MXPA99010023A - Proceso para preparar productos utilizables a partir de una solucion de sulfato ferrico impuro - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un proceso para preparar un producto utilizable, en particular una solución para tratamiento de agua que contiene berro férrico, a partir de una solución de sulfato férrico impuro la cual contiene por lo menos otro metal como una impureza, el proceso que comprende:un primer paso de precipitación, en el cual se agrega una base a la dicha solución de sulfato férrico impuro con el fin de elevar el pH hasta aproximadamente 2-5, de preferencia aproximadamente 3-4, con lo que precipita el hidróxido férrico;siguiendo al primer paso de precipitación, un segundo paso de precipitación en el cual se agregan a la solución un oxidante y una base para elevar el pH hasta aproximadamente 6-10, de preferencia aproximadamente 8-9, con lo que precipita el dicho metal de impureza;y uno o más pasos de separación para separar de 1 solución de sulfato los sólidos precipitados en los primero y segundo pasos de precipitación;asícomo posiblemente un paso adicio nal, en el cual los dichos sólidos separados, o una porción de los mismos, son tratados adicionalmente con el fin de formar un producto utilizable.

Description

PROCESO PARA PREPARAR PRODUCTOS UTILIZABLES A PARTIR DE UNA SOLUCIÓN DE SULFATO FÉRRICO IMPURO CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un proceso para preparar productos utilizables, en particular una solución de tratamiento de agua la cual contiene fierro férrico, a partir de una solución de sulfato férrico impuro, en particular una solución de sulfato férrico formada en el proceso para preparar hidronio de jarosita.

ESTADO DE LA TÉCNICA La solicitud de patente anterior del solicitante WO 97/38944 describe un proceso para preparar un producto puro que contiene fierro férrico. En este proceso, la substancia inicial es sulfato ferroso hidratado producido como un sub-producto en el proceso para preparar dióxido de titanio. El sulfato ferroso es oxidado con oxígeno en un recipiente presurizado a una temperatura elevada. Durante la oxidación la sal ferrosa se disuelve en su propia agua de cristalización, y simultáneamente empieza a precipitar el hidronio de jarosita. La ecuación de la reacción es: FeSO4 x H2O + 11/4 O2 ? H3OFe3(OH)6(S?4)2 (s) + Fe2(SO4)3 (1 ) Durante el paso de oxidación, se forma un equilibrio entre la solución de sulfato férrico y el hidronio de jarosita. En este momento aproximadamente una mitad del fierro está en la solución y la otra mitad está en la forma de hidronio de jarosita precipitada. La jarosita sólida se separa por filtración, y se usa para la preparación de productos químicos para tratamiento de agua pura. Se deja una solución que contiene sulfato férrico. El uso de esta solución ha probado ser problemático, puesto que se forma en una cantidad considerable en proporción con la cantidad de hidronio de jarosita. Su almacenaje es problemático y caro. Existe la dificultad adicional de que la solución contiene la mayoría de las impurezas del sulfato ferroso original, en particular manganeso.

OBJETIVO DE LA I NVENCIÓN El problema es entonces el tratamiento posterior de la solución de sulfato férrico impuro y su explotación potencial. Es por lo tanto, un objetivo de la invención encontrar un método para la explotación de la solución de sulfato férrico impuro de tal manera que no queden materiales para ser almacenados y/o eliminados del proceso para la preparación de hidronio de jarosita. Es entonces un objetivo mejorar la rentabilidad del proceso para la preparación de hidronio de jarosita.

