ES2872125T3 - Procedimiento para extraer metales de residuos y menas aluminoferrosas y titanoferrosas - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para extraer a partir de un material mineral seleccionado del grupo que consiste en bauxita, limonita y lodo rojo, un valor de hierro y al menos un valor metálico seleccionado de aluminio, titanio, sodio, calcio y silicio, consistiendo dicho procedimiento en las siguientes etapas: - pulverizar dicho material mineral hasta un tamaño de partícula en el intervalo de 5 - 500 m para obtener un material pulverizado; - combinar dicho material pulverizado con un material carbonoso para obtener una mezcla resultante, en el que la razón de dicho material pulverizado con respecto a dicho material carbonoso está en el intervalo de 88: 12 - 95: 5; - moldear dicha mezcla resultante para obtener un material formado en una forma seleccionada del grupo que consiste en gránulos, grupos y briquetas; - fundir, al menos parcialmente, el metal y la escoria en dicho material formado a una temperatura en el intervalo de 1200 - 1800°C, para separar los valores de hierro de la escoria que contiene al menos un valor metálico seleccionado de aluminio, titanio, calcio, sodio y silicio; y - separar al menos un valor metálico de la escoria mediante un procedimiento que implica: (i) pulverización suave, (ii) clasificación por aire y (iii) separación magnética, para obtener al menos un valor metálico seleccionado de aluminio, titanio, sodio, calcio y silicio.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para extraer metales de residuos y menas aluminoferrosas y titanoferrosas
Campo de invención
La presente invención se refiere a un procedimiento para la extracción de metales a partir de minerales y menas ferrosos.
Particularmente, la presente invención se refiere a un procedimiento para la extracción de metales valiosos tales como aluminio y titanio a partir de residuos y menas aluminoferrosas y titanoferrosas tales como ilmenita, bauxita y lodo rojo.
Antecedentes
Los procesos convencionales para fabricar aluminio a partir de bauxita, tales como el proceso Bayer, producen una gran cantidad de un subproducto sólido llamado lodo rojo, denominado así debido al alto contenido de hierro. La industria del aluminio no solo emite aproximadamente cuarenta millones de toneladas métricas de gases de efecto invernadero en todo el mundo cada año, sino que también produce de aproximadamente 3 a 4 toneladas métricas de desechos de lodo rojo por tonelada métrica de aluminio producida. Debido a los problemas medioambientales, el vertido de este lodo rojo, en cantidades tan grandes, es un problema significativo al que se enfrentan las industrias del aluminio en todo el mundo. Más a menudo, estos desechos se vierten en la tierra o en el mar, donde el coste de transporte en que se incurre es enorme y el vertido en tierra puede provocar contaminación del suelo y las aguas subterráneas. Por tanto, es importante el desarrollo de un método económico que aproveche los valores de los desechos de lodo rojo para obtener productos útiles.
Este lodo rojo contiene, además de óxidos de hierro, una cantidad considerable de otros metales tales como aluminio, titanio, calcio, sodio y silicio, principalmente presentes como óxidos, junto con trazas de metales tóxicos. Se han propuesto diversos métodos en el pasado para recuperar estos metales valiosos de la suspensión de lodo rojo. Sin embargo, la mayoría de estos métodos implican altas temperaturas o altas presiones, por tanto, un alto consumo de energía. Además, en el pasado, se ha sugerido la digestión con ácido del lodo rojo para separar sus componentes; sin embargo, este método proporciona un bajo nivel de pureza a un coste elevado. En el pasado, se han propuesto otros métodos como “apilado y secado”, adición de dispersantes, mezclado con polvo de carbón, adición de aditivos, para mejorar la consistencia/fluidez del lodo rojo. Algunas de estas divulgaciones que describen los métodos para el tratamiento de desechos de lodo rojo se han enumerado en la técnica anterior a continuación. Además, las menas titanoferrosas tales como ilmenita se procesan para separar el cloruro de titanio (TiCU) y óxido de titanio (TiO2) a través de una serie de etapas de proceso que dan enormes volúmenes de corrientes de desechos que contienen una cantidad sustancial de material ferroso tal como óxido de hierro y sales de hierro de cloruros o sulfatos. La técnica anterior a continuación también enumera métodos para extraer material ferroso de tales corrientes de desechos.
