
éster monoetílico en solución cáustica.
La Patente de Estados Unidos Nº 3.397.953, 20 de
agosto de 1968, Galvin et al., usa una mezcla de almidón y
ácido poliacrílico en suspensiones de lodo rojo, observando que el
ácido poliacrílico solo no es adecuado como agente floculante. Los
ácidos poliacrílicos ejemplificados generalmente tienen pesos
moleculares de menos de 300.000. La actividad de floculación y
sedimentación de la mezcla se ejemplifica en la fase del
sedimentador principal de un proceso de bauxita. La Patente de
Estados Unidos Nº 3.445.187, 20 de mayo de 1969, Sibert, usa un
polímero de ácido acrílico sintético solo para potenciar la
velocidad de separación de sólidos de lodo rojo de las soluciones
cáusticas acuosas durante las etapas de aclarado secundarias. El
polímero sintético usado contiene al menos aproximadamente el 80
por ciento en peso del ácido acrílico por unidad, y tiene un peso
molecular en exceso de 50.000, y preferiblemente en exceso de
100.000. La Patente de Estados Unidos Nº 3.541.009, 17 de noviembre
de 1970, Arendt et al., usa una combinación de almidón
tratado con sosa cáustica o modificado, un polímero soluble en
agua, y una base cáustica para potenciar la coagulación,
sedimentación y/o filtración de suspensiones acuosas de sólidos,
incluyendo la sedimentación de lodo rojo de la solución del proceso
de Bayer. El polímero soluble en agua se obtiene de al menos un
monómero olefínicamente insaturado y tiene un peso molecular en
exceso de 100.000.
La Patente de Estados Unidos Nº 3.681.012, 1 de
agosto de 1972, Sibert, usa polímero de ácido acrílico que tiene
más preferiblemente un peso molecular de al menos 1.000.000, solo o
en combinación con almidón, para el aclarado de bauxita digerida
que contiene alúmina solubilizada y residuos de lodo rojo. La
Patente de Estados Unidos Nº 4.767.540, 30 de agosto de 1988,
Spitzer et al., usa un polímero que contiene grupos de ácido
hidroxámico para el mismo propósito. La Patente de Estados Unidos
Nº 5.008.089, 16 de abril de 1991, Moody et al., usa una
combinación de dextrano y polímero aniónico sintético para flocular
lodo rojo en soluciones del procesos de Bayer.
La Patente de Estados Unidos Nº 5.217.620, 8 de
junio de 1993, Mahoney et al., usa una combinación de
pululano, lactano, ramsano, y zooglano con un floculante aniónico
soluble en agua convencional para la sedimentación de lodo
rojo.
El documento
US-A-5.516.435 describe un proceso
para la retirada de sólidos suspendidos de una corriente de proceso
de un proceso de alúmina de Bayer que utiliza la inversión de una
emulsión inversa de un polímero hidroxcemado, y un segundo polímero
que es un homopolímero de (met)acrilato de metal alcalino, un
homopolímero de (met)acrilato amónico y copolímeros de estos
(met)acrilatos con (alquil)acrilamida.
Los agentes floculantes sintéticos empleados
para la sedimentación o filtración de lodo rojo son generalmente
polímeros solubles en agua de uno o más monómeros etilénicamente
insaturados, y se han usado junto con, como se ha indicado
anteriormente, almidón o dextrano para el aclarado de solución de
aluminato. Los agentes floculantes sintéticos son habitualmente
aniónicos, y el contenido aniónico óptimo de dicho polímero está
habitualmente relacionado con la alcalinidad de la solución. En el
circuito de lavado, las soluciones de lavado del principio tienen
la alcalinidad más alta y pueden necesitar un polímero más altamente
aniónico que las posteriores soluciones de lavado.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar una floculación más eficaz para separar lodo rojo de
las soluciones que contienen lodo rojo, en particular
preferiblemente la suspensión del sedimentador principal, del
proceso de Bayer. Un objeto preferido de la presente invención es
proporcionar un método mejorado por el que se disminuyan los
sólidos suspendidos retenidos en la fase de sobrenadante después de
la floculación de las soluciones que contienen lodo rojo,
particularmente la solución del sedimentador principal, del proceso
de Bayer. Objetos preferidos adicionales de la presente invención
son proporcionar un proceso de Bayer más eficaz en el que la
floculación para la separación de lodo rojo de las soluciones que
contienen lodo rojo particularmente la solución del sedimentador
principal, se mejora por una floculación más completa de los
sólidos.
