ITRM20110103A1 - PROCEDURE AND REACTOR FOR "EXTRACTION, BY PLASMOGENIC WAY, OF ALUMINA AND SUB-PRODUCTS OF INDUSTRIAL INTEREST FROM BAUXITE. - Google Patents

PROCEDURE AND REACTOR FOR "EXTRACTION, BY PLASMOGENIC WAY, OF ALUMINA AND SUB-PRODUCTS OF INDUSTRIAL INTEREST FROM BAUXITE. Download PDF

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ITRM20110103A1
ITRM20110103A1 IT000103A ITRM20110103A ITRM20110103A1 IT RM20110103 A1 ITRM20110103 A1 IT RM20110103A1 IT 000103 A IT000103 A IT 000103A IT RM20110103 A ITRM20110103 A IT RM20110103A IT RM20110103 A1 ITRM20110103 A1 IT RM20110103A1
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Aldo Imerito
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    • C01F7/38Preparation of aluminium oxide by thermal reduction of aluminous minerals

Description

“Procedimento e reattore per l’estrazione, per via plasmogenica, di allumina e sottoprodotti di interesse industriale dalla bauxite.†⠀ œProcess and reactor for plasmogenic extraction of alumina and by-products of industrial interest from bauxite.â €

* ;;La presente invenzione si riferisce al settore tecnico della estrazione di allumina dalla bauxite. ;L’invenzione ha per oggetto un procedimento che si propone – in termini economici e/o ecologici - come alternativa al processo Bayer. ;La bauxite à ̈ il minerale nel quale à ̈ possibile trovare la maggior concentrazione di alluminio (65÷85%), se si esclude il corindone (o rubino) da cui, però, non e possibile ricavare il metallo mediante i normali processi di riduzione pirometallurgici, causa l’elevata refrattarietà e l’alta temperatura di fusione. ;Chimicamente la bauxite à ̈ una miscela di composti, con acqua di cristallizzazione, quali Al2O3 (dal 50% al 60%), Fe2O3 (dal 10% al 20%) e, in misura minore, di SiO2 (dal 1% al 10%). Il minerale contiene, inoltre, minori quantità di titanio, zirconio, vanadio ed altri minerali contenenti gli ossidi dei metalli di transizione. Il contenuto di acqua, infine, può variare dal 20 al 30%. La formula chimica di riferimento della bauxite à ̈ Al2O3.nH2O, cioà ̈ à ̈ quella di un’allumina idrata. ;Come à ̈ noto, il procedimento industriale più adottato per ottenere l’allumina pura dalla bauxite, à ̈ conosciuto come processo Bayer. Le fasi che caratterizzano questo processo sono: ;macinazione della bauxite; ;solubilizzazione a qualche decina di gradi Celsius e successiva separazione degli insoluti; precipitazione di Al(OH)3tramite abbassamento della temperatura; ;calcinazione. ;Nella bauxite sono presenti ossidi di Al, Ti, Fe e Si in varie proporzioni e percentuali. L’efficienza di estrazione à ̈ bassissima e ciò comporta la presenza di grossi quantitativi di elementi metallici nei sottoprodotti di trattamento, chiamati genericamente fanghi rossi. ;I fanghi rossi a fine lavorazione, sotto forma di liquami, sono pompati lontano dall’impianto per essere scaricati in lagune artificiali. Tale pratica ha un importante impatto ambientale, sia per i volumi enormi di materiale di risulta scartati e riversati nelle lagune artificiali, sia per lo “spreco†di allumina e materie pregiate, ancora presenti nei fanghi rossi scartati, a causa della bassa resa di estrazione propria del processo Bayer. ;Esiste, pertanto, nello specifico settore l’esigenza di disporre di un procedimento di produzione dell’allumina, con contemporanea riduzione dell’impatto ambientale dei sottoprodotti, sia in termini di quantità che dal punto di vista della qualità di ciò che, al termine dei processi, deve essere comunque gestito come rifiuto. ;Questa esigenza à ̈ soddisfatta dal procedimento secondo la presente invenzione che offre, inoltre, ulteriori vantaggi che risulteranno chiari in seguito. ;Forma pertanto oggetto specifico della presente invenzione un procedimento per la trasformazione allo stato di plasma dell’alluminio combinato presente nella bauxite in alluminio elementare allo stato di vapore, con produzione di allumina (Al2O3) concentrata e con minore presenza di impurezze, rispetto al minerale di partenza ;Il procedimento oggetto della presente invenzione consente, contemporaneamente, di generare dei sottoprodotti separabili, ciascuno “arricchito†nel contenuto dei principali altri elementi/composti pregiati presenti (titanio, ferro, silice), da destinare ai rispettivi mercati di riferimento, riducendo drasticamente la quota parte di materiale da gestire come rifiuto vero e proprio. ;Nel procedimento secondo l’invenzione la bauxite viene sottoposta alle seguenti operazioni: ;- macinazione; ;- eventuale essiccazione del materiale macinato, ad una temperatura compresa fra 60 e 250°C; ;- eventuale aggiunta al materiale essiccato e macinato di un agente per aumentare la conducibilità elettrica; - introduzione del materiale risultante in un reattore al plasma ad arco; ;- eventuale creazione di un ambiente riducente all’interno del reattore; ;- trattamento nel reattore ad arco plasma con le seguenti condizioni operative: ;differenza di potenziale fra gli elettrodi compresa tra 10 volt e 10'000 volt; ;temperatura compresa tra 600 °C e 3500 °C nella camera di reazione; ;- recupero dei “fumi†in uscita dal reattore, mediante raffreddamento, per raccogliere l’Al203 