WO2019000111A1 - Sistema y proceso para remover el ion cloruro desde soluciones en circulación en procesos industriales - Google Patents

Sistema y proceso para remover el ion cloruro desde soluciones en circulación en procesos industriales Download PDF

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Definitions

  • the present invention refers to a system and a process to remove in a controlled manner the chloride ion from solutions in circulation in leaching processes, washing extraction stages by solvents, electro-obtaining processes of metals, in the treatment of plant effluents of ion exchange, wash water, filtered water, reclaimed water, mine water, without altering the industrial process intervened.
  • the controlled form considers control mechanisms that can be calculated from estimates of chlorine concentrations and measurement of solution flows by means of flow meters, the mass of chlorine to be removed that is mathematically related to the conditions required for the sub systems, to remove a certain mass of chloride ions and the lowest possible transfer for the rest of the ions.
  • the conditions of the subsystems consider the kinetic parameters of the main ions in solution, particularly the transfer kinetics of the chloride ion.
  • the system of the invention is configured as a composite subsystem which in turn comprises two mechanisms in a sequential and synchronized manner; a mechanism of separation of chloride ions (MSIC) and a mechanism of treatment of chloride solutions (MTSC).
  • MSIC chloride ions
  • MTSC mechanism of treatment of chloride solutions
  • the process of the invention is sequential and synchronized, and is composed of two stages; a first stage of separation of chloride ions from the main flows from an existing industrial process, using electrodialysis (ED) or reverse electrodialysis (EDR) or Donnan dialysis (DD); or a combination of reverse osmosis (OR) followed by electrodialysis (ED), reverse electrodialysis (EDR) or Donnan dialysis (DD); or a combination of electrodialysis (ED) or reverse electrodialysis (EDR) or Donnan dialysis (DD) followed by reverse osmosis (OR).
  • ED electrodialysis
  • EDR reverse electrodialysis
  • DD Donnan dialysis
  • OR reverse osmosis
  • the second stage corresponds to a step of treating chlorinated solutions carried out by electrolytic means for obtaining commercial by-products such as chlorine gas; hypochlorite; commercial cathodes of heavy metals (copper, zinc, nickel or others), low aqueous solutions in chloride ions; oxidizing leaching solutions (hypochlorite); hydrochloric acid; sodium hydroxide and discards as precipitates of stable chemical compounds to discard.
  • commercial by-products such as chlorine gas; hypochlorite; commercial cathodes of heavy metals (copper, zinc, nickel or others), low aqueous solutions in chloride ions; oxidizing leaching solutions (hypochlorite); hydrochloric acid; sodium hydroxide and discards as precipitates of stable chemical compounds to discard.
  • the invention is applicable in the main solutions of industrial processes with the presence of chloride ion and mainly in solutions in circulation in leaching processes, washing extraction stages by solvents, electro-obtaining processes of metals, in the treatment of effluents from exchange plants. ion, wash water, filtered water, reclaimed water and mine water.
  • the invention also applies to bacterial leaching subprocesses or any biotechnological subprocess in which the presence of the chloride ion can inhibit bacterial activity. It can also be applied in any hydrometallurgical subprocess in which the chlorine content is higher than desired.
  • the problem of the technique is that there are no technologies that allow to separate or remove the chloride ion in a controlled way from aqueous solutions that are circulating in industrial processes and treat the resulting solutions to recover commercial values and reduce the discharged effluents.
  • the invention acts by emulating a kidney in which the volumes intervened are controlled so that they are of a much smaller volume compared to the current purges or discarding volumes used at present.
  • the system and the process proposed in the present invention allow to reincorporate the recovered reagents and water with industrial quality to the productive system, improving in this way the productivity and the environmental sustainability of the productive processes.
  • the present invention achieves as a result to solve the problem of the separation of the chloride ion from aqueous solutions that are circulating in industrial processes, allowing a greater operational continuity in the main process and decreasing the requirement of fresh water, thus improving the productivity of the process .
  • two fluids are obtained; one concentrated and one diluted, in which both can be used according to requirements.
  • the proposed invention can not be deduced from the simple observation or from the combination of existing technologies, even though the subprocesses are widely known in the production of drinking water, in the production of chlorine gas and in the use of membrane technologies. To date, the use had never been raised synchronized and sequential membrane technologies to eliminate chlorine ion in a controlled manner, emulating the functioning of a kidney, efficiently and effectively removing this impurity so difficult to control at present.
  • Spanish patent ES2219223 (T3) - 2004-12-01, presents a "procedure for the electrolysis of saline waters containing sodium chloride with a parallel operation of amalgam electrolyzers and membrane electrolyzers with cathode of oxygen consumption, with a common salt water circuit, with the steps: feeding the saline water from a salt dissolving station to a precipitation and filtration station and coarse separation of sulphate, calcium, magnesium ions from the saline water in the station of precipitation and filtration division of saline water into a main stream and a partial stream electrolysis of the main stream of saline water into an amalgam electrolyzer), pretreatment of the partial stream of saline water by elimination of free chlorine at a station of dechlorination, precipitation, especially of Al ions, Fe and Mg, in a hydroxide precipitation station, and separation of calcium and magnesium ions from saline water up to a content of ⁇ 20 ppb in the station, especially an exchange
  • the main purpose of the above solution is basically the obtaining of pure water and is done by the use of oxygen consumption cathodes in a membrane electrolysis process that is resistant to mercury influences, distancing itself from the kidney system, from the process and of the purpose of the proposed invention.
  • the patent application ES2340424 - 2010-06-02 refers to: "Use of an agent, which is derived from organic derivatives and sulfuric acid adducts that do not release formaldehyde during the reduction of chloramine, for the treatment of water by the removal of chloramine, chlorine and other active chlorine compounds from maintenance water for aquatic organisms with the use of at least one reducing agent ".
  • This solution is aimed at maintaining a physical-chemical quality of the water favorable for the preservation of aquatic organisms.
  • ES2388252 (Al) - 2012-10-11, discloses "A brine treatment process comprising the steps of: subjecting a stream of brines to a pretreatment by membrane separation designed to obtain a stream of brines substantially free of divalent ions and a residual stream comprising an electrolytic solution, subjecting the stream of brines obtained in the previous stage to a treatment by electrodialysis with bipolar membranes designed to obtain a stream of hydrochloric acid and a stream of sodium hydroxide (10, 29), in addition to A misaligned water stream A hydrochloric acid solution obtained by the above process A solution of sodium hydroxide obtained by the above process ".
  • This solution is directed to the specific treatment of brines to produce pure water, hypochlorite and sodium hydroxide using bipolar membranes; this differs from the proposed solution that does not intend to treat brines to obtain pure water and does not consider the use of bipolar membranes.
  • the present invention maintains the ion concentrations of metals of interest but without chlorine and the cited patent attempts a fluid as deionized as possible.
  • Fig. 1 shows a simplified scheme of the invention, as a base structure of the presented solution.
  • Fig. 2 shows a system-process scheme applied to a bacterial leaching plant.
  • Fig. 3 shows a scheme of the system-process applied to purification of recirculated water in flotation
  • Fig. 4 shows a scheme of the system-process applied to a noculadora plant.
  • Fig. 5 shows a schema of the existing process (PE) currently used.
  • Fig. 6 shows a comparative diagram of the process (PE) currently used of figure 5 with the invention.
  • the invention provides a system and a process to solve the problem of removing the chloride ion from solutions in circulation in industrial processes, and mainly in solutions of leaching, solvent extraction, electro extraction, ion exchange, electro refining, wash water, water filtered, recovered water and in any hydrometallurgical subprocess in which the chlorine content is greater than desired.
  • the system of the invention is configured as a subsystem, of smaller size, which is connected in line to an existing industrial system that wishes to intervene, of larger size, where the present subsystem transfers the chlorine from a main aqueous stream to an aqueous stream. of smaller volume, without chemically intervening said productive industrial system, using as feed a solution contaminated with chlorine and reincorporating a chlorine-free solution, in which the subsystem of the invention acts together as a complex filter emulating a kidney.
  • the present system is a subsystem that we will call the kidney subsystem (SR), which is distinguished by the synchronized and sequential use of membrane technologies to eliminate the chlorine ion in a controlled manner.
