RO122276B1 - Procedeu pentru tratarea deşeurilor de bauxită - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu pentru tratarea deşeurilor de bauxită în vederea neutralizării unei cantităţi predominante de hidroxid de sodiu prezent în deşeuri. Procedeul cuprinde următoarele etape: a) măcinarea deşeurilor de bauxită, pentru a rezulta o pulbere omogenă, suficient de fină pentru a trece printr-o sită de 16 mesh; b) agitarea pulberii rezultate în etapa a), concomitent cu adăugarea apei pentru formarea unei paste care curge liber; c) adăugarea la pasta formată în etapa b) a unei cantităţi adecvate de acid sulfuric, pentru a neutraliza hidroxidul de sodiu la un pH de 5,5-6, cu formare de apă şi soluţie apoasă de de sulfat de sodiu; d) separarea soluţiei apoase de sulfat de sodiu rezultată în etapa c) din restul de pastă insolubilă, fără spălarea pastei, în timp ce se lasă în pasta insolubilă să rămână o cantitate reziduală de sulfat de sodiu eficientă catalitic pentru cristalizarea carbonatului.

Description

Invenția se referă la un procedeu pentru tratarea deșeurilor de bauxită conținute în fluide reziduale, în vederea neutralizării hidroxizilorde metale alcaline existenți în aceste deșeuri (așa cum este hidroxidul de sodiu), produsul rezultat fiind utilizat prin încorporare în materiale de construcții (de exemplu, cărămizi) sau în alte materiale.

Sunt cunoscute procedee pentru tratarea fluidelor reziduale care conțin deșeuri de bauxită. Astfel, brevetul US 4810682 se referă la un procedeu de tratare a nămolului roșu rezultat din obținerea aluminei din bauxită prin metoda “Bayer”, prin contactarea deșeurilor de nămol roșu cu dioxid de sulf, pentru a dizolva componentele din nămol, îndepărtarea solidelor nedizolvate prin filtrare și calcinarea reziduului, pentru ca produsul obținut să poată fi utilizat în industria sticlei sau ceramicei ca sursă de monoxid de sodiu, alumină sau silice. Metoda “Bayer” pentru producerea aluminei din bauxită constă în obținerea unor mari cantități de „nămol roșu” sau deșeuri, care sunt ambele o sursă de poluare și o pierdere a unor resurse minerale potențial valoroase. Ar fi deci avantajos să existe un procedeu care să utilizeze în mod eficient aceste deșeuri ca produse industriale folositoare. în procedeul menționat nu se prezintă procesarea întregului fluid de reziduu, iar faptul că solidele insolubile care rămân după procesare s-ar utiliza în alte produse ca materiale de construcție este considerat numai în circumstanțe excepționale.

Brevetul US 3985567 are ca obiect o metodă de tratare a deșeurilor de bauxită din nămol roșu cu acid clorhidric pentru a dizolva conținutul de sodiu, materialul tratat rezultat fiind amestecat cu argilă de tip caolin, pentru a produce cărămizi utilizate ca materiale de construcții. Acest procedeu prezintă ca dezavantaj faptul că utilizarea acidului clorhidric duce la obținerea clorurii de sodiu utilizată ca accelerator în beton, dar care prezintă efect corosiv asupra consolidării oțelului utilizat în beton.

Brevetul US 5554352 descrie tratarea bauxitei brute pentru a produce material de tip “puzzolane” pentru utilizarea în produsele de beton. Se obțin produse de beton care cuprind 50-70% în greutate ciment Portland și 30-50% în greutate puzzolane naturale. Puzzolanele conțin cel puțin 90% în greutate silice amorfă și cel puțin 10% în greutate alumină, și sunt obținute prin tratarea minereului de bauxită cu acid sulfuric. în acest procedeu se utilizează acizi foarte concentrați pentru extragerea compușilor pe bază de silice și alumină. Se utilizează numai o parte din reziduurile de bauxită (mai puțin de 10% în greutate) din fluidul rezidual produs prin metoda “Bayer”.

Brevetul US 4133866 descrie un procedeu pentru separarea sodiului legat din reziduul de nămol, în care sulfatul de fier este folosit pentru extragerea conținutului de sodiu.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în neutralizarea compușilor alcalini prezenți în componența fluidelor reziduale care conțin deșeuri de bauxită, în vederea încorporării acestora în materiale utile pentru construcții.