prodottosi dalla vaporizzazione dell’alluminio elementare nel reattore; ;- ottenimento, in uscita dal reattore, di un sottoprodotto solido, compatto e stratificato, nel quale sono presenti delle porzioni, arricchite, ciascuna, in uno dei principali componenti di pregio del minerale di origine. ;- eventuale separazione della porzione arricchita in allumina, e ripetizione delle fasi precedenti in uno stadio successivo del processo. ;In particolare, secondo l'invenzione l'essiccazione viene ottenuta ad una temperatura compresa nell’intervallo 100-115°C. ;Sempre secondo l'invenzione, l’agente per aumentare la conducibilità elettrica à ̈ scelto dal gruppo comprendente acqua e soluzioni acquose saline. ;Ulteriormente, secondo l'invenzione, l’ambiente riducente à ̈ ottenuto estraendo del tutto o in parte l’aria atmosferica presente nel reattore e sostituendola con argon e/o azoto eventualmente in combinazione con altro gas inerte. ;Ancora secondo l'invenzione, il plasma ha la configurazione ad arco trasferito, dove l’anodo e/o il catodo possono essere costituiti da una barra, una piastra, un anello o una placca all’interno del reattore. ;Ulteriormente, secondo l’invenzione, il raffreddamento dei fumi contenenti alluminio elementare avviene, preferibilmente, “a secco†, in flusso di aria o comunque di un gas contenente ossigeno, per favorire la formazione dell’allumina ad alto grado di purezza. In alternativa, il lavaggio dei fumi avviene ad umido, impiegando soluzioni basificanti (preferibilmente a base di idrossido di sodio). In questa variante secondo l’invenzione, il liquido risultante contente il precursore chimico dell’allumina, à ̈ inviato ad un secondo stadio di essiccazione ed arrostimento in reattore con plasma ad arco, in ambiente riducente, a temperatura preferibilmente intorno a 1.200 °C, in modo da produrre l’allumina secondo la reazione: ;2Al(OH)3 → Al2O3 3H2O ;L'invenzione ha inoltre per oggetto un reattore con crogiolo in materiale refrattario, metallico o ceramico, o comunque resistente alle elevate temperature, adatto per la trasformazione allo stato di plasma dell’alluminio presente nella bauxite in alluminio elementare allo stato di vapore e dei sottoprodotti in un solido inerte e compatto, nel quale sono presenti delle porzioni, arricchite, ciascuna, in uno dei principali componenti di pregio del minerale di origine secondo il procedimento descritto in quel che precede, comprendente le seguenti parti: ;- mezzi per macinare e, comunque, ridurre la dimensione granulometrica media dei materiali da trattare; ;- mezzi per essiccare i materiali da trattare; ;- mezzi per introdurre i materiali da trattare ed eventuali additivi all’interno del reattore; ;- anodo e catodo; ;- mezzi per innescare la scarica fra anodo e catodo, tramite alimentazione con corrente continua o alternata; ;- eventuali mezzi per movimentare il catodo e/o l’anodo, in senso verticale, orizzontale o rotatorio, all’interno del reattore; ;- mezzi per creare un ambiente riducente all’interno del reattore; ;- mezzi per raffreddare a secco i fumi contenenti alluminio allo stato di vapore; ;- mezzi per raffreddare ad umido i fumi contenenti alluminio allo stato vapore; ;- mezzi per aspirare l’allumina formatasi dalla reazione tra alluminio in fase di vapore con l’ossigeno; ;- mezzi per raccogliere l’allumina prodotta a secco; - mezzi per raccogliere l’allumina idrata prodotta dal raffreddamento ad umido; ;In particolare, secondo l'invenzione, nel reattore con crogiolo in materiale metallico refrattario, l’anodo o il catodo à ̈ almeno parzialmente costituito dal letto del reattore o dal reattore stesso. ;Ancora secondo l'invenzione, nel reattore con crogiolo in materiale ceramico refrattario,l’anodo o il catodo à ̈ costituito da materiale conduttore a forma di barra, placca o anello. ;Ulteriormente, secondo l'invenzione, il catodo e/o l’anodo sono in materiale conduttore, preferibilmente acciaio inox o grafite, in forma di barra eventualmente forata per consentire lo scorrimento al suo interno di almeno un gas inerte. ;L'invenzione riguarda inoltre un prodotto solido e compatto ottenuto con il procedimento descritto in precedenza. ;Oggetto dell'invenzione à ̈ inoltre l'uso nei settori industriali di volta in volta interessati delle frazioni arricchite in ferro, alluminio o titanio, estraibili dal prodotto solido e compatto, notevolmente ridotto in volume, ottenibile dal procedimento descritto in precedenza. Ad esempio le frazioni arricchite in ferro, alluminio o titanio, estraibili dal suddetto prodotto, possono essere usate vantaggiosamente nei rispettivi settori metallurgici. ;L’adozione della presente invenzione presenta i vantaggi descritti di seguito: ;- il trattamento tramite reattore al plasma permette di liberare nella fase gassosa in uscita dal reattore dell’alluminio elementare che, nella successiva fase di condensazione in presenza di ossigeno forma allumina ad alto grado di purezza. In alternativa, l’alluminio elementare recuperato dalla fase gassosa mediante un lavaggio con liquidi basificanti consente di formare il precursore idrato dell’allumina, sempre con elevato grado di purezza. Da questo precursore si produce l’allumina