ES2324145B2 - Procedimiento para la obtencion de sulfatos de aluminio, alumina abrasiva y alumbres de potasio y amonio a partir de polvos de electrofiltro de un proceso bayer. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la obtención de sulfatos de
aluminio, alúmina abrasiva y alumbres de potasio y amonio a partir
de polvos de electrofiltro de un proceso Bayer que comprende las
siguientes etapas: a) lixiviación ácida del trihidrato de aluminio
con ácido sulfúrico para obtener sulfato de aluminio y un residuo
insoluble formado por alúmina alfa y alúminas de transición; b)
ataque a sequedad con ácido sulfúrico en horno para sulfatar las
alúminas de transición procedentes de la etapa anterior y obtener
alúmina abrasiva y un licor ácido rico en sulfatos de aluminio; c)
síntesis de alumbre por precipitación del licor obtenido en la
etapa anterior con hidróxidos de amonio o de potasio o de sodio,
para obtener los correspondientes alumbres y un licor residual. De
utilización en procesos industriales, sobre todo en los
relacionados con el aluminio.
Description
Procedimiento para la obtención de sulfatos de
aluminio, alúmina abrasiva y alumbres de potasio y amonio a partir
de polvos de electrofiltro de un proceso Bayer.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de obtención de sulfato de aluminio, alúmina abrasiva
y alumbres de potasio y amonio a partir de polvos de electrofiltro
recogidos en un proceso Bayer, con la consiguiente minimización de
estos residuos en la industria del aluminio y su correspondiente
beneficio económico.
El proceso Bayer de obtención de óxido de
aluminio (alúmina) utiliza como materia prima las bauxitas. El
proceso consiste en varias etapas: digestión de la bauxita, previa
tratamiento del mineral, en una solución acuosa caliente de sosa
bajo presión seguida de una precipitación del hidrato de aluminio y
finalmente una calcinación de este producto.
La Bauxita, la cual se presenta generalmente en
forma de mezcla de Gibsita Al(OH)_{3} y Caolinita
Al_{2}Si_{2}O_{5} (OH)_{4}, es la materia prima de la
cual se obtiene la alúmina; del procesamiento de ésta se obtiene el
Aluminio.
Los polvos de electrofiltro a los que se refiere
esta invención son un residuo generado en la última etapa del
proceso Bayer de obtención de alúmina durante la calcinación del
hidróxido de aluminio. Este residuo es una mezcla de alúmina e
hidratos que no han completado el proceso de calcinación y que
debido al tamaño de partícula, abandonan el lecho del calcinador y
son recogidos en filtros electrostáticos. Actualmente los polvos,
con una producción anual mundial media de 1000000 toneladas, son
almacenados indefinidamente en balsas de lodos.
Los lodos rojos se caracterizan por tener óxidos
de hierro, titanio y silicio, junto con otros óxidos de calcio y
sodio. Estos lodos están impregnados con cantidades importantes de
NaOH y son almacenados en balsas en el exterior, con el consiguiente
impacto ambiental y riesgo debido a su carácter básico.
Iniciativas anteriores basadas bien en la
reutilización de los polvos de electrofiltro dentro de las propias
instalaciones metalúrgicas, bien en su utilización para la
fabricación de alúminas abrasivas y la obtención de refractarios de
mullita, resultaron inviables. En el primer caso debido a los
cambios de diseño requeridos en las plantas industriales para su
aprovechamiento, así como por el bajo rendimiento del producto y el
empeoramiento en la producción de alúmina, y en el segundo caso por
no resultar rentable el procedimiento a escala industrial.
El objeto de la presente invención es un método
que utiliza un residuo industrial como materia prima para la
obtención de varios productos: sulfato de aluminio, alumbres y
alúmina abrasiva. Los polvos de electrofiltro de la planta Bayer,
residuo que actualmente es necesario gestionar, es un producto
heterogéneo formado por trihidrato de aluminio, alúminas de
transición y alúmina alfa.
