PT769473E - Processo para a preparacao de policloreto de aluminio basico e aplicacao do mesmo no tratamento de meios aquosos - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO " PROCESSO PARA A PREPARAÇÃO DE POLICLORETO DE ALUMÍNIO BÁSICO E APLICAÇÃO DO MESMO NO TRATAMENTO DE MEIOS AQUOSOS " 0 presente invento refere-se a um processo de preparação de policloreto de alumínio básico utilizável como agente coagulante no tratamento de efluentes, de águas residuais ou de águas usadas. O referido policloreto de alumínio básico é nomeadamente utilizável num tratamento de meios aquosos, de águas residuais, por exemplo águas potáveis. O processo de purificação de águas residuais ou usadas compreende habitualmente várias fases, diferenciadas principalmente pela velocidade de agitação do meio a tratar. A primeira fase sob forte agitação consiste em colocar a água a tratar em contacto com um agente coagulante. Depois, a velocidade de agitação é diminuída, de maneira a permitir a coagulação. Finalmente, numa última fase, a mistura água/coagulante é mantida em repouso, afim de que as partículas formadas decantem e possam ser separadas. O sobrenadante é de seguida transfegado para ser submetido eventualmente a outras etapas de purificação clássicas como por exemplo uma nitrificação-desnitrificação biológica ou uma etapa de oxidação química ou bioquímica.

Conhecem-se actualmente diversos tipos de agentes coagulantes. Pode-se citar o cloreto ferroso, o cloreto férrico, o clorosulfato férrico e o sulfato

I - 2 - férrico. Podem-se mencionar igualmente os sulfatos de alumínio básicos e os clorossulfatos de alumínio básicos, tais como os descritos no Pedido de Patente Francesa FR 2.418.297, ou aqueles que são objecto do pedido europeu EP 0.218.487.

Como alternativa, foi proposta a utilização de policloretos de alumínio.

Os policloretos de alumínio têm a fórmula geral: [Aln(0H)mCl3n.m][H20]z, em que o valor de m é proporcional à sua basicidade.

Assim, a eficácia deste tipo de composto é função da sua basicidade. A obtenção de policloretos de alumínio fortemente básicos é particularmente vantajosa pelo facto de apresentarem não apenas as propriedades básicas requeridas, mas também por assegurarem um teor suficiente em alumínio nas soluções tratadas, em que uma concentração elevada em alumínio é favorável ao processo de coagulação.

Até à data, a preparação de policloretos de alumínio básicos passa quer pela reacção sob pressão de um composto que contenha iões cloretos (tal como AICI3 ou HC1) com o hidrato de alumínio a uma temperatura compreendida entre 160 e 180°C, durante várias horas, quer pela reacção de aluminatos com um sal de alumínio a uma temperatura moderada (40-60°C) durante várias horas, ou então em reactor fechado, conduzindo à formação de pseudo-boemite.

Estes processos são contudo fastidiosos, o primeiro devido à duração importante da reacção, o segundo porque necessita de uma etapa ulterior de filtração, e depois necessita também da adição de ácido clorídrico, de modo a ajustar a basicidade do produto obtido. O processo, objecto do invento, que permite resolver estes diferentes inconvenientes ao propor um processo de preparação de policloretos de alumínio básicos num espaço de tempo muito curto e sem a etapa intermediária de filtração, propõe a reacção, em meio aquoso, de um aluminato de um metal alcalino com policloreto de alumínio ligeiramente básico.

Quando da mistura dos referidos reagentes, obtém-se a formação de um precipitado que é de seguida necessário ser dissolvido, sendo desejável uma solução límpida de policloreto de alumínio.

Ao realizar a referida reacção num reactor clássico e ao introduzir, sob agitação, o aluminato alcalino e água na parte superior do referido reactor previamente carregado com policloreto de alumínio ácido ou ligeiramente básico, defrontamo-nos com um determinado número de problemas: a natureza corrosiva dos reagentes postos em presença impõe a utilização de um reactor resistente aos ataques químicos, tal como um reactor vitrificado. Assim, a escolha de um tal reactor limita as possibilidades de agitação ao interditar nomeadamente a utilização de uma turbina do tipo Rushton que dissipa até 0,8 a 0,9 kW/m3 a 600 rpm. Nestas condições, constata-se, sem poder resolver, o aumento de densidade do policloreto de alumínio básico, produto da reacção: por isto, os tempos da dissolução são prolongados de forma excessiva e o resultado da etapa de dissolução não é satisfatório, dado que a composição resultante fica turva e portanto não é utilizável no tratamento de águas potáveis.

Descobriu-se que se pode resolver estes problemas por realização da colocação em contacto dos referidos reagentes numa zona de turbulência, de modo a evitar nomeadamente a formação de espécimes intermediárias que são de seguida muito difíceis, ou impossíveis, de redissolver.