  • SR kidney subsystem
  • the process of the invention which we will call the kidney process (PR), is composed of a sequence of steps that incorporates two stages: a first stage of separation of chloride ions from the main flows of the existing industrial process using electrolytic media with membrane technology and a second stage of treatment of chloride solutions, which is also carried out by electrolytic means to obtaining commercial by-products.
  • PR kidney process
  • Fig. 1 shows a general scheme of the kidney subsystem (SR) of the invention in which said subsystem incorporates first collection means (1) of solutions with high contents of chloride ions from a main stream, second collection means (2) from aqueous effluents, third collection means (9) for diluted solutions or with low contents of chloride ions and fourth storage media (12) for concentrated solutions for chlorine by-products or for discarding, connected to pipelines or distribution ducts; a first duct (5), a second duct (6), a third duct (13), a fourth duct (10), a fifth duct (11) and a sixth duct (14) that incorporate valves and flow meters for the control of flow; a first valve (3), a second valve (4), a third valve (7), a fourth valve (8), a fifth valve (15) and a sixth valve (16) in which ducts and valves allow to conduct in a controlled the solutions by measuring concentrations and flows using flow meters; at least two means of driving solutions (1 ⁇ ) and (2 ⁇ ) to achieve driving solutions
  • the subsystem (SR) of the invention incorporates two electrolytic media, the first corresponding to a means of separating chloride ions (1.1), (MSIC), from the main flows of the existing industrial system, using electrodialysis (ED) or reverse electrodialysis ( EDR) or Donnan's dialysis (DD), or a combination of reverse osmosis (OR) followed by electrodialysis (ED), reverse electrodialysis (EDR) or Donnan's dialysis (DD), or a combination of electrodialysis (ED) or reverse electrodialysis (EDR) or Donnan dialysis (DD) followed by reverse osmosis (OR).
  • ED electrodialysis
  • EDR reverse electrodialysis
  • DD Donnan's dialysis
  • OR reverse osmosis
  • the second means corresponds to a means of treatment of chloride solutions (1.2), (MTSC), which is a means of discarding solutions high in chloride ions that is performed by electrolytic means such as Demp or Donnan cells, or by a chemical subprocess for the obtaining commercial by-products or via solar evaporation, oxidizing gases or other existing means for the elimination of chlorine that allows obtaining commercial sub products such as chlorine gas, hypochlorite, commercial cathodes of heavy metals (copper, zinc, nickel or others), solutions aqueous low chloride ions, oxidizing leaching solutions (hypochlorite), hydrochloric acid, sodium hydroxide and discards as precipitates of stable chemical compounds for discarding.
  • MTSC chloride solutions
  • the process of the invention incorporates two stages; a separation step and a treatment step.
  • the first stage of the process corresponds to a step of chloride ion separation, this step is carried out using a means of separation of chloride ions (1.1), from the main flows, based on electrodialysis (ER), reverse electrodialysis (EDR) or dialysis of Donnan (DD), or a combination of reverse osmosis (OR) followed by electrodialysis (ED), reverse electrodialysis (EDR) or Donnan dialysis (DD), or a combination of electrodialysis (ED) or reverse electrodialysis (EDR) or Donnan dialysis (DD) followed by reverse osmosis (OR).
  • ER electrodialysis
  • EDR reverse electrodialysis
  • DD dialysis of Donnan
  • OR reverse osmosis
  • a diluted (D) representing between 80 to 95% of the original solution, which is free of chloride ion and the difference (between 5 to 20% of the original solution) is called concentrate ( C) in which the ions contained in the main solution remain.
  • the second stage of the process is a stage of treatment of chlorinated solutions and is carried out using a means of treatment of chloride solutions (1.2), where using an electrolytic or oxidizing gas means it is possible to obtain production of (chlorine gas) CI2 and production of hypochlorite for commercial or internal use; preferably using Demp or Donnan, allows to obtain HCI (hydrochloric acid) for internal or commercial use; by means of chemical means it allows the production of stable precipitate for internal or commercial use.
  • the lower volume solution containing the concentrated chlorine, transferred from the main stream must be treated with the objective of recovering metallic values, recovering reagents used by the main process, generating commercial by-products, recovering water from industrial quality and precipitate impurities for final disposal.
  • the separation systems that are used are electrodialysis and reverse electrodialysis (whose difference lies in the fact that the EDR makes a change of polarity with a certain frequency), both systems cause the movement of ions by the application of a difference of electrical potential between several pairs of membranes.
  • Another system is Donnan's Dialysis, whose driving force is the difference in concentrations between two compartments; Donnan Dialysis is very similar to ED and EDR, but it does NOT require electrodes or electrical energy.
  • Reverse Osmosis uses the difference of pressures as a driving force for ionic separation.
  • the DEMP Cells are only used in the treatment medium. The difference with ED and EDR easily stand out:
  • DEMPs use only anionic or cationic membranes, whereas the EDR uses compartment packages whose walls are anionic and cationic membranes
  • the DEMP cells are designed to favor the occurrence of electrochemical reactions (REDOX) on the electrodes, however, ED and EDR should not produce electrochemical reactions.
  • a global treatment like the one proposed in this proposed solution, allows to reincorporate the industrial productive system the recovered reagents and water with industrial quality thus improving the productivity and environmental sustainability of the production processes. In addition, it generates commercial by-products.
  • the subsystem (SR) and the process (PR) can be applied in solutions that circulate in processes in which chloride ions are undesirably accumulated or, in discards of solutions with a high content of chloride ions difficult to deal with existing technologies.
  • processes that in their desire to eliminate chloride ions eliminate valuable species, which end in an effluent. This occurs for example with purges, in which volumes of solution containing chlorine are removed, but also all the species contained.
  • purges in which volumes of solution containing chlorine are removed, but also all the species contained.
  • the technologies that can be used can be tuned properly to remove the precise content of chlorides and a minimum of valuable species. It must be remembered that the rate of elimination of the chloride ion is greater than the rest of the compounds or ions in solution.
  • the controlled form must consider a control system that is capable of calculating from chlorine concentrations estimations and measurement of solution flows by means of flow meters, the mass of chlorine to be removed that is mathematically related to the conditions required for the sub systems to remove a certain mass of chloride ions and the lowest possible transfer for the rest of the ions.
  • the conditions of the subsystems consider the kinetic parameters of the main ions in solution, particularly the transfer kinetics of the chloride ion.
  • the process of removing the chloride ions should be done in a technically small volume, easy to handle and treat before discharging safely to the environment.
  • the concentration of chloride ions delivered as a concentrated product of the separation media exceeds 5 to 20 times the original concentration.
  • the chloride ion concentration of the solution that will feed the process must be measured; This measurement is made by taking representative samples that are sent at least once per shift to the chemical laboratory to measure the chlorine present in the feed flow, and it will be measured online by means of a visible UV light spectrophotometer.
  • the chloride concentration of the solution treated in the new process will be estimated by empirical mathematical models (using stepwise regression, for example) using the kinetic information obtained at the laboratory level and the responses obtained in the industrial operation. It must be considered that the solution produced in the new process will be sampled and sent to chemical analysis.
  • the process of the invention comprises at least the following sequential steps: a) controllably entering the chloride ion separation medium (MSIC), estimating chlorine concentration and measuring solution flows, a first flow of a solution high in chlorides from a first collection means (1) through the valve (3), in which said MSIC medium uses electrodialysis as reverse electrodialysis (ED or EDR) or Donnan dialysis (DD); or a combination of reverse osmosis (OR) followed by electrodialysis, reverse electrodialysis (ED or EDR) or Donnan dialysis; or a combination of electrodialysis or reverse electrodialysis (ED or EDR) or Donnan dialysis followed by reverse osmosis (OR), b) enter controlled, measuring concentration and flows, to the MSIC through the valve (4) a second flow coming from a second storage medium or tank of aqueous effluents (2), c) evacuate flows from the chloride ion separation medium, MSIC, from which at least two
  • stage of separation and stage d e treatment - are stages that are applied in a differentiated manner according to the results that one wishes to obtain, where in that sense, it is proposed to use for a series of different applications with their respective diagrams of differentiated flows associated with the present invention, is the case of the following application examples of Figures 2, 3 and 4.