Procedeul pentru tratarea deșeurilor de bauxită, în vederea neutralizării unei cantități predominante de hidroxid de sodiu prezent în deșeuri, conform invenției, cuprinde următoarele etape:

a) măcinarea deșeurilor de bauxită pentru a rezulta o pulbere omogenă suficient de fină pentru a trece printr-o sită de 16 mesh;

b) agitarea pulberii rezultate în etapa a) concomitent cu adăugarea apei pentru formarea unei paste care curge liber;

c) adăugarea la pasta formată în etapa b) a unei cantități adecvate de acid sulfuric pentru a neutraliza hidroxidul de sodiu la un pH de 5,5-6 cu formare de apă și soluție apoasă de sulfat de sodiu;

d) separarea soluției apoase de sulfat de sodiu rezultată în etapa c) din restul de pastă insolubilă fără spălarea pastei, în timp ce se lasă să rămână în pasta insolubilă o cantitate reziduală de sulfat de sodiu eficientă catalitic pentru cristalizarea carbonatului.

RO 122276 Β1

Pasta insolubilă este tratată pentru a se forma o componentă de material de 1 construcție pe bază de ciment. Astfel, pasta insolubilă aflată în cantitate de 5-50% în volum, într-o fază inițială, este combinată cu o substanță pe bază de ciment pentru a forma un ma- 3 terial liant, fază urmată de compactare și întărire pentru a rezulta un material sub formă de cărămidă. Acest material sub formă de cărămidă este apoi întărit într-un mediu suprasaturat 5 de umiditate. în cadrul procedeului, sulfatul de sodiu rezidual, rămas în pasta insolubilă, catalizează formarea ulterioară de cristale carbonice în materialul pe bază de ciment. 7

Prin aplicarea procedeului conform invenției se obțin următoarele avantaje:

- se prelucrează deșeurile de bauxită printr-un „procedeu la rece” simplu, economic; 9

- se permite obținerea unui spectru larg de produse finite;

- se utilizează în mod eficient fluidele reziduale ce conțin deșeuri de bauxită; 11

- se poate obține un material de construcție îmbunătățit, în care deșeurile de bauxită, care au fost tratate cu un acid mineral pentru a neutraliza hidroxizii metalelor alcaline, pot 13 fi apoi combinate cu un material cementitic și întărite, pentru a se obține un material de construcție superior. 15

Astfel, invenția furnizează un material de construcție îmbunătățit, în care deșeurile de bauxită care au fost tratate cu un acid mineral pentru a neutraliza hidroxizii metalelor 17 alcaline pot fi combinate cu un material cementitic și întărite. înainte de combinarea cu materialul cementitic sau cu alt material, apa și sărurile metalelor alcaline rezultate prin 19 neutralizare sau o parte din acestea sunt îndepărtate.

în conformitate cu prezenta invenție, deșeurile de bauxită sunt sfărâmate până la 21 obținerea unei pulberi omogene care poate trece printr-o sită de 1/16” sau chiar mai mică.

Se adaugă apă la deșeuri. Adăugarea apei are loc în timp ce amestecul se agită puternic. 23

Se adaugă apă suficientă, astfel încât pasta să poată curge liber și uniform. Consistența și viscozitatea dorite sunt aproximativ similare cu cele ale unei vopsele menajere 25 negelatinoase. Odată atinsă această consistență, în timpul operației de agitare, la pastă se adaugă un acid în cantitate suficientă (de exemplu, 1 mol de hidrogen pentru fiecare mol de 27 sodiu prezent în deșeuri). Astfel, atomii de sodiu se desprind de ionii lor hidroxil. Un atom de hidrogen din acid își schimbă poziția cu un atom de sodiu din soda caustică (hidroxid de 29 sodiu) și se formează apă. Ionul de sodiu ia locul rămas liber prin plecarea atomului de hidrogen pentru a forma o sare secundară. Sarea caracteristică este determinată de acidul 31 mineral inițial folosit, de exemplu, acidul sulfuric formează sulfatul de sodiu, acidul clorhidric formează clorura de sodiu. Aceste săruri sunt în soluție și amestecul este separat fie prin 33 centrifugare, fie prin „dizolvare”, fie prin alte procedee disponibile. Sărurile sunt apoi separate din apă prin distilare sau prin orice alt procedeu, apa fiind reciclată în procedeu. Sărurile pot 35 fi vândute ca produse chimice industriale.