INVENCIÓN De acuerdo con la invención, se proporciona un proceso para preparar un producto utilizable, en particular una solución para tratamiento de agua la cual contiene fierro férrico, a partir de una solución de sulfato férrico impuro la cual contiene por lo menos otro metal como una impureza, estando caracterizado el proceso porque comprende un primer paso de precipitación, en el cual se agrega una base a la dicha solución de sulfato férrico impuro con el fin de aumentar el pH hasta aproximadamente 2-5, de preferencia aproximadamente 3-4, con lo que precipita el hidróxido férrico; siguiendo al primer paso de precipitación, un segundo paso de precipitación, en el cual se agregan a la solución un oxidante y una base con el fin de elevar el pH hasta aproximadamente 6-10, de preferencia aproximadamente 8-9, con lo que precipita el dicho metal de impureza; y uno o más pasos de separación para separar los sólidos precipitados de la solución de sulfato durante los primero y segundo pasos de precipitación; y posiblemente un paso adicional, en el cual los dichos sólidos separados, o una porción de los mismos, son tratados adicionalmente con el fin de formar un producto utilizable. En el proceso de acuerdo con la invención se usa de preferencia como la substancia inicial una solución de sulfato férrico impuro la cual se forma como un sub-producto del proceso para la preparación de hidronio de jarosita y que contiene manganeso como una impureza, el cual precipita como óxido de manganeso en el segundo paso de precipitación. Así, el proceso de acuerdo con la invención comprende dos pasos separados de precipitación, siendo precipitado el hidróxido férrico en el primer paso de precipitación y el metal de impureza, tal como dióxido de manganeso, que es precipitado en el segundo paso de precipitación.

Solo o además de manganeso el metal de impureza puede ser, por ejemplo, níquel y/o zinc. Al pH concerniente, estos metales de impureza precipitan comp hidróxido. De acuerdo con una modalidad de la invención, la base agregada al primer paso de precipitación se agrega en la forma de una solución o una suspensión acuosa, la cual contiene en parte o enteramente la solución de sulfato obtenida de el paso de separación. En esta manera la cantidad de agua circulando en el proceso puede ser regulada y mediante esto puede ser afectada la concentración de la solución de sulfato. La base puede ser MgO, Mg(OH)2, MgCO3 l NH3, NaOH , KOH . En este caso la dicha solución de sulfato contiene respectivamente MgSO4, (NH4)2SO4, Na2SO4 o K2SO4 solubles. Una base utilizable que contiene magnesio es una suspensión acuosa preparada a partir de magnesita calcinada y molida. Otra opción es una suspensión que contiene hidróxido de magnesio. Como se señaló la suspensión puede llevarse a cabo en agua o en la solución de sulfato obtenida como el producto final del proceso, o en una mezcla adecuada de éstos. Así, se obtiene una suspensión básica, la cual se agrega a la solución de sulfato férrico con el fin de precipitar fierro. El pH de la solución de sulfato férrico es originalmente aproximadamente 1 , y en el primer paso de precipitación es elevado al rango de aproximadamente 2-5, de preferencia aproximadamente 3-4, al cual precipita el fierro en la forma de hidróxido férrico. Cuando se usa óxido de magnesio como la base en el primer paso de precipitación, entonces ocurre la reacción: H2O 2 FeJ+ + 3 MgO ->• 2 Fe(OH)3 + 3 Mg 2 + El hidróxido férrico precipitado está en un estado amorfo, en cuyo estado su solubilidad en ácidos es la mejor. En el segundo paso de precipitación, el pH de la solución es elevado hasta aproximadamente 6-10, de preferencia aproximadamente 8-9, agregando una base, tal como NaOH, KOH , Na2CO3, o N H3, a la solución. Además, se agrega a la solución, un oxidante tal como H2O2, con lo que el Mn2+ se oxida y precipita como dióxido de manganeso. Así, la reacción que ocurre en el segundo paso de precipitación es: Mnz+ + 2 H2O2 ? MnO2 + 2 H2O Es posible usar oxidantes de oxígeno como el oxidante tal como peróxido de hidrógeno, otros compuestos peroxi, u ozono. Además, es posible usar cloro, dióxido de cloro, clorito, hipoclorito o clorato. De acuerdo con una modalidad de la invención, el proceso comprende un paso de separación conjunta, en el cual los sólidos formados en ambos pasos de precipitación el primero y el segundo se separan juntos a partir de la solución de sulfato. De acuerdo con otra modalidad de la invención, el proceso comprende un primer paso de separación, en el cual los sólidos precipitados en el primer paso de precipitación son separados de la solución de sulfato, y un segundo paso de separación, en el cual los sólidos precipitados en el segundo paso de precipitación son separados de la solución de sulfato. Los sólidos precipitados en los primero y segundo pasos de precipitación son separados de preferencia mediante filtración, pero se pueden usar también otros métodos de separación. El filtrado es una solución de sulfato de magnesio cuyo contenido de magnesio fluctúa desde 0.5 hasta 5% dependiendo de la composición de la suspensión básica del primer paso. Tal solución es adecuada para uso, por ejemplo, en el blanqueado de celulosa. Si el contenido de magnesio de la solución es suficientemente alto, el sulfato de magnesio puede ser separado de la solución por cristalización. El sulfato de magnesio cristalino se puede usar, por ejemplo, como un elemento trazador en fertilizantes. Los sólidos separados contienen como el principal componente un precipitado de hidróxido férrico que puede ser usado para preparar un producto químico de fierro adecuado para el tratamiento de agua de desecho. Puesto que el hidróxido férrico es un producto sólido, puede ser transportado fácilmente a lugares distantes, donde se disuelve en un ácido con el fin de preparar un producto químico en solución adecuado para aplicaciones para agua de desecho. El ácido nítrico es adecuado especialmente. Las soluciones de nitrato férrico son adecuadas para usos en los cuales el producto químico agua se requiere que tenga propiedades oxidantes, por ejemplo, en la deodorización de aguas de desecho que contienen sulfuro de hidrógeno.