  • Fig. 2 shows a scheme of the subsystem (SR) and the process (PR) applied to a bacterial leaching plant.
  • MSIC separation of chloride ions by means of
  • MTSC treatment of chloride solutions by means of (MTSC)
  • a product (2.10) corresponding to a commercial byproduct of chlorine is obtained as a product (hydrochloric acid, chlorine gaseous, hypochlorite, chlorine compounds), copper cathodes and by-products with no commercial value as effluents or solid discards.
  • the stages of heap leaching processes (2a), solvent extraction (2b), washing (2c), re-extraction (2d) and electro extraction (2e) are observed.
  • the refining flow (2.3) is conducted, which by means of a valve (2.6) a fraction of said flow, controls the MSIC (1.1); from the washing stage (2c) returns to the extraction stage (2b) a return flow (2.4) by means of a valve (4.1) in which the other part of said flow enters controlly, measuring concentration and flow by means of a flow meter , by means of a valve (2.5) to the MSIC chloride ion separation medium (1.1); the other fraction of the refining flow (2.3) coming from the extraction stage (2b) is channeled and controlled by the valves (2.7) and (2.8) to return directly to the leach pads (2a) without entering the MSIC, in that a diluted solution D, low in chloride ions, coming from the MSIC and a return flow (2.14) from the MTSC, enter these batteries
  • Fig.3 shows an example of the invention applied to purification of recirculated water in flotation, where it is shown that the two incorporated stages are also maintained; separation of chloride ions and treatment of chloride solutions.
  • Two flows enter the chloride ion separation medium, MSIC, a flow from an aqueous effluent pond (3.2) through a flow of effluents (3.4) and a second flow from a pond of recovered water (3.1) with high contents of chloride ions, driven by means of a recovered water flow (3.3), in which said recovered water is water coming from filters, thickeners or tailings dams.
  • Fig. 4 shows an example of the invention applied to a bactericidal plant, with the objective of removing the chloride ion from the feed to the noculating plant that strongly affects the bacterial colony.
  • the two MSIC and MTSC means are also maintained; from an inoculation pond (4.3) a fraction of high chlorine solution is sent through a high chlorine flow (4.6) that enters the MSIC (1.1).
  • the flow of diluted (4.7) joins the return flow (4.11) from the MTSC (1.2), forming the flow (4.8) that corresponds to the low flow in chlorine (D) that produces the system and process of the invention, which it is measured with the remaining fraction, corresponding to the general flow (4.12), which feeds the noculadora plant.
  • the proposed process cleans the general flow that feeds the inoculation plant in a manner similar to the operation of a kidney, as mentioned, for in this example as in the previous ones, remove the contained chlorine.
  • Fig.5 shows a diagram of the existing process (PE) currently used, where to remove the chloride ion, the production flow must be intervened, evacuating a high volume of circulation flow, outflow (FS) (Q) for then reincorporate an equivalent volume (Q) as a power flow (FA), of equilibrium.
  • PE existing process
  • FS outflow
  • FA power flow
  • Fig.6 shows a diagram comparing the process (PE) currently used of Figure 5 with the invention, where when incorporating the kidney subsystem, the volumes intervened are significantly low with respect to the flow (Q) currently operated, where the Outgoing flow (FS) is in a range of 0.05 (Q) to 0.2 (Q) and the feed flow (FA) is in the same range of 0.05 (Q) and 0.2 ( Q) balancing the flows of the process and also, the process allows the possibility of recovering values and reincorporating industrial flow, thus avoiding large purges with consequent water losses and values.
  • the Outgoing flow (FS) is in a range of 0.05 (Q) to 0.2 (Q)
  • the feed flow (FA) is in the same range of 0.05 (Q) and 0.2 ( Q) balancing the flows of the process and also, the process allows the possibility of recovering values and reincorporating industrial flow, thus avoiding large purges with consequent water losses and values.

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Abstract

Sistema para remover el ion cloruro desde soluciones en circulación en procesos industriales, conformado como un subsistema que se conecta en línea a un sistema industrial existente, donde se transfiere el cloro desde una corriente acuosa principal a una corriente acuosa de menor volumen, sin intervenir químicamente dicho sistema industrial, utilizando como alimentación una solución contaminada con cloro y reincorporando una solución libre de cloro, en que el subsistema de la invención actúa de manera conjunta como un filtro complejo emulando un riñón y comprende medios de acopio de soluciones conectados a tuberías o ductos de distribución; incorpora válvulas y flujómetros; al menos dos medio de impulsión de soluciones; al menos dos sistemas de energización; medios electrolíticos; medio de descarte de soluciones altas en iones cloruros; un subproceso químico para la obtención de subproductos comerciales; un diluido (D) y un concentrado (C); incluye proceso secuencial.

Description

Sistema y proceso para remover el ion cloruro desde soluciones en circulación en procesos industriales.
Memoria descriptiva:
La presente invención se refiere a un sistema y a un proceso para remover en forma controlada el ion cloruro desde soluciones en circulación en procesos de lixiviación, etapas de lavado de extracción por solventes, procesos de electro obtención de metales, en el tratamiento de efluentes de plantas de intercambio iónico, aguas de lavado, aguas filtradas, aguas recuperadas, aguas de minas, sin alterar el proceso industrial intervenido.
La forma controlada considera mecanismos de control que sea capaz de calcular a partir de estimaciones de concentraciones de cloro y medición de flujos de soluciones por medio de flujómetros, la masa de cloro a remover que se relaciona matemáticamente con las condiciones requeridas para los sub sistemas, para remover una determinada masa de iones cloruros y la más baja transferencia posible para el resto de los iones. Las condiciones de los subsistemas consideran los parámetros cinéticos de los principales iones en solución, particularmente la cinética de transferencia del ion cloruro.
El sistema de la invención se configura como un subsistema compuesto que comprende a su vez de manera secuencial y sincronizada dos mecanismos; un mecanismo de separación de iones cloruros (MSIC) y un mecanismo de tratamiento de soluciones cloruradas (MTSC).
El proceso de la invención es secuencial y sincronizado, y está compuesto por dos etapas; una primera etapa de separación de iones cloruro desde los flujos principales desde un proceso industrial existente, usando electrodiálisis (ED) o electrodiálisis reversa (EDR) o diálisis de Donnan (DD); o una combinación de osmosis reversa (OR) seguido de electrodiálisis (ED), electrodiálisis reversa (EDR) o diálisis de Donnan (DD); o una combinación de electrodiálisis (ED) o electrodiálisis reversa (EDR) o diálisis de Donnan (DD) seguido de osmosis reversa (OR). La segunda etapa corresponde a una etapa de tratamiento de soluciones cloruradas que se realiza por medios electrolíticos para la obtención de subproductos comerciales como gas cloro; hipoclorito; cátodos comerciales de metales pesados (cobre, cinc, níquel u otros), soluciones acuosas bajas en iones cloruros; soluciones lixiviantes oxidantes (hipoclorito); ácido clorhídrico; hidróxido de sodio y descartes como precipitados de compuestos químicos estables para descarte.
Campo de aplicación:
La invención es aplicable en soluciones principales de procesos industriales con presencia de ion cloruro y principalmente en soluciones en circulación en procesos de lixiviación, etapas de lavado de extracción por solventes, procesos de electro obtención de metales, en el tratamiento de efluentes de plantas de intercambio iónico, aguas de lavado, aguas filtradas, aguas recuperadas y aguas de minas. La invención también aplica en subprocesos de lixiviación bacteriana o cualquier subproceso biotecnológico en que la presencia del ion cloruro puede inhibir la actividad bacteriana. También se puede aplicar en cualquier subproceso hidrometalúrgico en que el contenido de cloro sea mayor al deseado.
Problema de la Técnica:
El problema de la técnica es que no existen tecnologías que permitan separar o remover el ion cloruro en forma controlada desde soluciones acuosas que están circulando en procesos industriales y tratar las soluciones resultantes para recuperar valores comerciales y disminuir los efluentes descargados.
