ES2287907T3 - Separacion de oxalato sodico de un licor bayer. - Google Patents

Abstract

Método para separar oxalato sódico de un licor Bayer, cuyo método comprende separar una corriente del licor, tratarla para supersaturarla con oxalato sódico y luego someterla a irradiación ultrasónica y separar los cristales resultantes.

Description

Separación de oxalato sódico de un licor Bayer.

Esta invención se refiere a un método y aparato para separar oxalato sódico de un licor Bayer.

El proceso Bayer es un proceso ampliamente utilizado para obtener alúmina pura a partir de mena de bauxita. Comprende tratar la mena con solución caliente de hidróxido sódico, por ejemplo a 255ºC, de modo que la alúmina se disuelve para formar aluminato sódico, dejando otros minerales de la mena en forma de lodo rojo. La solución saturada de aluminato sódico se enfría y se nuclea con cristales de trihidróxido de aluminio. El aluminio en solución precipita como el trihidróxido y luego puede ser calcinado, por ejemplo a 1.050ºC, para formar alúmina pura. El resto de la solución, que puede ser referida como el licor Bayer, se puede reciclar para tratar una mena nueva, después de la adición de cualquier hidróxido sódico necesario para asegurar que esté lo suficientemente concentrada.

Sin embargo, existe el riesgo de que se acumulen contaminantes orgánicos, y en particular oxalato sódico, en el licor registrado, y que alcance una concentración a la cual el oxalato sódico co-precipitará con el trihidróxido de aluminio. Esto resulta perjudicial para la calidad de la alúmina, hace que el trihidróxido forme cristales muy pequeños, conduciendo ello a una amplia variación del tamaño de partícula, y conduciendo también a la fragilidad de las partículas precipitadas. Los iones oxalato pueden proceder de la mena o bien se pueden formar por degradación cáustica de otros compuestos orgánicos de la mena. Por tanto, es necesario separar el oxalato sódico del licor Bayer antes de que alcance esta concentración.

Por ejemplo, al menos una parte del licor Bayer puede ser enfriado, de manera que precipite oxalato sódico. La US 3 899 571 (= EP 0 013 407) describe una forma de activar la precipitación en dicha solución supersaturada, por adición de cristales reciclados de oxalato sódico para que actúen como iniciador; los cristales resultantes pueden ser separados por filtración y algunos se pueden dejar aparte para utilizarse como el siguiente iniciador. Sin embargo, en la práctica, se ha comprobado que las superficies de los cristales llegan a envenenarse con otros materiales orgánicos presentes en el licor y llegan a inactivarse como iniciadores del crecimiento de cristales.

De acuerdo con la presente invención se proporciona un método para separar oxalato sódico de un licor Bayer, cuyo método comprende separar una corriente del licor, tratar dicha corriente para supersaturarla con oxalato sódico y luego someterla a irradiación ultrasónica y separar los cristales resultantes.

Preferentemente, la corriente del licor se somete a irradiación ultrasónica durante un tiempo no mayor de 30 segundos, más preferentemente no mayor de 10 segundos, por ejemplo 2 segundos o 3 segundos. Esto se puede conseguir haciendo que la corriente fluya a través de un conducto y sometiendo de forma continua el contenido del conducto a irradiación ultrasónica. Con preferencia, el ultrasonido se aplica empleando una multiplicidad de transductores ultrasónicos unidos a una pared del conducto según una disposición de transductores separados que se extienden tanto circunferencial como longitudinalmente, estando conectado cada transductor a un generador de señales, de manera que el transductor radie no más de 3 W/cm^{2}, estando los transductores lo suficientemente próximos entre sí y siendo el número de transductores lo suficientemente elevado para que la disipación de potencia dentro del recipiente esté comprendida entre 25 y 150 W/litro. Preferentemente, el conducto tiene un ancho de al menos 0,10 m, es decir, si el conducto es cilíndrico, su diámetro es de al menos 0,10 m. Los valores de potencia aquí ofrecidos son aquellos de la potencia eléctrica suministrada a los transductores, dado que esto se puede determinar de un modo relativamente sencillo. Dicho recipiente de irradiación se describe en WO 00/35579. Con dicho recipiente existe poca o ninguna cavitación en la superficie de la pared, de manera que no existe erosión de la pared y, en consecuencia, ninguna formación de pequeñas partículas de metal. De manera sorprendente, y a pesar de la presencia de los materiales orgánicos en el licor que tienden a envenenar la superficie de los cristales a medida que estos crecen, se consigue una cristalización satisfactoria del oxalato sódico.