purificata mediante trattamento termico, preferibilmente con plasma ad arco; ;- i sottoprodotti di lavorazione non sono più un rifiuto ma degli intermedi “arricchiti†in componenti di interesse industriale, pertanto destinabili ai rispettivi mercati di riferimento; ;Si à ̈ quindi trasformato ciò che fin’ora à ̈ sempre stato un rifiuto ad elevato impatto ambientale in tutta una serie di prodotti di interesse industriale, tra cui il ferro ed il titanio biossido; ;- il trattamento al plasma inizia ad agire subito rispetto ad altri sistemi di tipo pirometallurgico riducendo i tempi di regime transitorio e consentendo un notevole risparmio di energia; ;- riguardo ai sottoprodotti si ottiene l’estrazione di un frazione ferrosa con la contemporanea trasformazione di questa da diamagnetica a paramagnetica; ;- questi composti paramagnetici del ferro costituiscono una materia di buon valore commerciale per l’industria metallurgica. L’estrazione di questi composti del ferro può essere eseguita secondo una qualunque delle tecniche minerarie e metallurgiche note. ;Si à ̈ data fin’ora dell’invenzione una descrizione di carattere generale. Con l’aiuto della figura e dell’esempio seguente verrà ora data una descrizione più dettagliata, finalizzata a far meglio comprendere i suoi scopi, le sue caratteristiche ed i suoi vantaggi. ;La figura 1 mostra uno schema a blocchi del procedimento secondo l’invenzione, in una sua specifica forma di realizzazione in reattore al plasma ad arco trasferito. ;;Esempio 1 ;;Nella prova à ̈ stato utilizzato un campione di bauxite, preventivamente macinato ed essiccato. ;Il contenuto di allumina, nel campione secco non trattato à ̈ pari a: ;;Al2O368 %, ;;Il campione à ̈ stato introdotto nel reattore, ed à ̈ stato alimentato in continuo mediante un sistema di caricamento a coclea. In questa configurazione, l’interno del reattore à ̈ costituito da una camera di reazione isolata termicamente con materiale refrattario. L’esterno à ̈ costituito da una incamiciatura che ingloba un sistema di controllo della temperatura, mediante fluidi di scambio termico. Nel caso in questione il fluido di scambio à ̈ acqua, ma sono comunque utilizzabili soluzioni di scambio termico a base acquosa, sintetica organica ed inorganica, oli diatermici, gas di refrigerazione ecc. ;In questa configurazione del reattore, gli elettrodi sono entrambi di grafite, posti lungo l’asse verticale, al centro del reattore. L’elettrodo inferiore, posizionato sul fondo del reattore, à ̈ fisso, mentre l’elettrodo superiore à ̈ regolabile in modo da garantire la corretta distanza di lavoro, al variare delle condizioni di reazione. In una variazione possibile, gli elettrodi sono cavi: la cavità interna all’elettrodo svolge la funzione di veicolare il gas plasmogenico direttamente nel campo dell’arco elettrico. Inoltre, lo stesso flusso di gas regola la temperatura di lavoro degli elettrodi. ;Nella configurazione utilizzata nell’esperimento descritto, il gas plasmogenico à ̈ insufflato nelle vicinanze del campo elettrico, mediante un condotto in metallo termoresistente. ;Nella parte alta della camera di reazione à ̈ posto un sistema di aspirazione dei gas prodotti. Tale sistema comprende una sezione di raffreddamento e condensazione (in questo caso con scambio termico ad aria), per il recupero dei vapori contenenti allumina. ;Si sono impostate la corretta distanza e differenza di potenziale tra gli elettrodi, si à ̈ attivato il flusso di gas riducente e plasmogenico (in questo caso azoto) e si à ̈ attivato il plasma. ;In queste condizioni di reazione, la bauxite si fonde e, non appena il sistema raggiunge una temperatura intorno a 2600°, l’alluminio presente, passato in forma di alluminio elementare in fase vapore, viene aspirato nel condotto di recupero gas. Nella configurazione utilizzata nell’esperimento, la ricomposizione dell’alluminio vapore con l’ossigeno per formare allumina à ̈ ulteriormente favorita richiamando aria nel condotto di raffreddamento. ;L’allumina formatasi condensa sulle pareti fredde del sistema di raccolta, dalle quali à ̈ recuperata mediante sistemi meccanici. Nel caso in questione si à ̈ utilizzato lo scuotimento meccanico. La polvere bianca recuperata ha un contenuto di allumina pari a: ;Al2O390 %. ;;La porzione solida del materiale introdotto in camera di reazione, dopo il trattamento, ha un contenuto residuo di allumina pari a: ;Al2O320 % ;;In sostanza, rispetto alla bauxite introdotta in camera di reazione, che aveva un contenuto di allumina pari al 68%, si à ̈ estratto circa il 70 % dell’allumina presente. ;Il solido residuo nel reattore cola fuso durante il processo di estrazione dell’alluminio e viene fatto stratificare, durante il successivo stadio di raffreddamento. Con la stratificazione si ottiene un solido con delle zone distinte arricchite nei diversi componenti presenti originariamente nella bauxite: ;Al2O3residuo, Fe2O3paramagnetico, TiO2,SiO2. ;Questi composti possono essere separati con tecniche note ed immessi nei rispettivi mercati di riferimento. ;La frazione del residuo arricchita in Al2O3può essere separata ed inviata ad un secondo stadio di trattamento al plasma, o nuovamente in testa al