No existen actualmente procesos que permitan extraer el coro sin provocar una gran perturbación en el proceso intervenido. La invención actúa emulando un riñon en que los volúmenes intervenidos son controlados de manera que sean de muy menor volumen en comparación al las purgas actuales o volúmenes de descarte utilizados en la actualidad.
En este caso un proceso de intercambio iónico no podría compararse debido a que las concentraciones de los flujos intervenidos, tienen concentraciones necesariamente muy altas, a diferencia con la invención. En el caso de procesos de evaporación se produce concentración y se requiere de precipitación posterior.
Es importante para el proceso lograr determinar las velocidades de migración iónica de los diferentes componentes incorporados en los flujos, en el caso de la invención se logra determinar mediante pruebas experimentales que determinan y clasifican el movimiento iónico de moles de cloro por m2 de área de membrana, por unidad de tiempo de exposición al campo eléctrico.
Por medio de un ranking determinado se logra realizar un diseño de ingeniería que optimiza la extracción de cloro en forma precisa y con el menor contenido de impurezas posible.
La industria minera ha intentado durante largo tiempo remover el ion cloruro desde soluciones que están circulando en sus procesos industriales, dónde resulta nefasta su presencia desde el punto de vista técnico, porque afecta la productividad y la calidad de los productos y durabilidad de los materiales tanto estructurales como las partes y piezas electrónicas.
El sistema y el proceso que se plantea en la presente invención, permiten reincorporar al sistema productivo los reactivos recuperados y agua con calidad industrial mejorando de esta manera la productividad y la sustentabilidad ambiental de los procesos productivos.
La presente invención logra como resultado solucionar el problema de la separación del ion cloruro desde soluciones acuosas que están circulando en procesos industriales, permitiendo una continuidad operacional mayor en el proceso principal y disminuye el requerimiento de agua fresca, mejorando de esta forma la productividad del proceso. Como resultado de la aplicación de la invención, se obtienen dos fluidos; uno concentrado y un diluido, en que ambos pueden ser utilizados conforme a requerimientos.
La invención propuesta no es posible deducirla de la simple observación ni de la combinación de tecnologías existentes, aun cuando los subprocesos son ampliamente conocidos en la producción de agua potable, en la producción de cloro gaseoso y en el uso de tecnologías de membranas. Hasta la fecha nunca se había planteado el uso sincronizado y secuencial de tecnologías de membranas para eliminar en forma controlada el ion cloro, emulando el funcionamiento de un riñon, removiendo en forma eficiente y eficaz esta impureza tan difícil de controlar en la actualidad.
Estado de la técnica:
En la actualidad, la presencia de cloro en los procesos productivos obliga a purgar grandes volúmenes de soluciones que finalmente condicionan la sustentabilidad ambiental de las industrias debido a que se genera efluentes con altos contenidos ion cloruro que deben ser tratados antes de descargarlos al medio ambiente lo que aumenta en forma importante los requerimientos de recursos hídricos, dado que el volumen purgado debe ser reemplazado por agua fresca.
La presencia de cloro en las disoluciones de cobre, por ejemplo, se debe a la presencia de la atacamita (CuCI2.3Cu (OH)2) y otros minerales que contienen cloro en la entrada del proceso, pero, además por el uso creciente de agua de mar que se observa en la industria actual.
En el caso de la extracción por solventes (SX) de cobre la presencia de cloro obliga a considerar etapas de lavado para minimizar el arrastre de esta impureza hacia la electro obtención. Además, la presencia de cloro en las soluciones que alimentan el proceso de SX trae consigo la no deseada co-extracción química de especies en dicho proceso. En acuosos de alto potencial REDOX es muy probable que el cloro esté oxidado (como hipoclorito, por ejemplo) y en ese estado aumenta la degradación del reactivo orgánico, con el consecuente aumento de costos. Se considera que el cloro con sustancias que contienen átomos de carbono forma sustancias orgánicas, normalmente reemplazando un átomo de hidrógeno (reacción de sustitución), circunstancia que perjudica a la estabilidad del reactivo orgánico que se usa en la SX, por lo que su presencia se debe evitar.
La presencia de cloro en los procesos de electro deposición de metales (particularmente cobre) en ambiente sulfúrico u otro distinto a un ambiente clorhídrico, es nociva. En la mayoría de los procesos de electro obtención que utilizan la descomposición electrolítica del agua como reacción anódica, existe una alta probabilidad que evolucione cloro gaseoso sobre el ánodo, debido a la oxidación del ion cloruro sobre la superficie del electrodo, que además de ser altamente contaminante para el medio ambiente y el entorno laboral, corroe gran parte de las estructuras y tarjetas electrónicas de los equipos cercanos a la instalación, incluidos materiales anódicos y catódicos.
En los procesos de concentración por flotación, las recirculaciones internas de disoluciones acuosas pueden alcanzar elevados valores de concentración de cloro, que repercuten en concentrados finales con alto contenido de cloro, con su consecuente impacto en el valor de compra, y pérdidas de selectividad, con una consecuente disminución de ley del concentrado final y mayores consumos de reactivos. Esto fuerza a generar efluentes con altos contenidos ion cloruro que deben ser tratados antes de descargarlos al medio ambiente. En la actualidad lo que más se utiliza es su dilución con agua limpia.
En el caso de procesos que utilizan cloro como reactivo tales como lixiviación con cloruro férrico y ácido clorhídrico, intercambio iónico (lavados y elución, principalmente) e incluso procesos de extracción por solventes que usan ácido clorhídrico en la etapa de re-extracción, inevitablemente generan efluentes acuosos con altos contenidos de cloro que deben ser neutralizados antes de descargarlos al medio ambiente, perdiendo en este caso el reactivo principal (ácido clorhídrico, cloruro férrico u otros que se utilicen), además de agua.
En el estado de la técnica existen métodos que difieren de la invención debido a que la intención de dichos métodos se orienta como soluciones a diferentes problemas técnicos y a pesar de utilizar tecnología de membranas en algunos casos, solo presentan una aproximación muy parcial y acotada con la invención, ya que la presente invención, se orienta en solucionar el problema técnico de separar el ión cloruro desde soluciones en circulación de procesos industriales, problema que ninguna tecnología existente aborda hasta la fecha.
Por ejemplo, la patente española ES2219223 (T3) — 2004-12-01, presenta un "procedimiento para la electrólisis de aguas salinas que contienen cloruro sódico con un funcionamiento paralelo de electrolizadores de amalgama y electrolizadores de membrana con cátodo de consumo de oxígeno, con un circuito de agua salina común, con los pasos: alimentación del agua salina de una estación de disolución de sales a una estación de precipitación y filtración y separación grosera de iones sulfato, calcio, magnesio del agua salina en la estación de precipitación y filtración división del agua salina en una corriente principal y una corriente parcial electrólisis de la corriente principal de agua salina en un electrolizador de amalgama), tratamiento previo de la corriente parcial de agua salina mediante eliminación de cloro libre en una estación de desclorado, precipitación, en especial de iones Al, Fe y Mg, en una estación de precipitación de hidróxido , y separación de iones calcio y magnesio a partir del agua salina hasta un contenido de < 20 ppb en la estación , en especial un intercambiador iónico, a continuación la electrólisis de la corriente parcial de agua salina en un electrolizador de membrana , empleándose un electrolizador de membrana con un cátodo de consumo de oxígeno resistente a mercurio, que contiene al menos un catalizador de plata, y reunión de las corrientes de anolito del electrolizador de membrana y del electrolizador de amalgama en una corriente de anolito común ". El propósito principal de la solución anterior es fundamentalmente la obtención de agua pura y se realiza mediante el empleo de cátodos de consumo de oxígeno en un procedimiento de electrólisis de membranas que son resistentes frente a influencias de mercurio, distanciándose del sistema riñon, del proceso y del propósito de la invención propuesta.