El procedimiento para el aprovechamiento
integral de los polvos de electrofiltro Bayer para obtener
distintos productos comerciales comprende varias etapas:
La ecuación que describe la lixiviación es:
Al_{2}O_{3} \
. \ n \ H_{2}O + 3 \ H_{2}SO_{4} = Al_{2}(SO_{4})_{3} + (3 + n) \
H_{2}O
Se realiza un análisis de los polvos de
electrofiltro para conocer exactamente su composición y calcular
las cantidades iniciales de los reactivos: polvos de electrofiltro,
agua y ácido sulfúrico, preferentemente con concentraciones entre
15% y 30% y con una relación sólido/líquido entre 25% y 35%. En una
realización más preferida se hacen reaccionar en un reactor, y se
agita la mezcla de forma mecánica, manteniendo la temperatura en un
rango de valores entre 60ºC y 100ºC. La mezcla se agita durante el
tiempo suficiente hasta conseguir la disolución del trihidrato de
aluminio.
Posteriormente se filtra y se obtiene un sulfato
de aluminio transparente y un residuo insoluble formado por alúmina
an y alúminas de transición, que se siguen tratando. El sulfato de
aluminio presenta una concentración de alúmina de acuerdo a la
norma EN878 con una calidad exenta de hierro.
El residuo sólido de la primera etapa se mezcla
con ácido sulfúrico preferentemente con concentración comprendida
entre 50% y 90% y se introduce en un horno con una temperatura
preferentemente entre 200ºC y 300ºC para que tenga lugar la
sulfatación de las alúminas de transición. La mezcla se deja en el
horno de 1 a 2 horas, tiempo suficiente para que tenga lugar la
reacción completa.
Una vez que sale del horno se lixivia con agua
entre 30ºC y 60ºC. De este modo se disuelven las alúminas de
transición quedando un sólido formado solamente por alúmina alfa
con tamaño medio de partícula entre 3 y 6 micras. Posteriormente se
separa el sólido del líquido mediante filtración. El residuo sólido
formado por alúmina alfa se utiliza como abrasivo para pulido, el
líquido restante (licor) se sigue tratando en una nueva etapa para
obtener alumbres.
Las ecuaciones que describen la precipitación de
los alumbres de potasio, amonio y sodio son las siguientes:
Al_{2}(SO_{4})_{3} + H_{2}SO_{4}
+ 2 \ KOH + 22 \ H_{2}O = 2 \ AlK(SO_{4})_{2} \ . \ 12 \
H_{2}O
Al_{2}(SO_{4})_{3} + H_{2}SO_{4}
+ 2 \ NH_{4}OH + 22 \ H_{2}O = 2 \ Al(NH_{4})(SO_{4})_{2} \ .
\ 12 \
H_{2}O
Al_{2}(SO_{4})_{3} + H_{2}SO_{4}
+ 2 \ NaOH + 22 \ H_{2}O = 2 \ AlNa(SO_{4})_{2} \ . \ 12 \
H_{2}O
Se analiza el licor procedente de la lixiviación
anterior para conocer el contenido de aluminio y los sulfatos
presentes en la disolución ácida residual y se le añade la cantidad
adecuada de hidróxido de potasio, de sodio o de amonio para hacer
que todo el sulfato de aluminio presente en el mismo cristalice en
los correspondientes alumbres de potasio, sodio o amonio.
El proceso se lleva a cabo a temperatura
preferente de entre 5 y 20ºC, agitación suave y durante un
intervalo de tiempo de entre 1 y 2 horas. En otra realización
preferida, una vez precipitado el alumbre se procede a su
filtra-
ción.
ción.
En una realización específica la precipitación
del alumbre de potasio se realiza con cantidades de potasa que van
desde la estequiométrica hasta con un exceso del 100%, obteniéndose
rendimientos superiores al 90% de recuperación.
En otra realización especifica la precipitación
del alumbre de amonio se realiza con relaciones de hidróxido de
amonio desde la estequiométrica hasta un exceso del 100%,
obteniéndose rendimientos superiores al 90% de recuperación.