Con preferencia, el ultrasonido se suministra mediante una multiplicidad de transductores acoplados a la pared de un conducto que transporta la solución supersaturada, fluyendo el licor a una velocidad tal que la solución es sometida a irradiación ultrasónica durante menos de 2 segundos.

El tratamiento inicial para supersaturar el oxalato en solución puede comprender, por ejemplo, evaporación y enfriamiento, o solo enfriamiento, antes de que el licor se someta a los ultrasonidos. Esto asegura que cualesquiera materiales que sean fácilmente cristalizados presentan cristales ya formados.

Después del tratamiento ultrasónico, el material cristalino resultante es habitualmente una mezcla de oxalato sódico con otras sales sódicas orgánicas o inorgánicas.

El tratamiento para supersaturar la solución puede comprender, por ejemplo, el enfriamiento a 70ºC aproximadamente, si bien la temperatura requerida depende de la concentración inicial de la solución que está siendo enfriada. Según otro ejemplo, la solución se enfría a 40ºC aproximadamente antes de someterse a la insonación. Se puede conseguir una separación incluso mejor de estos productos por enfriamiento adicional de la solución después de la insonación. En una modalidad, la corriente de licor sometida a ultrasonidos constituye solo parte del licor sometido a cristalización, de manera que el licor sometido a ultrasonidos puede mezclarse entonces con una solución supersaturada, para que se presente el crecimiento de cristales. Los cristales resultantes son entonces más fáciles de separar del resto del líquido.

Se logra una buena separación del oxalato sódico sometiendo primeramente una corriente de licor a irradiación ultrasónica, mezclando opcionalmente el licor irradiado con licor no irradiado, permitiendo un tiempo para que se presente el crecimiento de cristales en el licor irradiado con ultrasonidos (o licor mezclado) con el fin de producir licor que contiene cristales, y sometiendo entonces al menos parte del licor resultante que contiene cristales a una irradiación ultrasónica adicional. Esto se puede conseguir, por ejemplo, empleando un segundo recipiente de irradiación ultrasónica y/o alimentando el licor que contiene cristales de nuevo a la corriente de licor alimentada al primer recipiente de irradiación ultrasónica. Este segundo tratamiento ultrasónico puede tener el efecto de disgregar los cristales pequeños o de limpiar sus superficies, de manera que los mismos crezcan a un tamaño más grande.

La invención será ahora descrita de un modo adicional y más particular, solo a título de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en donde:

La figura 1 muestra un diagrama de flujos de una planta para separar oxalato sódico de un licor Bayer agotado.

La figura 2 muestra un diagrama de flujos de una precipitación de la planta de la figura 1.

Con referencia a la figura 1, el licor Bayer agotado 10 se evapora y se enfría a través de sucesivas etapas de tratamiento 12, 14 (por ejemplo, a una temperatura final de hasta 70ºC), de manera que el licor resultante 16 se concentra de un modo muy importante. El oxalato sódico se supersatura pero tiende a no separarse fácilmente de la solución, debido probablemente al otro material orgánico presente en la solución. El licor 16 se suministra entonces por vía de un conducto 18 a uno o más tanques de retención sucesivos (en este ejemplo se muestran dos de tales tanques 20 y 22) que contienen cada uno de ellos un mecanismo de agitación 25, en donde, como se expone más adelante, se forman cristales. Cada uno de los tanques 20 y 22 pueden estar a la misma temperatura que el licor de entrada 16 o, alternativamente, los sucesivos tanques pueden encontrarse a temperaturas más bajas. Por último, la mezcla de solución cáustica y cristales se suministra a una unidad de filtración 26 tal como un filtro de cinta y el filtrado 27 (que consiste principalmente en solución de sosa cáustica y aluminato sódico) puede ser retornado a la corriente del procedimiento usada para disolver bauxita. La torta de filtración 28 consiste principalmente en oxalato sódico, mezclado con otras sales sódicas orgánicas e inorgánicas, y se puede separar entonces para su distribución o tratamiento adicional.

