ES2401280A2 - Continuous process for the preparation of a liquid solution of calcium tiosulfate (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
Proceso continuo para la preparación de una solución líquida de tiosulfato de calcio Continuous process for the preparation of a liquid solution of calcium thiosulfate
Esta solicitud es una continuación en parte de la solicitud de patente en EE UU No. 12/764.843 presentada el 21 de abril de 2010, cuya totalidad se incorpora en el presente documento. This application is a continuation in part of the US patent application No. 12 / 764,843 filed on April 21, 2010, the totality of which is incorporated herein.
La presente invención se dirige a la producción de una solución de tiosulfato de calcio de gran pureza con alto rendimiento, y mínimos subproductos sólidos y contaminantes solubles, tal como politionatos, usando reactores de tanque con agitación continua. El tiosulfato de calcio resultante es particularmente adecuado en la lixiviación de metales preciosos. También es un nutriente vegetal adecuado. The present invention is directed to the production of a high purity calcium thiosulfate solution with high yield, and minimal solid by-products and soluble contaminants, such as polythionates, using tank reactors with continuous agitation. The resulting calcium thiosulfate is particularly suitable for leaching precious metals. It is also a suitable plant nutrient.
El ión tiosulfato, S2O32-, es un análogo estructural del ión SO42- en el que un átomo de oxígeno se sustituye por un átomo de S. Sin embargo, los dos átomos de azufre en S2O32- no son equivalentes. Uno de los átomos de S es un átomo de azufre de tipo sulfuro que da al tiosulfato sus propiedades reductoras y capacidades de formar complejos. The thiosulfate ion, S2O32-, is a structural analogue of the SO42- ion in which an oxygen atom is replaced by an S atom. However, the two sulfur atoms in S2O32- are not equivalent. One of the atoms of S is a sulfur-type sulfur atom that gives thiosulfate its reducing properties and complexing capabilities.
Los tiosulfatos se usan el curtido de piel, fabricación de papel y textiles, desulfuración de gases de combustión, aditivos de cemento, descloración, extinción de ozono y peróxido de hidrógeno, estabilizadores de recubrimiento, como fertilizante agrícola, como un agente de lixiviación en minería, etcétera. Thiosulfates are used for tanning leather, paper and textile manufacturing, flue gas desulfurization, cement additives, dechlorination, ozone and hydrogen peroxide extinction, coating stabilizers, as an agricultural fertilizer, as a leaching agent in mining , etc.
Debido a estas capacidades de formación de complejos con metales, los compuestos de tiosulfato se han usado en aplicaciones comerciales tales como aplicaciones de fotografía, tratamiento de residuos y tratamiento de agua. Due to these complexing capabilities with metals, thiosulfate compounds have been used in commercial applications such as photography, waste treatment and water treatment applications.
Los tiosulfatos se oxidan fácilmente a ditionatos, tritionatos, tetrationatos y por último a sulfatos: The thiosulfates easily oxidize to dithiotes, trionates, tetrathionates and finally sulfates:
2S2O32-+ 3O2 - 252O62-2S2O32- + 3O2 - 252O62-
S2O62-+ O2 - 25042S2O62- + O2 - 25042
7S2O32-+ 3/2O2 - 253O62- + 2S4O627S2O32- + 3 / 2O2 - 253O62- + 2S4O62
2S3O62-+ 6O2 - 65042-2S3O62- + 6O2 - 65042-
S4O62- + 5O2 - 45042-S4O62- + 5O2 - 45042-
Debido a esta transformación, los tiosulfatos se usan como fertilizantes en combinación con cationes tales como amonio, potasio, magnesio y calcio. Los tiosulfatos de amonio, metales alcalinos y metales alcalinotérreos son solubles en agua. Las solubilidades en agua de los tiosulfatos disminuyen de tiosulfatos de amonio a metales alcalinos a metales alcalinotérreos. Due to this transformation, thiosulfates are used as fertilizers in combination with cations such as ammonium, potassium, magnesium and calcium. Ammonium thiosulfates, alkali metals and alkaline earth metals are soluble in water. Water solubilities of thiosulfates decrease from ammonium thiosulfates to alkali metals to alkaline earth metals.
El calcio es un nutriente vegetal esencial. La disponibilidad de calcio es esencial en la bioquímica de plantas, y recientemente se ha aprendido, en la eficacia del fertilizante de nitrógeno de urea aplicada sobre la superficie. La necesidad de calcio soluble por cosechas de alto valor es diferente que el papel de importantes modificaciones de tierra tales como cal o yeso. Tanto el calcio soluble como estas modificaciones de la tierra son extremadamente importantes en la fertilidad de la tierra y nutrición vegetal y se complementan entre sí. Calcium is an essential plant nutrient. The availability of calcium is essential in plant biochemistry, and has recently been learned, in the efficacy of urea nitrogen fertilizer applied to the surface. The need for soluble calcium for high value crops is different than the role of important land modifications such as lime or plaster. Both soluble calcium and these modifications of the soil are extremely important in soil fertility and plant nutrition and complement each other.
En la industria minera, se prefiere la lixiviación de oro con tiosulfato sobre la lixiviación convencional con cianuro debido a la naturaleza peligrosa del cianuro. El tiosulfato de calcio es un recambio alternativo para la suspensión de cal/cianuro en la lixiviación de oro. In the mining industry, gold leaching with thiosulfate is preferred over conventional leaching with cyanide due to the dangerous nature of cyanide. Calcium thiosulfate is an alternative replacement for lime / cyanide suspension in gold leaching.
“Sulfuro de calcio” es un término comúnmente usado para una mezcla de tiosulfato de calcio y polisulfuro de calcio resultante de la reacción de cal y azufre. La patente en EE UU No. 1.685.895 describe la formación de una solución de sulfuro de calcio a partir de cal en terrones, azufre en terrones y agua caliente. "Calcium sulphide" is a term commonly used for a mixture of calcium thiosulfate and calcium polysulphide resulting from the reaction of lime and sulfur. US Patent No. 1,685,895 describes the formation of a solution of calcium sulphide from lime in lumps, sulfur in lumps and hot water.
J.W. Swaine, Jr. et al., en la patente en EE UU No. 4.105.754 describen la producción de tiosulfato de calcio mediante una reacción de metátesis de tiosulfato de amonio e hidróxido de calcio u óxido de calcio. Este planteamiento requiere la eliminación constante de amoniaco mediante burbujeo con aire por debajo del punto de ebullición de la mezcla y captura del gas. J.W. Swaine, Jr. et al., In U.S. Patent No. 4,105,754 describe the production of calcium thiosulfate by a metathesis reaction of ammonium thiosulfate and calcium hydroxide or calcium oxide. This approach requires the constant removal of ammonia by bubbling with air below the boiling point of the mixture and capturing the gas.
La patente japonesa No. 6.039 concedida en 1973 describe la preparación de tiosulfato de calcio y magnesio tratando azufre y el sulfito correspondiente en una solución alcalina. Solo se obtienen altos rendimientos con tiosulfato de magnesio. Esta patente también describe la formación de tiosulfato de calcio a partir de un proceso de intercambio de sal entre tiosulfato de magnesio e hidróxido de calcio. Japanese Patent No. 6,039 issued in 1973 describes the preparation of calcium and magnesium thiosulfate treating sulfur and the corresponding sulfite in an alkaline solution. Only high yields are obtained with magnesium thiosulfate. This patent also describes the formation of calcium thiosulfate from a salt exchange process between magnesium thiosulfate and calcium hydroxide.
Se usaron tiosulfato de sodio y cloruro de calcio para producir tiosulfato de calcio en la patente española No. 245.171. El subproducto de este planteamiento es una gran cantidad de cloruro de sodio en el producto tiosulfato de calcio. Sodium thiosulfate and calcium chloride were used to produce calcium thiosulfate in Spanish patent No. 245,171. The byproduct of this approach is a large amount of sodium chloride in the calcium thiosulfate product.
Lee et al., en la patente en EE UU No. 4.976.937 describen la formación de una mezcla de polisulfuro de calcio/tiosulfato de calcio a partir de una mezcla de sulfuro de calcio a 6-100ºC que se va a usar para la eliminación de dióxido de azufre de gases de combustión. Lee et al., In US Patent No. 4,976,937 describe the formation of a calcium polysulphide / calcium thiosulfate mixture from a calcium sulphide mixture at 6-100 ° C to be used for the removal of sulfur dioxide from combustion gases.
Vonkennel y Kimming en la patente en EE UU No. 2.198.642 describen la producción de una solución estable de tiosulfato de calcio a partir de cloruro de calcio y tiosulfato de sodio. Vonkennel and Kimming in US Patent No. 2,198,642 describe the production of a stable solution of calcium thiosulfate from calcium chloride and sodium thiosulfate.
La patente rusa No. RU 216101 C2 describe la preparación de tiosulfato de sodio y tiosulfato de calcio a partir de azufre y una solución de sodio o calcio en cantidades estequiométricas en condiciones de autoclave con un oxidante. Russian patent No. RU 216101 C2 describes the preparation of sodium thiosulfate and calcium thiosulfate from sulfur and a solution of sodium or calcium in stoichiometric amounts under autoclave conditions with an oxidant.
Hojjatie et al., en la patente en EE UU No. 6.984.368 B2 describen la preparación de solución fertilizante líquida de tiosulfato de calcio a partir de cal, azufre y oxígeno. La patente describe la preparación de tiosulfato de calcio en preparación por lotes. Hojjatie et al., In US Patent No. 6,984,368 B2 describe the preparation of liquid calcium thiosulfate fertilizer solution from lime, sulfur and oxygen. The patent describes the preparation of calcium thiosulfate in batch preparation.
La lixiviación de oro con tiosulfato se ha demostrado técnicamente viable. Por ejemplo, véanse la patente en EE UU No. 4.070.182, patente en EE UU No. 4.269.662 y la patente en EE UU No. 4.369.061, que describen el uso de tiosulfato de amonio en la lixiviación de oro. La aplicación de tiosulfato de cobre-amonio en el proceso de lixiviación de oro se describe en la patente en EE UU No. 4.654.078. Choi, et al., en la patente en EE UU No. Leaching gold with thiosulfate has been proven technically feasible. For example, see U.S. Patent No. 4,070,182, U.S. Patent No. 4,269,662 and U.S. Patent No. 4,369,061, which describe the use of ammonium thiosulfate in gold leaching. The application of copper-ammonium thiosulfate in the gold leaching process is described in US Patent No. 4,654,078. Choi, et al., In U.S. Patent No.
7.572.317 describen el uso de tiosulfato de amonio, sodio y calcio en la lixiviación de oro. 7,572,317 describe the use of ammonium, sodium and calcium thiosulfate in gold leaching.
La presente invención es un proceso continuo para la preparación de tiosulfato de calcio y es una mejora sobre los procesos del estado de la técnica. La invención forma subproductos mínimos, mejora el equipo del proceso para una absorción más rápida de oxígeno, y posteriormente acorta el tiempo de reacción, mientras que produce el producto tiosulfato de calcio de una manera continua empleando una instalación de múltiples reactores de tanques con agitación continua (CSTR, por sus siglas en inglés). The present invention is a continuous process for the preparation of calcium thiosulfate and is an improvement over prior art processes. The invention forms minimal by-products, improves the process equipment for faster oxygen absorption, and subsequently shortens the reaction time, while producing the calcium thiosulfate product in a continuous manner using a multi-reactor installation of tanks with continuous agitation. (CSTR).
La presente invención se refiere además a un proceso continuo para la preparación de tiosulfato de calcio mediante la oxidación de polisulfuro de calcio (sulfuro de calcio) a presiones particulares, usando ciertas relaciones molares de cal y azufre, y a ciertas temperaturas y duraciones de oxidación, para producir una solución líquida de tiosulfato de calcio a alta concentración en una suspensión que tiene mínimos subproductos sólidos y mínimos o ningún politionato indeseable. Los subproductos sólidos producidos en el proceso de la invención son menos de aproximadamente el 2% en peso de la solución líquida, y consisten en sales de calcio insolubles tales como sulfito, sulfato y carbonato, azufre sin reaccionar y una pequeña cantidad del producto tiosulfato de calcio retenido. The present invention further relates to a continuous process for the preparation of calcium thiosulfate by the oxidation of calcium polysulphide (calcium sulphide) at particular pressures, using certain molar ratios of lime and sulfur, and at certain temperatures and oxidation durations, to produce a liquid solution of high concentration calcium thiosulfate in a suspension that has minimal solid and minimal by-products or no undesirable polythionate. The solid by-products produced in the process of the invention are less than about 2% by weight of the liquid solution, and consist of insoluble calcium salts such as sulphite, sulfate and carbonate, unreacted sulfur and a small amount of the thiosulfate product. retained calcium
La solución anteriormente mencionada de tiosulfato de calcio y subproductos se puede tratar después con un ácido para alcanzar un cierto pH, para evitar la descomposición del producto. La suspensión se puede tratar luego con un floculante apropiado para separar la suspensión del líquido deseado y proporcionar facilidad de filtración. The aforementioned solution of calcium thiosulfate and by-products can then be treated with an acid to reach a certain pH, to avoid decomposition of the product. The suspension can then be treated with an appropriate flocculant to separate the suspension from the desired liquid and provide ease of filtration.
Según esto es un objetivo de la presente invención proporcionar un método para la producción de tiosulfato de calcio de gran pureza mediante una reacción de oxidación del sulfato de calcio, en donde se usan materias primas económicas, tales como óxido de calcio o hidróxido de calcio, azufre, agua y oxígeno. Accordingly, it is an objective of the present invention to provide a method for the production of high purity calcium thiosulfate by an oxidation reaction of calcium sulfate, where economical raw materials such as calcium oxide or calcium hydroxide are used, Sulfur, water and oxygen.
Es aún otro objetivo de la presente invención producir tiosulfato de calcio mediante oxidación de sulfato de calcio en donde se evitan los pasos de procesamiento y separación difíciles y potencialmente caros. It is yet another objective of the present invention to produce calcium thiosulfate by oxidation of calcium sulfate where difficult and potentially expensive processing and separation steps are avoided.
Es otro objetivo de la presente invención producir tiosulfato de gran pureza en una concentración alta de aproximadamente el 22-29%, sin necesidad adicional de concentración. It is another objective of the present invention to produce high purity thiosulfate in a high concentration of approximately 22-29%, without additional concentration.
Es aún otro objetivo de la presente invención producir tiosulfato de calcio con contaminación residual mínima de subproductos. It is yet another objective of the present invention to produce calcium thiosulfate with minimal residual contamination of by-products.
Es aún otro objetivo de la presente invención minimizar los subproductos sólidos a su nivel mínimo de hasta aproximadamente el 2% en peso de la solución de tiosulfato de calcio. It is yet another objective of the present invention to minimize solid by-products at their minimum level of up to about 2% by weight of the calcium thiosulfate solution.
Es aún otro objetivo de la presente invención producir tiosulfato de calcio con niveles muy bajos (nivel de ppm) de politionatos, que son subproductos de oxidación solubles. El producto tiosulfato de calcio producido por este método es adecuado para ciertas aplicaciones de lixiviación de metales preciosos. It is yet another objective of the present invention to produce calcium thiosulfate with very low levels (ppm level) of polythionates, which are soluble oxidation by-products. The calcium thiosulfate product produced by this method is suitable for certain precious metal leaching applications.
Es aún otro objetivo de la presente invención producir tiosulfato de calcio en un proceso continuo usando una serie de reactores de tanque con agitación continua (CSTR). It is yet another objective of the present invention to produce calcium thiosulfate in a continuous process using a series of tank reactors with continuous agitation (CSTR).
Es aún otro objetivo de la presente invención proporcionar un método para la separación fácil del producto tiosulfato de calcio de subproductos sólidos originados de óxido de calcio o hidróxido de calcio. It is yet another object of the present invention to provide a method for easy separation of the calcium thiosulfate product from solid by-products originating from calcium oxide or calcium hydroxide.
Es aún otro objetivo de la presente invención proporcionar un método para producir producto tiosulfato de calcio estable a pH cercano a neutro. It is yet another object of the present invention to provide a method for producing stable calcium thiosulfate product at near neutral pH.
Es aún otro objetivo de la presente invención eliminar cualquier potencial crecimiento bacteriano en el producto final mediante la adición de un producto químico apropiado tal como sales de metabisulfito de metales alcalinos. It is yet another objective of the present invention to eliminate any potential bacterial growth in the final product by the addition of an appropriate chemical such as alkali metal metabisulfite salts.
La presente invención se describirá ahora en más detalle, con referencia a formas de realización preferidas, dadas a modo de ejemplos, e ilustradas en las figuras acompañantes en las que:The present invention will now be described in more detail, with reference to preferred embodiments, given by way of examples, and illustrated in the accompanying figures in which:
La figura 1 es un diagrama de flujo de un proceso, que incluye una ilustración esquemática de un proceso para la producción continua de tiosulfato de calcio según una forma de realización preferida de la presente invención. Figure 1 is a flow chart of a process, which includes a schematic illustration of a process for the continuous production of calcium thiosulfate according to a preferred embodiment of the present invention.
La figura 2 es una representación gráfica del potencial de oxidación reducción para la oxidación de polisulfuro de calcio (CaSx) a tiosulfato de calcio (CaS2O3). Figure 2 is a graphical representation of the oxidation reduction potential for the oxidation of calcium polysulphide (CaSx) to calcium thiosulfate (CaS2O3).
La figura 3 es una representación gráfica de la oxidación por lotes de CaSx a CaS2O3 como función del tiempo de reacción.Figure 3 is a graphical representation of the batch oxidation of CaSx to CaS2O3 as a function of reaction time.