Otro ejemplo es la solicitud de patente española ES2155957 (T3) — 2001-06-01, presenta un procedimiento para la obtención de zinc y otros metales valiosos a partir de materias primas que contienen cloruros o fluoruros, en el que estas se lixivian sin calcinación con ácido sulfúrico, separándose electrolíticamente los metales de la solución de la sal de los metales purificada obtenida, el procedimiento es rentable porque para la eliminación del cloruro y fluoruro se someten los óxidos de laminación a una etapa de lixiviación alcalina con sosa a 120 (grados) c, convirtiéndose en solubles los halogenuros, los halogenuros solubilizados se eliminan con agua a partir de los óxidos de laminación, los óxidos de laminación pobres en halogenuros se lixivian en ácido sulfúrico o acido celulósico y se separan de la solución así obtenida después de purificar los metales por electrólisis. El objetivo de lo anterior es recuperar metales con valor comercial desde soluciones en ambiente clorurado, para lo cual utiliza un procedimiento que somete los óxidos de laminación a una etapa de lixiviación alcalina con sosa a 120 C°, lo que difiere totalmente con la invención.
La solicitud de patente ES2340424 - 2010-06-02, se refiera a: "Uso de un agente, que se deriva de derivados orgánicos y aductos del ácido sulfuroso que no liberan formaldehido durante la reducción de cloramina, para el tratamiento del agua mediante la eliminación de cloramina, cloro y otros compuestos de cloro activo del agua de mantenimiento para organismos acuáticos con el uso de al menos un agente reductor". Esta solución se orienta a mantener una calidad físico-química del agua favorable para la preservación de organismos acuáticos.
ES2388252 (Al)— 2012-10-11, divulga "Un proceso de tratamiento de salmueras que comprende las etapas de: someter una corriente de salmueras a un pre tratamiento mediante separación por membranas diseñado para obtener una corriente de salmueras sustancialmente libre de iones divalentes y una corriente residual que comprende una disolución electrolítica ; someter la corriente de salmueras obtenida en la etapa anterior a un tratamiento mediante electrodiálisis con membranas bipolares diseñado para obtener una corriente de ácido clorhídrico y una corriente de hidróxido sódico (10, 29), además de una corriente de agua desalineada. Una disolución de ácido clorhídrico obtenida mediante el proceso anterior. Una disolución de hidróxido sódico obtenida mediante el proceso anterior". Esta solución se orienta al tratamiento específico de salmueras para producir agua pura, hipoclorito e hidróxido sódico usando membranas bipolares; esto difiere de la solución propuesta que no pretende tratar salmueras para obtener agua pura y no considera el uso de membranas bipolares. La presente invención mantiene las concentraciones de iones de metales de interés pero sin cloro y la patente citada intenta un fluido lo más des-ionizado posible.
Breve descripción de las figuras:
La Fig. 1, muestra un esquema simplificado de la invención, como una estructura base de la solución presentada.
La Fig. 2, muestra un esquema del sistema-proceso aplicado a una planta de lixiviación bacteriana. La Fig. 3, muestra un esquema del sistema-proceso aplicado a purificación de aguas recirculadas en flotación
La Fig. 4, muestra un esquema del sistema-proceso aplicado a una planta ¡noculadora.
La Fig. 5, muestra un esquema del proceso existente (PE) actualmente utilizado.
La Fig. 6, muestra un esquema comparativo del proceso (PE) actualmente utilizado de la figura 5 con la invención.
Descripción detallada de la invención:
La invención provee un sistema y un proceso para resolver el problema de remover el ion cloruro desde soluciones en circulación en procesos industriales, y principalmente en soluciones de lixiviación, extracción por solventes, electro obtención, intercambio iónico, electro refinación, aguas de lavado, aguas filtradas, aguas recuperadas y en cualquier subproceso hidrometalúrgico en que el contenido de cloro sea mayor al deseado.
El sistema de la invención se configura como un subsistema, de menor tamaño, que se conecta en línea a un sistema industrial existente que se desea intervenir, de mayor tamaño, donde el presente subsistema transfiere el cloro desde una corriente acuosa principal a una corriente acuosa de menor volumen, sin intervenir químicamente dicho sistema industrial productivo, utilizando como alimentación una solución contaminada con cloro y reincorporando una solución libre de cloro, en que el subsistema de la invención actúa de manera conjunta como un filtro complejo emulando un riñon.
El presente sistema es un subsistema que denominaremos subsistema riñon (SR), que se distingue por el uso sincronizado y secuencial de tecnologías de membranas para eliminar en forma controlada el ion cloro.
Sincronizado, se debe entender que la entrada a un determinado subsistema, corresponde a la respuesta del sub sistema anterior, que depende fuertemente de las condiciones de operación definidas, y las respuestas de aquel determinado sub sistema, condiciona la operación del siguiente, es decir, los subsistemas NO operan en forma independiente. La sincronización se establece por la medición en línea de flujos, concentración de ion cloruro, requerimiento de remoción de cloro, estimación de concentración de salida y eficiencia del sub sistema El proceso de la invención, que denominaremos proceso riñon (PR), se compone de una secuencia de pasos que incorpora dos etapas: una primera etapa de separación de iones cloruro desde los flujos principales del proceso industrial existente utilizando medios electrolíticos con tecnología de membranas y una segunda etapa de tratamiento de soluciones cloruradas, que también se realiza por medios electrolíticos para la obtención de subproductos comerciales.
La Fig. 1, muestra un esquema general del subsistema riñon (SR) de la invención en que dicho subsistema incorpora primeros medios de acopio (1) de soluciones con altos contenidos de iones cloruros desde una corriente principal, segundos medios de acopio (2) desde efluentes acuosos, terceros medios de acopio (9) para soluciones diluidas o con bajos contenidos de iones cloruros y cuartos medios de acopio (12) para soluciones concentradas para subproductos de cloro o para descarte, conectados a tuberías o ductos de distribución; un primer ducto (5), un segundo ducto (6), un tercer ducto (13), un cuarto ducto (10), un quinto ducto (11) y un sexto ducto (14) que incorporan válvulas y flujómetros para el control de flujo; una primera válvula (3), una segunda válvula (4), una tercera válvula (7), una cuarte válvula (8), una quinta válvula (15) y una sexta válvula (16) en que ductos y válvulas permiten conducir de manera controlada las soluciones midiendo concentraciones y flujos mediante flujómetros; al menos dos medio de impulsión de soluciones (1¡) y (2¡) para lograr impulsar las soluciones donde también permite utilizar la fuerza de gravedad; al menos dos sistemas de energizacion e instrumentación eléctrica y electrónica (le) y (2e) para proveer y controlar la energía eléctrica requerida. El subsistema (SR) de la invención incorpora dos medios electrolíticos, el primero corresponde a un medio de separación de iones cloruro (1.1), (MSIC), desde los flujos principales del sistema industrial existente, usando electrodiálisis (ED) o electrodiálisis reversa (EDR) o diálisis de Donnan (DD), o una combinación de osmosis reversa (OR) seguido de electrodiálisis (ED), electrodiálisis reversa (EDR) o diálisis de Donnan (DD), o una combinación de electrodiálisis (ED) o electrodiálisis reversa (EDR) o diálisis de Donnan (DD) seguido de osmosis reversa (OR). El segundo medio corresponde a un medio de tratamiento de soluciones cloruradas (1.2), (MTSC), que es un medio de descarte de soluciones altas en iones cloruros que se realiza por medio electrolíticos como celdas Demp o Donnan, o mediante un subproceso químico para la obtención de subproductos comerciales o vía evaporación solar, gases oxidantes u otro medio existente para la eliminación de cloro que permita la obtención de sub productos comerciales como gas cloro, hipoclorito, cátodos comerciales de metales pesados (cobre, cinc, níquel u otros), soluciones acuosas bajas en iones cloruros, soluciones lixiviantes oxidantes (hipoclorito), ácido clorhídrico, hidróxido de sodio y descartes como precipitados de compuestos químicos estables para descarte.
El proceso de la invención, como se dijo, incorpora dos etapas; una etapa de separación y una etapa de tratamiento. La primera etapa del proceso corresponde a una etapa de separación de iones cloruro, dicha etapa se realiza utilizando un medio de separación de iones cloruros (1.1), desde los flujos principales, basado en electrodiálisis (ER), electrodiálisis reversa (EDR) o diálisis de Donnan (DD), o una combinación de osmosis reversa (OR) seguido de electrodiálisis (ED), electrodiálisis reversa (EDR) o diálisis de Donnan (DD), o una combinación de electrodiálisis (ED) o electrodiálisis reversa (EDR) o diálisis de Donnan (DD) seguido de osmosis reversa (OR). Estos medios generan dos flujos: un diluido (D) que representa entre el 80 al 95% de la solución original, que resulta libre de ion cloruro y la diferencia (entre el 5 al 20% de la solución original) que se denomina concentrado (C) en la cual quedan los iones contenidos en la solución principal.