El documento WO2010079369 da a conocer un procedimiento para la recuperación total de óxidos puros de los elementos presentes en el fango de lodo rojo, así como su transformación parcial en productos de alto valor añadido. El procedimiento comprende: calentar el residuo de lodo rojo con agua hasta una temperatura de entre 50 - 90°C; después de enfriar hasta temperatura ambiente añadir ácido clorhídrico conc. para obtener una razón de sólido con respecto a líquido resultante de entre 1:5 - 1:25; digerir la mezcla resultante para obtener un primer producto que contiene sales de cloruro solubles de hierro, aluminio, calcio y sodio, y un residuo sólido que contiene óxidos de titanio y silicio; evaporar el primer producto y añadir ácido clorhídrico diluido para obtener un segundo producto que contiene una disolución enriquecida de sales de cloruro de hierro, aluminio, calcio y sodio, y un residuo sólido enriquecido que contiene óxidos de titanio y silicio; separar principalmente el residuo sólido enriquecido y posteriormente separar el hierro, aluminio, calcio y sodio. Usando este procedimiento, no quedan remanentes del fango de lodo rojo.
El documento US20090311154 da a conocer un procedimiento sin desechos para la extracción de alúmina a partir de diferentes tipos de menas de bauxita y residuos de lodo rojo y dióxido de titanio a partir de ilmenita. El procedimiento comprende: fundir la mezcla en presencia de un agente reductor para producir una escoria fundida, añadir un álcali a la escoria fundida, aislar el hierro fundido de la mezcla resultante para obtener escoria residual y recuperar óxidos metálicos de la escoria residual. El procedimiento recupera la mayoría de los valores metálicos y genera solo pequeñas cantidades de residuos silíceos a pH 4 - 5.
El documento US6447738 da a conocer un procedimiento para la extracción de alúmina, óxido de hierro y dióxido de titanio a partir de arcillas y mena de bauxita, y otros cuerpos de mena y materias primas. El procedimiento comprende: lixiviación con ácido sulfúrico de las materias primas en autoclaves de presión a aproximadamente 200°C; reducir los valores férricos con SO2 al sulfato ferroso; eliminar el potasio cristalizando cualquier valor de sal doble del sulfato alcalino de aluminio; eliminar los cristales con gas de SO2 e hidrolizar la sal doble a una sal de sulfato precipitada con álcali de aluminio básico que posteriormente se seca y se calcina a 950°C.
El documento US5043077 da a conocer un método para tratar suspensiones de lodo rojo del proceso Bayer para facilitar su manipulación. El método comprende añadir a la suspensión una cantidad de una sustancia que consiste esencialmente en material de la clase que consiste en ácidos húmicos y humatos, en forma de lignito o leonardita, eficaz para reducir la viscosidad de la suspensión.
El documento US3776717 da a conocer un procedimiento para el tratamiento de lodo rojo obtenido en la producción de aluminio, particularmente para la reducción de metales alcalinos en el lodo rojo y la recuperación de hierro y aluminio. El método comprende: poner en contacto el lodo rojo con ácido húmico y cal quemada, y recuperar el contenido de hierro por reducción de los óxidos de hierro.
El documento WO1997016573 da a conocer un aglomerado para su uso en la conversión de materiales de desecho de óxido de hierro en productos metálicos valiosos, comprendiendo el aglomerado al menos un material de desecho de óxido de hierro, una fuente de iones de calcio libres, un aglutinante y agua, en el que el material de desecho de óxido de hierro contiene una cantidad de hidróxido de hierro.
La presente invención da a conocer un método para extraer metales valiosos, incluyendo aluminio, titanio y hierro, de menas tales como menas aluminoferrosas, por ejemplo bauxita y menas titanoferrosas, por ejemplo ilmenita, y residuos que contienen alúmina y titania, por ejemplo suspensiones de lodo rojo. A partir del estado de la técnica, se observa que estos procedimientos requieren un tratamiento con ácido, por lo que los efluentes generados durante tales procedimientos deben neutralizarse antes de su vertido. Además, los procedimientos conocidos requieren altas temperaturas y altas presiones, por tanto, requieren mucha energía. La presente invención sugiere un método para superar los inconvenientes de la técnica anterior mencionados anteriormente.