La figura 4 es una representación gráfica del tiempo de residencia de CaS2O3 en un sistema que usa dos CSTR en serie. Figure 4 is a graphical representation of the residence time of CaS2O3 in a system using two CSTRs in series.
La figura 5 es una representación gráfica de la distribución del tiempo de residencia en un sistema de dos CSTR en serie, que muestra el impacto de eficacia de mezcla mejorada mediante una orientación y posición preferidas del punto de inyección de alimentación líquida. Figure 5 is a graphical representation of the residence time distribution in a two series CSTR system, showing the impact of improved mixing efficiency through a preferred orientation and position of the liquid feed injection point.
La figura 6 es una representación gráfica que ilustra el efecto de temperatura, presión y agitación en la velocidad de la reacción de oxidación de tiosulfato de calcio. Figure 6 is a graphical representation illustrating the effect of temperature, pressure and agitation on the rate of the calcium thiosulfate oxidation reaction.
La figura 7 es una representación gráfica de la eficacia de la reacción de oxidación como función de la temperatura y presión. Figure 7 is a graphic representation of the effectiveness of the oxidation reaction as a function of temperature and pressure.
La figura 8 es un cromatograma de HPLC para tiosulfato, tritionato y tetrationato. Figure 8 is an HPLC chromatogram for thiosulfate, tritionate and tetrathionate.
La figura 9 es un cromatograma de HPLC de los componentes de “agua del proceso” que se puede usar para la preparación de tiosulfato de calcio. Figure 9 is an HPLC chromatogram of the "process water" components that can be used for the preparation of calcium thiosulfate.
La figura 10 es un cromatograma de HPLC de tiosulfato de calcio hecho con agua del proceso que se ha enriquecido o fortificado mediante la adición de tritionato y tetrationato. Figure 10 is an HPLC chromatogram of calcium thiosulfate made with process water that has been enriched or fortified by the addition of trionate and tetrathionate.
La figura 11 es una representación gráfica del efecto del pH en la eficacia del floculante en una suspensión de tiosulfato de calcio producida según la invención. Figure 11 is a graphic representation of the effect of pH on the efficacy of the flocculant in a calcium thiosulfate suspension produced according to the invention.
La figura 12 es una representación gráfica de la estabilidad con el pH del tiosulfato de calcio durante el tiempo. Figure 12 is a graphical representation of the pH stability of calcium thiosulfate over time.
La figura 13 es una representación gráfica de la relación entre la gravedad específica de una solución de tiosulfato de calcio y su ensayo de CaS2O3 o su correspondiente contenido en calcio. Figure 13 is a graphical representation of the relationship between the specific gravity of a solution of calcium thiosulfate and its CaS2O3 assay or its corresponding calcium content.
La figura 14 es una representación gráfica de la relación entre el ensayo de una solución de tiosulfato de calcio y el porcentaje en peso de calcio en la solución de tiosulfato de calcio. Figure 14 is a graphical representation of the relationship between the assay of a calcium thiosulfate solution and the percentage by weight of calcium in the calcium thiosulfate solution.
La figura 15 es una representación gráfica de la gravedad específica de tiosulfato de calcio a temperaturas variables. Figure 15 is a graphical representation of the specific gravity of calcium thiosulfate at varying temperatures.
La invención implica un proceso continuo para la producción de tiosulfato de calcio (CaS2O3) a partir de polisulfuro de calcio (CaSx) que permite grandes volúmenes de producción con mínimo consumo pico de agua de refrigeración, menores flujos de transferencia de producto y menos problemas de formación de espuma en caso de operación a alta presión. La presente invención es una mejora significativa e inesperada sobre los procesos por lotes del estado de la técnica para la producción de tiosulfato de calcio. The invention involves a continuous process for the production of calcium thiosulfate (CaS2O3) from calcium polysulphide (CaSx) that allows large volumes of production with minimal peak consumption of cooling water, lower product transfer flows and less problems of foaming in case of high pressure operation. The present invention is a significant and unexpected improvement over the state-of-the-art batch processes for the production of calcium thiosulfate.
El proceso implica el empleo de un serie de reactores de tanque con agitación continua (CSTR) en tales condiciones que se produce de forma continua tiosulfato de calcio de gran pureza con subproductos disueltos mínimos, y poco o ningún politionato. Este producto tiosulfato de calcio es adecuado para la lixiviación de metales preciosos debido a su contenido mínimo en politionatos, así como otros usos. The process involves the use of a series of tank reactors with continuous agitation (CSTR) under such conditions that high purity calcium thiosulfate is produced continuously with minimal dissolved by-products, and little or no polythionate. This calcium thiosulfate product is suitable for leaching precious metals due to its minimal polythionate content, as well as other uses.
El término CSTR como se usa en el presente documento se pretende que abarque cualquier recipiente o tanque dentro del cual se puede oxidar polisulfuro de calcio a tiosulfato de calcio. Los CSTR preferidos son mezcladores de gran eficacia. Los ejemplos de CSTR incluyen, pero no están limitados a los siguientes: tanques equipados con propulsores u otros agitadores de tipo mezclador y equipos de mezcla en serie con alta cizalla y alto impacto tales como columnas de burbujas, columnas empaquetadas, columnas de bandeja, columnas de espray, bucles de chorro, tuberías/tubos y tanques con tecnología de cavitación. The term CSTR as used herein is intended to encompass any vessel or tank within which calcium polysulphide can be oxidized to calcium thiosulfate. Preferred CSTRs are highly efficient mixers. Examples of CSTR include, but are not limited to the following: tanks equipped with thrusters or other mixer type agitators and series mixing equipment with high shear and high impact such as bubble columns, packed columns, tray columns, columns spray, jet loops, pipes / tubes and tanks with cavitation technology.
En una forma de realización preferida de la invención, los CSTR usados para la reacción de oxidación son tanques equipados con propulsores o palas para la agitación de los materiales reactivos en el tanque. En una forma de realización aún más preferida, los tanques están equipados con propulsores que tienen tres palas de agitación organizadas de manera vertical en el propulsor. Mientras se prefieren los tanques con un único propulsor que tiene tres palas de agitación, la invención también abarca tanques que tienen más de un propulsor, así como propulsores que tienen menos de o más de tres palas de agitación cada uno. In a preferred embodiment of the invention, the CSTRs used for the oxidation reaction are tanks equipped with propellants or blades for stirring the reactive materials in the tank. In an even more preferred embodiment, the tanks are equipped with thrusters that have three stirring blades arranged vertically in the thruster. While tanks with a single propeller having three stirring blades are preferred, the invention also encompasses tanks having more than one propeller, as well as propellants having less than or more than three stirring blades each.
Si se usa oxígeno como el agente oxidante, como lo es en una forma de realización preferida de la invención, entonces el CSTR debe poder presurizarse y despresurizarse. If oxygen is used as the oxidizing agent, as it is in a preferred embodiment of the invention, then the CSTR must be able to be pressurized and depressurized.
Preferiblemente, los CSTR están equipados con medios de calentamiento y refrigeración, tales como revestimientos de calentamiento y/o refrigeración. A los CSTR usados en la presente invención se les suministra además con medios para transferir materiales, tales como tuberías y/o tubos y bombas, para facilitar la transferencia de materiales (tales como reactivos, materiales de partida, gases, líquidos, productos de reacción, etc.) dentro y fuera del CSTR, incluyendo desde un CSTR a un CSTR posterior en serie. Preferably, the CSTRs are equipped with heating and cooling means, such as heating and / or cooling coatings. CSTRs used in the present invention are also provided with means to transfer materials, such as pipes and / or tubes and pumps, to facilitate the transfer of materials (such as reagents, starting materials, gases, liquids, reaction products , etc.) inside and outside the CSTR, including from a CSTR to a subsequent CSTR in series.
Preferiblemente, los CSTR usados en esta invención están equipados con dispositivos para controlar la temperatura, pH y presión, así como otras condiciones tales como un dispositivo de medida del potencial de oxidación reducción (ORP) y también para el muestreo de contenido de los CSTR. Controlar la presión y otras condiciones, y el muestreo del contenido, es deseable para determinar el progreso de la oxidación del polisulfuro de calcio a tiosulfato de calcio. El proceso de la invención proporciona un modo de oxidar todo el polisulfuro de calcio a tiosulfato de calcio, al tiempo que se evita sobrecalentamiento del tiosulfato de calcio que produciría que se descompusiera. Una vez que todo o sustancialmente todo el CaSx en el reactor se ha oxidado a tiosulfato de calcio, la solución se transfiere a almacenamiento o a otro equipo para procesamiento adicional, como se discute en el presente documento. Preferably, the CSTRs used in this invention are equipped with devices for controlling temperature, pH and pressure, as well as other conditions such as a device for measuring oxidation reduction potential (ORP) and also for sampling CSTR content. Controlling the pressure and other conditions, and sampling the content, is desirable to determine the progress of the oxidation of calcium polysulphide to calcium thiosulfate. The process of the invention provides a way of oxidizing the entire calcium polysulphide to calcium thiosulfate, while preventing overheating of the calcium thiosulfate that would cause it to decompose. Once all or substantially all of the CaSx in the reactor has been oxidized to calcium thiosulfate, the solution is transferred to storage or other equipment for further processing, as discussed herein.
Los siguientes son métodos para evaluar muestras para determinar el progreso de la oxidación. The following are methods to evaluate samples to determine the progress of oxidation.
Control del potencial de oxidación reducción (ORP). El CaSx tiene un cierto valor ORP, y según se oxida a tiosulfato de calcio, el ORP cambia. Una vez que el valor ORP deja de cambiar, la oxidación es completa. Control of oxidation reduction potential (ORP). CaSx has a certain ORP value, and as it oxidizes to calcium thiosulfate, the ORP changes. Once the ORP value stops changing, the oxidation is complete.
Control de la presión. Durante el proceso, la presión en el reactor disminuirá según se oxida el CaSx. Una vez se ha oxidado todo el CaSx, la presión en el reactor caerá y permanecerá estable, es decir, dejará de disminuir. Pressure control During the process, the pressure in the reactor will decrease as CaSx oxidizes. Once all CaSx has been oxidized, the pressure in the reactor will drop and remain stable, that is, it will stop decreasing.
Control del cambio de color. El tiosulfato de calcio es una solución incolora, transparente. Si no se ha oxidado todo el CaSx, la solución tendrá color. Por ejemplo, el CaSx tiene color rojo, pero según se oxida a tiosulfato de calcio, la solución cambia de rojo a naranja a amarillo, haciéndose más clara de color según aumenta la producción de tiosulfato de calcio. Color change control. Calcium thiosulfate is a colorless, transparent solution. If all CaSx has not been oxidized, the solution will have color. For example, CaSx has a red color, but as it oxidizes to calcium thiosulfate, the solution changes from red to orange to yellow, becoming lighter in color as the production of calcium thiosulfate increases.
Papel de acetato de plomo. La presencia de H2S indica que la reacción de oxidación no es completa (es decir, no se ha oxidado todo el CaSx a tiosulfato de calcio), porque significa que no todo el sulfuro se ha convertido aún a tiosulfato. Por tanto, un modo rápido y fácil de controlar el progreso y conclusión de la reacción de oxidación y conversión de polisulfuro a tiosulfato es la presencia o ausencia de un cambio de color en papel de acetato de plomo expuesto a la muestra. Si existe polisulfuro, el papel de acetato de plomo se vuelve negro. Lead acetate paper The presence of H2S indicates that the oxidation reaction is not complete (ie, not all of the CaSx has been oxidized to calcium thiosulfate), because it means that not all of the sulfide has yet been converted to thiosulfate. Therefore, a quick and easy way to monitor the progress and conclusion of the oxidation reaction and conversion of polysulfide to thiosulfate is the presence or absence of a color change in lead acetate paper exposed to the sample. If polysulfide exists, lead acetate paper turns black.
Se pueden emplear otros métodos y dispositivos para comprobar la presencia de H2S además de o en lugar de papel de acetato de plomo. Other methods and devices can be used to check the presence of H2S in addition to or instead of lead acetate paper.
La invención implica además el uso de condiciones de proceso específicas, que incluyen presiones de operación, temperaturas de operación, velocidades de agitación para la mezcla de los reactivos y relaciones molares de alimentación de las materias primas. Usando estas condiciones especificadas, el proceso de la presente invención proporciona un producto superior al de los procesos por lotes del estado de la técnica, lo que produce un producto tiosulfato de calcio de alta pureza, alta concentración con subproductos insolubles mínimos y pocos subproductos de oxidación solubles, tal como politionatos. El producto resultante no necesita concentrase adicionalmente mediante evaporación u otros medios, lo que produce ahorros significativos en tiempo para preparar un producto vendible, así como ahorro monetario debido a que se necesitan menos materiales y procesos de tratamiento para concentrar y/o filtrar el producto antes de que esté en un estado utilizable y vendible. The invention further involves the use of specific process conditions, which include operating pressures, operating temperatures, stirring speeds for mixing the reagents and molar ratios of feed of the raw materials. Using these specified conditions, the process of the present invention provides a superior product to the state of the art batch processes, which produces a high purity calcium thiosulfate product, high concentration with minimal insoluble by-products and few oxidation by-products. soluble, such as polythionates. The resulting product does not need to be concentrated further by evaporation or other means, which results in significant savings in time to prepare a salable product, as well as monetary savings because less materials and treatment processes are needed to concentrate and / or filter the product before that is in a usable and salable state.
El proceso implica la oxidación de una suspensión de sulfuro de calcio (también denominado en el presente documento polisulfuro de calcio o CaSx) con oxígeno a presión, preferiblemente oxígeno puro. En una forma de realización alternativa, se puede usar dióxido de azufre para oxidar la suspensión de sulfuro de calcio, con alteraciones adecuadas al proceso. Por ejemplo, la oxidación usando dióxido de azufre se puede lograr a presión atmosférica. The process involves the oxidation of a suspension of calcium sulphide (also referred to herein as calcium polysulphide or CaSx) with pressurized oxygen, preferably pure oxygen. In an alternative embodiment, sulfur dioxide can be used to oxidize the calcium sulphide suspension, with alterations appropriate to the process. For example, oxidation using sulfur dioxide can be achieved at atmospheric pressure.
Las materias primas usadas en esta invención son óxido de calcio, azufre y oxígeno económicos, que se usan todos en la formación del producto deseado. No se forma subproducto secundario. Los sólidos residuales se forman de las impurezas en el material de partida óxido de calcio comercial. En el proceso según la invención, los sólidos residuales en el tiosulfato de calcio son mínimos, y típicamente están en la cantidad de menos del 2% en peso de la cantidad del tiosulfato de calcio en la solución. The raw materials used in this invention are economical calcium oxide, sulfur and oxygen, which are all used in the formation of the desired product. No secondary byproduct is formed. Residual solids are formed from impurities in the commercial calcium oxide starting material. In the process according to the invention, the residual solids in the calcium thiosulfate are minimal, and are typically in the amount of less than 2% by weight of the amount of the calcium thiosulfate in the solution.
El proceso descrito en el presente documento también evita la oxidación indeseable del producto tiosulfato de calcio a sulfato de calcio. En general, la filtración de suspensiones coloidales de mezclas de sulfato de calcio, sulfito de calcio, carbonato de calcio y azufre es lenta y difícil. En las condiciones descritas en el presente documento según la presente invención, se forma muy poco de estos subproductos y los subproductos que se forman se separan rápida y fácilmente ajustando el pH y mediante el uso de un cierto floculante.The process described herein also prevents undesirable oxidation of the calcium thiosulfate product to calcium sulfate. In general, filtration of colloidal suspensions of mixtures of calcium sulfate, calcium sulphite, calcium carbonate and sulfur is slow and difficult. Under the conditions described herein according to the present invention, very little of these by-products is formed and the by-products that are formed are quickly and easily separated by adjusting the pH and by using a certain flocculant.
La figura 1 ilustra un esquema para una forma de realización ejemplar no limitante del proceso de la invención. Figure 1 illustrates a scheme for an exemplary non-limiting embodiment of the process of the invention.
Hay dos pasos principales en el proceso de producción de tiosulfato de calcio según la invención: producción de polisulfuro de calcio (CaSx) y oxidación de CaSx a tiosulfato de calcio (CaS2O3). There are two main steps in the calcium thiosulfate production process according to the invention: production of calcium polysulphide (CaSx) and oxidation of CaSx to calcium thiosulfate (CaS2O3).
El proceso de esta invención comprende tres secciones generales: una sección de apagado de cal, una sección de reacción y una sección de filtración. The process of this invention comprises three general sections: a lime quench section, a reaction section and a filtration section.