En esa modalidad del proceso de acuerdo con la invención que contiene un paso de separación conjunta, el uso de ácido nítrico es ventajoso también por la razón de que el dióxido de manganeso presente en el hidróxido férrico no se disuelve fácilmente en ácido nítrico. Así a mayoría del dióxido de manganeso permanece sin disolver y se asienta en el fondo del contenedor. Así se obtiene una solución que tiene una concentración menor de manganeso. Otra opción es remover la porción no disuelta mediante filtración. Además de ácido nítrico también es posible usar ácido clorhídrico, ácido sulfúrico o un ácido orgánico tal como ácido fórmico para la disolución del precipitado de hidróxido férrico. La selección del ácido depende del propósito para el cual se necesita el producto químico fierro. Por ejemplo, para uso en tratamiento el cual incluye un tratamiento biológico, el hidróxido férrico disuelto en un ácido orgánico sería altamente utilizable, puesto que ambos, el anión y el catión, presentes en el producto químico serían explotados en el proceso de tratamiento. La invención se describe más adelante con la ayuda de ejemplos de preparación, con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales: La Figura 1 representa un diagrama de bloque de una modalidad del proceso de acuerdo con la invención, y La Figura 2 representa un diagrama de bloque de otra modalidad del proceso de acuerdo con la invención. La Figura 1 representa una modalidad del proceso de acuerdo con la invención, que tiene primero dos pasos de precipitación sucesivos y después un paso de separación. El material sólido obtenido en el paso de separación contiene en su mayoría hidróxido férrico, pero también dióxido de manganeso y posiblemente otras impurezas. El material sólido se usa para la preparación de un producto químico de fierro disolviéndolo en un ácido adecuado. La solución obtenida del paso de separación es una solución pura que contiene sulfato de magnesio. La Figura 2 representa otra modalidad del proceso de acuerdo con la invención, que tiene dos pasos de precipitación y dos pasos de separación de tal manera que se lleva a cabo una separación de sólidos después de cada paso de precipitación. El hidróxido férrico se separa después del primer paso de precipitación. El precipitado de hidróxido férrico así obtenido no contiene impurezas y es por lo tanto una materia prima altamente utilizable para la preparación de un producto químico de fierro puro. El manganeso y otras impurezas, si las hay, presentes en la solución son precipitados en el segundo paso de precipitación. Se separan en el segundo paso de separación y se obtiene un precipitado de desecho el cual puede ser desechado, por ejemplo, llevándolo a un basurero. Lo que queda es una solución pura que contiene sulfato de magnesio.