Antes de que llegue al primer tanque de retención 20, parte del licor 16 se desvía a un circuito de tratamiento ultrasónico 30. Dentro del circuito 30 se encuentra un módulo de tratamiento ultrasónico 32 seguido por un tanque de retención 34, y el circuito 30 alimenta entonces al primer tanque de retención 20. El circuito 30 se ilustra esquemáticamente y los recorridos de flujo pueden consistir habitualmente en un conducto de 6 pulgadas (150 mm) de diámetro nominal y el módulo de tratamiento ultrasónico 32 comprende un conducto de acero inoxidable del mismo diámetro interno.

En el exterior de la pared del conducto están acoplados diez módulos transductores 38 según una disposición regular. Cada módulo transductor 38 comprende un transductor piezoeléctrico 40 de 50 W que resona a 20 kHz, unido a un bloque de acoplamiento de aluminio abocardado de forma cónica 42 mediante el cual se conecta a la pared, siendo el extremo más ancho de cada bloque 42 de un diámetro de 63 mm. Los módulos transductores 38 están dispuestos en dos anillos circunferenciales cada uno de cinco módulos 38, estando separados entre sí los centros de los bloques de acoplamiento en 105 mm aproximadamente alrededor de la circunferencia y separados entre sí en 114 mm aproximadamente en la dirección longitudinal. Un generador de señales 44 activa a todos los transductores 40. Los módulos transductores 38 están encerrados mediante una cubierta protectora 46.

Con este irradiador, la intensidad de potencia es de solo 1,6 W/cm^{2} aproximadamente y es tal que no se presenta cavitación en la superficie de la pared, de manera que no se produce erosión del conducto. No obstante, la densidad de potencia es suficiente para asegurar la nucleación en una solución saturada. El volumen de líquido que es sometido a insonación es de alrededor de 5 litros, de modo que la densidad de potencia es de alrededor de 100 W/litro. (La densidad de potencia se puede ajustar regulando la potencia suministrada a los transductores 40, pero normalmente se encuentra entre 40 y 100 W/litro).

En el caso de que no se pase licor 16 alrededor del circuito de tratamiento ultrasónico 30, se ha comprobado que la concentración de oxalato sódico se reduce mediante este tratamiento a 2,1-2,4 g/litro. En contraste, con una insonación a 70ºC, la concentración se redujo a 1,77-1,87 g/litro; y cuando la temperatura se reduce a 55ºC después de la insonación, la concentración se redujo a solo 1,42 g/litro en el circuito de tratamiento 30. Los resultados exactos dependerán de la proporción del licor 16 que se pasa a través del circuito de tratamiento ultrasónico 30. Se presenta la nucleación en el licor que fluye a través del módulo de tratamiento ultrasónico 32 y los núcleos crecen en el tanque de retención 34, de manera que el licor que sale del circuito de tratamiento 30 hacia el interior del tanque de retención 20 contiene ya pequeños cristales de oxalato sódico. El licor 16 que fluye al interior del primer tanque de retención 20 desde el conducto 18 está supersaturado y, de este modo, los cristales crecen a un tamaño más grande. Por tanto, el primer tanque de retención 20 inicia el proceso de cristalización, mientras que el segundo tanque de retención 22 proporciona el crecimiento de cristales. El licor se puede mantener durante un tiempo prolongado (por ejemplo, una o dos horas) en cada tanque 20 y 22 para permitir que los cristales crezcan a partir de cualesquiera núcleos de cristales. Podrá apreciarse que los cristales más grandes de oxalato sódico son más fáciles de separar del filtrado en la unidad de
filtración 26.

La velocidad de flujo a través del circuito de tratamiento ultrasónico 30 y de este modo a través del conducto, deberá ser tal que el licor reciba tratamiento ultrasónico durante un periodo comprendido entre 1 segundo y 10 segundos, por ejemplo alrededor de 3 segundos. Se puede tratar una cantidad más grande de licor (por unidad de tiempo) mediante el uso de un conducto de irradiación más prolongado del mismo diámetro, con más anillos circunferenciales de cinco módulos 38 cada uno de ellos, estando separados entre sí los anillos en 114 mm de centro a centro en la unidad longitudinal, tal como se describe en relación al dibujo. Por ejemplo, empleando un conducto con veinte de tales anillos circunferenciales de cinco módulos 38 y de este modo con un volumen de insonación de 10 veces aproximadamente el volumen del conducto mostrado en el dibujo, se puede conseguir el mismo tiempo de insonación con un incremento de 10 veces en la velocidad de flujo.