processo, portando la resa globale di estrazione dell’allumina, rispetto alla bauxite non trattata, superiore al 95%. ;La presente invenzione à ̈ stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo sue forme preferite di realizzazione, ma à ̈ da intendersi che variazioni e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti nel ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate. ** ;; The present invention relates to the technical sector of alumina extraction from bauxite. The invention relates to a process that is proposed - in economic and / or ecological terms - as an alternative to the Bayer process. ; Bauxite is the mineral in which it is possible to find the greatest concentration of aluminum (65 ÷ 85%), if we exclude corundum (or ruby) from which, however, it is not possible to obtain the metal through the normal processes of pyrometallurgical reduction, due to high refractory properties and high melting temperature. ; Chemically bauxite is a mixture of compounds, with water of crystallization, such as Al2O3 (from 50% to 60%), Fe2O3 (from 10% to 20%) and, to a lesser extent, SiO2 (from 1% to 10%) %). The mineral also contains smaller quantities of titanium, zirconium, vanadium and other minerals containing transition metal oxides. Finally, the water content can vary from 20 to 30%. The chemical formula of reference of bauxite is Al2O3.nH2O, that is, it is that of a hydrated alumina. As is known, the most adopted industrial process to obtain pure alumina from bauxite is known as the Bayer process. The phases that characterize this process are:; grinding of the bauxite; ; solubilization at a few tens of degrees Celsius and subsequent separation of the outstanding amounts; precipitation of Al (OH) 3 by lowering the temperature; ;calcination. In bauxite there are oxides of Al, Ti, Fe and Si in various proportions and percentages. The extraction efficiency is very low and this involves the presence of large quantities of metal elements in the treatment by-products, generically called red mud. ; The red sludge at the end of processing, in the form of sewage, is pumped away from the plant to be discharged into artificial lagoons. This practice has an important environmental impact, both for the enormous volumes of waste material discarded and poured into artificial lagoons, and for the â € œwasteâ € of alumina and precious materials, still present in the discarded red mud, due to the low yield of own extraction of the Bayer process. ; There is, therefore, in the specific sector the need to have an alumina production process, with simultaneous reduction of the environmental impact of the by-products, both in terms of quantity and from the point of view of the quality of what , at the end of the processes, it must in any case be handled as waste. This need is satisfied by the process according to the present invention which also offers further advantages which will become clear later on. Therefore, the specific object of the present invention is a process for the transformation in the plasma state of the combined aluminum present in the bauxite into elemental aluminum in the vapor state, with the production of concentrated alumina (Al2O3) and with less presence of impurities, compared to starting mineral; The process object of the present invention allows, at the same time, to generate separable by-products, each â € œenrichedâ € in the content of the main other elements / valuable compounds present (titanium, iron, silica), to be allocated to the respective reference markets , drastically reducing the amount of material to be managed as real waste. In the process according to the invention the bauxite is subjected to the following operations: - grinding; - possible drying of the ground material, at a temperature between 60 and 250 ° C; - possible addition to the dried and ground material of an agent to increase the electrical conductivity; - introduction of the resulting material into an arc plasma reactor; - possible creation of a reducing environment inside the reactor; ; - treatment in the plasma arc reactor with the following operating conditions:; potential difference between the electrodes between 10 volts and 10'000 volts; ; temperature between 600 ° C and 3500 ° C in the reaction chamber; ; - recovery of the â € œfumesâ € leaving the reactor, by cooling, to collect the Al203 produced by the vaporization of elemental aluminum in the reactor; ; - obtaining, out of the reactor, a solid, compact and stratified by-product, in which there are portions, each enriched in one of the main valuable components of the mineral of origin. - possible separation of the portion enriched in alumina, and repetition of the previous steps in a subsequent stage of the process. In particular, according to the invention, drying is obtained at a temperature in the range of 100-115 ° C. Still according to the invention, the agent for increasing the electrical conductivity is chosen from the group comprising water and aqueous saline solutions. Furthermore, according to the invention, the reducing environment is obtained by extracting all or part of the atmospheric air present in the reactor and replacing it with argon and / or nitrogen possibly in combination with other inert gas. Still according to the invention, the plasma has the transferred arc configuration, where the anode and / or the cathode can be constituted by a bar, a plate, a ring or a plate inside the reactor. ; Further, according to the invention, the cooling of the fumes containing elemental aluminum preferably takes place â € œa dryâ €, in a flow of air or in any case of a gas containing oxygen, to favor the formation of alumina with a high degree of purity. Alternatively, the washing of the fumes takes place wet, using basifying solutions (preferably based on sodium hydroxide). In this variant according to the invention, the resulting liquid containing the chemical precursor of alumina is sent to a second drying and roasting stage in an arc plasma reactor, in a reducing environment, at a temperature preferably around 1,200 ° C, in order to produce alumina according to the reaction:; 2Al (OH) 3 â † 'Al2O3 3H2O; The invention also relates to a reactor with crucible in refractory, metal or ceramic material, or in any case resistant to high temperatures, suitable for the transformation in the plasma state of the aluminum present in the bauxite into elemental aluminum in the vapor state and of the by-products into an inert and compact solid, in which there are portions, each enriched in one of the main components value of the mineral of origin according to the procedure described in the preceding one, comprising the following parts:; - means for grinding and, in any case, reducing the average particle size of the materials to be treated; ; - means for drying the materials to be treated; - means for introducing the materials to be treated and any additives inside the reactor; ; - anode and cathode; ; - means for triggering the discharge between the anode and the cathode, by feeding with direct or alternating current; - any means for moving the cathode and / or the anode, vertically, horizontally or rotating, inside the reactor; ; - means to create a reducing environment inside the reactor; ; - means for dry cooling the fumes containing aluminum in the vapor state; ; - means for wet cooling the fumes containing aluminum in the vapor state; ; - means for sucking the alumina formed by the reaction between aluminum in the vapor phase with oxygen; ; - means for collecting the dry produced alumina; - means for collecting the hydrated alumina produced by wet cooling; In particular, according to the invention, in the reactor with crucible made of refractory metal material, the anode or cathode is at least partially constituted by the reactor bed or by the reactor itself. Still according to the invention, in the reactor with crucible in refractory ceramic material, the anode or cathode is made of conductive material in the shape of a bar, plate or ring. Furthermore, according to the invention, the cathode and / or the anode are made of conductive material, preferably stainless steel or graphite, in the form of a bar possibly perforated to allow the sliding inside it of at least one inert gas. The invention also relates to a solid and compact product obtained with the process described above. The object of the invention is also the use in the industrial sectors concerned from time to time of the fractions enriched in iron, aluminum or titanium, extractable from the solid and compact product, considerably reduced in volume, obtainable by the procedure described above. For example, the fractions enriched in iron, aluminum or titanium, extractable from the aforesaid product, can be used advantageously in the respective metallurgical sectors. ; The adoption of the present invention has the following advantages: high purity alumina. Alternatively, the elemental aluminum recovered from the gaseous phase by washing with basifying liquids allows to form the hydrated precursor of alumina, always with a high degree of purity. Purified alumina is produced from this precursor by heat treatment, preferably with arc plasma; ; - processing by-products are no longer waste but intermediates â € œenrichedâ € in components of industrial interest, therefore destined to the respective reference markets; Therefore what has always been a waste with a high environmental impact has been transformed into a whole series of products of industrial interest, including iron and titanium dioxide; ; - the plasma treatment starts to act immediately compared to other pyrometallurgical type systems, reducing the transient regime times and allowing considerable energy savings; - with regard to the by-products, the extraction of a ferrous fraction is obtained with the simultaneous transformation of this from diamagnetic to paramagnetic; ; - these paramagnetic compounds of iron constitute a material of good commercial value for the metallurgical industry. The extraction of these iron compounds can be performed according to any of the known mining and metallurgical techniques. A general description has been given up to the time of the invention. With the help of the following figure and example, a more detailed description will now be given, aimed at making its aims, characteristics and advantages better understood. Figure 