EJEMPLO 1 PRECIPITACIÓN DE FI ERRO Los experimentos se llevaron a cabo como procesos a escala de laboratorio de trabajo continuo. La solución inicial se obtuvo del proceso para la preparación de hidronio de jarosita y su análisis fue como sigue: Fe 4%, Fe2+ 0.08% y Mn 490 ppm. Para la precipitación de fierro, se preparó una suspensión que tiene una concentración de Mg de 2.4% a partir de un polvo de MgO y una solución en agua que contiene sulfato de magnesio. Esta suspensión se agregó a la solución continuamente mientras se mantuvo el pH en 3.5, con lo que precipitó Fe(OH)3. El recipiente de reacción fue un reactor abierto equipado con un agitador y un manto de calentamiento. La temperatura se mantuvo en 40° C y el tiempo de retención fue de una hora. Un espécimen tomado del reactor se filtró, y el filtrado fue analizado: Mg 1 .9%, Mn 31 1 ppm , Ni 1 .9 ppm, Fe2+ < 0.01 %. La torta del filtro se secó y analizó: Fe 47.4%, Mg 1 .5%, estado amorfo. La concentración de manganeso en el precipitado no se analizó, pero un cálculo mostró que todo el Mn había pasado en el filtrado. Los experimentos llevados a cabo mostraron que mientras más baja la temperatura del paso de precipitación, más alta la reactividad del precipitado de hidróxido obtenido. El rango de temperatura adecuado fue 20-40° C y el rango más preferible fue 20-30° C.

EJEMPLO 2 PRECIPITACIÓN DE MANGANESO Se agregaron a la suspensión del Ejemplo 1 , NaOH (solución al %) y H202 (solución al 10%) con el fin de precipitar el manganeso. La base se alimentó muy profundo bajo la superficie de la solución, mientras que el peróxido de hidrógeno se agregó directamente a la superficie. El pH se ajustó entre 8-9. El tiempo de retención fue aproximadamente una hora y la temperatura fue de 40° C. Después del segundo paso de precipitación los sólidos se separaron de la suspensión usando un filtro de laboratorio, y se analizó el filtrado: Mg 1.1 %, Mn < 0.3 ppm, pH 9.15. El filtrado había sido purificado así de impurezas.

EJEMPLO 3 DISOLUCIÓN DE PRECI PITADO DE FIERRO El siguiente experimento se llevó a cabo para disolver el precipitado de hidróxido férrico obtenido antes. Se colocaron en un recipiente de laboratorio, agua (30.3 g), precipitado de hidróxido férrico (1 15.7 g, contenido de sólidos 66%) y ácido nítrico (172 g, concentración 65%). Debido a una reacción exotérmica, la temperatura se elevó a 50° C, desde donde fue aumentada adicionalmente hasta aproximadamente 80° C mediante calentamiento del recipiente. Después de aproximadamente 15 minutos casi todo el hidróxido férrico se había disuelto, y el ácido libre permaneció en una cantidad de solamente 1 .1 %. La disolución fue, sin embargo, continuada hasta que el tiempo de disolución total fue de dos horas. La solución se analizó: Fe 7.8%, Mg 2.6%, Mn 530 ppm, Ni 13 ppm, N 8% (NO3 35.4%), H NO3 libre 0.4%, sin disolver 0.13%. El material no disuelto se analizó semi-cuantitativamente mediante fluorescencia de rayos X: el Fe fue el principal componente, Mg y Mn estuvieron presentes en una cantidad de aproximadamente 5-10%. Esto muestra que el precipitado de fierro se disolvió bien en ácido nítrico.