Se poate reține că există reacții secundare și terțiare, care pot și au loc atunci când 37 este adăugat acidul la pasta ușor alcalină. Din acest motiv, este de preferat ca pasta să fie cât mai fină în condițiile date. Pasta fină rezultată este agitată puternic în momentul 39 introducerii acidului, timpul de reacție sau „timpul până la expunere” a acidului la compusul țintă (hidroxidul de sodiu) fiind diminuat. Inevitabil, ceva potasiu, magneziu și aluminiu, 41 precum și alte elemente sunt reținute în proces, dar, în aceste condiții, nu în cantitate suficientă pentru îndepărtarea hidroxidului de sodiu prezent în deșeurile de bauxită, astfel 43 încât aceste deșeuri să poată fi apoi stabilizate și ulteriorîncorporate în matricea materialelor de construcție obișnuite. 45

Odată ce pasta a fost separată din soluția de sare, este apoi gata pentru a fi utilizată ca și componentă a materialelor de construcție comune, de exemplu, cărămizile pentru 47 pavaje. Cu titlu de exemplu, proporțiile componentelor individuale ale aglomeratului sunt

RO 122276 Β1 aceleași ca și în cazul folosirii cărămizilor pentru pavaje „normale” cu excepția faptului că „deșeurile de bauxită stabilizate” sunt folosite în locul a 200 de particule de rețea care există în mod normal. Dacă aceste 200 de particule de rețea nu sunt utilizate, atunci „deșeurile de bauxită stabilizate” ar putea fi adăugate amestecului într-o proporție de aproximativ 20% în volum. în această situație, cea mai bună cale pentru a realiza produsul finit este în prezent procesul industrial standard de utilizare a compactării hidraulice, împreună cu compactarea simultană prin vibrație în timpul procesului de formare a aglomeratului preamestecat.

Aparatul pentru fabricarea cărămizilor de beton poate avea cel puțin o suprafață vizibilă având o față „finisată”. Cărămizile pot fi fabricate prin umplerea unei forme cu amestec de beton, vibrarea formei și utilizarea unui piston ce coboară pentru a comprima betonul în forma umplută. Cel puțin o suprafață interioară a formei poate avea o suprafață texturată, utilizată pentru a forma textura în cărămidă. Ulterior comprimării amestecului, un perete lateral mobil al formei este deplasat lateral în afara blocului, pe o distanță suficientă pentru ca suprafața texturată a peretelui formei să elibereze suprafața texturată a cărămizii când forma este ridicată. în cazul unei cărămizi de pavaj, fața finisată este formată de către piston. Cu pistonul rămas în poziție, forma este ridicată, după care se ridică și pistonul, extrăgându-se cărămida finisată.

Odată formate, cărămizile sunt, de preferință, ținute într-un mediu suprasaturat de umiditate (cărămizile nu trebuie să devină „uscate” în timpul primelor 168 h de întărire). Nivelul de umiditate poate fi menținut prin amplasarea cărămizilor finite într-o incintă prevăzută cu mijloace de pulverizare, care realizează umezirea până la saturație la intervale regulate în timpul procesului de întărire. Caracteristici superioare de performanță/utilizare sunt realizate atunci când conținutul de deșeuri nu depășește nivelul de 30% în volum.

Dacă sunt prezente suficiente cantități de oxid de fier în amestec, culoarea amestecului va fi plăcută din punct de vedere estetic, foarte asemănătoare cu cea a teracotei. în continuare, schimbarea pH-ului aglomeratului, datorată adaosului pastei acide, schimbă în mod categoric capacitatea de „umectare” a apei existente în amestec. Acest fapt are ca efect o structură cristalină omogenă a betonului care se întărește.

Prin utilizarea acidului sulfuric ca reactiv primar și prin neîndepărtarea sărurilor rezultate care se formează prin reacția de neutralizare care are loc, cu excepția celor care se elimină prin separarea excesului de apă din pastă, sulfatul de sodiu ce rămâne acționează ca un catalizator pentru formarea cristalelor carbonatate care caracterizează structura cristalină internă a matricilor cementitice.

Se dă în continuare un exemplu de realizare a invenției.