En la sección de apagado, se mezclan una cantidad pesada de cal seca y una cantidad medida de agua para producir una suspensión de cal. La cal seca consiste principalmente en óxido de calcio, también conocido como cal viva, y reacciona con agua para producir hidróxido de calcio, también conocido como cal apagada. La reacción es exotérmica: In the shutdown section, a heavy amount of dried lime and a measured amount of water are mixed to produce a lime suspension. Dry lime consists mainly of calcium oxide, also known as quicklime, and reacts with water to produce calcium hydroxide, also known as slaked lime. The reaction is exothermic:
CaO + H2O - Ca(0H)2 CaO + H2O - Ca (0H) 2
La suspensión de cal se transfiere después al reactor 1 mostrado en la figura 1 para la formación de sulfuro de calcio, y oxidación en los posteriores reactores 2, 3 y 4, según los siguientes pasos: The lime suspension is then transferred to reactor 1 shown in Figure 1 for the formation of calcium sulphide, and oxidation in subsequent reactors 2, 3 and 4, according to the following steps:
Producción de sulfuro de calcio y tiosulfato Production of calcium sulphide and thiosulfate
3Ca(OH)2 + 4S - 2Ca5 + Ca52O3 + 3H2O 3Ca (OH) 2 + 4S - 2Ca5 + Ca52O3 + 3H2O
El sulfuro disuelve azufre adicional para formar polisulfuro (CaSx) Sulfide dissolves additional sulfur to form polysulfide (CaSx)
2CaS + CaS2O3 + (2x – 2)S - 2Ca5x + CaS2O3 2CaS + CaS2O3 + (2x - 2) S - 2Ca5x + CaS2O3
Reacción global de CaSx Global CaSx reaction
3Ca(OH)2 + (2x + 2)S - 2Ca5x + CaS2O3 + 3H2O 3Ca (OH) 2 + (2x + 2) S - 2Ca5x + CaS2O3 + 3H2O
Reacción de oxidación de CaSx a tiosulfato de calcio Oxidation reaction of CaSx to calcium thiosulfate
2CaSx + 3O2 (x=2) - 2Ca52O3 2CaSx + 3O2 (x = 2) - 2Ca52O3
Reacción global de tiosulfato de calcio Global calcium thiosulfate reaction
3Ca(OH)2 + 6S + 3O2 - 2Ca52O3 + 3H2O 3Ca (OH) 2 + 6S + 3O2 - 2Ca52O3 + 3H2O
La sección de reacción del proceso se realiza a través de la operación en CSTR, lo que produce tiosulfato de calcio de gran pureza y alta concentración a alrededor de pH 11. La acidificación del producto con un ácido apropiado disminuye el pH a un más deseable 7,5-8,5. El producto tiosulfato de calcio resultante tiene una concentración de aproximadamente el 22-29% y es estable durante meses. The reaction section of the process is carried out through the CSTR operation, which produces high purity and high concentration calcium thiosulfate at about pH 11. Acidification of the product with an appropriate acid lowers the pH to a more desirable 7 , 5-8.5. The resulting calcium thiosulfate product has a concentration of approximately 22-29% and is stable for months.
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO CONTINUO DE TIOSULFATO DE CALCIO DESCRIPTION OF THE CONTINUOUS CALCIUM TIOSULFATE PROCESS
En este proceso continuo, las materias primas (suspensión de cal, azufre y agua para dilución) se alimentan en reactor de CaSx (polisulfuro de calcio) basándose en la carga de producción requerida y las relaciones de consumo de las materias primas como se definen por las reacciones químicas. (Véase la figura 1, CSTR – reactor 1). La alimentación de materias primas se equilibra mediante la salida de la solución de CaSx por nivel o control de flujo. Este paso se realiza preferiblemente en un CSTR. In this continuous process, the raw materials (suspension of lime, sulfur and water for dilution) are fed into the CaSx reactor (calcium polysulfide) based on the required production load and the consumption ratios of the raw materials as defined by chemical reactions (See Figure 1, CSTR - reactor 1). The feed of raw materials is balanced by the output of the CaSx solution by level or flow control. This step is preferably performed in a CSTR.
El término “agua para dilución” es cualquier agua adecuada para diluir la suspensión de cal y azufre añadida en esta primera fase. Por ejemplo, se puede usar como agua para dilución, agua “del grifo”, agua de pozo, agua desionizada (destilada) o incluso agua reciclada del proceso de lixiviación de oro, que tiene niveles aumentados de politionatos. La cinética de la reacción de CaSx es tal que la reacción estará casi completa durante el tiempo de residencia en el reactor. Cualquier materia prima sin reaccionar reaccionará posteriormente en los tanques de almacenamiento de CaSx o en el reactor de tiosulfato de calcio. The term "dilution water" is any water suitable for diluting the lime and sulfur suspension added in this first phase. For example, it can be used as dilution water, "tap" water, well water, deionized (distilled) water or even recycled water from the gold leaching process, which has increased levels of polythionates. The kinetics of the CaSx reaction is such that the reaction will be almost complete during the residence time in the reactor. Any unreacted raw material will subsequently react in the CaSx storage tanks or in the calcium thiosulfate reactor.
Respecto a la figura 1, se añade azufre a la suspensión de cal en el reactor 1. La mezcla se agita, y tiene lugar una reacción exotérmica entre el azufre y la cal para producir una suspensión de sulfuro de calcio (CaSx). La siguiente reacción tiene lugar en el reactor de CaSx (reactor 1): With respect to Figure 1, sulfur is added to the lime suspension in reactor 1. The mixture is stirred, and an exothermic reaction takes place between the sulfur and lime to produce a suspension of calcium sulphide (CaSx). The following reaction takes place in the CaSx reactor (reactor 1):
Producción de polisulfuro de calcio: Production of calcium polysulphide:
3Ca(OH)2 + (2x+2)S - 2Ca5x + CaS2O3 + 3H2O 3Ca (OH) 2 + (2x + 2) S - 2Ca5x + CaS2O3 + 3H2O
Aunque la reacción es exotérmica, se debe suministrar calor al reactor para calentar las materias primas y mantener la reacción a la temperatura de operación requerida de aproximadamente 90-98ºC o aproximadamente 195-208ºF. Es preferible realizar esta reacción tan rápido como sea posible, ya que se formará algo de tiosulfato de calcio en este paso, y el tiosulfato de calcio se descompone a sulfito de calcio (CaSO3) a aproximadamente 100ºC. Cuanto más corto sea el tiempo de esta reacción, menos tiempo se expone el tiosulfato de calcio a temperaturas de descomposición. El tiosulfato de calcio que se descompone a sulfito de calcio (CaSO3) no se puede reciclar en el proceso y aumentará de forma indeseable el subproducto sólido. Although the reaction is exothermic, heat must be supplied to the reactor to heat the raw materials and maintain the reaction at the required operating temperature of about 90-98 ° C or about 195-208 ° F. It is preferable to carry out this reaction as quickly as possible, since some calcium thiosulfate will be formed in this step, and the calcium thiosulfate decomposes to calcium sulphite (CaSO3) at approximately 100 ° C. The shorter the time of this reaction, the less time the calcium thiosulfate is exposed to decomposition temperatures. Calcium thiosulfate that decomposes to calcium sulphite (CaSO3) cannot be recycled in the process and will undesirably increase the solid by-product.
La solución óptima de sulfuro de calcio contendrá suficiente calcio para corresponder a aproximadamente el 25-29,5% de tiosulfato de calcio – esto es aproximadamente el 6,6-7,8% de Ca++. Como se indica en la fórmula de reacción anterior, la solución de sulfuro de calcio contendrá algo de tiosulfato de calcio. Sin embargo, el tiosulfato de calcio se descompondrá a temperaturas cercanas a ebullición (100ºC), formando subproductos sólidos (insolubles) indeseables. Por tanto, mientras que puede ser deseable tener una concentración aumentada de tiosulfato de calcio en la solución de sulfuro de calcio, esto se debe ponderar contra el riesgo de que el tiosulfato de calcio que está presente durante la reacción de producción de CaSx se descomponga para formar subproductos sólidos indeseables. Los operadores del proceso según la invención llegarán un compromiso entre el nivel de tiosulfato de calcio en el sulfuro de calcio y el potencial para subproductos. The optimal calcium sulphide solution will contain enough calcium to correspond to approximately 25-29.5% calcium thiosulfate - this is approximately 6.6-7.8% Ca ++. As indicated in the above reaction formula, the calcium sulphide solution will contain some calcium thiosulfate. However, calcium thiosulfate will decompose at temperatures near boiling (100 ° C), forming undesirable solid (insoluble) by-products. Therefore, while it may be desirable to have an increased concentration of calcium thiosulfate in the calcium sulphide solution, this should be weighed against the risk that the calcium thiosulfate that is present during the CaSx production reaction will decompose to form undesirable solid byproducts. The operators of the process according to the invention will reach a compromise between the level of calcium thiosulfate in calcium sulphide and the potential for by-products.
El número “x” para la parte polisulfuro del sulfuro de calcio (es decir, la “x” en CaSx) debe estar tan próximo a 2 como sea posible, porque la ecuación para la oxidación del polisulfuro de calcio es: CaSx + O2 - Ca52O3 + (x-2)S. Teóricamente, si x=2, el azufre residual (que forma subproductos indeseables) no existirá. Sin embargo, cuanto mayor sea la concentración de tiosulfato en la solución de sulfuro de calcio, mayor será el número x para los polisulfuros restantes. Por último, cuanto menor sea el número x en los polisulfuros restantes, menor es la solubilidad de la solución. Cada factor contribuyente aquí se debe analizar para determinar cuáles son las prioridades, por ejemplo, concentración aumentada de tiosulfato y/o la solubilidad de los productos de reacción de sulfuro de calcio. La preocupación subyacente es la estabilidad del tiosulfato de calcio a temperaturas cercanas a ebullición. The number "x" for the polysulphide part of calcium sulfide (that is, the "x" in CaSx) should be as close to 2 as possible, because the equation for the oxidation of calcium polysulphide is: CaSx + O2 - Ca52O3 + (x-2) S. Theoretically, if x = 2, residual sulfur (which forms undesirable by-products) will not exist. However, the higher the concentration of thiosulfate in the calcium sulphide solution, the greater the number x for the remaining polysulfides. Finally, the lower the number x in the remaining polysulfides, the lower the solubility of the solution. Each contributing factor here should be analyzed to determine what are the priorities, for example, increased concentration of thiosulfate and / or the solubility of calcium sulfide reaction products. The underlying concern is the stability of calcium thiosulfate at temperatures near boiling.
La parte de síntesis de sulfuro de calcio del proceso de la invención se debe realizar en el menor tiempo posible, para aumentar la velocidad de producción, y para disminuir la descomposición del producto que se producirá a elevadas temperaturas a lo largo del tiempo. Para determinar el punto en el que la síntesis de sulfuro de calcio debe cesar y la oxidación debe empezar (y los materiales en el reactor 1 mostrado en la figura 1 se deben transferir al reactor 2), se debe determinar el punto en que la concentración de Ca++ es máxima. El intermedio final de sulfuro de calcio es una suspensión. Después se filtra una muestra de la suspensión de sulfuro de calcio, y la muestra se somete después a titulación con EDTA para controlar rápida y fácilmente la concentración de Ca++. Cuando la concentración de Ca++ se estabiliza, la suspensión de sulfuro de calcio se debe transferir al siguiente reactor para la oxidación del CaSx. The calcium sulfide synthesis part of the process of the invention should be carried out in the shortest possible time, to increase the production speed, and to decrease the decomposition of the product that will be produced at elevated temperatures over time. To determine the point at which the synthesis of calcium sulphide must cease and oxidation must begin (and the materials in the reactor 1 shown in Figure 1 must be transferred to the reactor 2), the point at which the concentration should be determined of Ca ++ is maximum. The final calcium sulphide intermediate is a suspension. A sample of the calcium sulphide suspension is then filtered, and the sample is then titrated with EDTA to quickly and easily control the concentration of Ca ++. When the concentration of Ca ++ stabilizes, the calcium sulphide suspension should be transferred to the next reactor for the oxidation of CaSx.
La temperatura óptima fue aproximadamente 90-92ºC. Se determinó que el tiosulfato de calcio, en solución pura, se descomponía a 97ºC. También se advierte la producción elevada de H2S a temperaturas por encima de 9294ºC. Además, se produce una formación de espuma problemática durante la síntesis de sulfuro de calcio realizada cerca del punto de ebullición, pero esto no es aparente a temperaturas ligeramente inferiores. El apagado de CaO sola aumenta la temperatura de las materias primas iniciales a 50-60ºC. Se tomaron muestras periódicamente de cada suspensión que reacciona para seguir el progreso de la concentración de Ca++. La concentración de Ca++ como CaSx se estabiliza desde 135 a 190 minutos a aproximadamente 90-92ºC. The optimum temperature was approximately 90-92 ° C. It was determined that calcium thiosulfate, in pure solution, decomposed at 97 ° C. The high production of H2S at temperatures above 9294 ° C is also noted. In addition, problematic foam formation occurs during the synthesis of calcium sulphide carried out near the boiling point, but this is not apparent at slightly lower temperatures. The shutdown of CaO alone increases the temperature of the initial raw materials to 50-60 ° C. Samples were taken periodically from each suspension that reacts to track the progress of the Ca ++ concentration. The concentration of Ca ++ as CaSx is stabilized from 135 to 190 minutes at approximately 90-92 ° C.
Si se usa cal (CaO) o cal apagada [Ca(OH)2] como fuente de calcio, primero se proporciona una suspensión de la cal o la cal apagada en agua y después se añade azufre a la suspensión. Se usa o bien una suspensión preexistente de cal apagada o se forma una suspensión por apagado, que es mezclar la cal con agua para formar cal apagada. En una forma de realización preferida, la cal es desde aproximadamente el 96% hasta aproximadamente el 99% pura. Se puede usar cal de menor pureza, pero al coste de mayores subproductos sólidos al término de la reacción, así como una cinética de reacción más lenta. También se ha encontrado que estos subproductos e inertes consumen volumen de reactor y disminuyen la capacidad de producción global. If lime (CaO) or lime off [Ca (OH) 2] is used as a source of calcium, a suspension of lime or lime is quenched in water is first provided and then sulfur is added to the suspension. Either a pre-existing suspension of lime is used or a suspension is formed by switching off, which is mixing the lime with water to form lime. In a preferred embodiment, the lime is from about 96% to about 99% pure. Lime of lower purity can be used, but at the cost of higher solid by-products at the end of the reaction, as well as a slower reaction kinetics. It has also been found that these by-products and inerts consume reactor volume and decrease overall production capacity.
Preferiblemente, la mezcla de azufre y suspensión de cal se calienta. En una forma de realización preferida, se calienta hasta al menos aproximadamente 70ºC (aproximadamente 158ºF). Más preferiblemente, se calienta hasta una temperatura en el intervalo desde aproximadamente 85 hasta aproximadamente 99ºC (aproximadamente de 185-210ºC). Incluso más preferiblemente, se calienta a una temperatura en el intervalo desde aproximadamente 90 hasta aproximadamente 92ºC (aproximadamente de 195-198ºF). Preferably, the mixture of sulfur and lime suspension is heated. In a preferred embodiment, it is heated to at least about 70 ° C (about 158 ° F). More preferably, it is heated to a temperature in the range of from about 85 to about 99 ° C (about 185-210 ° C). Even more preferably, it is heated to a temperature in the range of from about 90 to about 92 ° C (about 195-198 ° F).
El azufre se combina preferiblemente con el hidróxido de calcio a una relación molar de azufre a hidróxido de calcio desde alrededor de 1:1 hasta alrededor de 6:1. Más preferiblemente, la relación molar es alrededor de 3,4:1 hasta alrededor de 3,8:1. Incluso más preferiblemente, la relación es aproximadamente 3,6:1. Sulfur is preferably combined with calcium hydroxide at a molar ratio of sulfur to calcium hydroxide from about 1: 1 to about 6: 1. More preferably, the molar ratio is about 3.4: 1 to about 3.8: 1. Even more preferably, the ratio is approximately 3.6: 1.
En una forma de realización preferida, la relación molar de azufre a hidróxido de calcio a agua es al menos alrededor de 2:6:30. In a preferred embodiment, the molar ratio of sulfur to calcium hydroxide to water is at least about 2: 6: 30.
En otra forma de realización preferida, la relación molar de azufre a hidróxido de calcio a agua es alrededor de 3,6 hasta alrededor de 4,9:1:25,5. In another preferred embodiment, the molar ratio of sulfur to calcium hydroxide to water is about 3.6 to about 4.9: 1: 25.5.
Si la relación de azufre a hidróxido de calcio a agua usada es alrededor de 3,6:1:25,5, entonces la reacción tarda alrededor de 2-6 horas en completarse. If the ratio of sulfur to calcium hydroxide to water used is around 3.6: 1: 25.5, then the reaction takes about 2-6 hours to complete.
En una forma de realización ejemplar, la solución de polisulfuro de calcio se produjo en una relación molar desde alrededor de 3,6 a 4 moles de azufre por mol de hidróxido de calcio, y después la cantidad de hidróxido de calcio requerido para obtener la relación estequiométrica 2:1 se añade antes de o durante el paso de oxidación. In an exemplary embodiment, the calcium polysulphide solution was produced in a molar ratio from about 3.6 to 4 moles of sulfur per mole of calcium hydroxide, and then the amount of calcium hydroxide required to obtain the ratio Stoichiometric 2: 1 is added before or during the oxidation step.