Preferentemente, la proporción del licor 16 que se pasa alrededor del circuito de tratamiento ultrasónico 30 es de al menos 1%, más preferentemente al menos 10%, y en realidad puede ser de 50% o más. En una planta a gran escala es preferible tratar alrededor del 40-60% del licor supersaturado 16. Si bien sería posible tratar todo el licor 16 mediante su paso a través del circuito de tratamiento ultrasónico 30, esto no es esencial. La combinación de un licor supersaturado con un licor que contiene cristales generado en el circuito de tratamiento ultrasónico 30, en el tanque de retención 20, conduce al hecho de que toda la corriente de licor 16 queda expuesta a los cristales recientemente formados y, de este modo, el proceso de cristalización resulta muy eficaz, y asegura la formación de cristales más grandes.

Se podrá apreciar que la planta ilustrada en la figura 1 puede ser modificada de varias formas. Por ejemplo, en el circuito de tratamiento ultrasónico 30, el tanque de retención 34 podría ser omitido y podría ser reemplazado por un intercambiador de calor para reducir la temperatura del licor. Igualmente, el número de tanques de retención 20-22 puede ser diferente del ilustrado. Por ejemplo, podría consistir en cuatro de tales tanques de retención sucesivos, introduciéndose el licor que ha sido tratado con ultrasonidos en el tercer tanque de retención (por ejemplo, desde el tanque de retención 34), de manera que se presente una nucleación adicional; y proporcionándose el cuarto tanque de retención para un crecimiento adicional de cristales como resultado de la nucleación iniciada en el tercer tanque de retención 22.

Con referencia a la figura 2, se muestra en la misma un diagrama de flujos de una modificación respecto de la planta mostrada en la figura 1; aquellas características que son las mismas vienen referidas por los mismos números de referencia. El licor Bayer agotado 10 es evaporado y enfriado, a través de sucesivas etapas de tratamiento 12, 14 (por ejemplo, finalizando a una temperatura de hasta 70ºC), de manera que el licor resultante 16 resulta significativamente más concentrado. El licor 16, en donde el oxalato sódico está supersaturado, es pasado entonces a través de un módulo de tratamiento ultrasónico 52 (prácticamente el mismo que el módulo 32, pero modificado con el fin de tratar cantidades más grandes de líquido, como se ha expuesto anteriormente), y luego a través de un intercambiador de calor 54 para disminuir su temperatura (por ejemplo a 55ºC aproximadamente). El licor 16 es suministrado entonces a cuatro tanques de retención sucesivos 20, 23 cada uno de los cuales contiene un mecanismo de agitación 25, en donde el licor se mantiene durante un tiempo prolongado (por ejemplo 45 minutos en cada uno de ellos), para permitir que los cristales crezcan a partir de cualesquiera núcleos de cristales formados como resultado del enfriamiento y paso a través del módulo de tratamiento ultrasónico 52. Los tanques se encuentran a temperaturas sucesivamente más bajas. Por último, la mezcla de solución cáustica y cristales se suministra a una unidad de filtración 26 tal como un filtro de cinta, y el filtrado 27 (principalmente consiste en sosa cáustica y aluminato sódico en solución) puede ser retornado a la corriente del procedimiento utilizada para disolver bauxita. La torta de filtración 28 consiste principalmente en oxalato sódico y carbonato sódico y posiblemente otras sales; dicha torta puede ser separada para su distribución o procesado.

De este modo, en la práctica, se forman núcleos de cristales a medida que el licor 16 fluye a través del módulo de tratamiento 52; y dichos núcleos crecen como consecuencia de la mayor supersaturación causada por el enfriamiento adicional en el intercambiador de calor 54.