O parte în greutate de deșeuri de bauxită se suspendă în trei părți în greutate apă și se realizează un amestec de titrare, utilizându-se o soluție molară de acid sulfuric per mol de sodiu din deșeuri, până când amestecul atinge un pH de 5,5-6,0. Amestecul este agitat în mod continuu, menținându-se particulele de amestec în suspensie. Procedeul este terminat în momentul în care amestecul atinge pH-ul dorit de 5,5-6,0. Amestecul este apoi lăsat pentru a precipita, iar filtratul este separat din fluidul supranatant prin decantare și/sau filtrare. Nu este nevoie ca reziduul să fie spălat. Evaporarea fluidului supranatant va duce la obținerea sulfatului de sodiu, care, odată rafinat, poate fi vândut ca produs chimic industrial sau electrolizat și recirculat înapoi în procedeu.

Ca produs secundar al procedeului de preparare, precedent al deșeurilor și încorporării ulterioare în mediul cementitic, produsul finit are rezistență sporită la eflorescență, a cărei valoare este mult peste nivelurile de rezistență ale produselor de beton care conțin sau nu deșeuri de bauxită.

RO 122276 Β1

Când acidul sulfuric este acidul mineral selectat, sodiul este extras în mod selectiv 1 din deșeurile în soluție ca sulfat de sodiu, fără a se impurifica soluția cu sulfați de fier, titan, siliciu sau aluminiu. Nămolul roșu rezidual, de mai sus, lipsit de hidroxid de sodiu, poate fi 3 acum utilizat pentru producerea materialelor de construcție. Procentul relativ mare de sodă din deșeurile de bauxită avea ca efect neutilizarea acestora în componența materialelor de 5 construcție.

în continuare, se dau exemple de utilizare a deșeurilor de bauxită lipsite de hidroxid 7 de sodiu.

Exemplul 1. Se formează o cărămidă de beton de „pavaj” cu 30% în volum nămol 9 roșu tratat, adăugat la aglomeratul cementitic, utilizându-se numai ciment Portland ca agent de legătură. întărirea se efectuează la o dimensiune cerută pentru a satisface necesitățile 11 estetice și structurale ale industriei de construcții și publicului consumator. Cărămida rezultată are următoarele caracteristici: rezistența la compresiune de 2750 psi; absorbția 13 apei: 13,5%.

Exemplul 2. Se formează o cărămidă de beton de „pavaj” cu 30% în volum nămol 15 roșu tratat, adăugat la aglomeratul cementitic, și 30% în volum componentă de ciment Portland înlocuite cu deșeuri de silicați având o granulație fină. Se întărește la o dimensiune 17 solicitată pentru a satisface cerințele estetice și structurale ale industriei de construcții și publicului consumator. Cărămida rezultată are caracteristici îmbunătățite: rezistență la 19 compresiune mai mare de 3000 psi; absorbția apei mai mică de 13,5%.

O față a cărămizii finisate, conform invenției, și o cărămidă refractară de „control”, 21 dintr-un cuptor, sunt expuse de la temperatura ambiantă, la 6800°F, prin încălzire la un aparat oxiacetilenic de tip „Rosebud” de mare capacitate (utilizat pentru domenii largi de 23 încălzire a pieselor de prelucrat). Rezultatele au fost următoarele: după 15 min de expunere directă la flacără, cărămida conform invenției a rămas neschimbată. După 5 min ale aceluiași 25 tratament, suprafața cărămizii de „control” a căpătat luciu și a început să se topească și să „curgă” ca un lichid. 27

Un produs secundar, de obicei rezidual, în metoda Bayer este un component bogat în silicați, denumit în general „nisip” sau „nisip negru”. Particulele grosiere (de mărimea unei 29 granule de sare sau mai mari) sunt în general separate din fluid înainte de faza de „asimilare” conform metodei Bayer. 31

Acest constituent este în mod specific aruncat, fie separat, fie în suspensie cu nămolul rezidual. Acest material poate fi de asemenea utilizat ca auxiliar, nefiind însă esențial 33 pentru producerea unor bunuri finite.

Silicații obținuți pe cale naturală sporesc demonstrabil multe dintre caracteristicile de 35 întărire și caracteristicile fizice ale produselor rezultate prin procedeul conform invenției.

Dacă acești silicați sunt prezenți în componența deșeurilor, aceștia pot fi separați, aduși la 37 consistența unei pulberi fine și adăugați la cimentul Portland ca agenți de creștere a rezistenței și durabilității produsului finit. Rezultate optime sunt obținute când se adaugă la 39 cimentul Portland un procent de 30% în volum silicați la 70% în volum ciment. Totuși, performanțe crescute ale produsului pot fi derivate chiar și la alte proporții de silicați aflate 41 în domeniul de 5...50 %. Componenta de ciment Portland „modificat” este apoi adăugată unui amestec standard de agregat asociat cu „nămolul roșu stabilizat” și apă. Amestecul 43 format se vibrează și presează în forma sa finală, după care se lasă să se întărească într-un mediu saturat de apă rece cel puțin 7 zile. Rezistența maximă la compresiune este atinsă 45 în cea de a 28-a zi.