Paso 2: Producción continua de tiosulfato de calcio (CaS2O3) en CSTR Step 2: Continuous production of calcium thiosulfate (CaS2O3) in CSTR
Según una forma de realización preferida de la invención representada en la figura 1, la oxidación del CaSx a tiosulfato de calcio se hace en dos CSTR en serie (reactor 2 y reactor 3). La solución de polisulfuro de calcio se transfiere del reactor 1 al reactor 2. Formas de realización alternativas de la invención pueden utilizar más de dos CSTR en serie para realizar este paso. La reacción que tiene lugar en ambos CSTR es la siguiente reacción de oxidación: According to a preferred embodiment of the invention represented in Figure 1, the oxidation of CaSx to calcium thiosulfate is done in two CSTRs in series (reactor 2 and reactor 3). The calcium polysulphide solution is transferred from reactor 1 to reactor 2. Alternative embodiments of the invention can use more than two CSTRs in series to perform this step. The reaction that takes place in both CSTRs is the following oxidation reaction:
2CaSx + 3O2 (x = 2) - 2Ca52O3 2CaSx + 3O2 (x = 2) - 2Ca52O3
Los CSTR (reactores 2 y 3 mostrados en la figura 1) se usan para agitar las mezclas en los mismos, para facilitar la oxidación de las soluciones de CaSx (y CaSx y tiosulfato de calcio) maximizando el contacto entre el oxígeno introducido dentro de, y el líquido en, el reactor. En una forma de realización preferida, alguno de o ambos reactores 2 y 3 agitan las mezclas en los mismos a una velocidad de aproximadamente 100-1200 rpm a aproximadamente 70ºC. En otra forma de realización, la agitación se produce a una velocidad de aproximadamente 600-1000 rpm a aproximadamente 70ºC. En aún otra forma de realización, la agitación se produce a una velocidad de aproximadamente 600-900 rpm a aproximadamente 70ºC. En todavía otra forma de realización, la agitación se produce a una velocidad de aproximadamente 600-800 rpm a aproximadamente 70ºC. The CSTRs (reactors 2 and 3 shown in Figure 1) are used to stir the mixtures therein, to facilitate the oxidation of the CaSx solutions (and CaSx and calcium thiosulfate) maximizing the contact between the oxygen introduced into, and the liquid in, the reactor. In a preferred embodiment, either or both reactors 2 and 3 stir the mixtures therein at a speed of about 100-1200 rpm at about 70 ° C. In another embodiment, stirring occurs at a speed of about 600-1000 rpm at about 70 ° C. In yet another embodiment, stirring occurs at a speed of about 600-900 rpm at about 70 ° C. In yet another embodiment, stirring occurs at a speed of about 600-800 rpm at about 70 ° C.
En una forma de realización alternativa de la invención, alguno de o ambos reactores 2 y 3 agitan las mezclas en los mismos a una velocidad de alrededor de 900-1500 rpm a alrededor de 90ºC. En otra forma de realización, la agitación se produce a una velocidad de alrededor de 1200-1500 rpm a alrededor de 90ºC. En aún otra forma de realización, la agitación se produce a una velocidad de alrededor de 1500 rpm a alrededor de 90ºC. In an alternative embodiment of the invention, either or both reactors 2 and 3 stir the mixtures therein at a speed of about 900-1500 rpm at about 90 ° C. In another embodiment, stirring occurs at a speed of about 1200-1500 rpm at about 90 ° C. In yet another embodiment, stirring occurs at a speed of about 1500 rpm at about 90 ° C.
El primero de los dos CSTR en serie (reactor 2) oxida aproximadamente el 60-90% del CaSx en solución que se produjo en el reactor 1. En una forma de realización preferida, el reactor 2 se presuriza con oxígeno y se mezcla con un mezclador de alta eficacia para maximizar el contacto entre el gas oxígeno y la solución de tiosulfato de calcio. The first of the two CSTRs in series (reactor 2) oxidizes approximately 60-90% of the CaSx in solution that was produced in reactor 1. In a preferred embodiment, reactor 2 is pressurized with oxygen and mixed with a High efficiency mixer to maximize contact between oxygen gas and calcium thiosulfate solution.
En cada uno de los reactores 2 y 3, la oxidación de polisulfuro de calcio a tiosulfato de calcio se logra con presión. Estos reactores preferiblemente se purgan de modo que el aire en los mismos se sustituye con gas oxígeno, y la presión dentro de los reactores aumenta. Los reactores se presurizan a aproximadamente 15-80 psig, más preferiblemente a aproximadamente 40-80 psig y los contenidos se calientan hasta aproximadamente 70-95ºC, más preferiblemente hasta aproximadamente 70-75ºC. In each of reactors 2 and 3, the oxidation of calcium polysulphide to calcium thiosulfate is achieved with pressure. These reactors are preferably purged so that the air in them is replaced with oxygen gas, and the pressure inside the reactors increases. The reactors are pressurized at about 15-80 psig, more preferably at about 40-80 psig and the contents are heated to about 70-95 ° C, more preferably up to about 70-75 ° C.
La solución de tiosulfato de calcio parcialmente oxidada producida en el reactor 2 se bombea de forma continua del reactor 2 al segundo CSTR en serie (reactor 3), donde se oxida hasta aproximadamente el 70-95% de la oxidación completa durante su tiempo de residencia en este reactor. Un flujo continuo de tiosulfato de calcio casi completamente oxidado se descarga a almacenamiento (no se muestra en la figura 1) o hacia la siguiente fase del proceso. Como la reacción es exotérmica, todos los reactores de oxidación CSTR (reactores 2 y 3) se deben mantener a la temperatura de oxidación deseada (aproximadamente 60-80ºC). En una forma de realización preferida, la oxidación se produce en un reactor mantenido a aproximadamente 70ºC. La temperatura de operación se puede aumentar para acelerar la reacción química y minimizar el tiempo de reacción, pero no debe aumentar más allá de aproximadamente 98ºC, o más preferiblemente más allá de aproximadamente 94ºC, para evitar producir que el tiosulfato de calcio se degrade, lo que produce la formación indeseable de politionatos. The partially oxidized calcium thiosulfate solution produced in reactor 2 is continuously pumped from reactor 2 to the second serial CSTR (reactor 3), where it oxidizes up to about 70-95% of the complete oxidation during its residence time in this reactor. A continuous flow of almost completely oxidized calcium thiosulfate is discharged into storage (not shown in Figure 1) or into the next phase of the process. Since the reaction is exothermic, all CSTR oxidation reactors (reactors 2 and 3) must be maintained at the desired oxidation temperature (approximately 60-80 ° C). In a preferred embodiment, oxidation occurs in a reactor maintained at approximately 70 ° C. The operating temperature can be increased to accelerate the chemical reaction and minimize the reaction time, but it should not increase beyond about 98 ° C, or more preferably beyond about 94 ° C, to avoid causing calcium thiosulfate to degrade, so which produces the undesirable formation of polythionates.
Los inventores determinaron que el uso de cal de mayor pureza produjo una cantidad reducida de subproductos sólidos. Preferiblemente, la cal es desde aproximadamente el 96% hasta aproximadamente el 99% pura. La cantidad de subproductos sólidos disminuyó a menos del 2% en peso del producto total utilizando cal de mayor pureza. El tiempo de reacción también disminuyó usando cal de mayor pureza. The inventors determined that the use of lime of greater purity produced a reduced amount of solid by-products. Preferably, the lime is from about 96% to about 99% pure. The amount of solid by-products decreased to less than 2% by weight of the total product using lighter purity. The reaction time also decreased using lighter purity.
Los ejemplos de cal con diferentes niveles de pureza es como sigue: fuente 1: >99% en peso de Ca(OH)2; fuente 2: 97,40% en peso de Ca(OH)2; fuente 3: 94,20% en peso de Ca(OH)2; y fuente 4: 95,80% en peso de Ca(OH)2. La cal de mayor pureza reacciona con más rapidez y forma menos subproductos sólidos durante la reacción. Examples of lime with different levels of purity are as follows: source 1:> 99% by weight of Ca (OH) 2; source 2: 97.40% by weight of Ca (OH) 2; source 3: 94.20% by weight of Ca (OH) 2; and source 4: 95.80% by weight of Ca (OH) 2. Lime of higher purity reacts more quickly and forms less solid by-products during the reaction.
El oxígeno usado para el fin de oxidar se puede suministrar por aire atmosférico o por una fuente de suministro de oxígeno enriquecido. Mientras que el aire atmosférico es una opción, se prefiere un suministro de oxígeno enriquecido, porque cuanto mayor sea la concentración de oxígeno, más rápido se producirá la reacción. El oxígeno se distribuye al reactor de oxidación a la presión deseada y al volumen requerido para apoyar la reacción de oxidación. Los factores principales que determinan la velocidad de oxidación y el tiempo para completar la reacción de oxidación son la concentración de oxígeno, el área de contacto de la suspensión de sulfuro de calcio con el oxígeno, y la temperatura de reacción. El objetivo es completar la reacción en una cantidad razonable de tiempo consistente con los requisitos de producción y evitar tiempos de reacción prolongados que pueden producir cantidades aumentadas de productos de descomposición y oxidación para formar sulfato de calcio. The oxygen used for the purpose of oxidizing can be supplied by atmospheric air or by a source of enriched oxygen supply. While atmospheric air is an option, an enriched oxygen supply is preferred, because the higher the oxygen concentration, the faster the reaction will occur. The oxygen is distributed to the oxidation reactor at the desired pressure and at the volume required to support the oxidation reaction. The main factors that determine the rate of oxidation and the time to complete the oxidation reaction are the oxygen concentration, the contact area of the calcium sulfide suspension with the oxygen, and the reaction temperature. The objective is to complete the reaction in a reasonable amount of time consistent with the production requirements and avoid prolonged reaction times that can produce increased amounts of decomposition and oxidation products to form calcium sulfate.
El oxígeno suministrado por el aire a presión atmosférica tiene baja concentración, lo que produce tiempos de reacción más largos que no son preferidos para la producción industrial. La disponibilidad de oxígeno para la reacción se puede aumentar comprimiendo el aire a presiones mayores, lo que maximiza el contacto entre el oxígeno y la solución de CaSx/CaS2O3. Aumentar la presión del aire a cinco atmósferas o alrededor de 60 psig aumenta el oxígeno disponible para la reacción hasta aproximadamente el mismo nivel que utilizar oxígeno puro en condiciones atmosféricas. Cuando se usa aire, los gases inertes se deben dejar escapar o purgar periódicamente. De forma alternativa, preferiblemente se usa oxígeno puro, en parte porque se puede usar a presiones menores y con requisitos mínimos para purgar los gases inertes. The oxygen supplied by the air at atmospheric pressure has a low concentration, which produces longer reaction times that are not preferred for industrial production. The availability of oxygen for the reaction can be increased by compressing the air at higher pressures, which maximizes the contact between oxygen and the CaSx / CaS2O3 solution. Increasing the air pressure to five atmospheres or around 60 psig increases the oxygen available for the reaction to approximately the same level as using pure oxygen in atmospheric conditions. When air is used, inert gases must be allowed to escape or purge periodically. Alternatively, preferably pure oxygen is used, in part because it can be used at lower pressures and with minimum requirements to purge inert gases.
En los reactores CSTR, las presiones preferidas están en el intervalo de 15-80 psig, y más preferiblemente de 60-80 psig. Incluso más preferiblemente, la presión es 80 psig. In CSTR reactors, the preferred pressures are in the range of 15-80 psig, and more preferably 60-80 psig. Even more preferably, the pressure is 80 psig.
Una alternativa al uso de oxígeno o aire como el oxidante es usar dióxido de azufre, que se puede usar sin presurizar los reactores de oxidación CSTR, es decir, se puede usar a presión atmosférica. An alternative to the use of oxygen or air as the oxidant is to use sulfur dioxide, which can be used without pressurizing CSTR oxidation reactors, that is, it can be used at atmospheric pressure.
En una forma de realización preferida, los CSTR están cada uno equipados con un propulsor, cada propulsor tiene tres palas de agitación dispuestas en forma vertical unas respecto a otras. La pala de agitación más alta (primera pala) está justo por debajo o en una superficie adyacente a la solución líquida de CaSx/CaS2O3 en el CSTR, y la pala de agitación más baja (la segunda pala) se localiza adyacente al fondo del CSTR. El agente de oxidación, preferiblemente oxígeno, se introduce preferiblemente en la solución de CaSx/CaS2O3 en el CSTR en un punto adyacente a la pala de agitación media (la tercera pala), en un punto entre las palas de agitación más alta y más baja, también denominado en el presente documento punto de inyección de la alimentación. In a preferred embodiment, the CSTRs are each equipped with a propeller, each propellant has three stirring blades arranged vertically relative to each other. The highest stirring blade (first blade) is just below or on a surface adjacent to the CaSx / CaS2O3 liquid solution in the CSTR, and the lowest stirring blade (the second blade) is located adjacent to the bottom of the CSTR . The oxidizing agent, preferably oxygen, is preferably introduced into the CaSx / CaS2O3 solution in the CSTR at a point adjacent to the medium stirring blade (the third blade), at a point between the highest and lowest stirring blades , also referred to herein as feed injection point.
A los reactores CSTR preferiblemente se suministra uno o más mecanismos para permitir una purga continua de la fase vapor para prevenir la formación de inertes en el espacio del vapor y para reducir la formación de espuma. One or more mechanisms are preferably supplied to the CSTR reactors to allow continuous purging of the vapor phase to prevent inert formation in the steam space and to reduce foaming.
Paso 3: Paso de finalización hasta el 100% de oxidación Step 3: Completion step up to 100% oxidation
Debido a que algunas fracciones del producto siempre les faltará tiempo de residencia en el sistema para la oxidación completa, se requerirá un paso de finalización si la solución de CaSx/tiosulfato de calcio producida en los Because some product fractions will always lack residence time in the system for complete oxidation, a completion step will be required if the CaSx / calcium thiosulfate solution produced in the
reactores de oxidación (por ejemplo, los reactores 2 y 3 mostrados en la figura 1) se va a oxidar completamente, como se prefiere. En la figura 1 se ilustra una representación de un reactor de finalización (reactor 4). El reactor 4 puede consistir en un único reactor, tal como un reactor de cavitación, o puede consistir en una serie de reactores, como se discute posteriormente. Se proponen dos soluciones posibles para oxidar completamente la solución: Oxidation reactors (for example, reactors 2 and 3 shown in Figure 1) will be completely oxidized, as preferred. A representation of a termination reactor (reactor 4) is illustrated in Figure 1. The reactor 4 may consist of a single reactor, such as a cavitation reactor, or it may consist of a series of reactors, as discussed below. Two possible solutions are proposed to completely oxidize the solution:
- 1. one.
- Se ha demostrado que un reactor de cavitación que opera a presiones de oxígeno de hasta aproximadamente 3000 psig completa la oxidación en un tiempo significativamente reducido. A presiones de oxígeno bajas, el reactor de cavitación se puede usar para terminar aproximadamente del 1% al 5% final de la oxidación. A presiones de oxígeno de hasta aproximadamente 3000 psig, el reactor de cavitación puede oxidar aproximadamente del 50-100% del CaSx a tiosulfato de calcio a velocidades más rápidas que un CSTR convencional. It has been shown that a cavitation reactor that operates at oxygen pressures of up to about 3000 psig completes the oxidation in a significantly reduced time. At low oxygen pressures, the cavitation reactor can be used to terminate approximately 1% to 5% final oxidation. At oxygen pressures of up to about 3000 psig, the cavitation reactor can oxidize approximately 50-100% of the CaSx to calcium thiosulfate at faster rates than a conventional CSTR.
- 2. 2.
- Una serie de reactores semicontinuos que finalizan la solución de CaSx/tiosulfato de calcio en una secuencia por lotes automatizada, proporcionando un paso adicional de oxidación en un reactor por lotes. La oxidación se puede controlar usando un tiempo de oxidación fijo o usando medidas en línea que indiquen la oxidación completa del producto, tal como medidas de ORP calibradas. A series of semi-continuous reactors that terminate the solution of CaSx / calcium thiosulfate in an automated batch sequence, providing an additional oxidation step in a batch reactor. Oxidation can be controlled using a fixed oxidation time or using in-line measurements that indicate complete oxidation of the product, such as calibrated ORP measurements.
La oxidación del intermedio de polisulfuro de calcio (CaSx) por el oxígeno al producto tiosulfato de calcio se realizó usando el potencial de oxidación reducción (ORP) para determinar el progreso del proceso de oxidación. Esto se hizo para asegurar la máxima conversión para el mayor rendimiento, evitar la oxidación excesiva y evitar la formación de subproductos solubles tales como politionatos y subproductos insolubles tal como sulfato. Las reacciones estequiométricas seguidas fueron:Oxidation of the calcium polysulphide intermediate (CaSx) by oxygen to the calcium thiosulfate product was performed using the oxidation reduction potential (ORP) to determine the progress of the oxidation process. This was done to ensure maximum conversion for the highest yield, avoid excessive oxidation and avoid the formation of soluble by-products such as polythionates and insoluble by-products such as sulfate. The stoichiometric reactions followed were:
3Ca(OH)2 + 6,2S - 2Ca52,1 + CaS2O3 + 3H2O (1) 3Ca (OH) 2 + 6.2S - 2Ca52.1 + CaS2O3 + 3H2O (1)
2CaS2,1 + CaS2O3 + 3H2O + 3O2 - 3CaS2O3 + 3H2O + 0,2S (2) 2CaS2,1 + CaS2O3 + 3H2O + 3O2 - 3CaS2O3 + 3H2O + 0.2S (2)
Los valores del potencial de oxidación reducción (ORP) se midieron usando un electrodo ORP. La verificación de la función del electrodo se confirmó usando un estándar de ORP. Los valores de ORP se midieron en condiciones de reacción similares (T, P y velocidad de agitación) durante cuatro conjuntos de reacciones. Los resultados se muestran en la figura 2. The oxidation reduction potential (ORP) values were measured using an ORP electrode. Verification of electrode function was confirmed using an ORP standard. ORP values were measured under similar reaction conditions (T, P and stirring speed) during four sets of reactions. The results are shown in figure 2.