En un primer aspecto, la presente invención
proporciona un método para tratar la solución del proceso de Bayer
que contiene lodo rojo que comprende poner en contacto la solución
del proceso de Bayer con, en combinación, una cantidad eficaz de un
floculante sintético soluble en agua, dextrano y almidón antes de
separar el lodo rojo de la solución y donde el floculante sintético
soluble en agua y el almidón se añaden juntos a la solución del
proceso de Bayer como una solución y separada del dextrano como se
define en las reivindicaciones 1 a 8.
En un segundo aspecto, la presente invención
proporciona un agente para el tratamiento de la solución del
proceso de Bayer que contiene lodo rojo comprendiendo dicho agente,
en combinación, un floculante sintético soluble en agua, dextrano y
almidón en cantidades eficaces para aumentar la separación de lodo
rojo de la solución del proceso de Bayer como se define en las
reivindicaciones 9 a 13.
La combinación contacta preferiblemente con la
suspensión que contiene el lodo rojo suspendida en la solución del
proceso de Bayer, o una suspensión de solución que contenga bauxita
antes o durante la digestión.
Se prefiere añadir el almidón y el polímero
juntos antes de la adición del dextrano. En realizaciones
preferidas, el almidón y el polímero se añaden al proceso aguas
arriba del punto de adición del dextrano.
Una vez que los componentes de la combinación se
han añadido, se mezclan secuencialmente con la solución del proceso
de Bayer, y el lodo rojo contenido en la solución del proceso de
Bayer se retira por sedimentación, centrifugación o filtración.
Los floculantes sintéticos solubles en agua que
pueden usarse en combinación con dextrano y almidón incluyen,
aunque sin limitación, acrilatos, homopolímeros de ácido acrílico,
copolímeros de ácido acrílico y acrilamida y copolímeros de ácido
acrílico y acrilamida modificada para que contenga un ácido
hidroxámico y restos de ácido acrílico. Son particularmente
preferidos polímeros de acrilato amónico a causa de su índice de
remplazo y sinergia aparente. El lodo rojo tratado de este modo
puede separarse de la fase de solución usando un separador
seleccionado entre el grupo compuesto por sedimentadores,
espesadores, centrífugas y filtros.
Preferiblemente, la combinación que contacta con
la solución del proceso de Bayer se usa en una cantidad de 0,01 a
10 gramos por litro de solución de proceso de Bayer tratada. La
combinación se usa más preferiblemente en una cantidad de 0,1 a 2
gramos por litro de solución tratada. La combinación puede contactar
en cualquier parte con la solución del proceso de Bayer. Por
ejemplo, la combinación puede contactar con la solución del proceso
de Bayer en un punto seleccionado entre el grupo compuesto por el
suministro del sedimentador principal, pretratamiento de bauxita,
digestión de bauxita y tanques de vaporización instantánea. Como se
ha indicado anteriormente, el dextrano, el almidón y el polímero
pueden añadirse a la solución por separada o juntos.
Preferiblemente, el almidón y el polímero pueden añadirse a la
solución por separado aguas arriba lo más alejado posible desde la
adición de dextrano (cuanto más anterior, mejor será la reducción en
la claridad). Por ejemplo, el almidón y el polímero pueden añadirse
como una solución o por separado a una línea de suministro del
espesador seguido por la adición de dextrano a la línea de
suministro justo antes del pocillo de suministro o en el pocillo de
suministro mediante rociados. Preferiblemente, la combinación
contacta con la solución del proceso de Bayer en el suministro del
sedimentador principal.
La presente invención se describirá ahora a modo
de referencia a los siguientes ejemplos no limitantes y dibujos en
los que:
La Figura 1 es un gráfico que compara la
dosificación de almidón en gramos por tonelada (GPT) a la reducción
en la claridad y
La Figura 2 es un gráfico que compara las
adiciones de diversos constituyentes en gramos por tonelada y su
efecto en la claridad.
Para evaluar la eficacia de la combinación, se
completaron ensayos de sedimentación en un baño de agua con la
temperatura mantenida a 96ºC. Se ensayaron dieciocho (18) cilindros
de características de lodo/solución idénticas durante un
experimento.