Deste modo, o invento tem por objecto um processo de preparação de um policloreto de alumínio básico que compreende: (i) a mistura de um policloreto de alumínio ligeiramente básico (reagente A) com um aluminato de metal alcalino (reagente B) num misturador e (ii) a dissolução num reactor do precipitado obtido, processo no qual o referido misturador fica situado a montante do referido reactor, e onde os reagentes A e B são introduzidos separadamente no referido misturador sob a forma de duas correntes confluentes, tendo lugar a mistura dos dois reagentes A e B numa zona de escoamento turbulento no seio do referido misturador.

De acordo com o modo de realização preferido, a mistura é realizada num misturador constituído por três câmaras tubulares que comunicam e que formam um Y, em que o referido policloreto de alumínio ligeiramente básico (reagente A) e o referido aluminato de metal alcalino (reagente B) entram respectivamente nas duas câmaras que formam ο V do Y, e o referido precipitado sai da câmara situada no prolongamento da bissectriz do ângulo formado pelas referidas câmaras em V, em que os caudais das duas correntes confluentes de reagentes A e B são tais que a colocação em contacto dos referidos reagentes tem lugar numa zona de escoamento turbulento. O policloreto de alumínio de saída é um composto ligeiramente básico ao qual o especialista da técnica terá facilmente acesso, quer seja obtido a partir de um policloreto de alumínio comercial quer seja preparado pela realização de um dos processos conhecidos na técnica. Note-se que os policloretos de alumínio são descritos na EP 626.347, US 3.929,666, FR 2.534.897 e FR 2.584.699.

Mais concretamente, os policloretos de alumínio de saída utilizáveis de acordo com o invento têm geralmente a seguinte fórmula: [Aln(OH)mCl3n.m][H20]z na qual n, m, z e 3n-m são inteiros positivos, sendo z pelo menos igual a 3.

Os policloretos de alumínio de saída preferidos são aqueles que apresentam um teor equivalente em AI2O3 compreendido entre 13 e 18%. Um teor inferior em A1203 é pouco recomendável na medida em que conduzirá a uma solução final com um teor reduzido em alumínio.

Os policloretos de alumínio de saída são aqui empregues habitualmente sob a forma de soluções aquosas. Eles podem ser ainda diluídos em água antes da sua introdução no misturador em forma de Y. A sua basicidade b é definida pela equação: [OH] b=- 3.[A13+]

Está de preferência compreendida entre 15 e 50 %, em particular entre 18 e 48 %. - 6 -

Os aluminatos de metal alcalino utilizáveis de acordo com o invento estão disponíveis comercialmente. Como aluminato de metal alcalino preferido, far-se-á referência ao aluminato de sódio, o qual conduz a excelentes resultados. De maneira preferida, o teor equivalente em Na20 de aluminato está compreendido entre 18 e 22 %, nomeadamente entre 19 e 20 %. De preferência, será de 20 %.

Sempre de acordo com um modo de realização preferido do invento, o teor equivalente em A1203 de aluminato de metal alcalino está compreendido entre 10 e 25 %, de preferência entre 22 e 24 %.

As gamas de variação referidas a seguir são dadas exclusivamente a titulo indicativo e não pretendem limitar o invento. O aluminato de metal alcalino é utilizado aqui em geral sob a forma de uma solução aquosa.

De maneira vantajosa, o aluminato de metal alcalino poderá ser ainda diluído em água antes da sua introdução num misturador em forma de Y.

De acordo com uma característica essencial do processo preferido do invento, a mistura dos dois reagentes, a saber por um lado o policloreto de alumínio ligeiramente básico (reagente A) e por outro o aluminato de metal alcalino (reagente B), é realizada num misturador em forma de Y, no qual os dois reagentes são postos em contacto um com o outro e mantidos em contacto numa zona de escoamento turbulento. O misturador utilizado é constituído por três câmaras tubulares em comunicação dispostas em Y. Os dois reagentes A e B são respectivamente

I - 7 - introduzidos nas bocas das duas câmaras que formam ο V do Y, em que os caudais dos dois reagentes são determinados de modo a que, no ponto de confluência, as duas correntes de reagente entrem em contacto uma com a outra numa zona de escoamento suficientemente turbulento. Esta condição é essencial para se obter uma mistura eficaz dos dois reagentes: de facto, é indispensável que a cinética da mistura dos constituintes A e B seja mais rápida que a cinética das reacções que estão em jogo.

As duas correntes de reagentes misturam-se não apenas quando da sua entrada em contacto no ponto de convergência das duas câmaras dispostas em V, mas igualmente quando da sua passagem na câmara situada no prolongamento da bissectriz do ângulo formado pelas referidas câmaras em V, durante toda a duração do escoamento turbulento. O comprimento da câmara situada à saída do misturador, designada a seguir por câmara de contacto, é tal que a mistura dos reagentes e portanto a sua colocação em contacto, é efectuada no seio desta câmara até a reacção ficar completa ou quase completa. Ao determinar a geometria do misturador, ter-se-á todavia em conta que um comprimento exagerado da câmara de contacto poderá em utilização colocar problemas de engorduramento pouco aconselháveis.