Objetos de la invención
Un objeto de la presente invención es proporcionar un procedimiento para la extracción de metales a partir de menas tales como menas aluminoferrosas, por ejemplo bauxita y menas titanoferrosas, por ejemplo ilmenita, y residuos que contienen alúmina y titania, por ejemplo suspensiones de lodo rojo, para obtener productos de valor añadido.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un procedimiento económico para la extracción de metales a partir de menas.
Aun otro objeto de la presente invención es proporcionar un procedimiento para la extracción de metales a partir de menas, que usa energía térmica.
Sumario de la invención
Según la presente invención, se da a conocer un procedimiento para extraer, a partir de un material mineral seleccionado del grupo que consiste en bauxita, limonita que es una mena y lodo rojo que es un residuo, o una mezcla de los mismos, al menos un valor metálico seleccionado de hierro, aluminio, titanio, sodio, calcio y silicio, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de:
■ pulverizar dicho material mineral hasta un tamaño de partícula en el intervalo de 5 - 500 p para obtener un material pulverizado;
■ combinar dicho material pulverizado con un material carbonoso para obtener una mezcla resultante, en la que la razón de dicho material pulverizado con respecto a dicho material carbonoso está en el intervalo de 88 : 12 -95 : 5;
■ moldear dicha mezcla resultante para dar una forma seleccionada de gránulos, grumos y briquetas, para obtener un material formado;
■ fundir, al menos parcialmente, el metal y la escoria en dicho material formado a una temperatura en el intervalo de 1200 - 1800°C, para separar los valores de hierro de la escoria que contiene al menos un valor metálico seleccionado de aluminio, titanio, calcio, sodio y silicio; y
• separar al menos un valor metálico de la escoria mediante un procedimiento que implica: (i) pulverización suave, (ii) clasificación por aire y (iii) separación magnética, para obtener al menos un valor metálico seleccionado de aluminio, titanio, sodio, calcio y silicio.
Normalmente, según la presente invención, el procedimiento incluye la etapa de seleccionar dicho material carbonoso del grupo de materiales que consiste en madera, carbón vegetal, coque, semicoque, carbón, biomasa, material carbonizado, fueloil y gas natural.
Preferiblemente, según la presente invención, el procedimiento incluye la etapa de usar material carbonizado de la pirólisis de carbón como dicho material carbonoso.
Normalmente, según la presente invención, el procedimiento incluye la etapa de fundir dicho material formado en un horno de cuba mediante quemado con aire, preferiblemente aire enriquecido, más preferiblemente oxígeno, a una temperatura en el intervalo de 1200 - 1800°C, preferiblemente en el intervalo de 1400 - 1500°C.
Preferiblemente, según la presente invención, el procedimiento incluye la etapa de fundir dicho material formado en presencia de gases reductores calientes, más preferiblemente obtenidos usando oxígeno de la carbonización de carbón y vapor/CO2 reciclado.
Según la presente invención, el procedimiento incluye la etapa de seleccionar al menos un material mineral del grupo de materiales que consiste en bauxita, ilmenita y lodo rojo.
Alternativamente, según la presente invención, el procedimiento incluye la etapa de añadir un agente formador de escoria a dicho material pulverizado, en el que el agente formador de escoria se selecciona de carbonato sódico, cal, pieza caliza, dolomita y una fuente de álcali.
Alternativamente, según la presente invención, el procedimiento incluye la etapa de pirólisis/carbonización de dicho material carbonoso y combinación del material carbonoso carbonizado con dicho material pulverizado para obtener dicha mezcla resultante.
Según la presente invención, el procedimiento incluye la etapa de separar los valores de hierro en una forma seleccionada de hierro fundido, carburo de hierro y mezclas de los mismos.
Normalmente, según la presente invención, el procedimiento incluye la etapa de separar al menos un valor metálico seleccionado de óxidos de aluminio, titanio y silicio, y sales alcalinas de calcio y sodio, de la escoria.