Se diluyó un homopolímero de acrilato amónico de
alto peso molecular (mencionado a partir de ahora como Polímero A)
con un peso molecular mayor de 10 millones y suministrado por Nalco,
en solución gastada a una concentración de 1,5 gpl (0,15%)
introduciendo el polímero neto al vórtice producido por un agitador
de jaula a 800 RPM y mezclando durante cinco (5) minutos. Se diluyó
dextrano (mencionado a partir de ahora como Polímero B) en agua de
lago a una concentración de 5 ó 10 gpl (0,5 ó 1,0%) por mezcla suave
agitando el frasco a mano. El almidón se suministró como una
solución de 400 gpl (40%) y se diluyó con agua de lago a 100 gpl
(10%), y después se diluyó adicionalmente con solución gastada a
una concentración final de 20 gpl (2%) de nuevo agitando el frasco
a mano.
Las soluciones de polímero y almidón se
añadieron juntas en los cilindros mezclados usando un émbolo de
unión que permite ensayar seis (6) cilindros de una vez. Después de
la adición y mezcla de las soluciones de polímero y almidón, se
añadió la solución de dextrano y se completó la mezcla adicional
usando el émbolo de unión.
La velocidad de sedimentación se presenta en m/h
y se determina midiendo el tiempo para que las partículas de lodo
floculado sedimenten de 1000 ml a 600 ml en un cilindro de 1000
ml.
La claridad se determinó decantando 250 ml de
sobrenadante de la parte superior del cilindro sedimentado después
de 30 minutos, añadiendo 75 ml de NaOH 10 N e hirviendo la mezcla
para evitar cualquier precipitación de hidrato. Después de la
ebullición, la solución se enfrió y se pasó a través de un medidor
de turbidez y se determinó la claridad y se presentó en unidades
NTU.
Los resultados de estos ensayos que muestran las
diversas dosificaciones de floculante sintético/almidón/dextrano se
muestran en las tablas 1 y 2.
Los resultados también se muestran en la Figura
1 adjunta. Puede observarse en la Figura que incluyendo dextrano y
polímero en una combinación de floculante de almidón se producía una
mejora notable en la claridad.
Para poner de relieve el efecto sinérgico de los
diversos constituyentes del agente de tratamiento, se realizaron
ensayos adicionales con diversas dosificaciones del floculante
sintético soluble en agua, almidón y dextrano. El floculante
sintético (mencionado a partir de ahora como Nalco 85111) era un
acrilato amónico de alto peso molecular con un peso molecular mayor
de 10 millones compuesto del 0,18% de solución en agua de lago. El
almidón estaba compuesto de hasta el 1,1% en solución gastada según
la práctica de plantas convencional. El dextrano (mencionado a
partir de ahora como Nalco 85711) tenía un peso molecular mayor de
500.000 y estaba compuesto de hasta el 1% de solución en agua de
lago.
Como con los ejemplos previos, el polímero y el
almidón se añadieron primero. La combinación de suspensión, almidón
y Nalco 85111 se mezclaron utilizando el émbolo 10 veces y después
se añadió el dextrano Nalco 85711 y se mezcló usando el émbolo 5
veces más.
Los ensayos de claridad se realizaron de un modo
similar a los ejemplos mencionados anteriormente, sin embargo, se
determinó la claridad después de cinco minutos para permitir que las
diferencias en las dosificaciones se identificarán más
claramente.
Los resultados de los ensayos se muestran en la
Tabla 3 y en la Figura 2.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
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El efecto sinérgico de los tres constituyentes
que componen el agente de tratamiento quedará claro a partir de
estos resultados y en particular la Figura 2. Como puede observarse
en esta Figura, en cada ejemplo donde sólo se dejaba uno de los
constituyentes, hay una reducción sustancial en la claridad
determinada después de cinco minutos. El ejemplo comparativo más
cercano es el Ejemplo 4 en el que sólo se añade dextrano y el
floculante sintético soluble en agua a la solución del proceso de
Bayer. En este caso, la claridad se mide a 135 NTU. Esto es cercano
al 70% mayor que el Ejemplo 1 usando el agente de tratamiento
propuesto (claridad de 80 NTU). Otros ejemplos comparativos son
entre dos y 12 veces menos eficaces.