De modo a limitar o engorduramento do misturador, este será disposto de preferência na vertical, formando as câmaras em V a parte superior do misturador. O diâmetro da câmara tubular de contacto é essencialmente função da produtividade desejada, e portanto do caudal do produto preparado à saída do misturador em forma de Y. - 8 -

Relativamente aos diâmetros das câmaras de introdução dos reagentes, dispostos em V, estes dependem dos caudais respectivos das duas correntes confluentes de reagentes, que são função da produtividade desejada e da composição dos reagentes e das características do produto a preparar: as dimensões das referidas câmaras devem ser calculadas de preferência de modo a que um regime suficientemente turbulento possa estabelecer-se no ponto de convergência, assegurando o regime turbulento a eficácia da mistura.

De maneira preferida, as duas câmaras de introdução terão as dimensões (diâmetro e comprimento) iguais.

Pode ser vantajoso que o diâmetro das câmaras de introdução represente de 8 a 15 % do seu comprimento.

De acordo com o modo de realização preferido, a relação Li rL =-

Lc entre o comprimento das duas câmaras de introdução (Li) e o comprimento da câmara de contacto (Lc) está compreendida entre 1 e 2. De preferência, será próxima de 1,5.

Por outro lado, a relação:

Di rD=-

Dc entre o diâmetro das câmaras de introdução (Di) e o diâmetro da câmara de contacto (Dc) será vantajosamente compreendida entre 1/3 e 2/3. De preferência, será próxima de 5/8. - 9 - >

Vantajosamente, as duas câmaras em comunicação dispostas em V formam um ângulo recto. O misturador em Y utilizável no invento é constituído por três canalizações dispostas em Y, ou é constituído por três cavidades feitas num bloco de material (por exemplo grafite maquinado na massa), e que são revestidas interiormente, neste caso, por uma camada de impermeável, tal como uma resina sintética.

As resinas particularmente adaptadas para uma tal operação de estanqueidade são bem conhecidas do técnico da arte. Elas são escolhidas de modo a resistir às condições de basicidade e de temperatura exigidas pela realização do processo do invento.

De modo a determinar os parâmetros operatórios, tais como as quantidades de reagentes em jogo e o seu caudal respectivo à entrada do misturador do tipo Y, ter-se-á em conta o volume do produto desejado, as dimensões do misturador e nomeadamente as dimensões das câmaras de introdução dos reagentes, a basicidade dos reagentes bem como o seu teor equivalente em AL2O3, mas também as características do produto final pretendido, a saber a basicidade e 0 seu teor equivalente em A1203. A basicidade b do policloreto de alumínio pretendido é definida pela equação: [OH] b=- 3.[A13+] em que [OH'] é a concentração em iões OH' da solução final e [Al3+] é a sua concentração em iões Al3+. O policloreto de alumínio resultante do processo do invento apresenta vantajosamente uma basicidade compreendida entre 55 e 80 %.

Nomeadamente, para a sua aplicação ao tratamento de águas residuais, e em particular de águas potáveis, uma basicidade compreendida entre 58 e 80 %, ver entre 65 e 75 %, é preferida. Resulta da definição própria da basicidade, que a um valor de b determinado, corresponde um valor determinado

Λ I da relação [OH']/[Al ]. A basicidade do policloreto de alumínio preparado é por isso inversamente proporcional ao seu teor equivalente em alumina.

Para uma basicidade compreendida entre 58 e 80 %, o teor equivalente em alumínio do produto da reacção varia entre 11 e 18 %, entendendo-se que uma basicidade máxima de 80 % corresponde a um teor máximo em alumina de 11 % e que a uma basicidade máxima de 58 % corresponde um teor máximo em alumina de 18 %.

Assim, em função das características dos reagentes de partida e nomeadamente da sua basicidade e teor equivalente em AL203 e segundo a basicidade procurada para o produto final, é portanto possível determinar os volumes respectivos dos reagentes A e B que devem ser misturados.

Os caudais das correntes de reagentes são nomeadamente função da produção global. A sua determinação é de uma maneira geral essencial, dado que devem assegurar a realização de uma zona de escoamento turbulento ao nível da zona de contacto.