En otra realización específica la precipitación
del alumbre de sodio se realiza con relaciones de sodio desde la
estequiométrica hasta un exceso del 100%, obteniéndose rendimientos
superiores al 90% de recuperación.
En una realización preferida el pequeño licor
restante del precipitado se reutiliza en la segunda lixiviación sin
necesidad de ajustar el pH.
Tras la exposición de la presente invención, las
ventajas que aporta el procedimiento son:
Los productos obtenidos a través de la presente
invención se obtienen a partir de un residuo industrial. Una
ventaja de esta invención es evitar el costo económico de gestionar
este desecho industrial sin obtener ningún beneficio, ya que queda
almacenado en la balsa de lodos rojos. Se evita un problema
medioambiental, al reciclar el 100% de los polvos de electrofiltro,
a la vez que se fabrican productos: sulfatos de aluminio, alumbres
y alúminas abrasivas semejantes a los existentes actualmente en el
mercado, destinados por ejemplo a la depuración de aguas.
Permitirá sustituir materias primas de valor
considerable que se pueden aplicar a otra fabricación
diferente.
La fabricación de dichos productos se realiza
utilizando técnicas y reactivos accesibles y de fácil manejo, no
siendo necesario la utilización de equipos sofisticados para la
dosificación de los mismos.
Otra ventaja de esta invención es que no se
genera ningún nuevo residuo industrial susceptible de ser
gestionado, ya que las aguas procedentes de la precipitación de los
alumbres serían recirculadas en el propio proceso, minimizando por
tanto el consumo de la misma.
La fig. 1 representa un diagrama de flujo para
el aprovechamiento de los polvos de electrofiltro.
Los siguientes ejemplos describen el invento con
fines de ilustración, sin que en ningún caso deban considerarse
como limitativos del mismo.
\newpage
La muestra de partida posee alrededor de un 90%
de óxidos de aluminio; el 16% del cual se encuentra como alúmina
alfa, el resto como gibsita y alúminas de transición.
Se tomaron 60 gramos de polvos de electrofiltro
a los que se les añadió 140 gramos de ácido sulfúrico al 24% a 90ºC
durante 2 horas. Se obtuvo 160 ml de sulfato de aluminio con una
densidad de 1,311 g/l y una concentración de 42,56 g Al/kg de
producto.
De la primera etapa quedó un residuo de 42
gramos que se sometió a un ataque a sequedad en horno con 173
gramos de sulfúrico al 90% a 250ºC durante 1 hora. Tras la
lixiviación con 400 ml de agua a 60ºC se recuperó 7 gramos de
alúmina alfa abrasiva.
A los 400 ml obtenidos en la etapa anterior se
les añadió 57 gramos de hidróxido de potasio obteniéndose 226
gramos de alumbre de potasio.
La muestra de partida posee las mismas
características que en el ejemplo anterior.
La muestra de partida fue de 60 gramos de polvos
a los que se les añadió 140 gramos de ácido sulfúrico al 22% a 90ºC
durante 2 horas. Se obtuvo 150 ml de sulfato de aluminio con una
densidad de 1,279 y una concentración de 38,59 g Al/Kg de
producto.
De la primera etapa permanece un residuo de 43
gramos que se sometió a un ataque a sequedad en horno con 344
gramos de sulfúrico al 50% a 250ºC durante 1 hora.
Tras la lixiviación con 400 ml de agua a 60ºC se
obtuvo 7,5 gramos de alúmina alfa abrasiva.
Con los 400 ml obtenidos en la etapa anterior se
les añadió 42 ml de hidróxido de amonio y se obtuvo 75 gramos de
alumbre de amonio.