Preferiblemente, según la presente invención, el procedimiento incluye la etapa de procesar la escoria que comprende los óxidos de metal, en etapas que implican: (i) pulverización suave, (ii) clasificación por aire y (iii) separación magnética, para separar adicionalmente los valores de hierro de los mismos.
Más preferiblemente, según la presente invención, el procedimiento incluye la etapa de procesar adicionalmente la escoria que comprende los óxidos de metal, en etapas que implican: (i) carbocloración de los óxidos con dicho material carbonoso adicional en un reactor de lecho fluidizado para obtener cloruros de metal, y (ii) extracción y purificación de los cloruros de metal.
Descripción detallada de la invención
La presente invención prevé un procedimiento para extraer valores metálicos incluyendo aluminio, titanio, silicio, calcio, sodio y hierro de menas tales como menas aluminoferrosas, por ejemplo bauxita, menas titanoferrosas, por ejemplo ilmenita, y menas de hierro, y residuos que contienen alúmina y titania, por ejemplo suspensiones de lodo rojo. El procedimiento implica combinar un material mineral que contiene valor metálico con un material carbonoso para efectuar la reducción del óxido de hierro, en el que, preferiblemente, el material carbonoso se usa en exceso estequiométrico con respecto al material mineral para facilitar la separación de los valores metálicos. El procedimiento comprende la etapa de fundir el componente de hierro en la materia mineral para consolidar el valor de hierro y separar de ese modo el valor de hierro de los demás valores metálicos como óxidos de aluminio, titanio, y silicio, y sales alcalinas de calcio y sodio. La reducción de óxidos de hierro y su posterior fusión y separación se lleva a cabo preferiblemente sin la adición de ningún compuesto fundente como álcalis, carbonatos u óxidos de sodio, calcio, potasio, magnesio, y similares; simplificando así la recuperación de los valores metálicos de aluminio y titanio.
El procedimiento de la presente invención comprende la etapa de pulverizar el material mineral, que es una mena, un residuo o una mezcla de los mismos que comprende al menos un valor metálico de hierro, aluminio, titanio, silicio, sodio y calcio. El material mineral se pulveriza, si es necesario, hasta un tamaño de partícula en el intervalo de 5 - 500 |i y el material pulverizado se combina entonces con el material carbonoso. Antes de la combinación, el material carbonoso, que se selecciona de carbón, coque, semicoque, madera, carbón vegetal, biomasa, fueloil, material carbonizado y gas natural, puede carbonizarse y el material carbonoso carbonizado, junto con los compuestos volátiles recuperados, puede combinarse con el material pulverizado. El material carbonoso más preferido es material carbonizado del proceso de pirólisis de carbón. Preferiblemente, el material carbonoso se añade en un 10 - 40% de exceso estequiométrico con respecto al material mineral pulverizado, en el que la razón del material pulverizado con respecto al material carbonoso está en el intervalo de 88 : 12 - 95 : 5. Adicionalmente, pueden mezclarse agentes formadores de escoria con el material pulverizado para potenciar la separación de los valores metálicos; en el que los agentes formadores de escoria se seleccionan normalmente de carbonato cálcico, cal, piedra caliza, dolomita y una fuente de álcali.
La mezcla resultante del material pulverizado y el material carbonoso se moldea para formar gránulos, grumos o briquetas. Este material formado se funde entonces en un horno de cuba para hacer que al menos una parte del metal y la escoria en el material formado se fundan. El material formado se carga en una cúpula y la cúpula se carga en un horno de cuba, donde el material formado se quema con aire, preferiblemente aire enriquecido, más preferiblemente oxígeno, a una temperatura en el intervalo de 1200 - 1800°C, preferiblemente en el intervalo de 1400 - 1500°C. Además, los gases reductores calientes, generados por separado en un gasificador, pueden hacerse pasar a través del horno de cuba para efectuar/potenciar el proceso de fusión. El proceso de fusión se efectúa en la reducción del óxido de hierro y la fusión de al menos una parte del metal y la escoria en el material formado para dar valores de hierro fundido y escoria que contiene al menos otro valor metálico de aluminio, titanio, silicio, calcio y sodio.