Para a sua determinação, o especialista da técnica poderá realizar por exemplo ensaios preliminares à escala reduzida, os quais permitir-lhe-ão definir um valor patamar de caudal abaixo do qual a eficácia da mistura é - 11 -

insuficiente, bem como um valor óptimo, entendendo-se que um aumento exagerado dos caudais de reagentes não é desejado na medida em que quanto maiores forem as velocidades, maior será a perda de carga à entrada do tubo Y. Para uma extrapolação à escala industrial, será suficiente simplesmente conservar os valores das velocidades lineares correspondentes aos valores óptimos dos caudais determinados à escala reduzida. Naturalmente, uma ligeira variação das duas velocidades lineares poderá ser tolerada, desde que a relação entre elas seja conservada. Por exemplo, eventualmente, alguns ensaios suplementares à escala real poderão levar o especialista da técnica a utilizar as condições operatórias exactas.

De acordo com uma variante preferida, o início da adição do policloreto de alumínio ligeiramente básico precederá ligeiramente a adição do aluminato diluído e isto afim de que o pH da mistura no tubo Y seja suficientemente ácido no início da reacção, para evitar o aparecimento de espécies intermediárias muito dificilmente solúveis, ou mesmo insolúveis. Retenha-se por outro lado que em meio demasiado básico o policloreto de alumínio é muito pouco solúvel.

De acordo com um modo de realização preferido do invento, os caudais respectivos dos dois reagentes são mantidos constantes. A cinética de reacção entre os reagentes A e B é muito rápida, e portanto é um gel reofluidificante de viscosidade relativamente elevada contendo o policloreto de alumínio desejado sob a forma de um precipitado que é recuperado à saída do misturador. A dissolução do precipitado contido no gel é realizada, por exemplo, num autoclave sob agitação geralmente constante. Esta etapa é normalmente designada na técnica sob o nome de maturação.

De acordo com o invento, a maturação pode ter lugar à temperatura ambiente ou a uma temperatura superior que não chega os 120° C, de preferência a uma temperatura compreendida entre 90 e 120°C, por exemplo entre 95 e 120° C. A duração desta etapa é função da temperatura exacta de maturação. Habitualmente a 110°C, a maturação mantém-se durante 30 a 60 minutos.

Pelo contrário, a 120°C, para lá de 2h, há o risco de uma degradação do produto da reacção.

Uma variante particularmente interessante do processo do invento consiste em colocar o misturador em forma de Y descrito anteriormente imediatamente à entrada do autoclave, de tal maneira que a mistura proveniente do misturador e contendo o precipitado seja directamente introduzida no autoclave. De acordo com uma variante mais particularmente preferida do invento, o processo compreende as etapas que consistem em: (i) introduzir num autoclave uma mistura de base constituída por uma solução aquosa de policloreto de alumínio cuja basicidade é a mais próxima possível da do policloreto de alumínio básico pretendido, em que o referido autoclave está dotado de uma agitação eficaz e está equipado num dos seus orifícios de entrada com um misturador do tipo Y tal como definido anteriormente; - 13 - (ii) eventualmente aquecer o autoclave mantido sob agitação até que a temperatura da mistura de base atinja um valor compreendido entre 25 e 70°C; (iii) introduzir respectivamente uma solução de policloreto de alumínio ligeiramente básico e de um aluminato alcalino nas duas câmaras em V do misturador do tipo Y, ajustando-se os caudais respectivos das duas correntes de reagentes de maneira a que entrem em contacto uma com a outra numa zona de escoamento turbulento, saindo a mistura resultante pela câmara situada no prolongamento da bissectriz do ângulo formado pelas câmaras em V e entrando directamente no autoclave, em que o referido autoclave é mantido sob agitação constante durante todo o período de adição dos reagentes; (iv) fechar o autoclave no final da adição dos reagentes e aquecer o referido autoclave, até que a temperatura do meio reaccional atinja um valor compreendido entre a temperatura ambiente e 120° C; (v) manter o meio reaccional sob agitação eficaz à referida temperatura durante 30 a 60 minutos; (vi) se necessário, arrefecer a instalação e extrair do autoclave o policloreto de alumínio básico esperado. A velocidade de subida da temperatura na etapa (iv) não é um parâmetro essencial do invento. Poderá estar compreendida entre 0,1 e 10°C/min, mais vantajosamente entre 0,2 e 0,8°C/min.

De maneira a arrefecer a instalação, o especialista da técnica poderá utilizar os meios que estão à sua disposição, e nomeadamente utilizar as permutas térmicas entre a massa quente de policloreto de alumínio e uma circulação de água fria. Mais simplesmente, poderá deixar arrefecer o autoclave à temperatura ambiente. O facto de colocar uma mistura de base dentro do autoclave permite conservar ao longo de toda a adição dos reagentes uma viscosidade muito fraca, o que pode melhorar a eficácia da mistura e as permutas térmicas no seio do autoclave.

Por exemplo, o pré-aquecimento da mistura de base acelera a cinética da dissolução do precipitado formado intermediariamente, contribuindo deste modo para uma melhor homogeneização da mistura.

Habitualmente, a temperatura da mistura de base será fixada num valor compreendido entre 50 e 70° C, de preferência será próxima de 60° C.