En el diagrama de flujos de la figura 2, toda la corriente de licor 17 se somete a ultrasonidos en el módulo de tratamiento 52. Según otra modificación, parte de la corriente 16 puede desviarse del módulo de tratamiento 52 como se ilustra por la línea discontinua 58. Otra modificación consiste en proporcionar un circuito de recirculación bombeada 24, incluyendo este circuito 24 un módulo de irradiación ultrasónica 32, en uno o más de los tanques de retención. Como se ilustra, se proporciona uno de tales circuitos de insonación 24 en el primer tanque de retención 20 y los otros circuitos 24 se pueden proporcionar en al menos algunos de los otros tanques de retención, por ejemplo en el tercer tanque de retención 22. Podrá apreciarse que cada uno de tales circuitos de recirculación 24, que incluyen un módulo de irradiación ultrasónica 32, tenderá a producir nuevos cristales de nucleación (en tanto en cuanto que el oxalato sódico permanezca supersaturado), los cuales crecerán en el tanque de retención asociado, de manera que se reduce aún más la concentración de oxalato sódico en solución. Los siguientes tanques de retención, 21 y 23 respectivamente, proporcionan el crecimiento de cristales a partir de los núcleos que han sido iniciados. Además, según otra alternativa, se pueden colocar también módulos de irradiación ultrasónica adicionales 52 en línea en lugar de en un circuito de recirculación, es decir, entre un tanque de retención y el siguiente.

Según otra alternativa (que se puede utilizar en combinación con las alternativas anteriormente descritas), parte del flujo de líquido que sale del segundo tanque de retención 21 podría alimentarse de nuevo a la corriente de licor 16 suministrada al módulo de tratamiento ultrasónico 52. Esto tenderá a limpiar la superficie de los cristales de oxalato sódico o disgregarlos, de manera que se produzca el crecimiento de más cristales.

Podrá apreciarse que las plantas de tratamiento descritas en relación a las figuras 1 y 2 pueden ser modificadas de varias formas. Por ejemplo, el ultrasonido podría ser generado a una frecuencia diferente. Por ejemplo, la frecuencia puede estar comprendida entre 15 kHz y 100 kHz o posiblemente frecuencias incluso mayores de hasta 2 MHz aproximadamente. Las frecuencias por encima de alrededor de 100 kHz son menos eficaces a la hora de causar la cavitación, pero no obstante pueden causar la nucleación. Además, podrá apreciarse que el medio por el cual se acopla el ultrasonido en el líquido puede diferir del descrito anteriormente. Por ejemplo, los bloques de acoplamiento pueden ser de un tamaño y forma diferentes y de un material diferente. La separación de los módulos y su disposición alrededor de la superficie del conducto pueden también ser diferentes de las descritas anteriormente.

Claims (8)

1. Método para separar oxalato sódico de un licor Bayer, cuyo método comprende separar una corriente del licor, tratarla para supersaturarla con oxalato sódico y luego someterla a irradiación ultrasónica y separar los cristales resultantes.

2. Método según la reivindicación 1, en donde la corriente del licor supersaturado se somete a irradiación ultrasónica durante un tiempo no mayor de 30 segundos, más preferentemente no mayor de 10 segundos, por ejemplo 2 segundos o 3 segundos.

3. Un método según la reivindicación 2, en donde la corriente se hace fluir a través de un conducto y el contenido del conducto se somete de forma continua a irradiación ultrasónica.

4. Método según la reivindicación 3, en donde el ultrasonido se aplica empleando una multiplicidad de transductores ultrasónicos unidos a una pared del conducto en una disposición de transductores separados que se extienden tanto circunferencial como longitudinalmente, estando conectado cada transductor a un generador de señales, de manera que el transductor radia no más de 3 W/cm^{2}, estando los transductores lo suficientemente próximos entre sí y siendo el número de transductores suficientemente alto para que la disipación de potencia dentro del recipiente esté comprendida entre 25 y 150 W/litro.

5. Método según la reivindicación 4, en donde el conducto tiene un ancho de al menos 0,10 m.

6. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el licor Bayer se trata primeramente por evaporación de manera que llegue a supersaturarse con oxalato sódico.

7. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los cristales resultantes de la irradiación ultrasónica se ponen en contacto con licor que está supersaturado con oxalato sódico, de manera que los cristales crecen, antes de separar los cristales resultantes.

8. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde una corriente de líquido que está supersaturada en oxalato sódico y que contiene cristales de oxalato sódico se somete a irradiación ultrasónica, para causar el crecimiento de más
cristales.