Los valores de hierro se separan posteriormente de la escoria, como hierro fundido, carburo de hierro o mezclas de los mismos, mediante métodos que incluyen: colada del líquido, métodos de separación física usando la diferencia en peso específico, separación magnética, y similares. La escoria así separada comprende principalmente óxidos de aluminio, titanio y silicio, y sales alcalinas de calcio y sodio. La escoria se procesa para separar al menos uno del valor metálico, por métodos que incluyen: pulverización suave, clasificación por aire y separación magnética, para eliminar impurezas y valores de hierro sobrantes y obtener óxidos de metal de alta pureza de aluminio, titanio y silicio. Los óxidos de metal purificados se someten entonces a procesamiento adicional, que implica: carbocloración de los óxidos con material carbonoso de reposición adicional como reductor en un reactor de lecho fluidizado para obtener cloruros de metal, es decir, cloruros de aluminio y titanio, extracción de los cloruros de metal de los mismos y purificación de los cloruros de metal mediante filtración y fraccionamiento. Los cloruros resultantes se separan mediante métodos conocidos en la técnica. Los cloruros de aluminio y titanio (AlCl3 y TiCL), así obtenidos, se convierten en complejos de metales alcalinos y se electrolizan para producir los respectivos metales.
Resultados de prueba
La invención se describirá ahora con respecto al siguiente ejemplo que no limita el alcance ni el ámbito de la invención de ningún modo y solo ejemplifica la invención.
Ejemplo 1:
Se mezclaron 80 kg de suspensión de lodo rojo con 5 kg de polvo de coque que tenía un contenido de carbono del 97%. La composición de la suspensión de lodo rojo se menciona en la TABLA 1.
TABLA 1: Composición de la suspensión de lodo rojo.
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Se formó la mezcla para dar gránulos de 30 - 37 mm de tamaño. Se fundieron estos gránulos en una cúpula de 26 cm de diámetro transparente durante un periodo de 2 horas usando coque como combustible para el calentamiento. La temperatura lograda con soplado de aire fue de 1500°C. El metal fundido y la escoria se descargaron en caliente y se separaron en una parte de hierro consolidado que pesaba 18 kg con el 97% de hierro y el 1,5% de carbono. Se pulverizó la escoria y se sometió a separación magnética. Se obtuvo una mezcla de TiO2 , Al2O3 y SiO2 que contenía solo el 6% de óxido de hierro.
Ejemplo 2:
Se mezclaron 80 kg de suspensión de lodo rojo como anteriormente con 5 kg de polvo de coque que tenía un contenido de carbono del 97%. Se formó la mezcla para dar gránulos de 40 mm de tamaño. Se realizó el endurecimiento de los gránulos a 600°C durante 4 horas. Se fundieron estos gránulos en una cúpula de 26 cm de diámetro transparente durante 3 horas usando coque como combustible para el calentamiento. La temperatura lograda con soplado de aire fue de 1500 - 1650°C. El metal fundido y la escoria se descargaron en caliente y se separaron en una parte de hierro consolidado que pesaba 18 kg con el 98% de hierro y el 1% de carbono. Se sometió la escoria a pulverización y clasificación seguido por separación magnética. Se obtuvo una mezcla de TiO2 , ALO3 y SiO2 que contenía aproximadamente el 7% de hierro.
Ventajas técnicas
Un procedimiento para extraer a partir de un material mineral, que es una mena, un residuo o una mezcla de los mismos, al menos un valor metálico seleccionado de hierro, aluminio, titanio, sodio, calcio y silicio; el procedimiento tal como se describe en la presente invención tiene varias ventajas técnicas incluyendo, pero sin limitarse a la realización de: el procedimiento es simple y rentable, proporciona productos de valor añadido y usa energía térmica.
Los valores numéricos mencionados para los diversos parámetros físicos, dimensiones o cantidades son solo aproximaciones y se prevé que los valores superiores/inferiores a los valores numéricos asignados a los parámetros, dimensiones o cantidades se encuentren dentro del alcance de la invención, a menos que exista una declaración en la memoria descriptiva específica de lo contrario. Siempre que se especifique un intervalo de valores, se incluye en el alcance de la invención un valor de hasta un 10% por debajo y por encima del valor numérico más bajo y más alto, respectivamente, del intervalo especificado.