Los datos indican que, según progresa la oxidación del CaSx, el potencial redox aumenta. En las cuatro reacciones, hay un punto donde el cambio en potencial es significativo y Mx My se aproxima a cero. 5e advierte un punto de equivalencia en todas las reacciones. La medida del ORP durante la oxidación del CaSx a tiosulfato de calcio determinó exactamente la terminación del proceso de oxidación. Se nota un aumento brusco en el ORP de la suspensión de CaSx cuando la oxidación es completa. The data indicates that, as CaSx oxidation progresses, the redox potential increases. In all four reactions, there is a point where the change in potential is significant and Mx My approaches zero. 5e warns of a point of equivalence in all reactions. The measurement of the ORP during the oxidation of CaSx to calcium thiosulfate determined exactly the termination of the oxidation process. A sharp increase in the ORP of the CaSx suspension is noted when the oxidation is complete.
Los inventores determinaron que el tiempo total por lote o reacción (hasta la terminación al 100%) para oxidar a tiosulfato de calcio depende de diferentes parámetros, tales como agitación, temperatura de reacción, presión de reacción, etc. El impacto de estos parámetros se explicará adicionalmente en este documento. Sin embargo, independientemente de estos parámetros, la velocidad de oxidación se puede expresar como función del tiempo de reacción relativo (como una fracción del 0-100% de tiempo total de lote).The inventors determined that the total time per batch or reaction (until 100% termination) to oxidize calcium thiosulfate depends on different parameters, such as stirring, reaction temperature, reaction pressure, etc. The impact of these parameters will be further explained in this document. However, regardless of these parameters, the oxidation rate can be expressed as a function of the relative reaction time (as a fraction of 0-100% of total batch time).
La figura 3 muestra una relación no lineal, con una velocidad de oxidación alta al principio, que se frena hacia el final del lote. Esto explica el mayor consumo de oxígeno y mayores requisitos de refrigeración (calor de reacción) al principio del lote, comparado con el final del lote. Figure 3 shows a non-linear relationship, with a high oxidation rate at the beginning, which is braked towards the end of the batch. This explains the higher oxygen consumption and higher cooling requirements (reaction heat) at the beginning of the batch, compared to the end of the batch.
Una consideración importante en el mantenimiento de una buena velocidad de oxidación es proporcionar contacto gas/líquido eficiente, lo que proporciona área de contacto y tiempo de contacto adecuados para que reaccionen el gas que lleva oxígeno y la suspensión líquida de sulfuro de calcio. Poner en contacto es importante porque la reacción tiene lugar principalmente en la interfaz gas oxígeno-suspensión líquida. Si este área de interfaz no es adecuado, la reacción será lenta, lo que produce una gran cantidad de subproductos indeseables. An important consideration in maintaining a good oxidation rate is to provide efficient gas / liquid contact, which provides adequate contact area and contact time for the gas carrying oxygen and the calcium sulphide liquid suspension to react. Contacting is important because the reaction takes place mainly at the oxygen-liquid suspension gas interface. If this interface area is not adequate, the reaction will be slow, which produces a large number of undesirable by-products.
Para proporcionar tiempo de residencia suficiente para la reacción de oxidación, se usan una serie de CSTR en la presente invención. Utilizar una serie de CSTR mantiene el producto más tiempo en el sistema comparado con un reactor.To provide sufficient residence time for the oxidation reaction, a series of CSTRs are used in the present invention. Using a series of CSTR keeps the product longer in the system compared to a reactor.
La figura 4 ilustra gráficamente los resultados de una simulación de dos CSTR en serie. El gráfico muestra la fracción de producto que permanece en el sistema, después de que se cargara en el primer reactor (que corresponde al reactor 2 en la figura 1) a tiempo 0 y asumiendo mezcla perfecta. Se muestra que inmediatamente se pierde algo del producto del primer reactor (reactor 2). El reactor 2 pierde el producto exponencialmente. Como consecuencia, el segundo reactor (que corresponde al reactor 3 en la figura 1) se alimenta lentamente con el producto cargado a través de inyección en un punto a tiempo 0. Al mismo tiempo, también pierde producto, lo que produce la curva para el segundo reactor. La adición de ambas curvas (“global”) muestra la fracción de producto que permanece en el sistema total (es decir, el primer y segundo reactores juntos) en el tiempo. Figure 4 graphically illustrates the results of a simulation of two CSTRs in series. The graph shows the fraction of product that remains in the system, after it was loaded into the first reactor (corresponding to reactor 2 in Figure 1) at time 0 and assuming perfect mixing. It is shown that some of the product from the first reactor is immediately lost (reactor 2). The reactor 2 loses the product exponentially. As a consequence, the second reactor (corresponding to reactor 3 in Figure 1) is slowly fed with the product loaded through injection at a point in time 0. At the same time, it also loses product, which produces the curve for the second reactor The addition of both curves ("global") shows the fraction of product that remains in the total system (ie, the first and second reactors together) over time.
Esto explica que parte del producto cargado al sistema apenas tiene tiempo de residencia para ser oxidado, mientras que otra fracción del producto puede estar en el sistema durante un tiempo muy largo. Tanto la oxidación incompleta como la oxidación excesiva podrían tener un efecto perjudicial sobre el producto final. This explains that part of the product loaded to the system barely has residence time to be oxidized, while another fraction of the product may be in the system for a very long time. Both incomplete oxidation and excessive oxidation could have a detrimental effect on the final product.
Esto también explica por qué alguna fracción del producto no se oxidará nunca por completo, porque no tuvo suficiente tiempo de residencia en el reactor. Como consecuencia, siempre se requerirá un paso de finalización para completar del todo la reacción hasta el 100% de oxidación. This also explains why some fraction of the product will never oxidize completely, because it did not have enough residence time in the reactor. As a consequence, an end step will always be required to completely complete the reaction up to 100% oxidation.
Como se muestra en la figura 1, se utilizan una serie de CSTR para la oxidación continua de CaSx a tiosulfato de calcio. Los CSTR usados en la invención operan a presiones y temperaturas particulares, usando oxígeno o aire. Se prefiere oxígeno. En una forma de realización alternativa, en lugar de oxígeno, se puede usar dióxido de azufre como el agente oxidante a presión atmosférica. As shown in Figure 1, a series of CSTRs are used for the continuous oxidation of CaSx to calcium thiosulfate. The CSTRs used in the invention operate at particular pressures and temperatures, using oxygen or air. Oxygen is preferred. In an alternative embodiment, instead of oxygen, sulfur dioxide can be used as the oxidizing agent at atmospheric pressure.
Los reactores CSTR de la invención tienen puntos de inyección de alimentación localizados en ciertos puntos que minimizan que el material de alimentación evite pasar a través del sistema sin que se haga reaccionar. Esto maximiza el contacto entre el oxígeno y el líquido en el reactor, lo que aumenta posteriormente el tiempo de residencia en el reactor, usando mezcladores de alta eficiencia que maximizan la dispersión gas-líquido así como la suspensión sólida. En una forma de realización preferida de la invención, el CSTR tiene un agitador o mezclador giratorio, que comprende un eje giratorio central que tiene dos o más palas de agitación o propulsores dispuestos verticalmente unas respecto a otras en el eje. En aún una forma de reacción todavía más preferida, el agitador o mezclador tiene tres o más palas dispuestas verticalmente unas respecto a otras en el eje, y el punto de inyección de la alimentación para el oxígeno se localiza adyacente a la pala media. The CSTR reactors of the invention have feed injection points located at certain points that minimize the feed material avoiding passing through the system without being reacted. This maximizes the contact between oxygen and liquid in the reactor, which subsequently increases the residence time in the reactor, using high efficiency mixers that maximize gas-liquid dispersion as well as solid suspension. In a preferred embodiment of the invention, the CSTR has a rotating agitator or mixer, comprising a central rotating shaft having two or more stirring blades or propellers arranged vertically relative to each other on the axis. In an even more preferred reaction form, the agitator or mixer has three or more blades arranged vertically relative to each other on the shaft, and the injection point of the oxygen feed is located adjacent to the middle blade.
Un proceso continuo típicamente requerirá un paso de finalización para completar la reacción de oxidación al 100%, debido a la distribución del tiempo de residencia en el sistema. La figura 5 muestra la distribución del tiempo de residencia en un sistema de dos CSTR en serie – mezcla perfecta frente a diseño original del reactor y frente a diseño mejorado del reactor a un flujo de 55 gpm para un volumen de reactor de 8500 galones. “Original” se refiere a un reactor con un punto de inyección de líquido en la parte superior del reactor según una forma de realización de la invención. “Mejorado” se refiere a una forma de realización preferida de la invención, en donde el reactor tiene un agitador con tres palas de agitación (propulsor) espaciadas verticalmente separadas entre sí, y en donde el punto de inyección de líquidos se localiza adyacente a la pala de agitación media. La forma de realización preferida tiene un mayor tiempo de residencia en el reactor, y está más cerca al tiempo de residencia teórico que la forma de realización denominada “original”. El término “mezcla perfecta” se refiere al tiempo de residencia teórico. A continuous process will typically require a completion step to complete the 100% oxidation reaction, due to the distribution of residence time in the system. Figure 5 shows the residence time distribution in a two-series CSTR system - perfect mix against the original reactor design and the improved reactor design at a flow of 55 gpm for a reactor volume of 8500 gallons. "Original" refers to a reactor with a liquid injection point at the top of the reactor according to an embodiment of the invention. "Enhanced" refers to a preferred embodiment of the invention, wherein the reactor has an agitator with three stirring blades (propeller) spaced vertically spaced apart from each other, and where the liquid injection point is located adjacent to the medium stirring shovel. The preferred embodiment has a longer residence time in the reactor, and is closer to the theoretical residence time than the so-called "original" embodiment. The term "perfect blend" refers to the theoretical residence time.
Un factor importante en la oxidación de intermedio polisulfuro de calcio a producto tiosulfato de calcio a alta concentración es la presión de la reacción de oxidación. El efecto de la presión sobre la concentración del producto se muestra en la figura 6. An important factor in the oxidation of intermediate calcium polysulphide to calcium thiosulfate product at high concentration is the oxidation reaction pressure. The effect of pressure on the concentration of the product is shown in Figure 6.
La presión de operación se puede aumentar para maximizar el contacto entre el oxígeno y la solución de CaSx/tiosulfato de calcio. En una instalación de un equipo a escala de laboratorio de un proceso y sistema según la invención, aumentar la presión desde 15-20 psig hasta 80 psig disminuyó el tiempo de oxidación global del 70 al 75%. Posteriormente, esto permite que la oxidación tenga lugar a temperaturas más bajas mientras que se mantienen las eficacias de la reacción. Esta mejora es válida para procesos en reactores discontinuos así como para procesos continuos. Los resultados de diferentes pruebas de laboratorio se muestran en la tabla 1. The operating pressure can be increased to maximize contact between oxygen and the CaSx / calcium thiosulfate solution. In an installation of a laboratory-scale equipment of a process and system according to the invention, increasing the pressure from 15-20 psig to 80 psig decreased the overall oxidation time from 70 to 75%. Subsequently, this allows oxidation to take place at lower temperatures while maintaining the efficiencies of the reaction. This improvement is valid for processes in discontinuous reactors as well as for continuous processes. The results of different laboratory tests are shown in table 1.
Se debe advertir que la mejora incremental de la eficacia disminuye al aumentar la presión. Se tiene que llegar a un compromiso entre la presión de operación y mayor eficacia de reacción por una parte y coste de equipo por otra parte. It should be noted that the incremental improvement in efficiency decreases with increasing pressure. A compromise has to be reached between the operating pressure and greater reaction efficiency on the one hand and equipment cost on the other hand.
- Agitador rpm Rpm stirrer
- Temp. de reacción ºC Presión de O2 psig Tiempo de reacción hasta la oxidación completa minutos Temp. reaction ºC O2 psig pressure Reaction time until complete oxidation minutes
- 750750
- 70 20 243 70 twenty 243
- 45Four. Five
- 117 117
- 6060
- 84 84
- 8080
- 64 64
- 8080
- 60 60
Tabla 1: Tiempos de reacción mejorados a presiones de operación mayores Table 1: Improved reaction times at higher operating pressures
Mediante la combinación de la distribución del tiempo de residencia en la figura 4 con la velocidad de By combining the distribution of residence time in Figure 4 with the speed of
5 oxidación por lotes en la figura 3, se puede predecir la eficacia de oxidación de la configuración de dos CSTR en serie. Por tanto, la fracción de producto que deja los CSTR después de cierto tiempo de residencia (derivado de la figura 4) se tiene que multiplicar con el nivel de oxidación (0-100%) del producto a este tiempo de residencia específico (derivado de la figura 3). La acumulación del resultado indicará el nivel de oxidación esperado a la salida del segundo CSTR, dependiendo del tiempo de reacción normal del lote. El resultado se muestra en la tabla 2. In batch oxidation in Figure 3, the oxidation efficiency of the configuration of two CSTRs in series can be predicted. Therefore, the fraction of product left by CSTRs after a certain period of residence (derived from Figure 4) must be multiplied with the oxidation level (0-100%) of the product at this specific residence time (derived from Figure 3). The accumulation of the result will indicate the level of oxidation expected at the exit of the second CSTR, depending on the normal reaction time of the batch. The result is shown in table 2.
10 Cuanto más eficiente se pueda hacer el reactor, considerando las condiciones preferidas divulgadas en el presente documento (mezcla, temperatura y presión), mayor será el nivel de oxidación del producto en la descarga del segundo CSTR: 10 The more efficient the reactor can be made, considering the preferred conditions disclosed in this document (mixture, temperature and pressure), the higher the level of oxidation of the product in the discharge of the second CSTR:
- Eficacia del reactor como tiempo de oxidación por lote [min] Efficiency of the reactor as oxidation time per batch [min]
- % oxidado después de 2 CSTR a 55 gpm % oxidized after 2 CSTR at 55 gpm
- 120120
- 93,6 93.6
- 150150
- 91,2 91.2
- 200200
- 86,7 86.7
- 250250
- 82,3 82.3
Tabla 2: Niveles de oxidación esperados en la descarga del segundo CSTR, como función de la eficacia del reactor 15 (medido como tiempo de reacción por lote en un diseño de reactor similar) Table 2: Expected oxidation levels at the discharge of the second CSTR, as a function of reactor efficiency 15 (measured as reaction time per batch in a similar reactor design)
Con un diseño de reactor muy eficaz (tiempo de oxidación normal en una reacción por lotes similar de 120 minutos), se espera un nivel de oxidación del 93% en la salida de una serie de dos CSTR. En un diseño menos eficaz (tiempo de oxidación normal en una reacción por lotes similar de 250 minutos), el nivel de oxidación esperado a la salida del segundo CSTR será solo del 82%. With a very efficient reactor design (normal oxidation time in a similar 120 minute batch reaction), an oxidation level of 93% is expected at the output of a series of two CSTRs. In a less efficient design (normal oxidation time in a similar 250 minute batch reaction), the expected level of oxidation at the exit of the second CSTR will be only 82%.
En un reactor discontinuo a escala de laboratorio, se hicieron diferentes pruebas de oxidación a diferentes temperaturas de oxidación. Las temperaturas de oxidación más altas mostraron tiempos de reacción más rápidos (aumentar la temperatura de operación desde 70ºC hasta 90ºC disminuyó los tiempos de reacción en el equipo de laboratorio hasta menos de un 30% de tiempo de reacción inicial). El efecto de la temperatura sobre el tiempo de In a batch laboratory reactor, different oxidation tests were performed at different oxidation temperatures. Higher oxidation temperatures showed faster reaction times (increasing the operating temperature from 70 ° C to 90 ° C decreased reaction times in laboratory equipment to less than 30% of initial reaction time). The effect of temperature on the time of
25 reacción se muestra en la figura 7. The reaction is shown in Figure 7.
Sin embargo, las velocidades de oxidación aumentadas también produjeron niveles aumentados de politionatos en el producto final. Esto es debido a una oxidación aumentada de la molécula de tiosulfato. However, increased oxidation rates also produced increased levels of polythionates in the final product. This is due to an increased oxidation of the thiosulfate molecule.
3 CaS2O3 + 2 O2 + H2O - 2 Ca53O6 + Ca(OH)2 3 CaS2O3 + 2 O2 + H2O - 2 Ca53O6 + Ca (OH) 2
4 CaS2O3 + O2 + 2 H2O - 2 Ca54O6 + 2 Ca(OH)2 4 CaS2O3 + O2 + 2 H2O - 2 Ca54O6 + 2 Ca (OH) 2
En las diferentes pruebas, se confirmó que los niveles de politionatos aumentaron con el aumento de la oxidación. Eso explica por qué se vieron niveles más altos de politionatos cuando se oxida durante tiempos extensos In the different tests, it was confirmed that polythionate levels increased with increasing oxidation. That explains why higher levels of polythionates were seen when oxidized for extended times.
o a temperaturas elevadas. or at high temperatures.
Los politionatos se controlaron usando HPLC. La figura 8 muestra un cromatograma de HPLC típico para tiosulfato (2), tritionato (3) y tetrationato (4). El tritionato se produjo mediante oxidación del tiosulfato. Sin embargo, no todo el tiosulfato se oxidó, y como resultado el tritionato contenía alguna impureza del tiosulfato de partida (la impureza es el pico 2 en el cromatograma). The polythionates were controlled using HPLC. Figure 8 shows a typical HPLC chromatogram for thiosulfate (2), trionate (3) and tetrathionate (4). Trionate was produced by oxidation of thiosulfate. However, not all thiosulfate was oxidized, and as a result the trionate contained some impurity of the starting thiosulfate (the impurity is peak 2 in the chromatogram).