De acordo com esta variante preferida do invento, a mistura de base é constituída por uma solução de policloreto de alumínio cuja basicidade é a mais próxima possível da do produto pretendido.

Se só se dispuser de policloreto de alumínio muito fracamente básico, poder-se-á todavia adicionar o mesmo ao autoclave. Todavia, quanto mais as propriedades ácido-básicas da solução que constituí a mistura de base se afastem das do produto pretendido, mais o volume da mistura de base adicionado será menor.

Por razões práticas, escolher-se-á o volume da mistura de base de tal maneira que uma agitação desta seja possível tendo em conta a geometria da cuba e o seu agitador. - 15 -

Notar-se-á igualmente que de acordo com a natureza da mistura de base, mais particularmente de acordo com o seu teor equivalente em AI2O3 e com a sua basicidade, será conveniente modificar as quantidades respectivas dos dois reagentes de partida e isto com vista a preparar o policloreto de alumínio pretendido, de basicidade b dada. r E claro que para cada nova colocação em prática do processo do invento, o especialista da técnica poderá utilizar como mistura de base, uma parte r do policloreto de alumínio obtido anteriormente. E assim que após um determinado número de iterações, a formulação da mistura de base será relativamente próxima da do produto pretendido.

Em teoria, logo que haja identidade entre a composição da mistura de base e a composição do produto a sintetizar, o volume da mistura de base, que poderá ser ajustado, não é limitado. A mistura de base adicionada pode eventualmente ser constituída por uma solução de policloreto de alumínio diluída em água. Neste caso, a referida solução diluída poderá conter até 20 % de água em peso. Uma tal diluição deve igualmente ser leveda em conta quando do cálculo das quantidades respectivas de reagentes. Naturalmente nestas condições, o volume máximo de mistura de base será limitado pelo teor desejado em alumínio do produto acabado e pela sua basicidade.

Uma das vantagens do invento reside na pureza do policloreto de alumínio obtido por meio deste processo. Esta limpidez pode ser facilmente avaliada a olho nu ou mais precisamente por uma medida de turvação de acordo com a norma NFT 90-033 (Setembro de 1985).

Assim, a turvação do policloreto de alumínio pode ser redibitória em determinadas aplicações, como por exemplo no tratamento de águas potáveis. Está ligada a uma taxa de matérias sólidas em suspensão mais ou menos elevada.

Deste modo, o processo do invento constitui um progresso técnico considerável, dado que conduz a um policloreto de alumínio que combina uma basicidade elevada e, de preferência, uma limpidez óptima inferior a 20 NTU, por exemplo a 15 NTU, sem colocar o mínimo problema do aumento de densidade, num tempo relativamente curto, função da temperatura de maturação. O policloreto de alumínio básico obtido pelo processo do invento é utilizável no tratamento de meios aquosos, e nomeadamente de águas residuais ou de águas potáveis. O produto resultante do processo do invento é adicionado ao meio aquoso a tratar em proporções variáveis em função do meio a tratar. O invento será melhor compreendido através da leitura da descrição que se segue, a qual será dada unicamente a título exemplificativo e faz referência aos desenhos anexos, nos quais: - a Figura 1 é uma vista esquemática de uma instalação adequada à realização do processo do invento, de acordo com o modo de realização preferido; - a Figura 2 é uma vista em corte transversal de um misturador em forma de Y utilizável de acordo com o modo de realização preferido do invento.

Na Figura 1 encontra-se representado o esquema de uma instalação para a colocação em prática do processo do invento. Esta instalação compreende um misturador estático convencional (6), um misturador em forma de Y (7) e um - 17 - - 17 -

reactor (8) resistente à pressão, neste caso um autoclave. O reactor (8) apresenta um invólucro duplo que permite as permutas de calor alternadamente com uma fonte quente ou com uma fonte fria. O misturador em forma de Y (7) é disposto na vertical, de tal maneira que a sua conduta de saída (4) fique ligada directamente à entrada do reactor (8). As entradas (2) do misturador em forma de Y (7) servem respectivamente para a alimentação de policloreto de alumínio ligeiramente básico e para alimentação numa solução diluída de aluminato de metal alcalino. A montante do misturador em forma de Y e sobre as condutas de alimentação de policloreto de alumínio (22) e de aluminato de metal alcalino (23), instalaram-se os caudalímetros electrónicos (9) e (10). Um microprocessador (13) destinado à regulação dos caudais respectivos da solução diluída de aluminato de metal alcalino e de policloreto de alumínio é ligado aos caudalímetros (9) e (10). Mais exactamente, o microprocessador (13) controla a válvula de regulação electropneumática (15), a partir dos dois valores de caudal indicados pelos caudalímetros (9) e (10). A solução de aluminato de metal alcalino utilizada para alimentação do misturador do tipo Y é uma solução diluída recuperada à saída (16) do misturador estático (6). O misturador (6) é qualquer um dos misturadores estáticos do tipo convencional à disposição do técnico da especialidade, por exemplo um misturador de referência DN 40 L 300, comercializado pela Firma Lightnin. O misturador (6) é alimentado por um lado em água e pelo outro em aluminato de metal alcalino. A montante do misturador (6) encontra-se disposto um sistema de regulação em tudo análogo ao situado a montante do misturador em forma de Y, o qual é constituído pelos caudalímetros (11) e (12) e por um microprocessador (14). O microprocessador (14) controla directamente a válvula electropneumática de regulação (17), a partir dos valores de caudal indicados respectivamente ao nível dos caudalímetros (11) e (12). Três bombas (18), (19) e (20) accionadas por motores de variação de frequência completam a instalação; eles asseguram respectivamente a alimentação em água (18), em aluminato de sódio (19) e em alumínio ligeiramente básico (20). - 18 -