Quedará claro para los especialistas en la
técnica, por lo tanto, que la combinación de floculante sintético
soluble en agua, dextrano y almidón proporciona un aumento
significativo en la eficacia del proceso de separación
particularmente sedimentación, centrifugación y filtración que no
está reconocido y hasta ahora no se sospechaba en la técnica
anterior.
Esta invención también se refiere al uso de la
combinación de floculante sintético soluble en agua, dextrano y
almidón para promover la coagulación o floculación en otras
suspensiones minerales tales como carbón, caolín, cobre, metales
preciosos, fosfato, taconita y restos de desecho obtenidos de estos
minerales.
Pueden hacerse cambios en la composición,
funcionamiento y disposición del método de la presente invención
descrita en este documento sin alejarse del alcance de la invención
definido en las siguientes reivindicaciones.
Claims (13)
1. Un método para tratar la solución del proceso
de Bayer que contiene lodo rojo que comprende poner en contacto la
solución del proceso de Bayer, en combinación, con una cantidad
eficaz de un floculante sintético soluble en agua, dextrano y
almidón antes de separar el lodo rojo de la solución; y en el que el
floculante sintético soluble en agua y el almidón se añaden juntos
a la solución del proceso de Bayer como una solución y separada del
dextrano.
2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que el lodo rojo se separa de la solución por un proceso
seleccionado entre el grupo compuesto por sedimentación,
centrifugación y filtración.
3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que la combinación de floculante sintético soluble en agua,
dextrano y almidón se usa en una cantidad de 0,1 a 10 gramos por
litro de solución tratada.
4. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que la combinación de floculante sintético soluble en agua,
dextrano y almidón se usa en una cantidad de 0,1 a 2 gramos por
litro de solución tratada.
5. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que el floculante sintético soluble en agua y el almidón se
añaden juntos a la solución del proceso de Bayer aguas arriba de la
adición de dextrano a la solución del proceso de Bayer.
6. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que la combinación de floculante sintético soluble en agua,
dextrano y almidón contacta con la solución del proceso de Bayer en
uno o más puntos seleccionados entre el grupo compuesto por el
suministro del sedimentador principal, pretratamiento de bauxita,
digestión de bauxita y los tanques de vaporización instantánea.
7. Un método de acuerdo con la reivindicación 7,
en el que la etapa de separar el lodo rojo de la solución se
realiza por un separador seleccionado entre el grupo compuesto por
sedimentadores, espesadores, centrífugas y filtros.
8. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que el floculante sintético soluble en agua se selecciona
entre el grupo compuesto por homopolímeros de ácido acrílico,
copolímeros de ácido acrílico y acrilamida, copolímeros de ácido
acrílico y acrilamida modificada para que contenga un resto de ácido
hidroxámico y copolímeros de ácidos acrílico y acrilamida
modificada para que contenga un resto de ácido acrílico.
9. Un agente para el tratamiento de la solución
del proceso de Bayer que contiene lodo rojo, comprendido dicho
agente, en combinación, un floculante sintético soluble en agua,
dextrano y almidón en una cantidad suficiente para aumentar la
separación en el lodo rojo de la solución del proceso de Bayer, y en
el que el floculante sintético soluble en agua y el almidón son
adecuados para añadirse juntos a la solución del proceso de Bayer
como una solución y separada del dextrano.
10. Un agente de acuerdo con la reivindicación
9, en el que la combinación del floculante sintético soluble en
agua, dextrano y almidón se usa en una cantidad de 0,01 a 10 g/l de
solución tratada.
11. Un agente de acuerdo con la reivindicación
9, en el que las combinaciones de floculante sintético soluble en
agua, dextrano y almidón se usan en una cantidad de 0,1 a
aproximadamente 2 g/l de solución tratada.
12. Un agente de acuerdo con la reivindicación
9, en el que el agente comprende dos componentes, comprendiendo un
primer componente floculante sintético soluble en agua y almidón y
comprendiendo un segundo componente dextrano, siendo los dos
componentes adecuados para la adición separada a la solución del
proceso de Bayer.
13. Un agente de acuerdo con la reivindicación
9, en el que el floculante sintético soluble en agua se selecciona
entre el grupo compuesto por homopolímeros de ácido acrílico,
copolímeros de ácido acrílico y acrilamida, copolímeros de ácido
acrílico y acrilamida modificada para que contenga un resto de ácido
hidroxámico y copolímeros de ácido acrílico y acrilamida modificada
para que contenga un resto de ácido acrílico.
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