La segunda etapa del proceso es una etapa de tratamiento de soluciones cloruradas y se realiza utilizando un medio de tratamiento de soluciones cloruradas (1.2), donde utilizando un medio electrolítico o de gases oxidantes permite obtener como resultado producción de (cloro gaseoso) CI2 y producción de hipoclorito para uso comercial o interno; utilizando preferentemente Demp o Donnan, permite obtener HCI (ácido clorhídrico) para uso interno o comercial; mediante un medio químico permite la producción de precipitado estable para uso interno o comercial. En el proceso (PR), la solución de menor volumen que contiene el cloro concentrado, transferido desde la corriente principal, debe ser tratada con el objetivo de recuperar valores metálicos, recuperar reactivos que utiliza el proceso principal, generar subproductos comerciales, recuperar agua de calidad industrial y precipitar impurezas para descarte final.
Los sistemas de separación que se utilizan son la electrodiálisis y la electro diálisis reversas (cuya diferencia radica en el hecho que la EDR realiza un cambio de polaridad con una determinada frecuencia), ambos sistemas provocan el movimiento de iones por la aplicación de una diferencia de potencial eléctrico entre varios pares de membranas. Otro sistema es la Diálisis de Donnan, cuya fuerza motriz es la diferencia de concentraciones entre dos compartimentos; La Diálisis de Donnan es muy similar a la ED y a la EDR, pero, NO requiere ni electrodos ni energía eléctrica. Y la Osmosis Reversa usa la diferencia de presiones como fuerza motriz para la separación iónica.
Las Celdas DEMP solo se utiliza en los medio de tratamiento. La diferencia con ED y EDR resaltan fácilmente:
Las DEMP usan solo Membranas aniónicas o Catiónicas, en cambio la EDR usa paquetes de compartimentos cuyas paredes son membranas aniónicas y catiónicas
Las Celdas DEMP están concebidas para favorecer la ocurrencia de reacciones electroquímicas (REDOX) sobre los electrodos, en cambio, en la ED y EDR NO deben producirse reacciones electroquímicas. Un tratamiento global como el que se plantea en esta solución propuesta, permite reincorporar al sistema productivo industrial los reactivos recuperados y agua con calidad industrial mejorando de esta manera la productividad y la sustentabilidad ambiental de los procesos productivos. Además, genera subproductos comerciales.
El subsistema (SR) y el proceso (PR) se pueden aplicar en soluciones que circulan en procesos en que se acumulan indeseablemente los iones cloruros o bien, en descartes de disoluciones con alto contenido de iones cloruros difíciles de tratar con las tecnologías existentes. En la actualidad existen procesos que en su afán de eliminar los iones cloruros, eliminan especies valiosas, que terminan en un efluente. Esto ocurre por ejemplo con las purgas, en las que se eliminan volúmenes de solución que contienen cloro, pero también todas las especies contenidas. En este caso controlado, se refiere que las tecnologías que se pueden utilizar, se pueden sintonizar adecuadamente para remover el contenido preciso de cloruros y un mínimo de especies de valor. Se debe recordar que la velocidad de eliminación del ion cloruro es mayor que el resto de compuestos o iones en solución.
Por lo tanto, la forma controlada debe considerar un sistema de control que sea capaz de calcular a partir de estimaciones de concentraciones de cloro y medición de flujos de soluciones por medio de flujómetros, la masa de cloro a remover que se relaciona matemáticamente con las condiciones requeridas para los sub sistemas para remover una determinada masa de iones cloruros y la más baja transferencia posible para el resto de los iones. Las condiciones de los subsistemas consideran los parámetros cinéticos de los principales iones en solución, particularmente la cinética de transferencia del ion cloruro.
El proceso de remoción de los iones cloruros se debe realizar en un volumen técnicamente pequeño, fácil de manipular y tratar antes de descargar en forma segura al medio ambiente.
Un volumen técnicamente pequeño, es en referencia a la alimentación al nuevo proceso, pues, entre el 5-15% del volumen alimentado es finalmente el que ingresa al medio de tratamiento. Esto es fundamental para los tratamientos de soluciones, pues, de esta forma los tamaños de los equipos son los más bajos posibles y por el carácter de concentrado, las respuestas del tratamiento son muchísimo más eficientes.
La concentración de iones cloruros entregada como producto concentrado de los medios de separación, supera entre 5 a 20 veces la concentración original.
Se debe medir la concentración del ion cloruro de la solución que alimentará al proceso; esta medición se realiza por medio de toma de muestras representativas que se envían al menos una vez por turno al laboratorio químico para medir el cloro presente en el flujo de alimentación, y se medirá en línea por medio de un espectrofotómetro de Luz UV visible.
La concentración de cloruros de la solución tratada en el nuevo proceso, será estimada por modelos matemáticos empíricos (usando regresión por pasos, por ejemplo) usando la información cinética obtenida a nivel laboratorio y las respuestas obtenidas en la operación industrial. Hay que considerar que la solución producida en el nuevo proceso, será muestreada y enviada a análisis químico.
De acuerdo al esquema de la figura 1, el proceso de la invención comprende al menos los siguientes pasos secuenciales: a) ingresar controladamente al medio de separación de iones cloruros (MSIC), estimando concentración de cloro y midiendo flujos de solución, un primer flujo de una solución alta en cloruros proveniente de un primer medio de acopio (1) mediante la válvula (3), en que dicho medio MSIC utiliza electrodiálisis como electrodiálisis reversa (ED ó EDR) o diálisis de Donnan (DD); o una combinación de osmosis reversa (OR) seguido de electrodiálisis, electrodiálisis reversa (ED ó EDR) o diálisis de Donnan; o una combinación de electrodiálisis o electrodiálisis reversa (ED ó EDR) o diálisis de Donnan seguido de osmosis reversa (OR), b) ingresar controladamente, midiendo concentración y flujos, al MSIC mediante la válvula (4) un segundo flujo proveniente de un segundo medio de acopio o estanque de efluentes acuosos (2), c) evacuar flujos desde el medio de separación de iones cloruros, MSIC, desde donde salen al menos dos flujos; un primer flujo de diluido D y un flujo de concentrado C, d) controlar el flujo de diluido D, midiendo concentración y flujo, mediante la válvula de distribución (7) y la válvula (8) para ingresar al estanque de acopio de diluido (9), con solución baja en iones cloruro, e) ingresar el flujo de concentrado C a una segunda etapa conformada por el medio de tratamiento de soluciones cloruradas MTSC, f) evacuar y conducir desde el MTSC el flujo de concentrado Cl tratado, por medio del ducto (11) hasta el estanque de acopio (12) de subproducto de cloro o descartes, g) conducir el flujo de retorno (R) o recirculación por medio del ducto (13), en que dicho flujo de retorno corresponde a un flujo con características de agua industrial o solución con reactivos reutilizables, h) controlar el flujo de retorno (R), midiendo concentración y flujo, mediante las válvulas (15) y (16) y controlar un flujo alternativo de retorno (Rl), que reingresa al medio de separación (MSIC), i) controlar midiendo concentración y flujo por medio de un flujómetro, y mediante una válvula (15) el flujo de retorno (R), como recirculación proveniente desde el medio de tratamiento de soluciones cloruradas (MTSC), donde parte de dicho flujo se conduce al estanque de solución baja en iones cloruro (9), correspondiente al diluido D. Estas dos etapas fundamentales mencionadas - etapa de separación y etapa de tratamiento - son etapas que se aplican de manera diferenciada conforme a los resultados que se desea obtener, donde en ese sentido, se propone utilizar para una serie de aplicaciones diferentes con sus respectivos diagramas de flujos diferenciados asociados a la presente invención, es el caso de los siguientes ejemplos de aplicación de las figuras 2, 3 y 4.