De maneira preferida, as três bombas que geram a alimentação em policloreto de alumínio ligeiramente básico, em aluminato de sódio e em água, são associadas a um circuito de derivação com um válvula de segurança que permite, quando a pressão atinge um valor demasiado elevado (fixado por exemplo em 10 bares), de re-enviar os reagentes para o seu reservatório de armazenagem respectivo.

Poder-se-á por exemplo optimizar a regulação dos caudais da maneira seguinte:

Numa primeira etapa, o valor pretendido de caudal de aluminato não diluído é fixado no valor teórico calculado tendo em conta os teores equivalentes respectivamente em A1203 dos diferentes reagentes, da basicidade do policloreto de alumínio de partida, da basicidade procurada para o policloreto de alumínio final, bem como considerando a geometria do misturador em forma de Y. O valor pretendido para o caudal de água é função do caudal efectivo em aluminato não diluído, de maneira a que a composição da mistura à saída do misturador (6) seja conforme com o valor teórico calculado. Assim, o valor pretendido para o caudal do policloreto de alumínio ligeiramente básico de partida depende do caudal efectivo de aluminato diluído medido pelo caudalímetro (9).

As temporizações são por exemplo reguladas de tal maneira que a adição de policloreto de alumínio ligeiramente básico preceda ligeiramente a adição de aluminato de metal alcalino. A adição é interrompida quando o volume total de aluminato de metal alcalino é atingido.

Mais precisamente, representou-se na Figura 2 a geometria de um misturador rápido em forma de Y. Num bloco de grafite (1) maquinado na massa - 19 -

foram realizadas três cavidades (2) e (3). De maneira a assegurar a estanqueidade, estas cavidades foram revestidas com uma resina sintética (resina fenólica em particular). As cavidades (2) dispostas simetricamente em relação à cavidade (3) formam um ângulo de 90°. Mais exactamente, a cavidade (3) situa-se no prolongamento da bissectriz do ângulo formado pelas referidas cavidades (2). As cavidades (2) são dimensionadas de modo a serem idênticas uma à outra, isto é elas apresentam o mesmo diâmetro e o mesmo comprimento. A relação entre o diâmetro das cavidades (2) e o diâmetro da cavidade (3) é de 5/8, enquanto que a relação entre o comprimento das cavidades (2) e o comprimento da cavidade (3) é de 2/3. As cavidades (2) são utilizadas para a introdução dos reagentes, sendo uma delas reservada para alimentação de aluminato de metal alcalino, e a outra reservada para alimentação do policloreto de alumínio ligeiramente básico. É pela cavidade (3) que sai a mistura constituída pelo gel réo-fluidificante que contém o produto da reacção, a saber policloreto de alumínio básico, sob a forma de um precipitado.

No modo de realização preferido, representado na Figura 1, a cavidade 3 é prolongada por uma conduta (4) até ao exterior do bloco de grafite.

Na sua parte inferior, a conduta (4) alarga-se diametralmente e apresenta na sua extremidade um troço cónico (5) destinado a facilitar a sua adaptação à entrada do autoclave. De maneira vantajosa, o diâmetro maior da conduta (4) corresponde ao dobro do diâmetro da cavidade (3), e a relação entre o diâmetro da extremidade inferior do troço cónico e o diâmetro da cavidade (3) é de 5.

Os exemplos propostos a seguir ilustram o invento sem todavia o limitar. EXEMPLO 1

Os reagentes utilizados neste exemplo são respectivamente: - um policloreto de alumínio de estequiometria: A1(OH)o,6C12,4, 14.H20 com um teor equivalente em A1203 de 13 % em massa e uma basicidade de 18 %, - e um aluminato de sódio de fórmula Al(OH)4Na caracterizado por um teor equivalente em A1203 de 23,4 % e por um teor equivalente em Na20 de 19,9 %, sendo a sua densidade de 1,5. O misturador industrial utilizado corresponde ao esquematizado na Figura 2. As suas dimensões são respectivamente: - comprimento das cavidades (2): 200 mm - diâmetro das cavidades (2): 25 mm - comprimento da cavidade (3): 300 mm - diâmetro da cavidade (3): 40 mm - diâmetro da extremidade inferior do troço cónico (5): 200 mm - diâmetro da parte mais larga da conduta (4): 80 mm. A instalação é como a esquematizada na Figura 1.