1 shows a block diagram of the process according to the invention, in a specific embodiment thereof in a plasma transferred arc reactor. ;; Example 1 ;; In the test a sample of bauxite was used, previously ground and dried. ; The alumina content in the untreated dry sample is equal to: ;; Al2O368%, ;; The sample was introduced into the reactor, and fed continuously by means of a screw loading system. In this configuration, the inside of the reactor consists of a reaction chamber which is thermally insulated with refractory material. The exterior is made up of a jacket that incorporates a temperature control system, by means of heat exchange fluids. In the case in question, the exchange fluid is water, but water-based, synthetic organic and inorganic heat exchange solutions, diathermic oils, refrigeration gas etc. can still be used. In this configuration of the reactor, the electrodes are both of graphite, placed along the vertical axis, in the center of the reactor. The lower electrode, positioned on the bottom of the reactor, is fixed, while the upper electrode is adjustable in order to guarantee the correct working distance, as the reaction conditions vary. In a possible variation, the electrodes are hollow: the cavity inside the electrode carries out the function of conveying the plasmogenic gas directly into the electric arc field. Furthermore, the same gas flow regulates the working temperature of the electrodes. In the configuration used in the experiment described, the plasmogenic gas is blown in the vicinity of the electric field, through a heat-resistant metal conduit. ; In the upper part of the reaction chamber there is an aspiration system for the gases produced. This system includes a cooling and condensing section (in this case with air heat exchange), for the recovery of the vapors containing alumina. ; The correct distance and potential difference between the electrodes have been set, the reducing and plasmogenic gas flow (in this case nitrogen) has been activated and the plasma has been activated. Under these reaction conditions, the bauxite melts and, as soon as the system reaches a temperature of around 2600 °, the aluminum present, passed in the form of elemental aluminum in the vapor phase, is sucked into the gas recovery duct. In the configuration used in the experiment, the recomposition of the aluminum vapor with oxygen to form alumina is further favored by drawing air into the cooling duct. ; The alumina formed condenses on the cold walls of the collection system, from which it is recovered by mechanical systems. In this case, mechanical shaking was used. The recovered white powder has an alumina content equal to:; Al2O390%. ;; The solid portion of the material introduced into the reaction chamber, after treatment, has a residual alumina content equal to:; Al2O320% ;; Basically, compared to the bauxite introduced into the reaction chamber, which had an alumina content equal to at 68%, about 70% of the alumina present was extracted. ; The solid residue in the reactor melts during the aluminum extraction process and is stratified during the subsequent cooling stage. With the stratification a solid is obtained with distinct areas enriched in the different components originally present in the bauxite:; Al2O3 residual, Fe2O3paramagnetic, TiO2, SiO2. These compounds can be separated with known techniques and released in the respective reference markets. ; The fraction of the residue enriched in Al2O3 can be separated and sent to a second stage of plasma treatment, or again at the head of the process, bringing the overall yield of alumina extraction, compared to untreated bauxite, to over 95%. ; The present invention has been described by way of illustration, but not of limitation, according to its preferred embodiments, but it is to be understood that variations and / or modifications may be made by those skilled in the art without thereby departing from the relative scope of protection. , as defined by the appended claims. *

Claims (16)

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento, per la trasformazione allo stato di plasma dell’alluminio presente nella bauxite in alluminio elementare allo stato vapore e dei sottoprodotti in un solido inerte e compatto, nel quale sono presenti delle porzioni, ciascuna delle quali à ̈ arricchita in uno dei principali componenti di pregio della bauxite, comprendente le seguenti operazioni: - eventuale essiccazione dei fanghi rossi ad una temperatura compresa fra 60 e 250°C; - eventuale aggiunta di un agente per aumentare la conducibilità elettrica; - introduzione in un reattore ad arco plasma; - eventuale creazione di un ambiente riducente all’interno del reattore; - trattamento nel reattore ad arco plasma con le seguenti condizioni operative: differenza di potenziale fra gli elettrodi compresa tra 10 volt e 10'000 volt; temperatura compresa tra 600 °C e 3500 °C nella camera di reazione; - ottenimento di un prodotto solido e compatto, notevolmente ridotto in volume; - recupero dei “fumi†in uscita dal reattore, mediante raffreddamento, per raccogliere l’Al203 prodottosi dalla vaporizzazione dell’alluminio elementare nel reattore; - ottenimento, in