Para la aplicación específica de lixiviación de oro usando tiosulfato de calcio, se deben evitar niveles altos de politionatos en el tiosulfato de calcio. Esto es debido a que los politionatos se cargan fuertemente en la resina usada en el proceso de lixiviación de oro. Por tanto, reducen la carga de oro y cobre de la resina, como se discute en la patente en EE UU No. 6.632.264 B2 y la patente en EE UU No. 6.344.068 B1. La presente invención evita y/o minimiza la producción de politionatos, manteniendo la temperatura de reacción durante la oxidación de CaSx a aproximadamente 70ºC (160ºF). La temperatura de reacción se puede aumentar a niveles más altos (hasta aproximadamente 90ºC o 195ºF) para acelerar la reacción, pero solo si los niveles de politionatos permanecen dentro de límites aceptables. For the specific application of gold leaching using calcium thiosulfate, high levels of polythionates in calcium thiosulfate should be avoided. This is because the polythionates are heavily charged in the resin used in the gold leaching process. Therefore, they reduce the gold and copper charge of the resin, as discussed in U.S. Patent No. 6,632,264 B2 and U.S. Patent No. 6,344,068 B1. The present invention avoids and / or minimizes the production of polythionates, maintaining the reaction temperature during the oxidation of CaSx at approximately 70 ° C (160 ° F). The reaction temperature can be increased to higher levels (up to about 90 ° C or 195 ° F) to accelerate the reaction, but only if the polythionate levels remain within acceptable limits.
En una forma de realización de la invención, pueden ser permisibles niveles más altos de politionatos a la salida del reactor, porque los politionatos son inestables y se descompondrán a tiosulfato y sulfito a pH elevado y temperatura elevada (patente en EE UU No. 6.632.264 B2): In one embodiment of the invention, higher levels of polythionates may be permissible at the outlet of the reactor, because the polythionates are unstable and will decompose to thiosulfate and sulphite at elevated pH and elevated temperature (US Patent No. 6,632. 264 B2):
2 S4O62-+ 6 OH-- 3 52O32-+ 2 SO32- + 3 H2O 2 S4O62- + 6 OH-- 3 52O32- + 2 SO32- + 3 H2O
2 S3O62-+ 6 OH-- 52O32- + 4 SO32-+ 3 H2O 2 S3O62- + 6 OH-- 52O32- + 4 SO32- + 3 H2O
El mecanismo de la reacción de descomposición de tetrationato se describe en las siguientes ecuaciones, en las que el tetrationato primero se descompone a tiosulfato y tritionato, y el último se descompone adicionalmente a tiosulfato y sulfito: The mechanism of the tetrathionate decomposition reaction is described in the following equations, in which the tetrathionate first decomposes to thiosulfate and trionate, and the latter further decomposes to thiosulfate and sulphite:
4 S4O62-+ 6 OH-- 5 52O32-+ 2 S3O62- + 3 H2O 4 S4O62- + 6 OH-- 5 52O32- + 2 S3O62- + 3 H2O
2 S3O62-+ 6 OH-- 52O32- + 4 SO32-+ 3 H2O 2 S3O62- + 6 OH-- 52O32- + 4 SO32- + 3 H2O
Si pH, temperatura y tiempo de residencia son lo suficientemente altos, los niveles de politionatos descenderán debido a las reacciones de descomposición anteriores. Este es un compromiso que se debe alcanzar durante la operación y/o diseño de la planta de tiosulfato. If pH, temperature and residence time are high enough, polythionate levels will drop due to previous decomposition reactions. This is a commitment that must be reached during the operation and / or design of the thiosulfate plant.
Una ventaja principal del proceso de tiosulfato de calcio según la presente invención es la destrucción completa de politionatos en el proceso de CaSx. Esto es específicamente útil en procesos de lixiviación para metales precioso, ya que no habrá formación de politionatos, lo que hace posible reciclar el agua del proceso del proceso de lixiviación para su uso en el proceso de producción de tiosulfato según la invención. El agua del proceso es la solución que queda después de usar una solución de tiosulfato para lixiviar oro de mineral de oro y que el complejo oro-tiosulfato se haya eliminado del mismo. Se realizaron una serie de pruebas para seguir el contenido de politionatos de la producción de tiosulfato de calcio. A major advantage of the calcium thiosulfate process according to the present invention is the complete destruction of polythionates in the CaSx process. This is specifically useful in leaching processes for precious metals, since there will be no polythionate formation, which makes it possible to recycle water from the leaching process for use in the thiosulfate production process according to the invention. Process water is the solution that remains after using a thiosulfate solution to leach gold from gold ore and that the gold-thiosulfate complex has been removed from it. A series of tests were performed to track the polythionate content of calcium thiosulfate production.
En el primer experimento, se usó una muestra del agua del proceso anteriormente mencionada para la preparación de tiosulfato de calcio. Se calentaron cal, agua (de agua del proceso) y azufre usando relaciones molares y temperatura apropiadas. El polisulfuro de calcio resultante se oxidó a temperatura y presión apropiadas. Los análisis de HPLC de esta solución mostraron la presencia de 2 mg/l de tritionato y 9 mg/l de tetrationato. In the first experiment, a sample of the process water mentioned above was used for the preparation of calcium thiosulfate. Lime, water (from process water) and sulfur were heated using appropriate molar ratios and temperature. The resulting calcium polysulphide was oxidized at appropriate temperature and pressure. HPLC analyzes of this solution showed the presence of 2 mg / l of trionate and 9 mg / l of tetrathionate.
En el segundo experimento, la solución de agua del proceso se fortificó con 3,63 g/l de tritionato y 0,62 g/l de tetrationato. En la figura 9 se muestra un cromatograma de HPLC de esta solución de “agua del proceso” (tiosulfato (2), tritionato (3) y tetrationato (4)). Esta agua del proceso se usó en la producción de una solución de tiosulfato de calcio usando las condiciones descritas en el presente documento para la producción de tiosulfato de calcio. Los análisis de esta solución de tiosulfato de calcio por HPLC mostraron las mismas cantidades de tritionato o tetrationato comparadas con el experimento anterior, que no usó agua del proceso fortificada, lo que indica la destrucción de los politionatos durante el proceso. Esto demuestra que los niveles finales de politionatos en el tiosulfato de calcio producido según esta invención son independientes de los niveles de politionatos de las corrientes de alimentación entrantes. La falta de picos de politionatos en la figura 10 muestra la destrucción de los politionatos. In the second experiment, the process water solution was fortified with 3.63 g / l of trionate and 0.62 g / l of tetrathionate. An HPLC chromatogram of this "process water" solution (thiosulfate (2), trionate (3) and tetrathionate (4)) is shown in Figure 9. This process water was used in the production of a calcium thiosulfate solution using the conditions described herein for the production of calcium thiosulfate. Analyzes of this solution of calcium thiosulfate by HPLC showed the same amounts of trionate or tetrathionate compared to the previous experiment, which did not use water from the fortified process, indicating the destruction of polythionates during the process. This demonstrates that the final levels of polythionates in the calcium thiosulfate produced according to this invention are independent of the polythionate levels of the incoming feed streams. The lack of polythionate peaks in Figure 10 shows the destruction of polythionates.
Las suspensiones coloidales de sales de calcio, tales como sulfato, sulfito y azufre suspendido, en general son difíciles de filtrar. Se han usado floculantes y coagulantes junto con auxiliares de filtrado para suspensiones difíciles de filtrar. No hay teoría cuantitativa comprensiva para predecir el comportamiento de estos materiales que se pueda usar para su selección. Esto se debe determinar por último de forma experimental. Se usaron diferentes floculantes aniónicos y no aniónicos para la eficacia de filtración de la solución de tiosulfato de calcio resultante sustancialmente oxidada por completo. La solución de tiosulfato de calcio producida según esta invención tiene cantidades mucho menores de las sales de calcio anteriormente mencionadas, pero aún puede tener alguna. Por Colloidal suspensions of calcium salts, such as sulfate, sulphite and suspended sulfur, are generally difficult to filter. Flocculants and coagulants have been used together with filter aids for difficult to filter suspensions. There is no comprehensive quantitative theory to predict the behavior of these materials that can be used for their selection. This should finally be determined experimentally. Different anionic and non-anionic flocculants were used for the filtration efficiency of the resulting completely oxidized calcium thiosulfate solution. The calcium thiosulfate solution produced according to this invention has much smaller amounts of the calcium salts mentioned above, but may still have some. By
5 tanto, el tiosulfato de calcio se puede denominar una suspensión debido a la presencia de sales de sulfato y sulfito y azufre en la solución antes de la aplicación del auxiliar de filtrado y filtración. Thus, calcium thiosulfate can be called a suspension due to the presence of sulfate and sulphite salts and sulfur in the solution before the application of the filtering and filtration aid.
Los estudios de filtración se llevaron a cabo usando tierra de diatomeas para el recubrimiento previo que se Filtration studies were carried out using diatomaceous earth for the precoating that was
mezcló directamente en la suspensión de tiosulfato de calcio. La cantidad de tierra de diatomeas fue del 0,125% de mixed directly in the calcium thiosulfate suspension. The amount of diatomaceous earth was 0.125% of
la suspensión. Puesto que la aplicación de floculantes se estudió en un intervalo de temperaturas, el objetivo era the suspension. Since the application of flocculants was studied in a temperature range, the objective was
10 verificar que la temperatura de la suspensión no comprometía la eficacia del floculante. La dosis de floculante se varió a cada temperatura hasta que el aspecto del floculante era consistente. El aumento de temperatura hasta 55ºC aumentó la velocidad de filtración. 10 verify that the temperature of the suspension did not compromise the efficacy of the flocculant. The flocculant dose was varied at each temperature until the appearance of the flocculant was consistent. The temperature rise to 55 ° C increased the filtration rate.
También se investigó la dosis de floculante desde subdosificación hasta sobredosificación. En general, se alcanzó la mejor eficacia cuando se usaron aproximadamente de 50-70 ug/gm de floculante a suspensión. El tamaño 15 del floculante no parecía comprometer la velocidad de filtración. Los floculantes aniónicos cumplieron mucho mejor The flocculant dose from underdosing to overdosing was also investigated. In general, the best efficacy was achieved when approximately 50-70 ug / gm flocculant to suspension was used. The size 15 of the flocculant did not seem to compromise the filtration rate. Anionic flocculants performed much better
que los no aniónicos. than the non-anionic.
- pH de la suspensión pH of the suspension
- Velocidad de filtración (gm/min) % de filtrado (por peso total de la suspensión) % de torta sólida (por peso total de la suspensión) Filtration speed (gm / min) % filtrate (by total weight of the suspension) % solid cake (by total weight of the suspension)
- ControlControl
- Floculante Control Floculante Control Floculante Flocculant Control Flocculant Control Flocculant
- 10,510.5
- 4,49 10,41 90,5 91,8 9,0 8,7 4.49 10.41 90.5 91.8 9.0 8.7
- 10,010.0
- 6,14 9,01 90,2 91,8 8,8 8,1 6.14 9.01 90.2 91.8 8.8 8.1
- 9,09.0
- 9,87 15,54 91,8 92,5 8,1 8,6 9.87 15.54 91.8 92.5 8.1 8.6
- 8,58.5
- 16,43 20,22 92,9 94,3 7,1 7,6 16.43 20.22 92.9 94.3 7.1 7.6
- 8,08.0
- 17,71 19,18 93,2 96,1 7,5 7,0 17.71 19.18 93.2 96.1 7.5 7.0
- 7,57.5
- 22,33 14,88 94,7 94,7 7,3 7,3 22.33 14.88 94.7 94.7 7.3 7.3
- 7,07.0
- 15,14 17,70 94,4 97,1 6,0 5,9 15.14 17.70 94.4 97.1 6.0 5.9
- 6,06.0
- 17,81 22,34 96,4 97,3 4,9 5,5 17.81 22.34 96.4 97.3 4.9 5.5
Tabla 3. Efectos del ajuste de pH sobre la filtración de tiosulfato de calcio Table 3. Effects of pH adjustment on calcium thiosulfate filtration
También se estudió el efecto del pH sobre la eficacia del floculante y facilidad de filtración de la suspensión. Se observó que los floculantes aniónicos perdían su eficacia a pH>11. La evaluación de las suspensiones de The effect of pH on flocculant efficacy and ease of filtration of the suspension was also studied. It was observed that anionic flocculants lost their effectiveness at pH> 11. The evaluation of the suspensions of
20 tiosulfato de calcio tratadas con un floculante aniónico, AE874, y las suspensiones sin tratar se realizó a valores de pH que variaban desde 6,0 hasta 10,5. Los parámetros de evaluación incluyeron velocidad de filtración, asentamiento relativo después de tiempo consistente y % de torta sólida y % de filtrado en comparación con el peso original de la suspensión. Los datos se evalúan en la tabla 3 y la figura 11. 20 calcium thiosulfate treated with an anionic flocculant, AE874, and untreated suspensions were performed at pH values ranging from 6.0 to 10.5. Evaluation parameters included filtration rate, relative settling after consistent time and% solid cake and% filtering compared to the original weight of the suspension. The data is evaluated in table 3 and figure 11.
Los datos indican que la velocidad de filtración mejora tanto para las suspensiones sin tratar como para las The data indicates that the filtration rate improves for both untreated suspensions and for
25 suspensiones tratadas con floculante según se reduce el pH. Sin embargo, la velocidad de filtración en soluciones tratadas con floculante todavía supera la de las mezclas sin tratar. El pH óptimo se indica entre 8-8,5. (Para la suspensión control a pH = 10,5, velocidad = 4,5 gm/min; el control a pH = 8,5, velocidad = 16,4 gm/min y suspensión tratada con floculante a pH = 8,5, velocidad = 20,2 gm/min). Los datos también indican que según se reduce el pH, la cantidad de filtrado aumenta y la cantidad de sólidos de torta de filtración disminuye, relativo a la cantidad de la 25 suspensions treated with flocculant as the pH is reduced. However, the filtration rate in flocculant-treated solutions still exceeds that of untreated mixtures. The optimum pH is indicated between 8-8.5. (For the control suspension at pH = 10.5, speed = 4.5 gm / min; the control at pH = 8.5, speed = 16.4 gm / min and flocculant treated suspension at pH = 8.5, speed = 20.2 gm / min). The data also indicates that as the pH is reduced, the amount of filtrate increases and the amount of filter cake solids decreases, relative to the amount of the
30 suspensión tratada. 30 suspension treated.
Se probaron diferentes ácidos para el ajuste del pH incluyendo ácidos minerales y ácido acético. El Different acids were tested for pH adjustment including mineral acids and acetic acid. He
tiosulfato de calcio tiene una capacidad tamponante muy baja y requiere una cantidad muy pequeña de ácido para Calcium thiosulfate has a very low buffering capacity and requires a very small amount of acid to
cambiar su pH. En general, los ácidos minerales fuertes tienden a descomponer el tiosulfato de calcio, lo que hace Change your pH In general, strong mineral acids tend to break down calcium thiosulfate, which makes
35 fácil que excedan el pH. Se recomienda ácido acético; sin embargo, una desventaja es que se requiere una cantidad mayor de ácido acético para ajustar el pH comparado con los ácidos minerales. 35 easy to exceed the pH. Acetic acid is recommended; however, a disadvantage is that a larger amount of acetic acid is required to adjust the pH compared to mineral acids.
El tiosulfato de calcio a pH neutro o cercano a neutro 7,5-8,5 es muy estable y tiene una vida útil larga. Se Calcium thiosulfate at neutral or near pH 7.5-8.5 pH is very stable and has a long shelf life. Be
controló la estabilidad del pH de una muestra de tiosulfato de calcio durante varios meses. Como se anota monitored the pH stability of a sample of calcium thiosulfate for several months. As noted
gráficamente en la figura 12, las soluciones ajustadas con ácido son estables, mientras que el pH de la solución Graphically in Figure 12, acid-adjusted solutions are stable, while the pH of the solution
40 control sin ajustar cayó. Después de 217 días de almacenamiento, el pH era 10,27. Después de 265 días de almacenamiento, el pH era 8,22, mientras que el pH de una muestra ajustada se mantuvo estable. Respecto a la figura 12, la curva “control” es tiosulfato de calcio que no se ajustó con ácido, y las otras curvas muestran un ajuste con ácido de tiosulfato de calcio a diferentes concentraciones de ácido. La curva indicada “CaS2O3 viejo” en la solución de tiosulfato de calcio en la que se ajustó el pH con una cantidad de ácido acético 2 N que era insuficiente para llevar la solución al intervalo de pH especificado tras el tratamiento. 40 unadjusted control fell. After 217 days of storage, the pH was 10.27. After 265 days of storage, the pH was 8.22, while the pH of an adjusted sample remained stable. With respect to Figure 12, the "control" curve is calcium thiosulfate that was not adjusted with acid, and the other curves show an adjustment with calcium thiosulfate acid at different acid concentrations. The curve indicated "old CaS2O3" in the calcium thiosulfate solution in which the pH was adjusted with an amount of 2 N acetic acid that was insufficient to bring the solution to the specified pH range after treatment.
DETERMINACIÓN DE PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DETERMINATION OF PHYSICAL AND CHEMICAL PROPERTIES
En lo siguiente se describe que el tiosulfato de calcio producido según la presente invención tiene propiedades físicas y químicas de similares a idénticas al tiosulfato de calcio producido mediante procesos del estado de la técnica. Se estudiaron características del tiosulfato de calcio para desarrollar una determinación de concentración basada en gravedad específica. Además, se determinó la relación entre la concentración de tiosulfato de calcio y el % de calcio en el tiosulfato de calcio. Los resultados se muestran en la figura 13 y la figura 14. The following describes that the calcium thiosulfate produced according to the present invention has physical and chemical properties similar to those identical to calcium thiosulfate produced by prior art processes. Characteristics of calcium thiosulfate were studied to develop a concentration determination based on specific gravity. In addition, the relationship between the concentration of calcium thiosulfate and the% calcium in calcium thiosulfate was determined. The results are shown in Figure 13 and Figure 14.