Aunque en el presente documento se ha puesto un énfasis considerable en las características particulares de esta invención, se apreciará que pueden hacerse diversas modificaciones y que pueden hacerse muchos cambios en las realizaciones preferidas sin apartarse del principio de la invención. Estas y otras modificaciones en la naturaleza de la invención o las realizaciones preferidas resultarán evidentes para los expertos en la técnica a partir de la divulgación en el presente documento, por lo que debe entenderse claramente que la materia descriptiva anterior ha de interpretarse simplemente como ilustrativa de la invención y no como limitación.

Claims (10)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Procedimiento para extraer a partir de un material mineral seleccionado del grupo que consiste en bauxita, limonita y lodo rojo, un valor de hierro y al menos un valor metálico seleccionado de aluminio, titanio, sodio, calcio y silicio, consistiendo dicho procedimiento en las siguientes etapas:
    • pulverizar dicho material mineral hasta un tamaño de partícula en el intervalo de 5 - 500 p para obtener un material pulverizado;
    • combinar dicho material pulverizado con un material carbonoso para obtener una mezcla resultante, en el que la razón de dicho material pulverizado con respecto a dicho material carbonoso está en el intervalo de 88: 12 - 95: 5;
    • moldear dicha mezcla resultante para obtener un material formado en una forma seleccionada del grupo que consiste en gránulos, grupos y briquetas;
    • fundir, al menos parcialmente, el metal y la escoria en dicho material formado a una temperatura en el intervalo de 1200 - 1800°C, para separar los valores de hierro de la escoria que contiene al menos un valor metálico seleccionado de aluminio, titanio, calcio, sodio y silicio; y
    • separar al menos un valor metálico de la escoria mediante un procedimiento que implica: (i) pulverización suave, (ii) clasificación por aire y (iii) separación magnética, para obtener al menos un valor metálico seleccionado de aluminio, titanio, sodio, calcio y silicio.
  2. 2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho material carbonoso se selecciona del grupo de materiales que consiste en madera, carbón vegetal, coque, semicoque, carbón, biomasa, material carbonizado, fueloil y gas natural.
  3. 3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho material carbonoso es material carbonizado obtenido de la pirólisis del carbón como dicho material carbonoso.
  4. 4. Procedimiento según la reivindicación 1, que incluye la etapa de fundir dicho material formado en un horno de cuba mediante quemado con aire, preferiblemente aire enriquecido, más preferiblemente oxígeno.
  5. 5. Procedimiento según la reivindicación 4, que incluye la etapa de fundir dicho material formado en presencia de gases reductores calientes, preferiblemente obtenidos usando oxígeno de la carbonización de carbón y vapor/CO2 reciclado.
  6. 6. Procedimiento según la reivindicación 1, que incluye la etapa de añadir un agente formador de escoria a dicho material pulverizado, en el que el agente formador de escoria se selecciona de carbonato cálcico, cal, piedra caliza y dolomita.
  7. 7. Procedimiento según la reivindicación 1, que incluye la etapa de pirólisis/carbonización de dicho material carbonoso y combinación del material carbonoso carbonizado con dicho material pulverizado para obtener dicha mezcla resultante.
  8. 8. Procedimiento según la reivindicación 1, que incluye la etapa de separar el valor de hierro de una forma seleccionada del grupo que consiste en hierro fundido, carburo de hierro y mezclas de los mismos.
  9. 9. Procedimiento según la reivindicación 1, que incluye la etapa de separar al menos un valor metálico seleccionado de óxidos de aluminio, titanio y silicio, y sales alcalinas de calcio y sodio, de la escoria.
  10. 10. Procedimiento según la reivindicación 9, que incluye la etapa de procesar adicionalmente la escoria que comprende los óxidos de metal, en etapas que implican: (i) carbocloración de los óxidos con dicho material carbonoso adicional en un reactor de lecho fluidizado para obtener cloruros de metal, y (ii) extracción y purificación de los cloruros de metal.
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