En el proceso se debe lograr determinar las velocidades de migración iónica de los diferentes componentes incorporados en los flujos, en el caso de la invención se logra determinar mediante pruebas experimentales que determinan y clasifican el movimiento iónico de moles de cloro por metro cuadrado (m2) de área de membrana, por unidad de tiempo de exposición al campo eléctrico, esto mejora la selectividad del proceso.
La Fig. 2, muestra un esquema del subsistema (SR) y el proceso (PR) aplicado a una planta de lixiviación bacteriana. En este ejemplo de aplicación se puede observar que se mantienen las dos etapas fundamentales del proceso; separación de iones cloruros mediante el (MSIC) y de tratamiento de soluciones cloruradas mediante el (MTSC), donde desde dicha etapa de tratamiento se obtiene como producto un flujo (2.10) correspondiente a un sub-producto comercial de cloro (ácido clorhídrico, cloro gaseoso, hipoclorito, compuestos de cloro), cátodos de cobre y subproductos sin valor comercial como efluentes o descartes sólidos.
En la FIG 2., se observa las etapas de procesos de lixiviación en pilas (2a), extracción por solventes (2b), lavado (2c), re-extracción (2d) y electro obtención (2e). En la etapa de extracción (2b) se conduce el flujo de refino (2.3) que mediante una válvula (2.6) una fracción de dicho flujo, ingresa controladamente al MSIC (1.1); desde la etapa de lavado (2c) retorna a la etapa de extracción (2b) un flujo de retorno (2.4) mediante una válvula (4.1) en que la otra parte de dicho flujo, ingresa controladamente, midiendo concentración y flujo por medio de flujómetro, mediante una válvula (2.5) al medio de separación de iones cloruro MSIC (1.1); la otra fracción del flujo de refino (2.3) proveniente de la etapa de extracción (2b) es canalizada y controlada por las válvulas (2.7) y (2.8) para retornar directamente a las pilas de lixiviación (2a) sin ingresar al MSIC, en que a dichas pilas (2a) ingresan una solución de diluido D, baja en iones cloruros, proveniente desde el MSIC y un flujo de retorno(2.14) proveniente del MTSC. Las válvulas incorporadas (2.7), (2.8) y (2.6) permiten controlar a voluntad el flujo total o parcial de refino (2.3) proveniente de la etapa de extracción por solventes (2.b).
La Fig.3, muestra un ejemplo de la invención aplicada a purificación de aguas recirculadas en flotación, donde se muestra que también se mantienen las dos etapas incorporadas; separación de iones cloruros y de tratamiento de soluciones cloruradas. Dos flujos ingresan al medio de separación de iones cloruros, MSIC, un flujo proveniente de un estanque de efluentes acuosos (3.2) por medio de un flujo de efluentes (3.4) y un segundo flujo proveniente de un estanque de aguas recuperadas (3.1) con altos contenidos de iones cloruros, conducido por medio un flujo de agua recuperada (3.3), en que dicha agua recuperada es agua proveniente de filtros, espesadores o tranques de relaves. Desde el MSIC sale el flujo de concentrado (3.6) que ingresa al MTSC, desde donde salen dos flujos; un flujo de sub productos comerciales (3.7) que se conduce a un estanque de sub-producto de cloro (3.12) y un flujo de retorno (3.8) que se une al flujo bajo en cloro (3.5), conformando el flujo de retorno bajo en cloro (3.9).
La Fig.4, muestra un ejemplo de la invención aplicada a una planta ¡noculadora de bacterias, con el objetivo de remover el ion cloruro desde la alimentación a la planta ¡noculadora que afecta fuertemente la colonia de bacterias. En este caso también se mantienen los dos medios MSIC y MTSC; desde un estanque de inoculación (4.3) una fracción de solución alta en cloro se envía por medio de un flujo alto cloro (4.6) que ingresa al MSIC (1.1). El flujo de diluido (4.7) se une al flujo de retorno (4.11) proveniente del MTSC (1.2), conformando el flujo (4.8) que corresponde al flujo bajo en cloro (D) que produce el sistema y proceso de la invención, que se mésela con la fracción restante, correspondiente al flujo general (4.12), que alimenta la planta ¡noculadora. En este caso se puede observar que el proceso propuesto limpia el flujo general que alimenta la planta de inoculación de forma similar al funcionamiento de un riñon, como se mencionó, para en este ejemplo como en los anteriores, remover el cloro contenido.
La Fig.5, muestra un esquema del proceso existente (PE) actualmente utilizado, donde para lograr remover el ion cloruro se debe intervenir el flujo de producción, evacuando un alto volumen de flujo de circulación, flujo saliente (FS) (Q) para luego reincorporar un volumen equivalente (Q) como flujo de alimentación (FA), de equilibrio. Este proceso utilizado en la actualidad evidencia un movimiento de grandes volúmenes de solución y una clara pérdida de valores que son evacuados sin posibilidad de recuperación.
La Fig.6, muestra un esquema que compara el proceso (PE) actualmente utilizado de la figura 5 con la invención, donde al incorporar el subsistema riñon, los volúmenes intervenidos son significativamente bajos con respecto al flujo (Q) actualmente intervenido, donde el flujo saliente (FS) se encuentra en un rango de 0,05 (Q) a 0,2 (Q) y el flujo de alimentación (FA) se encuentra en el mismo rango de 0,05 (Q) y 0,2 (Q) equilibrando los flujos del proceso y además, el proceso permite la posibilidad de recuperar valores y reincorporar flujo industrial, evitando por tanto, gran purgas con las consiguientes pérdidas de agua y valores.

Claims

Reivindicaciones:
1.- Sistema para remover el ion cloruro desde soluciones en circulación en procesos industriales, para extraer el cloro presente en dichas soluciones y principalmente en soluciones de lixiviación, extracción por solventes, electro obtención, intercambio iónico, electro refinación, aguas de lavado, aguas filtradas, aguas recuperadas CARACTERIZADO porque se conforma como un subsistema que se conecta en línea a un sistema industrial existente, donde se transfiere el cloro desde una corriente acuosa principal a una corriente acuosa de menor volumen, sin intervenir químicamente dicho sistema industrial, utilizando como alimentación una solución contaminada con cloro y reincorporando una solución libre de cloro, en que el subsistema de la invención actúa de manera conjunta como un filtro complejo emulando un riñon y comprende primeros medios de acopio (1) de soluciones con altos contenidos de iones cloruros desde una corriente principal, segundos medios de acopio (2) desde efluentes acuosos, terceros medios de acopio (9) para soluciones diluidas o con bajos contenidos de iones cloruros y cuartos medios de acopio (12) para soluciones concentradas, subproductos de cloro o para descarte , en que dichos medios de acopio están conectados a tuberías o ductos de distribución; un primer ducto (5), un segundo ducto (6), un tercer ducto (13), un cuarto ducto (10), un quinto ducto (11) y un sexto ducto (14) que incorporan válvulas y flujómetros; una primera válvula (3), una segunda válvula (4), una tercera válvula (7), una cuarta válvula (8), una quinta válvula (15) y una sexta válvula (16) en que ductos y válvulas permiten conducir de manera controlada las soluciones y estimar concentraciones de cloro midiendo flujos mediante flujómetros; incorpora al menos dos medio de impulsión de soluciones (1¡) y (2¡); al menos dos sistemas de energización e instrumentación eléctrica y electrónica (le) y (2e); incorpora dos medios electrolíticos; un primer medio de separación de iones cloruro (MSIC) (1.1), desde los flujos principales del sistema industrial existente, usando a) electrodiálisis (ED), o b) electrodiálisis reversa (EDR), o c) diálisis de Donnan (DD), o d) una combinación de osmosis reversa (OR) seguido de electrodiálisis (ED), electrodiálisis reversa (EDR) o diálisis de Donnan (DD), o e) una combinación de electrodiálisis (ED) o electrodiálisis reversa (EDR) o diálisis de Donnan (DD) seguido de osmosis reversa (OR); un segundo medio de tratamiento de soluciones cloruradas (MTSC) (1.2), que es a) un medio de descarte de soluciones altas en iones cloruros que se realiza por medio electrolíticos como celdas Demp o Donnan, o b) mediante un subproceso químico para la obtención de subproductos comerciales, o c) vía evaporación solar, o d) gases oxidantes u otro medio para la eliminación de cloro que permita la obtención de sub productos comerciales como gas cloro, hipoclorito, cátodos comerciales de metales pesados (cobre, cinc, níquel u otros), soluciones acuosas bajas en iones cloruros, soluciones lixiviantes oxidantes (hipoclorito), ácido clorhídrico, hidróxido de sodio y descartes como precipitados de compuestos químicos estables para descarte; los medios (MSIC) y (MTSC) generan dos flujos: un diluido (D) que representa entre el 80 al 95% de la solución original, que resulta libre de ion cloruro y la diferencia (entre el 5 al 20% de la solución original) que se denomina concentrado (C) en la cual quedan los iones contenidos de la solución principal.