Se investigó la gravedad específica del tiosulfato de calcio al 24% con temperaturas variables. La gravedad específica del tiosulfato de calcio al 24% (23,95%) medida a temperaturas que varían desde 6,0ºC a 39,5ºC (de 42,8ºF a 103,1ºF) se muestra en la figura 15. The specific gravity of 24% calcium thiosulfate with varying temperatures was investigated. The specific gravity of 24% calcium thiosulfate (23.95%) measured at temperatures ranging from 6.0 ° C to 39.5 ° C (from 42.8 ° F to 103.1 ° F) is shown in Figure 15.
Se abordó la estabilidad a largo plazo del tiosulfato de calcio. Se determinó el punto de ebullición en soluciones desde concentraciones del 10% hasta saturación (34%). La temperatura del punto de ebullición aumentó al aumentar la concentración de tiosulfato de calcio. La temperatura del punto de ebullición varió desde 97-103ºC. El punto de ebullición para el producto al 24% fue ~99,5ºC. Cuando las soluciones de tiosulfato de calcio de todas las concentraciones se llevaron a temperaturas de punto de ebullición, se produjo la descomposición. Se realizaron estudios de estabilidad a 40ºC durante solo una semana. Todas las concentraciones de sulfato de calcio mantuvieron la estabilidad durante este periodo a 40ºC en botellas cerradas. The long-term stability of calcium thiosulfate was addressed. The boiling point was determined in solutions from concentrations of 10% to saturation (34%). The boiling point temperature increased with increasing calcium thiosulfate concentration. The boiling point temperature varied from 97-103 ° C. The boiling point for the 24% product was ~ 99.5 ° C. When calcium thiosulfate solutions of all concentrations were brought to boiling temperatures, decomposition occurred. Stability studies were performed at 40 ° C for only one week. All calcium sulfate concentrations maintained stability during this period at 40 ° C in closed bottles.
Como es típico con soluciones, se advirtió que la caída en el punto de congelación aumenta al aumentar la concentración de tiosulfato de calcio. El punto de congelación varía desde 0ºC en la solución al 10%, a -8ºC en la solución al 34%. El punto de congelación para el tiosulfato al 24% fue ~ -4ºC. No precipita a temperatura reducida, se congela. Todas las soluciones se mantuvieron estables después de congelación y descongelación con la excepción de la solución saturada, al 34%. Mantuvo cristales después de la descongelación. La concentración de Ca++ cayó en el 1%. Se congeló hasta solidificar una solución al 24% durante aproximadamente dos semanas para proporcionar datos que apoyen la afirmación que el tiosulfato de calcio mantiene la estabilidad a pesar de la congelación. Ensayo del producto descongelado: pH = 7,7, sg = 1,250, % de Ca++ = 6,31%, % de tiosulfato de calcio = 23,65. La solución descongelada contenía una pequeña cantidad de sólidos blancos, asentados finos. El tiosulfato de calcio es sumamente estable cuando se almacena en condiciones interiores. El ensayo de una solución de muestra después de muchos meses no cambió. As is typical with solutions, it was noted that the drop in the freezing point increases with increasing concentration of calcium thiosulfate. The freezing point varies from 0 ° C in the 10% solution, to -8 ° C in the 34% solution. The freezing point for 24% thiosulfate was ~ -4 ° C. It does not precipitate at a reduced temperature, it freezes. All solutions remained stable after freezing and thawing with the exception of the 34% saturated solution. He kept crystals after defrosting. The concentration of Ca ++ fell by 1%. It was frozen to solidify a 24% solution for approximately two weeks to provide data that support the claim that calcium thiosulfate maintains stability despite freezing. Defrosted product test: pH = 7.7, sg = 1,250,% Ca ++ = 6.31%,% calcium thiosulfate = 23.65. The thawed solution contained a small amount of fine white solids. Calcium thiosulfate is extremely stable when stored indoors. The test of a sample solution after many months did not change.
Ejemplos Examples
Los siguientes pasos 1-5 están implicados en una forma de realización ejemplar del proceso de la invención: The following steps 1-5 are involved in an exemplary embodiment of the process of the invention:
Paso 1: Apagado de cal Step 1: Lime Shutdown
Se colocan 308 gramos de agua en un reactor con agitación equipado con un termómetro y se cargan 404 gramos de CaO comercial en el reactor. La mezcla exotérmica se agita durante 30-40 minutos para el apagado completo. 308 grams of water are placed in a stirred reactor equipped with a thermometer and 404 grams of commercial CaO are loaded into the reactor. The exothermic mixture is stirred for 30-40 minutes for complete shutdown.
Paso 2: Preparación de polisulfuro de calcio Step 2: Preparation of calcium polysulfide
Se calienta la cal apagada anterior [Ca(OH)2] a 194ºF y se añaden 443 gramos de azufre fundido con agitación. El calentamiento y la agitación continúan durante 3-4 horas hasta que todo el azufre se disuelve. The previously quenched lime [Ca (OH) 2] is heated to 194 ° F and 443 grams of molten sulfur are added with stirring. The heating and stirring continue for 3-4 hours until all the sulfur dissolves.
Se prepararon tres muestras experimentales de polisulfuro de calcio como se describe anteriormente, cada una usando una cantidad diferente de cal apagada [Ca(OH)2]. Se analizó cada Three experimental samples of calcium polysulfide were prepared as described above, each using a different amount of quenched lime [Ca (OH) 2]. It was analyzed every
muestra, y los resultados se muestran en la tabla 4. sample, and the results are shown in table 4.
- Exp. # Exp. #
- Ca(OH)2], g S, g CCa esperada, % en peso* CCa en la solución de sulfuro de calcio, % en peso Cantidad relativa de sólidos, % Recuperación de Ca, % CCaS2O3, % en peso ** Ca (OH) 2], g S, g Expected CCa,% by weight * CCa in calcium sulfide solution,% by weight Relative amount of solids,% Ca recovery,% CCaS2O3,% by weight **
- 1 one
- 52,0 81,02 7,11 7,26 1,0 99,0 27,45 52.0 81.02 7.11 7.26 1.0 99.0 27.45
- 2 2
- 59,7 93,02 7,76 7,99 1,1 97,2 27,0 59.7 93.02 7.76 7.99 1.1 97.2 27.0
- 3 3
- 70,0 109,07 8,56 8,17 8,9 70,8 *** 70.0 109.07 8.56 8.17 8.9 70.8 ***
Tabla 4: preparación de la concentración máxima de la solución de CaSx Table 4: preparation of the maximum concentration of the CaSx solution
* El cálculo se basa en la recuperación del 100% de Ca++ de la cal en la solución de sulfuro de calcio * The calculation is based on the recovery of 100% Ca ++ of lime in the calcium sulphide solution
** CCaS2O3 real en la solución final de tiosulfato de calcio, producido de la correspondiente solución de sulfuro de 5 calcio ** Actual CCaS2O3 in the final calcium thiosulfate solution, produced from the corresponding 5-calcium sulphide solution
*** El experimento #3 no se completó debido a la baja recuperación de calcio en este paso *** Experiment # 3 was not completed due to the low calcium recovery in this step
Paso 3: Preparación de tiosulfato de calcio Step 3: Preparation of calcium thiosulfate
El producto resultante sulfuro de calcio (polisulfuro de calcio) del paso 2 se transfiere a un reactor con agitación que se puede presurizar a 4-8 atmósferas y equipado con una entrada y salida para aire, un termómetro y 10 un sistema de refrigeración. Se aplica agitación moderada a la mezcla para proporcionar una interfaz uniforme de líquido-gas sin formación de vórtices. Se purga todo el aire fuera del sistema realizando tres purgas que consisten en la presurización del reactor a 10-15 psig, usando oxígeno, seguido por la despresurización del sistema. La mezcla se calienta a 55-70ºC. La oxidación se inicia introduciendo oxígeno al sistema y manteniendo la presión del sistema a 4-6 psig. La oxidación continúa hasta que el oxígeno no se absorbe más lo que es aparente por la falta de The resulting product calcium sulfide (calcium polysulfide) from step 2 is transferred to a stirred reactor that can be pressurized at 4-8 atmospheres and equipped with an air inlet and outlet, a thermometer and a cooling system. Moderate agitation is applied to the mixture to provide a uniform liquid-gas interface without vortexing. All air is purged out of the system by performing three purges consisting of pressurizing the reactor to 10-15 psig, using oxygen, followed by depressurization of the system. The mixture is heated at 55-70 ° C. Oxidation begins by introducing oxygen to the system and maintaining the system pressure at 4-6 psig. Oxidation continues until oxygen is no longer absorbed, which is apparent from the lack of
15 caída de presión o subida de calor. Se consumen alrededor de 211 gramos de oxígeno. 15 pressure drop or heat rise. About 211 grams of oxygen are consumed.
Paso 4: Filtración Step 4: Filtration
El producto resultante del paso 3 se ajusta cuidadosamente a pH 7,5-8,5 en un tanque de filtración equipado con agitación y un electrodo de pH con ácido acético glacial. Se añaden un auxiliar de filtrado y 20-40 ppm de floculante y la mezcla se filtra. El producto tiosulfato de calcio resultante es un líquido incoloro, inodoro. Se puede The product resulting from step 3 is carefully adjusted to pH 7.5-8.5 in a filtration tank equipped with stirring and a pH electrode with glacial acetic acid. A filtering aid and 20-40 ppm of flocculant are added and the mixture is filtered. The resulting calcium thiosulfate product is a colorless, odorless liquid. It can
20 preparar un producto con una concentración cercana a saturación del 30%. 20 prepare a product with a concentration close to 30% saturation.
El siguiente ejemplo ilustra una forma de realización del proceso continuo según la invención, como se demuestra en un experimento de laboratorio que simula un CSTR en el que se produce tiosulfato de calcio de forma continua sin oxidación por completo del producto. Un CSTR posterior sería el recipiente de finalización, que oxidaría por completo el producto a tiosulfato de calcio. En el experimento, se sintetiza 1 litro de suspensión de CaSx. La The following example illustrates an embodiment of the continuous process according to the invention, as demonstrated in a laboratory experiment that simulates a CSTR in which calcium thiosulfate is produced continuously without completely oxidizing the product. A subsequent CSTR would be the completion vessel, which would completely oxidize the product to calcium thiosulfate. In the experiment, 1 liter of CaSx suspension is synthesized. The
25 mitad de la suspensión de CaSx sintetizada se devuelve al reactor y la oxidación se empieza en esta parte. Cerca del final de la oxidación, se sacan 50 ml del contenido del reactor y se sustituyen con 50 ml de la suspensión de CaSx retenida. Cada muestra recogida –la intención es para muestras intermedias que estén cerca de la finalización, pero no totalmente procesadas– se evalúa para S2O3= por IC y S3O6= por HPLC, color visible y pH. Los datos se muestran en la tabla 5. Half of the suspension of synthesized CaSx is returned to the reactor and oxidation is started in this part. Near the end of the oxidation, 50 ml of the reactor contents are removed and replaced with 50 ml of the retained CaSx suspension. Each sample collected - the intention is for intermediate samples that are close to completion, but not fully processed - is evaluated for S2O3 = by IC and S3O6 = by HPLC, visible color and pH. The data is shown in table 5.
- Muestra # Sample #
- Color pH % en peso de tiosulfato de calcio mg/l de S3O6 = Color pH % by weight calcium thiosulfate mg / l of S3O6 =
- 1 one
- Amarillo 10,51 23,69 21 Yellow 10.51 23.69 twenty-one
- 2 2
- Amarillo 10,28 23,52 173 Yellow 10.28 23.52 173
- 3 3
- Amarillo claro 9,80 24,01 115 Light yellow 9.80 24.01 115
- 4 4
- Incoloro 9,51 24,04 45 Colorless 9.51 24.04 Four. Five
- 5 5
- Incoloro 9,35 24,05 7 Colorless 9.35 24.05 7
- 6 6
- Amarillo 9,79 23,74 758 Yellow 9.79 23.74 758
- 7 7
- Amarillo 10,11 24,77 3952 Yellow 10.11 24.77 3952
- 8 8
- Amarillo 9,92 23,73 1576 Yellow 9.92 23.73 1576
- 9 9
- Incoloro 9,35 24,18 Colorless 9.35 24.18
- 9 9
Tabla 5. Evaluación de tiosulfato de calcio casi completo Table 5. Evaluation of almost complete calcium thiosulfate
Nota: la muestra #9 es el producto finalizado. La significación de los datos es que demuestra que los niveles de S3O6= se mantienen bajos, y de forma más importante, que los niveles de politionatos no aumentan durante el proceso de oxidación continua, lo que produce un producto final casi sin contenido en S3O6=. Además, el experimento demuestra que cualquier S3O6= adicional creado en este proceso se destruye. Este procedimiento también confirma que producto tiosulfato de calcio se mantuvo estable durante todo el proceso. Note: Sample # 9 is the finished product. The significance of the data is that it demonstrates that the levels of S3O6 = remain low, and more importantly, that the levels of polythionates do not increase during the continuous oxidation process, which produces an end product with almost no S3O6 content = . In addition, the experiment demonstrates that any additional S3O6 = created in this process is destroyed. This procedure also confirms that calcium thiosulfate product remained stable throughout the process.
Lo siguiente es una ilustración de una forma de realización ejemplar de un proceso de producción a gran escala según la invención, en donde se usó solo un CSTR, más que el uso de la forma de realización preferida de al menos dos CSTR para la oxidación para producir tiosulfato de calcio. The following is an illustration of an exemplary embodiment of a large-scale production process according to the invention, where only one CSTR was used, rather than the use of the preferred embodiment of at least two CSTRs for oxidation for produce calcium thiosulfate.
Paso 1: Reacción de sulfuro de calcio Step 1: Calcium Sulfide Reaction
Se añade la cantidad formulada de agua a través de una boquilla en la parte superior del reactor y comienza la agitación. Se añade la cantidad formulada de óxido de calcio y se deja aproximadamente 30 minutos de tiempo de apagado. La temperatura de la mezcla en suspensión se aumenta en aproximadamente 22ºC (40ºF). La cal apagada producida de esta manera se transfiere al reactor de CaSx. La suspensión se calienta hasta 90ºC y se inicia la bomba de circulación. The formulated amount of water is added through a nozzle at the top of the reactor and stirring begins. The formulated amount of calcium oxide is added and approximately 30 minutes of downtime is allowed. The temperature of the suspension mixture is increased by approximately 22 ° C (40 ° F). The slaked lime produced in this way is transferred to the CaSx reactor. The suspension is heated to 90 ° C and the circulation pump is started.
Se añade la cantidad formulada de azufre y la temperatura de reacción se mantiene a aproximadamente 90ºC (194ºF). La mezcla de reacción se deja reaccionar a 90ºC durante alrededor de 3 horas. Al final de la reacción, todo el azufre debe haber reaccionado por completo y la concentración de calcio en la solución de sulfuro de calcio debe ser máxima. El sulfuro de calcio es una suspensión poco densa en este punto y formará una masa grande de cristales aciculares blandos si se deja enfriar a temperatura ambiente. The formulated amount of sulfur is added and the reaction temperature is maintained at approximately 90 ° C (194 ° F). The reaction mixture is allowed to react at 90 ° C for about 3 hours. At the end of the reaction, all sulfur must have reacted completely and the calcium concentration in the calcium sulphide solution must be maximum. Calcium sulfide is a slightly dense suspension at this point and will form a large mass of soft acicular crystals if allowed to cool to room temperature.
Paso 2: Reacción de oxidación Step 2: oxidation reaction
La suspensión de sulfuro de calcio producida en el paso 1 se transfiere a un reactor CSTR de tiosulfato de calcio y se enfría hasta aproximadamente 55-75ºC. The calcium sulphide suspension produced in step 1 is transferred to a CSTR calcium thiosulfate reactor and cooled to about 55-75 ° C.
El aire en el espacio del vapor del CSTR se purga mediante presurización del reactor con oxígeno a aproximadamente 12 psig después se disminuye a presión atmosférica. Esto se repite durante varios ciclos de purgado, para llenar el espacio de vapor con oxígeno puro. La oxidación se inicia al ajustar la presión de oxígeno en el reactor a aproximadamente 5 psig y abrir el flujo de líquido a través de la bomba. The air in the steam space of the CSTR is purged by pressurizing the reactor with oxygen at approximately 12 psig then decreasing at atmospheric pressure. This is repeated for several purge cycles, to fill the steam space with pure oxygen. Oxidation begins by adjusting the oxygen pressure in the reactor to approximately 5 psig and opening the flow of liquid through the pump.
Se proporciona suficiente flujo de agua de refrigeración para evitar que la temperatura de reacción suba por encima de la temperatura de operación ajustada. La reacción de oxidación continúa hasta que el flujo de oxígeno al reactor cae a cero. La mezcla de reacción no consume más oxígeno y no se genera más calor. En este punto, todo el polisulfuro se convierte a tiosulfato de calcio y la mezcla es gris muy oscuro con tinte azul verdoso. La circulación continúa durante aproximadamente otros 10-15 minutos para asegurar que todo el polisulfuro se ha oxidado, después el producto se enfría a menos de aproximadamente 50ºC y el agitador y la bomba se apagan. Sufficient cooling water flow is provided to prevent the reaction temperature from rising above the set operating temperature. The oxidation reaction continues until the oxygen flow to the reactor drops to zero. The reaction mixture does not consume more oxygen and no more heat is generated. At this point, all the polysulphide is converted to calcium thiosulfate and the mixture is very dark gray with greenish blue tint. Circulation continues for approximately another 10-15 minutes to ensure that all polysulfide has oxidized, then the product is cooled to less than about 50 ° C and the agitator and pump are turned off.