RO 122276 Β1

Se utilizează un „procedeu la rece” pentru stabilizarea bauxitei. Se permite astfel un spectru mai larg de produse finite. Țigle pentru acoperiș, dale pentru drenare, dale de pardoseală, cărămizi de pavaj, dale pentru căptușeli, blocuri de zgură, componente pentru susținerea pereților, balustrade, bariere sonice, paravane, bariere pentru devierea curenților, pereți de securitate pot fi confecționate din beton la care se adaugă deșeuri stabilizate.

Utilizările și aplicările invenției nu sunt limitate la aplicări folosind beton. „Deșeurile stabilizate” ale invenției potfi utilizate ca medii filtrante, suplimente agricole de sol, acoperiri de umplere, materiale plastice protectoare UV, pigmenți pentru vopsele, materiale plastice, materiale ceramice și marcatoare nepoluante pentru analize hidrologice la suprafața apei.

Șoselele sau curțile interioare pot fi căptușite cu astfel de produse accesibile, destul de durabile. Grătarele de tip “barbecue” pot fi construite, de asemenea din astfel de cărămizi refractare. Rigolele șoselelor pot fi căptușite cu aceste produse. De asemenea, consolidarea cursurilor de apă se realizează cu aceste produse (deoarece au o rezistență foarte bună la eflorescență) sau pereții cuptorului pentru topirea fontei pot fi căptușiți cu astfel de cărămizi refractare. De asemenea, prin adăugarea deșeurilor stabilizate ale invenției la cimentul Portland standard, acesta poate fi utilizat ca un mortar ieftin și durabil, pentru amplasări de cărămizi refractare.

Este evident pentru persoanele de specialitate în domeniu că pot fi făcute diferite modificări și variante ale procedeului conform invenției, fără a ieși din cadrul și domeniul invenției. Astfel, se intenționează ca invenția să acopere modificările și variațiile acestora, cu condiția ca toate acestea să se încadreze în revendicări.

Claims (8)

1. Procedeu pentru tratarea deșeurilor de bauxită, în vederea neutralizării unei cantități predominante de hidroxid de sodiu prezent în deșeuri, caracterizat prin aceea că, cuprinde următoarele etape:

a) măcinarea deșeurilor de bauxită pentru a rezulta o pulbere omogenă suficient de fină pentru a trece printr-o sită de 16 mesh;

b) agitarea pulberii rezultate în etapa a) concomitent cu adăugarea apei pentru formarea unei paste care curge liber;

c) adăugarea, la pasta formată în etapa b), a unei cantități adecvate de acid sulfuric pentru a neutraliza hidroxidul de sodiu la un pH de 5,5-6 cu formare de apă și soluție apoasă de sulfat de sodiu;

d) separarea soluției apoase de sulfat de sodiu rezultată în etapa c) din restul de pastă insolubilă, fără spălarea pastei, în timp ce se lasă să rămână în pasta insolubilă o cantitate reziduală de sulfat de sodiu eficientă catalitic pentru cristalizarea carbonatului.

2. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că pasta insolubilă se tratează pentru a se forma o componentă de material de construcție pe bază de ciment.

3. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că pasta formată în etapa b) se agită concomitent cu adăugarea acidului sulfuric într-o cantitate adecvată neutralizării hidroxiduIui de sodiu la un pH de 5,5-6 cu formare de apă și soluție apoasă care conține sulfat de sodiu format prin neutralizare.

4. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că sulfatul de sodiu rezidual, rămas în pasta insolubilă, catalizează formarea ulterioară de cristale carbonice în materialul pe bază de ciment.

5. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că pasta insolubilă, aflată într-o cantitate de 5-50% în volum, este combinată cu o substanță pe bază de ciment pentru a forma un material liant.

RO 122276 Β1

6. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că pasta insolubilă, 1 combinată cu o substanță liantă, este compactată și întărită pentru a rezulta un material sub formă de cărămidă. 3

7. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că materialul sub formă de cărămidă este întărit într-un mediu suprasaturat în umiditate. 5

8. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că perioada de timp este de cel puțin 168 h. 7