Claims (10)
1. Procedimiento para la obtención de sulfatos
de aluminio, alúmina abrasiva y alumbres de potasio y amonio a
partir de polvos de electrofiltro de un proceso Bayer que comprende
las siguientes etapas:
a) lixiviación ácida del trihidrato de aluminio
con ácido sulfúrico para obtener sulfato de aluminio y un residuo
insoluble formado por alúmina alfa y alúminas de transición;
b) ataque a sequedad con ácido sulfúrico en
horno para sulfatar las alúminas de transición procedentes de la
etapa anterior y obtener alúmina abrasiva y un licor ácido rico en
sulfatos de aluminio;
c) síntesis de alumbre por precipitación del
licor obtenido en la etapa anterior con hidróxidos de amonio o de
potasio o de sodio, para obtener los correspondientes alumbres y un
licor residual.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque en la etapa de lixiviación ácida se
utiliza ácido sulfúrico con una concentración entre el 15 y el 30%
y con una relación sólido/líquido entre 25 a 35%.
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque en la etapa de lixiviación ácida se
introducen los polvos de electrofiltro de la planta Bayer y la
disolución sulfúrica en un reactor a una temperatura de entre 60ºC y
100ºC y se agitan durante el tiempo suficiente para dispersar y
atacar el trihidrato de aluminio y conseguir un sulfato de aluminio
líquido con calidad exenta de hierro.
4. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la etapa de ataque a sequedad se
realiza con concentraciones de ácido sulfúrico entre el 50% y 90% en
peso, a temperaturas entre 200ºC y 300ºC, durante 1 ó 2 horas y
porque posteriormente se lixivia con agua entre 30 y 60ºC.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque en la etapa de ataque a sequedad la
alúmina abrasiva obtenida tiene un tamaño de partícula de 3 a 6
micras.
6. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque en la etapa de síntesis de alumbre se
realiza una filtración de los precipitados tras la precipitación
del alumbre.
7. Procedimiento según la reivindicación 6,
caracterizado porque en la etapa de síntesis de alumbre se
utilizan como sustancia precipitadora hidróxido de potasio con
cantidades estequiométricas o con exceso, a temperaturas entre 5 y
20ºC para obtener alumbre de de potasio.
8. Procedimiento según la reivindicación 6,
caracterizado porque en la etapa de síntesis de alumbre se
utiliza como sustancia precipitadora hidróxido de amonio con
cantidades estequiométricas o con exceso, a temperaturas entre 5 y
20ºC para obtener alumbre de amonio.
9. Procedimiento según la reivindicación 6,
caracterizado porque en la etapa de síntesis de alumbre se
utiliza como sustancia precipitadora hidróxido de sodio con
cantidades estequiométricas o con exceso, a temperaturas entre 5 y
20ºC para obtener alumbre de sodio.
10. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque en la etapa c) del proceso se recoge el
licor sobrante y se reutiliza en la lixiviación.
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|---|---|---|---|
| ES200803252A ES2324145B2 (es) | 2008-11-05 | 2008-11-05 | Procedimiento para la obtencion de sulfatos de aluminio, alumina abrasiva y alumbres de potasio y amonio a partir de polvos de electrofiltro de un proceso bayer. |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200803252A ES2324145B2 (es) | 2008-11-05 | 2008-11-05 | Procedimiento para la obtencion de sulfatos de aluminio, alumina abrasiva y alumbres de potasio y amonio a partir de polvos de electrofiltro de un proceso bayer. |
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| ES200803252A Active ES2324145B2 (es) | 2008-11-05 | 2008-11-05 | Procedimiento para la obtencion de sulfatos de aluminio, alumina abrasiva y alumbres de potasio y amonio a partir de polvos de electrofiltro de un proceso bayer. |
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| GB1164214A (en) * | 1966-04-08 | 1969-09-17 | Norton Co | Abrasive aluminium oxide crystals and articles and method of producing same. |
| ES2004759A6 (es) * | 1987-07-17 | 1989-02-01 | Espanola Alumina Sa | Metodo de obtencion de alumina especial a partir del polvo producido en la calcinacion de alumina metalurgica |
-
2008
- 2008-11-05 ES ES200803252A patent/ES2324145B2/es active Active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| SANCHO MARTÍNEZ et al. The Sulfuric Acid Leaching of Bayer Electrofilter Fines:A Practical Kinetical Approach. JOM, Agosto 2006, páginas 58-62, conclusiones. * |
Also Published As
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