2. - Proceso para remover el ion cloruro desde soluciones en circulación en procesos industriales, para extraer el cloro presente en las disoluciones y principalmente en disoluciones de lixiviación, extracción por solventes, electro obtención, intercambio iónico, electro refinación, aguas de lavado, aguas filtradas, aguas recuperadas, que utiliza el sistema de la reivindicación N °1 CARACTERIZADO porque comprende las etapas de: conectar en línea un primer medio de separación de iones cloruros (MSIC) (1.1), y conectar en línea un segundo medio de tratamiento de soluciones cloruradas (MTSC) (1.2) a un sistema industrial existente que se desea intervenir; transferir cloro mediante los medios de separación y de tratamiento desde una corriente acuosa principal a una corriente acuosa de menor volumen, en que el MSIC y el MTSC se conectan de manera secuencial y sincronizada donde en conjunto, actúan como un filtro complejo emulando un riñon.
3. - Proceso para remover el ion cloruro desde soluciones en circulación en procesos industriales, para extraer el cloro presente en las disoluciones y principalmente en disoluciones de lixiviación, extracción por solventes, electro obtención, intercambio iónico, electro refinación, aguas de lavado, aguas filtradas, aguas recuperadas de la reivindicación N° 2, CARACTERIZADO porque comprende una primera etapa del proceso corresponde a una etapa de separación de iones cloruro, dicha etapa se realiza utilizando un medio de separación de iones cloruros (1.1), desde los flujos principales, basado en electrodiálisis (ER), electrodiálisis reversa (EDR) o diálisis de Donnan (DD), o una combinación de osmosis reversa (OR) seguido de electrodiálisis (ED), electrodiálisis reversa (EDR) o diálisis de Donnan (DD), o una combinación de electrodiálisis (ED) o electrodiálisis reversa (EDR) o diálisis de Donnan (DD) seguido de osmosis reversa (OR), donde dichos medios generan dos flujos, un diluido (D) que representa entre el 80 al 95% de la solución original, que resulta libre de ion cloruro y la diferencia (entre el 5 al 20% de la solución original) que se denomina concentrado (C) en la cual quedan los iones cloruros contenidos en la solución principal; y (b) una segunda etapa del proceso que es una etapa de tratamiento de soluciones cloruradas y se realiza utilizando un medio de tratamiento de soluciones cloruradas (1.2), donde utilizando un medio electrolítico o de gases oxidantes permite obtener como resultado producción de (cloro gaseoso) CI2 y producción de hipoclorito, utilizando preferentemente Demp o Donnan, permite obtener HCI (ácido clorhídrico); mediante un medio químico permite la producción de precipitado.
4. - Proceso para remover el ion cloruro desde soluciones en circulación en procesos industriales, para extraer el cloro presente en las disoluciones y principalmente en disoluciones de lixiviación, extracción por solventes, electro obtención, intercambio iónico, electro refinación, aguas de lavado, aguas filtradas, aguas recuperadas de la reivindicación N° 2, CARACTERIZADO porque se debe medir la concentración del ion cloruro de la solución que alimentará al proceso; esta medición se realiza por medio de toma de muestras representativas que se envían al menos una vez por turno al laboratorio químico para medir el cloro presente en el flujo de alimentación, y se medirá en línea por medio de un espectrofotómetro de Luz UV visible.
5. - Proceso para remover el ion cloruro desde soluciones en circulación en procesos industriales, para extraer el cloro presente en las disoluciones y principalmente en disoluciones de lixiviación, extracción por solventes, electro obtención, intercambio iónico, electro refinación, aguas de lavado, aguas filtradas, aguas recuperadas de la reivindicación N° 2, CARACTERIZADO porque comprende realizar el proceso de remoción de los iones cloruros en al menos los siguientes pasos secuenciales; a) ingresar controladamente, midiendo concentración y flujo un primer flujo de una solución alta en cloruros (1) mediante la válvula (3) al medio de separación de iones cloruros (MSIC), en que dicho medio utiliza electrodiálisis como electrodiálisis reversa (ED ó EDR) o diálisis de Donnan (DD); o una combinación de osmosis reversa (OR) seguido de electrodiálisis, electrodiálisis reversa (ED ó EDR) o diálisis de Donnan; o una combinación de electrodiálisis o electrodiálisis reversa (ED ó EDR) o diálisis de Donnan seguido de osmosis reversa (OR); b) ingresar controladamente, midiendo concentración y flujo, al MSIC mediante la válvula (4) un segundo flujo proveniente del estanque de efluentes acuosos (2); c) evacuar flujos desde el medio de separación de iones cloruros, MSIC, desde donde salen al menos dos flujos; un primer flujo de diluido D y un flujo de concentrado C; d) controlar, midiendo concentración y flujo, I flujo de diluido D mediante la válvula de distribución (7) y la válvula (8) para ingresar al estanque de acopio de diluido (9), con solución baja en iones cloruro; e) ingresar el flujo de concentrado C a una segunda etapa conformada por el medio de tratamiento de soluciones cloruradas MTSC; f) evacuar y conducir desde el MTSC el flujo de concentrado Cl tratado, por medio del ducto (11) hasta el estanque de acopio (12) de subproducto de cloro o descartes; g) conducir el flujo de retorno (R) o recirculación por medio del ducto (13), en que dicho flujo de retorno corresponde a un flujo con características de agua industrial o solución con reactivos reutilizables; h) controlar el flujo de retorno (R), midiendo concentración y flujo, mediante las válvulas (15) y (16) y controlar un flujo alternativo de retorno (Rl), que reingresa al medio de separación (MSIC); ¡)controlar midiendo concentración y flujo mediante una válvula (15) el flujo de retorno (R), como recirculación proveniente desde el medio de tratamiento de soluciones cloruradas (MTSC), donde parte de dicho flujo se conduce al estanque de solución baja en iones cloruro (9), correspondiente al diluido D; k) estimar la concentración de cloruros de la solución tratada en el nuevo proceso (PR), por modelos matemáticos empíricos (usando regresión por pasos, por ejemplo) usando la información cinética obtenida a nivel laboratorio y las respuestas obtenidas en la operación industrial, hay que considerar que la solución producida será muestreada y enviada a análisis químico.
6. - Proceso para remover el ion cloruro desde soluciones en circulación en procesos industriales, para extraer el cloro presente en las disoluciones y principalmente en disoluciones de lixiviación, extracción por solventes, electro obtención, intercambio iónico, electro refinación, aguas de lavado, aguas filtradas, aguas recuperadas de la reivindicación N° 2, CARACTERIZADO porque se deben determinar las velocidades de migración iónica de los diferentes componentes incorporados en los flujos, donde dicha velocidad se logra determinar mediante pruebas experimentales que determinan y clasifican el movimiento iónico de moles de cloro por metro cuadrado de área de membrana, por unidad de tiempo de exposición al campo eléctrico.
7. - Proceso para remover el ion cloruro desde soluciones en circulación en procesos industriales, para extraer el cloro presente en las disoluciones y principalmente en disoluciones de lixiviación, extracción por solventes, electro obtención, intercambio iónico, electro refinación, aguas de lavado, aguas filtradas, aguas recuperadas de la reivindicación N° 2 CARACTERIZADO porque los volúmenes intervenidos son significativamente bajos, donde el flujo saliente (FS) se encuentra en un rango de 0,05 (Q) a 0,2 (Q) y el flujo de alimentación (FA) se encuentra en el mismo rango de 0,05 (Q) y 0,2 (Q) equilibrando los flujos del proceso.
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