As bombas utilizadas (18), (19) e (20) são bombas volumétricas Moineau PCM (de caudal constante, directamente proporcional à velocidade de Λ rotação do motor), assegurando um caudal de saída de lOm/he uma pressão de 10 bares e são feitas à base de material Inox. Relativamente à bomba (20) de alimentação de policloreto de alumínio, esta é à base de uma liga de material

Inox/Halar, Hastelloy C22, Hypalon para responder às exigências de resistência à corrosão que impõe a utilização deste reagente. O reactor (8) é um reactor em inox vitrificado, comercializado pela Sociedade De Dietrich, com uma capacidade de 16 m e resistente a uma pressão superior a 10 bars. Este reactor é munido de um invólucro duplo que permite as permutas térmicas e de um agitador do tipo impulsor com duas contra-pás. O protocolo operatório segue o seguinte:

Uma mistura de base constituída por 0,8 m3 de um policloreto de alumínio, que apresenta uma basicidade de 75% e um teor equivalente em alumínio de 11 % em massa, é introduzido no reactor (8). A mistura de base que recobre as pás do agitador é aquecida a 60°C sob agitação constante. A adição do policloreto de alumínio de fórmula A1(OH)0>6C12;4, 14.H20, de água e de aluminato de sódio é então iniciada. Os caudais de aluminato de sódio e de policloreto de alumínio são mantidos constantes, respectivamente iguais a 9,14 m3/h e 6,86 m3/h.

Estes débitos correspondem respectivamente às velocidades lineares de 5,172 m/s e 3,882 m/s. O caudal total de saída do misturador (7) em forma de Y é de 16 m3/h. Durante toda a duração da adição, a temperatura da massa contida no reactor é mantida a 60°C. 50 min após a adição ter sido concluída, o volume final total da massa reagente é de 14 m3. O reactor é então fechado e a temperatura do meio reaccional é elevada de 60°C até 120°C, a uma velocidade de 0,5° C/mn. A temperatura é então mantida a 120° C durante 30 mn, a seguir ao que o arrefecimento é iniciado, de tal maneira que a temperatura passa de 120° C para 60° C em duas horas. O produto resultante é armazenado 12 h dentro do reactor de síntese a uma temperatura compreendida entre 40 e 50° C. - 22 -

Efectuaram-se várias recolhas ao longo da reacção. O aspecto do produto é comentado no quadro 1 seguinte: QUADRO 1

Momento da recolha Aspecto do produto Fim da introdução dos reagentes (T = 60° C) um pouco turvo presença de alguns torrões não dissolvidos Maturação até 100° C quase todo o sólido encontra-se dissolvido Maturação até 120° C límpido ligeiramente acastanhado Maturação de uma noite até 47° C perfeitamente límpido quase incolor

Uma análise do produto obtido ao fim de uma noite de maturação a 47° C é referida no quadro 2 a seguir: QUADRO 2 alumina (%) 10,75 basicidade (%) 72,3 alumina teórica (%) 10 basicidade teórica (%) 74,7 - 23 -

Os valores teóricos indicados no quadro 2 são aqueles calculados a partir de um equilíbrio de massa. A concordância entre as análises e os balanços de massas é satisfatório, tendo em conta as incógnitas (volumes mortos nas condutas, composição da mistura de base,...) e a precisão dos caudalímetros.

Estes resultados mostram que o objectivo proposto de atingir pelo invento é efectivamente atingido pela colocação em prática do processo do invento, dado que o produto obtido é perfeitamente límpido.

Uma medida da turvação conduziu a um valor de 17 NTU. EXEMPLO 2

Este segundo exemplo põe em prática os mesmos reagentes em condições operatórias utilizados no exemplo 1, com excepção para a composição da mistura de base, a qual é constituída por 0,8 m3 do policloreto de alumínio obtido no exemplo precedente.