Paso 3: Filtración Step 3: Filtration
El producto del paso 2 se transfiere después al tanque de alimentación del filtro. Se añade la cantidad calculada de ácido acético para bajar el pH de la mezcla a pH 7,5-8,5. Se añade la cantidad requerida de floculante y se empieza la filtración. The product from step 2 is then transferred to the filter feed tank. The calculated amount of acetic acid is added to lower the pH of the mixture to pH 7.5-8.5. The required amount of flocculant is added and filtration is started.
Claims (50)
- 2. 2.
- El proceso de la reivindicación 1, en donde al menos uno de los pasos (a), (b) y (c) comprende además agitar la solución o soluciones. The process of claim 1, wherein at least one of the steps (a), (b) and (c) further comprises stirring the solution or solutions.
- 3. 3.
- El proceso de la reivindicación 2, en donde al menos uno del paso (a) y el paso (b) comprende además agitar la solución o soluciones en un reactor de tanque con agitación continua. The process of claim 2, wherein at least one of step (a) and step (b) further comprises stirring the solution or solutions in a tank reactor with continuous stirring.
- 4. Four.
- El proceso de la reivindicación 3, en donde el paso (a) y/o el paso (b) comprende además introducir un agente de oxidación en el primer reactor y/o segundo reactor en un punto aproximadamente equidistante del nivel o niveles de superficie de cada solución o soluciones en el/los reactor(es) y el fondo del/de los reactor(es). The process of claim 3, wherein step (a) and / or step (b) further comprises introducing an oxidation agent into the first reactor and / or second reactor at an approximately equidistant point of the level or surface levels of each solution or solutions in the reactor (s) and the bottom of the reactor (s).
- 5. 5.
- El proceso de la reivindicación 3, en donde el primer reactor y/o el segundo reactor tiene un propulsor con palas de agitación sumergido en la solución o soluciones, y el propulsor tiene una primera pala de agitación dispuesta en la superficie de la solución o soluciones, una segunda pala de agitación dispuesta en el fondo del reactor o reactores y una tercera pala de agitación dispuesta entre la primera y segunda palas de agitación, y The process of claim 3, wherein the first reactor and / or the second reactor has a propeller with stirring blades immersed in the solution or solutions, and the propellant has a first stirring blade disposed on the surface of the solution or solutions , a second stirring blade disposed at the bottom of the reactor or reactors and a third stirring blade disposed between the first and second stirring blades, and
- 6. 6.
- El proceso de la reivindicación 2, en donde la solución o soluciones se agitan en uno o más de los siguientes: columnas de burbujas, columnas empaquetadas, columnas de bandejas, columnas de espray, tanques agitados mecánicamente, bucles de chorro, tuberías/tubos, agitadores, equipo en serie de gran cizalla y gran impacto, y reactores de cavitación. The process of claim 2, wherein the solution or solutions are stirred in one or more of the following: bubble columns, packed columns, tray columns, spray columns, mechanically agitated tanks, jet loops, pipes / tubes, stirrers, large-shear and high-impact series equipment, and cavitation reactors.
- 7. 7.
- El proceso de la reivindicación 3, que comprende además agitar a una velocidad en el intervalo desde aproximadamente 100 rpm hasta aproximadamente 1200 rpm. The process of claim 3, further comprising stirring at a speed in the range from about 100 rpm to about 1200 rpm.
- 8. 8.
- El proceso de la reivindicación 7, que comprende además agitar a una velocidad en el intervalo desde aproximadamente 600 rpm hasta aproximadamente 1000 rpm. The process of claim 7, further comprising stirring at a speed in the range from about 600 rpm to about 1000 rpm.
- 9. 9.
- El proceso de la reivindicación 8, que comprende además agitar a una velocidad en el intervalo desde aproximadamente 600 rpm hasta aproximadamente 800 rpm. The process of claim 8, further comprising stirring at a speed in the range from about 600 rpm to about 800 rpm.
- 10. 10.
- El proceso de la reivindicación 1, en donde el paso (a) comprende además enfriar la solución de polisulfuro de calcio hasta aproximadamente 55ºC hasta aproximadamente 75ºC antes de oxidar la solución. The process of claim 1, wherein step (a) further comprises cooling the calcium polysulphide solution to about 55 ° C to about 75 ° C before oxidizing the solution.
- 11. eleven.
- El proceso de la reivindicación 1, en donde al menos uno de los pasos (a), (b) y (c) comprende además oxidar a una temperatura desde aproximadamente 70ºC hasta aproximadamente 95ºC. The process of claim 1, wherein at least one of the steps (a), (b) and (c) further comprises oxidizing at a temperature from about 70 ° C to about 95 ° C.
- 12. 12.
- El proceso de la reivindicación 11, en donde al menos uno de los pasos (a), (b) y (c) comprende además oxidar a una temperatura desde aproximadamente 70ºC hasta aproximadamente 80ºC. The process of claim 11, wherein at least one of the steps (a), (b) and (c) further comprises oxidizing at a temperature from about 70 ° C to about 80 ° C.
- 13. 13.
- El proceso de la reivindicación 12, en donde al menos uno de los pasos (a), (b) y (c) comprende además oxidar a una temperatura desde aproximadamente 70ºC hasta aproximadamente 75ºC. The process of claim 12, wherein at least one of the steps (a), (b) and (c) further comprises oxidizing at a temperature from about 70 ° C to about 75 ° C.
- 14. 14.
- El proceso de la reivindicación 1, en donde al menos uno de los pasos (a), (b) y (c) comprende además oxidar a una presión desde aproximadamente 15 psig hasta aproximadamente 80 psig y la solución se oxida con oxígeno. The process of claim 1, wherein at least one of the steps (a), (b) and (c) further comprises oxidizing at a pressure from about 15 psig to about 80 psig and the solution is oxidized with oxygen.
- 15. fifteen.
- El proceso de la reivindicación 14, en donde al menos uno de los pasos (a), (b) y (c) comprende además oxidar a una presión desde aproximadamente 40 psig hasta aproximadamente 80 psig y la solución se oxida con oxígeno. The process of claim 14, wherein at least one of the steps (a), (b) and (c) further comprises oxidizing at a pressure from about 40 psig to about 80 psig and the solution is oxidized with oxygen.
- 16. 16.
- El proceso de la reivindicación 1, en donde el paso (c) comprende además agitar en un tercer reactor seleccionado del grupo que consiste en reactores de cavitación y reactores semicontinuos. The process of claim 1, wherein step (c) further comprises stirring in a third reactor selected from the group consisting of cavitation reactors and semi-continuous reactors.
- 17. 17.
- El proceso de la reivindicación 16, en donde el paso (c) comprende además oxidar en un reactor de cavitación a presiones de oxígeno de hasta aproximadamente 3000 psig. The process of claim 16, wherein step (c) further comprises oxidizing in a cavitation reactor at oxygen pressures of up to about 3000 psig.
- 18. 18.
- El proceso de la reivindicación 1, en donde el paso (d) comprende además ajustar el pH de la solución de tiosulfato de calcio a un intervalo de pH desde aproximadamente 7,5 hasta aproximadamente 8,5. The process of claim 1, wherein step (d) further comprises adjusting the pH of the calcium thiosulfate solution at a pH range from about 7.5 to about 8.5.
- 19. 19.
- El proceso de la reivindicación 18, en donde el paso (d) comprende además ajustar el pH de la solución de tiosulfato de calcio a un intervalo de pH desde aproximadamente 8 hasta aproximadamente 8,5. The process of claim 18, wherein step (d) further comprises adjusting the pH of the calcium thiosulfate solution at a pH range from about 8 to about 8.5.
- 20. twenty.
- El proceso de la reivindicación 1, en donde el paso (d) comprende además filtrar la solución de tiosulfato de calcio oxidada. The process of claim 1, wherein step (d) further comprises filtering the oxidized calcium thiosulfate solution.
- 21. twenty-one.
- El proceso de la reivindicación 20, en donde el paso (d) comprende además añadir un floculante a la solución de tiosulfato de calcio antes de la filtración. The process of claim 20, wherein step (d) further comprises adding a flocculant to the calcium thiosulfate solution before filtration.
- 22. 22
- El proceso de la reivindicación 21, en donde el floculante es un floculante aniónico. The process of claim 21, wherein the flocculant is an anionic flocculant.
- 23. 2. 3.
- El proceso de la reivindicación 21 en donde el floculante se añade en una cantidad desde aproximadamente 50 hasta aproximadamente 70 ug/gm de solución. The process of claim 21 wherein the flocculant is added in an amount from about 50 to about 70 ug / gm of solution.
- 24. 24.
- El proceso de la reivindicación 20, en donde el paso (d) comprende además aumentar la temperatura de la solución oxidada de tiosulfato de calcio antes de la filtración. The process of claim 20, wherein step (d) further comprises increasing the temperature of the oxidized calcium thiosulfate solution before filtration.
- 25. 25.
- El proceso de la reivindicación 1, en donde el paso (a) comprende además preparar la solución de polisulfuro de calcio proporcionando una suspensión de hidróxido de calcio, añadiendo azufre a la suspensión y haciendo reaccionar la suspensión. The process of claim 1, wherein step (a) further comprises preparing the calcium polysulphide solution by providing a suspension of calcium hydroxide, adding sulfur to the suspension and reacting the suspension.
- 26. 26.
- El proceso de la reivindicación 25, en donde el paso (a) comprende además añadir azufre a la suspensión en una relación molar de azufre a hidróxido de calcio desde aproximadamente 1:1 hasta aproximadamente 6:1. The process of claim 25, wherein step (a) further comprises adding sulfur to the suspension in a molar ratio of sulfur to calcium hydroxide from about 1: 1 to about 6: 1.
- 27. 27.
- El proceso de la reivindicación 26, en donde el paso (a) comprende además añadir azufre a la suspensión en una relación molar de azufre a hidróxido de calcio desde aproximadamente 3,4:1 hasta aproximadamente 6:1. The process of claim 26, wherein step (a) further comprises adding sulfur to the suspension in a molar ratio of sulfur to calcium hydroxide from about 3.4: 1 to about 6: 1.
- 28. 28.
- El proceso de la reivindicación 27, en donde el paso (a) comprende además añadir azufre a la suspensión en una relación molar de azufre a hidróxido de calcio desde aproximadamente 3,4:1 hasta aproximadamente 3,8:1. The process of claim 27, wherein step (a) further comprises adding sulfur to the suspension in a molar ratio of sulfur to calcium hydroxide from about 3.4: 1 to about 3.8: 1.
- 29. 29.
- El proceso de la reivindicación 28, en donde el paso (a) comprende además añadir azufre a la suspensión en una relación molar de azufre a hidróxido de calcio de aproximadamente 3,6:1. The process of claim 28, wherein step (a) further comprises adding sulfur to the suspension in a molar ratio of sulfur to calcium hydroxide of about 3.6: 1.
- 30. 30
- El proceso de la reivindicación 29, en donde el paso (a) comprende además añadir azufre a la suspensión en una relación molar de azufre a hidróxido de calcio a agua de al menos aproximadamente 2:6:30. The process of claim 29, wherein step (a) further comprises adding sulfur to the suspension in a molar ratio of sulfur to calcium hydroxide to water of at least about 2: 6: 30.
- 31. 31.
- El proceso de la reivindicación 30, en donde el azufre se añade a una relación molar de azufre a hidróxido de calcio a agua desde aproximadamente 3,6 hasta 4,9:1:25,5. The process of claim 30, wherein the sulfur is added at a molar ratio of sulfur to calcium hydroxide to water from about 3.6 to 4.9: 1: 25.5.
- 32. 32
- El proceso de la reivindicación 31, en donde el paso (a) comprende además añadir azufre a la suspensión en una relación molar de azufre a hidróxido de calcio a agua de aproximadamente 3,6:1:25,5. The process of claim 31, wherein step (a) further comprises adding sulfur to the suspension in a molar ratio of sulfur to calcium hydroxide to water of about 3.6: 1: 25.5.
- 33. 33.
- El proceso de la reivindicación 25, en donde el paso (a) comprende además hacer reaccionar a una temperatura de al menos aproximadamente 70ºC para formar la mezcla de reacción de polisulfuro de calcio. The process of claim 25, wherein step (a) further comprises reacting at a temperature of at least about 70 ° C to form the reaction mixture of calcium polysulfide.
- 34. 3. 4.
- El proceso de la reivindicación 33, en donde el paso (a) comprende además hacer reaccionar a una temperatura de aproximadamente 85ºC hasta aproximadamente 99ºC para formar la mezcla de reacción de polisulfuro de calcio. The process of claim 33, wherein step (a) further comprises reacting at a temperature of about 85 ° C to about 99 ° C to form the calcium polysulfide reaction mixture.
- 35. 35
- El proceso de la reivindicación 34, en donde el paso (a) comprende además hacer reaccionar a una temperatura de aproximadamente 90ºC hasta aproximadamente 92ºC para formar la mezcla de reacción de polisulfuro de calcio. The process of claim 34, wherein step (a) further comprises reacting at a temperature of about 90 ° C to about 92 ° C to form the calcium polysulphide reaction mixture.
- 36. 36.
- El proceso de la reivindicación 25, que comprende además enfriar la mezcla de reacción de polisulfuro a una temperatura de aproximadamente 55ºC hasta aproximadamente 75ºC. The process of claim 25, further comprising cooling the polysulfide reaction mixture to a temperature of about 55 ° C to about 75 ° C.
- 37. 37.
- El proceso de la reivindicación 1, en donde al menos uno de los pasos (a), (b) y (c) comprende oxidar la solución o soluciones usando dióxido de azufre. The process of claim 1, wherein at least one of the steps (a), (b) and (c) comprises oxidizing the solution or solutions using sulfur dioxide.
- 38. 38.
- El proceso de la reivindicación 1, en donde el paso (d) comprende además añadir un inhibidor de crecimiento bacteriano al tiosulfato de calcio sustancialmente oxidado por completo. The process of claim 1, wherein step (d) further comprises adding a bacterial growth inhibitor to substantially completely oxidized calcium thiosulfate.
- 39. 39.
- El proceso de la reivindicación 38, en donde el paso (d) comprende además añadir una sal metabisulfito de metal alcalino como un inhibidor de crecimiento bacteriano al tiosulfato de calcio sustancialmente oxidado por completo. The process of claim 38, wherein step (d) further comprises adding an alkali metal metabisulfite salt as a bacterial growth inhibitor to substantially completely oxidized calcium thiosulfate.
- 40. 40
- Un proceso para preparar tiosulfato de calcio que comprende los siguientes pasos: A process to prepare calcium thiosulfate comprising the following steps:
- 41. 41.
- El proceso de la reivindicación 40, en donde The process of claim 40, wherein
- 42. 42
- El proceso de la reivindicación 41, que comprende además preparar una suspensión de polisulfuro de calcio en un reactor de tanque con agitación continua suministrando una suspensión de hidróxido de calcio, añadiendo azufre a la suspensión a una relación molar de azufre a hidróxido de calcio a agua de al menos aproximadamente 2:6:30; y haciendo reaccionar la suspensión a aproximadamente 90ºC-92ºC para formar una solución de polisulfuro de calcio, y transferir la solución de polisulfuro de calcio al primer reactor de tanque con agitación continua del paso (a). The process of claim 41, further comprising preparing a suspension of calcium polysulphide in a tank reactor with continuous stirring by supplying a suspension of calcium hydroxide, adding sulfur to the suspension at a molar ratio of sulfur to calcium hydroxide to water of at least about 2: 6: 30; and reacting the suspension at approximately 90 ° C-92 ° C to form a calcium polysulphide solution, and transfer the calcium polysulphide solution to the first tank reactor with continuous stirring of step (a).
- 43. 43
- El proceso de la reivindicación 42, que comprende además un paso de formar dicha suspensión de hidróxido de calcio combinando hidróxido de calcio y agua. The process of claim 42, further comprising a step of forming said calcium hydroxide suspension by combining calcium hydroxide and water.
- 44. 44.
- El proceso de la reivindicación 43, que comprende además un paso de formar dicha suspensión de hidróxido de calcio combinando hidróxido de calcio y agua, en donde el hidróxido de calcio es desde aproximadamente 96% hasta aproximadamente el 99% puro. The process of claim 43, further comprising a step of forming said calcium hydroxide suspension by combining calcium hydroxide and water, wherein the calcium hydroxide is from about 96% to about 99% pure.
- 45. Four. Five.
- El proceso de la reivindicación 40, en donde el paso (c) comprende además oxidar sustancialmente por completo la solución de tiosulfato de calcio en un tercer reactor que se selecciona del grupo que consiste en un reactor de cavitación y una serie de reactores de finalización semicontinuos. The process of claim 40, wherein step (c) further comprises substantially oxidizing the calcium thiosulfate solution in a third reactor that is selected from the group consisting of a cavitation reactor and a series of semicontinuous termination reactors .
- 46. 46.
- El proceso de la reivindicación 40, que comprende además determinar el punto final oxidativo de la solución de tiosulfato de calcio controlando uno o más de los siguientes: The process of claim 40, further comprising determining the oxidative endpoint of the calcium thiosulfate solution by controlling one or more of the following:
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