uscita dal reattore, di un sottoprodotto solido, compatto e stratificato, nel quale sono presenti delle porzioni, arricchite, ciascuna, in uno dei principali componenti di pregio del minerale di origine. - eventuale separazione della porzione arricchita in allumina, e ripetizione delle fasi precedenti in uno stadio successivo del processo. CLAIMS 1. Process, for the transformation in the plasma state of the aluminum present in the bauxite into elemental aluminum in the vapor state and of the by-products into an inert and compact solid, in which there are portions, each of which is enriched in one of the main valuable components of bauxite, including the following operations: - possible drying of the red mud at a temperature between 60 and 250 ° C; - possible addition of an agent to increase the electrical conductivity; - introduction into a plasma arc reactor; - possible creation of a reducing environment inside the reactor; - treatment in the plasma arc reactor with the following operating conditions: potential difference between the electrodes between 10 volts and 10'000 volts; temperature between 600 ° C and 3500 ° C in the reaction chamber; - obtaining a solid and compact product, considerably reduced in volume; - recovery of the â € œfumesâ € leaving the reactor, by cooling, to collect the Al203 produced by the vaporization of elemental aluminum in the reactor; - obtaining, out of the reactor, a solid, compact and stratified by-product, in which there are portions, each enriched in one of the main valuable components of the mineral of origin. - possible separation of the portion enriched in alumina, and repetition of the previous steps in a subsequent stage of the process. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui l’essiccazione viene ottenuta ad una temperatura compresa nell’intervallo 100-115°C. 2. Process according to claim 1, in which drying is obtained at a temperature comprised in the range of 100-115 ° C. 3. Procedimento come da rivendicazione 1 o 2, in cui l’agente per aumentare la conducibilità elettrica à ̈ scelto dal gruppo comprendente acqua e soluzioni acquose saline. Barzanò & Zanardo 3. Process according to claim 1 or 2, in which the agent for increasing the electrical conductivity is selected from the group comprising water and aqueous saline solutions. Barzanò & Zanardo 4. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l’ambiente riducente à ̈ ottenuto estraendo del tutto o in parte l’aria atmosferica presente nel reattore e sostituendola con argon e/o azoto eventualmente in combinazione con altro gas inerte o riducente. 4. Process according to any one of the preceding claims, in which the reducing environment is obtained by extracting all or part of the atmospheric air present in the reactor and replacing it with argon and / or nitrogen possibly in combination with other inert gas or reducing agent. 5. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il plasma ha la configurazione ad arco trasferito, dove l’anodo o il catodo può essere costituito da una piastra, anello o placca all’interno del reattore. 5. Process according to any one of the preceding claims, in which the plasma has the transferred arc configuration, where the anode or cathode can be constituted by a plate, ring or plate inside the reactor. 6. Procedimento come una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il raffreddamento dei fumi contenenti alluminio elementare avviene a secco, in flusso di aria o gas contenente ossigeno, per favorire la formazione di allumina a elevata purezza. 6. Process as in any one of the preceding claims, in which the cooling of the fumes containing elemental aluminum takes place dry, in a flow of air or gas containing oxygen, to favor the formation of high purity alumina. 7. Procedimento come da rivendicazioni da 1 a 5, in cui il raffreddamento dei fumi avviene ad umido con impiego di soluzioni alcalinizzanti quali quelle a base di NaOH. 7. Process according to claims 1 to 5, in which the fumes are cooled wet using alkalizing solutions such as those based on NaOH. 8. Procedimento come da rivendicazione 7, in cui il liquido risultante contenente il precursore chimico dell’allumina à ̈ inviato a un secondo stadio di essiccazione ed arrostimento in reattore con plasma ad arco, in ambiente riducente, in modo da produrre allumina per decomposizione termica. 8. Process according to claim 7, in which the resulting liquid containing the chemical precursor of alumina is sent to a second drying and roasting stage in an arc plasma reactor, in a reducing environment, so as to produce alumina by decomposition thermal. 