Neste caso, uma análise do produto final conduziu aos valores seguintes de teor equivalente em AI2O3 e de basicidade: QUADRO 3 alumina (%) 1U basicidade (%) 74,2 alumina teórica (%) 10,4 basicidade teórica (%) 75,9 - 24 -Lisboa, 13 de Abril de 2000

Agente Oficial da Propriedade Industrial RUA VICTOR CORDON, 14 1200 LISBOA

Claims (19)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Processo para a preparação de policloreto de alumínio básico que compreende (i) a mistura de um policloreto de alumínio ligeiramente básico (reagente A) com um aluminato de metal alcalino (reagente B) dentro de um misturador, e (ii) a dissolução do precipitado obtido num reactor, processo no qual o referido misturador encontra-se localizado a montante do referido reactor, e os reagentes A e B são introduzidos separadamente no referido misturador sob a forma de duas correntes confluentes, em que a mistura dos dois reagentes A e B tem lugar numa zona de escoamento turbulento no seio do referido misturador.
2. 2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a mistura ser realizada num misturador constituído por três câmaras tubulares em comunicação e que formam um Y, em que o referido policloreto de alumínio ligeiramente básico (reagente A) e o referido aluminato de metal alcalino (reagente B) entram respectivamente nas duas câmaras que formam ο V do Y, e o referido precipitado sai pela câmara situada no prolongamento da bissectriz do ângulo formado pelas referidas câmaras em V, em que os caudais das duas correntes confluentes de reagentes A e B são tais que o contacto dos referidos reagentes tem lugar numa zona de escoamento turbulento.
3. 3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por o teor equivalente em A1203 do policloreto de alumínio ligeiramente básico estar compreendido entre 13 e 18 %. -2-
4. 4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por a basicidade do policloreto de alumínio ligeiramente básico estar compreendida entre 15 e 50 %.
5. 5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada por o teor equivalente em A1203 de aluminato de metal alcalino estar compreendido entre 10 e 25 %, nomeadamente entre 22 e 24 %.
6. 6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o aluminato de metal alcalino ser aluminato de sódio.
7. 7. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o teor equivalente em Na20 de aluminato de sódio estar compreendido entre 18 e 22 %, nomeadamente 19 e 21 %.
8. 8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o aluminato de metal alcalino ser diluído em água antes da sua introdução no misturador em forma de Y.
9. 9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por as câmaras dispostas em V através das quais os reagentes A e B são introduzidos num misturador em forma de Y serem de dimensões iguais.
10. 10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por as câmaras dispostas em V formarem um ângulo recto. -3-
11. 11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por um misturador estar na posição vertical, e por as referidas câmaras em V estarem situadas na parte superior do misturador.
12. 12. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por as referidas correntes confluentes serem animadas, independentemente uma da outra, de velocidades lineares constantes.
13. 13. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a dissolução do precipitado ser realizada num autoclave, sob agitação constante.
14. 14. Processo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por a dissolução ser realizada por manutenção do meio reaccional a uma temperatura de maturação compreendida entre a temperatura ambiente e 120° C, nomeadamente entre 90 e 120° C.
15. 15. Processo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por o meio reaccional ser mantido à referida temperatura de maturação durante 30 a 60 min.
16. 16. Processo de acordo com uma das reivindicações 13 a 15, caracterizado por o misturador estar disposto imediatamente à entrada do autoclave, de tal maneira que a mistura que sai do misturador e que contém o precipitado é directamente introduzida no autoclave.
17. 17. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender as etapas que consistem em: (i) introduzir num autoclave uma mistura de base constituída por uma solução aquosa de policloreto de alumínio cuja basicidade é a mais próxima possível da do policloreto de alumínio básico pretendido, em que o referido autoclave está dotado de uma agitação eficaz e está equipado num dos seus orifícios de entrada com um misturador do tipo Y tal como definido anteriormente; (ii) aquecer eventualmente o autoclave mantido sob agitação até que a temperatura da mistura de base atinja o valor compreendido entre 25 e 70° C, nomeadamente próxima de 60° C; (iii) introduzir respectivamente uma solução de policloreto de alumínio ligeiramente básica e um aluminato de alcalino nas duas câmaras em V do misturador do tipo Y e ajustar os caudais respectivos das duas correntes de reagentes de maneira que as duas entrem em contacto uma com a outra numa zona de escoamento turbulento, em que a mistura resultante sai pela câmara situada no prolongamento da bissectriz do ângulo formado pelas câmaras em V e entram directamente no autoclave, em que o referido autoclave é mantido sob agitação constante durante toda a adição dos reagentes; (iv) fechar o autoclave no fim da adição dos reagentes, e aquecer o referido autoclave até que a temperatura do meio reaccional atinja um valor compreendido entre a temperatura ambiente e 120° C; (v) manter o meio reaccional sob agitação eficaz à referida temperatura durante 30 a 60 min; (vi) neste caso, arrefecer a instalação, e, retirar do autoclave o policloreto de alumínio básico esperado.
18. 18. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o policloreto de alumínio básico obtido apresentar uma basicidade compreendida entre 55 e 80 %, em particular entre 58 e 80 %. -5-
19. 19. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o teor equivalente em A1203 do policloreto de alumínio básico obtido estar compreendido entre 11 e 18 %. Lisboa, 13 de Abril de 2000

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