Claims (14)

1. REIVINDICACIONES 1 . Un proceso para la preparación de un producto utilizable, en particular una solución para tratamiento de agua que contiene fierro férrico, a partir de una solución de sulfato férrico impuro la cual contiene por lo menos otro metal como una impureza, caracterizado porque el proceso comprende: un primer paso de precipitación, en el cual se agrega una base a la dicha solución de sulfato férrico impuro con el fin de elevar el pH hasta aproximadamente 2-5, de preferencia aproximadamente 3-4, con lo que precipita el hidróxido férrico; siguiendo al primer paso de precipitación, un segundo paso de precipitación en el cual se agregan a la solución un oxidante y una base para elevar el pH hasta aproximadamente 8-9, con lo que precipita el dicho metal de impureza; y uno o más pasos de separación para separar de la solución de sulfato los sólidos precipitados en los primero y segundo pasos de precipitación; y posiblemente un paso adicional, en el cual los dichos sólidos separados, o una porción de los mismos, son tratados adicionalmente con el fin de formar un producto utilizable.
2. 2. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque la solución de sulfato férrico impuro es un sub-producto formada en el proceso para la preparación de hidronio de jarosita.
3. 3. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el dicho metal de impureza es manganeso, el cual precipita como dióxido de manganeso en el segundo paso de precipitación .
4. 4. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la base agregada al primer paso de precipitación es óxido de magnesip, hidróxido de magnesio o carbonato de magnesio, amoniaco, hidróxido de sodio o hidróxido de potasio.
5. 5. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el oxidante agregado al segundo paso de precipitación es un oxidante con oxígeno tal como peróxido de hidrógeno, algún otro compuesto peroxi u ozono; cloro, dióxido de cloro, clorito, hipoclorito o clorato.
6. 6. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la base agregada al segundo paso de precipitación es hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, carbonato de sodio o amoniaco.
7. 7. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende un paso de separación conjunta en el cual los sólidos precipitados durante ambos pasos de precipitación, el primero y el segundo, son separados juntos de la solución de sulfato.
8. 8. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -6, caracterizado porque comprende un primer paso de separación en el cual los sólidos precipitados en el primer paso de precipitación se separan de la solución de sulfato y un segundo paso de separación en el cual los sólidos precipitados en el segundo paso de separación se separan de la solución de sulfato.
9. 9. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en el paso o pasos de separación los sólidos se separan de la solución de sulfato mediante filtración.
10. 10. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7-9, caracterizado porque la solución de sulfato obtenida a partir del paso de separación conjunta o el segundo paso de separación es reciclada en parte o enteramente al primer paso de separación. 1 1. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque el proceso comprende un paso adicional, en el cual los sólidos obtenidos del paso de separación conjunta, que contienen hidróxido férrico y el metal de impureza tal como dióxido de manganeso, se disuelven en un ácido con el fin de formar una solución de tratamiento de agua la cual contiene fierro férrico, el metal de impureza tal como dióxido de manganeso permaneciendo sin disolver. 12. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 1 , caracterizado porque la solución del tratamiento de agua la cual contiene fierro férrico se separa del material sin disolver. 13. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque el proceso comprende un paso adicional en el cual los sólidos obtenidos a partir del primer paso de separación, que contienen hidróxido férrico, se disuelven en un ácido con el fin de formar una solución de tratamiento de agua la cual contiene fierro férrico. 14. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 1 -13, caracterizado porque el ácido es ácido nítrico, en cuyo caso la solución de tratamiento de agua formada es una solución de nitrato férrico. RESU M EN La invención se refiere a un proceso para preparar un producto utilizable, en particular una solución para tratamiento de agua que contiene fierro férrico, a partir de una solución de sulfato férrico impuro la cual contiene por lo menos otro metal como una impureza, el proceso que comprende: un primer paso de precipitación, en el cual se agrega una base a la dicha solución de sulfato férrico impuro con el fin de elevar el pH hasta aproximadamente 2-5, de preferencia aproximadamente 3-4, con lo que precipita el hidróxido férrico; siguiendo al primer paso de precipitación, un segundo paso de precipitación en el cual se agregan a la solución un oxidante y una base para elevar el pH hasta aproximadamente 6-10, de preferencia aproximadamente 8-9, con lo que precipita el dicho metal de impureza; y uno o más pasos de separación para separar de la solución de sulfato los sólidos precipitados en los primero y segundo pasos de precipitación; así como posiblemente un paso adicional, en el cual los dichos sólidos separados, o una porción de los mismos, son tratados adicionalmente con el fin de formar un producto utilizable.