9. Reattore con crogiolo in materiale refrattario, metallico o ceramico, o comunque resistente alle elevate temperature, adatto per la trasformazione allo stato di plasma dell’alluminio presente nella bauxite in alluminio elementare allo stato vapore e di sottoprodotti in un solido inerte e compatto nel quale sono presenti delle porzioni, ciascuna delle quali à ̈ arricchita in uno dei principali componenti di pregio della bauxite secondo il procedimento delle rivendicazioni da 1 a 8, che include le seguenti parti: - mezzi per macinare e, comunque, ridurre la dimensione granulometrica media de materiale da trattare; - mezzi per essiccare il materiale da trattare; - mezzi per introdurre il materiale da trattare ed eventuali additivi all’interno del reattore; - anodo e catodo; - mezzi per innescare la scarica fra anodo e catodo, tramite alimentazione con corrente continua o alternata; - eventuali mezzi per movimentare il catodo e/o l’anodo, in senso verticale, orizzontale o rotatorio, all’interno del reattore; - mezzi per creare un ambiente riducente all’interno del reattore; - mezzi per raffreddare a secco i fumi contenenti alluminio allo stato di vapore; - mezzi per raffreddare ad umido i fumi contenenti alluminio allo stato di vapore; - mezzi per aspirare l’allumina formatasi dalla reazione tra alluminio allo stato di vapore con l’ossigeno; - mezzi per raccogliere l’allumina prodotta a secco; - mezzi per raccogliere l’allumina idrata prodotta dal raffreddamento ad umido. 9. Reactor with crucible in refractory material, metal or ceramic, or in any case resistant to high temperatures, suitable for the transformation of the aluminum present in the bauxite into elemental aluminum in the vapor state and of by-products into an inert and compact solid in which there are portions, each of which is enriched in one of the main valuable components of bauxite according to the process of claims 1 to 8, which includes the following parts: - means for grinding and, in any case, reducing the particle size media of the material to be treated; - means for drying the material to be treated; - means for introducing the material to be treated and any additives inside the reactor; - anode and cathode; - means for triggering the discharge between the anode and the cathode, by feeding with direct or alternating current; - any means for moving the cathode and / or the anode, vertically, horizontally or rotating, inside the reactor; - means to create a reducing environment inside the reactor; - means for dry cooling the fumes containing aluminum in the vapor state; - means for wet cooling the fumes containing aluminum in the vapor state; - means for sucking the alumina formed by the reaction between aluminum in the vapor state with oxygen; - means for collecting the dry produced alumina; - means for collecting the hydrated alumina produced by wet cooling. 10. Reattore con crogiolo in materiale refrattario metallico come da rivendicazione 9, in cui l’anodo e/o il catodo à ̈ almeno parzialmente costituito dal letto del reattore o dal reattore stesso. 10. Reactor with crucible in metallic refractory material as per claim 9, in which the anode and / or cathode is at least partially constituted by the reactor bed or by the reactor itself. 11. Reattore con crogiolo in materiale refrattario ceramico, o comunque resistente alle elevate temperature, come da rivendicazione 9, in cui l’anodo e/o il catodo à ̈ costituito da materiale conduttore a forma di barra, placca o anello. 11. Reactor with crucible in refractory ceramic material, or in any case resistant to high temperatures, as per claim 9, in which the anode and / or cathode is made of conductive material in the shape of a bar, plate or ring. 12. Reattore come da rivendicazioni da 9 a 11, in cui il catodo e/o l’anodo à ̈ in materiale conduttore, preferibilmente acciaio inox o grafite, in forma di barra eventualmente forata per consentire lo scorrimento al suo interno di almeno un gas inerte. 12. Reactor as per claims 9 to 11, in which the cathode and / or the anode is made of conductive material, preferably stainless steel or graphite, in the form of a bar possibly perforated to allow the sliding inside it of at least one inert gas. 13. Allumina purificata, caratterizzata dal fatto di essere ottenibile con il procedimento delle rivendicazioni da 1 a 8. 13. Purified alumina, characterized in that it can be obtained with the process of claims 1 to 8. 14. Prodotto solido e compatto, caratterizzato dal fatto di essere ottenibile come sottoprodotto del procedimento delle rivendicazioni da 1 a 8. 14. Solid and compact product, characterized in that it can be obtained as a by-product of the process of claims 1 to 8. 15. Uso delle frazioni arricchite in ferro, alluminio, titanio o silice, estraibili dal prodotto solido e compatto, notevolmente ridotto in volume, ottenibile dal procedimento secondo le rivendicazioni 1-8, nei rispettivi settori metallurgici o di interesse. 15. Use of the fractions enriched in iron, aluminum, titanium or silica, extractable from the solid and compact product, considerably reduced in volume, obtainable by the process according to claims 1-8, in the respective metallurgical sectors or of interest. 16. Uso di ulteriori frazioni d’interesse industriale estraibili dal prodotto solido e compatto, notevolmente ridotto in volume, ottenibile dal procedimento secondo le rivendicazioni 1-8, nei settori industriali di volta in volta interessati.16. Use of further fractions of industrial interest extractable from the solid and compact product, considerably reduced in volume, obtainable by the process according to claims 1-8, in the industrial sectors concerned from time to time.
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