Tratamiento de minerales.

Un procedimiento para tratar una materia prima, que comprende un mineral y/o un óxido/silicato de metal derivado de un mineral o asociado con el mismo

, en donde el procedimiento comprende tratar la materia prima haciendo reaccionar, en un paso de reacción, el mineral y/o el óxido/silicato de metal derivado de un mineral o asociado con el mismo, con un fluoruro de ácido de amonio que tiene la fórmula genérica NH4F·xHF, en la que 1< x ≤ 5, y que es un líquido, para producir un compuesto de fluorometalato de amonio como un producto de reacción.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/IB2010/054067.

Solicitante: THE SOUTH AFRICAN NUCLEAR ENERGY CORPORATION LIMITED.

Nacionalidad solicitante: Sudáfrica.

Dirección: Pelindaba 0250 Brits SUDAFRICA.

Inventor/es: NEL, JOHANNES, THEODORUS, DU PLESSIS,WILHELMINA, CROUSE,PHILIPPUS LODEWYK, LE ROUX,JOHANNES PETRUS, RETIEF,WILLEM DEMPERS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO... > PRODUCCION O AFINADO DE METALES (fabricación de... > Obtención de metales refractarios > C22B34/12 (Obtención de titanio)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO... > PRODUCCION O AFINADO DE METALES (fabricación de... > Extracción de compuestos metálicos por vía húmeda... > C22B3/10 (Acido clorhídrico)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO... > PRODUCCION O AFINADO DE METALES (fabricación de... > Obtención de metales refractarios > C22B34/24 (Obtención de niobio o tántalo)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO... > PRODUCCION O AFINADO DE METALES (fabricación de... > Obtención de metales refractarios > C22B34/10 (Obtención de titanio, circonio o hafnio)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO... > PRODUCCION O AFINADO DE METALES (fabricación de... > Obtención de metales refractarios > C22B34/14 (Obtención de circonio o hafnio)

PDF original: ES-2527469_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Tratamiento de minerales

La presente invención se refiere, en términos generales, al tratamiento de minerales. En particular, se refiere a un procedimiento para tratar un mineral y/o un óxido/silicato de metal derivado de un mineral o asociado con el mismo.

Para fabricar productos químicos downstream [de la fase final; es decir, de refinado, venta y distribución] a partir de minerales naturales o para obtener metales a partir de minerales como material de partida, el mineral debe ser solubilizado, y los productos intermedios solubilizados que se forman se deben purificar, para adecuarse, entre otras, a las especificaciones referidas a la pureza, conforme lo exigen las aplicaciones de uso final. El metal circonio de grado nuclear, por ejemplo, tiene que cumplir hasta las más estrictas especificaciones de pureza. Por lo general, para el metal circonio de grado nuclear, se requiere un contenido de hafnio menor que 1 ppm, desde una perspectiva de la absorción neutrónica térmica por sección transversal. Requisitos de pureza similares se aplican al fluoruro de aluminio empleado como precursor para la producción de aluminio y en la industria del vidrio de fluoroaluminato, así como también, para los compuestos de tantalio y niobio usados en la industria de la electrónica. Sin embargo, los minerales tales como circón, bauxita, tantalita, pirocloro e ilmenita son miembros de un grupo de minerales que contienen silicatos y óxidos de metales en abundancia natural y que son notablemente difíciles de solubilizar. Típicamente, para conseguir solubilizar dichos materiales se requieren una digestión a altas temperaturas en ácidos concentrados, durante largos periodos, procedimientos de fusión alcalina a altas temperaturas o procedimientos de carbocloración a altas temperaturas. De tal modo, estos minerales, así como también, los óxidos y silicatos de los elementos asociados con ellos, son extremadamente inertes y difíciles de solubilizar.

El documento con el número RU 2.365.647 revela la fluoración de materias primas que contienen titanio, tales como FeT¡C>3, mediante el uso de fluoruro de amonio, bifluoruro de amonio o sus mezclas. No involucra el uso de un fluoruro de ácido de amonio, el cual es un líquido.

Constituye un objeto de la presente invención proveer un medio por el cual diversos minerales naturales, así como también sus silicatos y óxidos de metales asociados, se puedan tratar más fácilmente, a fin de obtener a partir de ellos, productos intermedios y finales de utilidad.

Por consiguiente, de acuerdo con la invención, se provee un procedimiento para tratar una materia prima, que comprende un mineral y/o un óxido/silicato de metal derivado de un mineral o asociado con el mismo, en donde el procedimiento comprende tratar la materia prima haciendo reaccionar, en un paso de reacción, el mineral y/o el óxido/silicato de metal derivado de un mineral o asociado con el mismo, con un fluoruro de ácido de amonio, que tenga la fórmula genérica NH4FxHF, en la que 1 < x < 5, y que es un líquido, para obtener un compuesto de fluorometalato de amonio, como un producto de reacción.

Por óxido/silicato de metal debe entenderse un óxido de metal, un silicato de metal o tanto un óxido de metal como un silicato de metal.

La materia prima puede comprender un mineral basado en bióxido de circón (circonia), por ejemplo, circonio y/o un óxido/silicato de metal derivado de un mineral basado en bióxido de circón, por ejemplo bióxido de circón y/o sílice. En cambio, la materia prima puede comprender un mineral seleccionado entre tantalita, columbita, pirocloro, ilmenita, rutilo, monacita, bauxita y mezclas de dos cualesquiera de ellos o más y/o un óxido/silicato de metal derivado de tal mineral. Más aún, la materia prima puede comprender una mezcla de diferentes óxidos de metales y/o diferentes silicatos de metales asociados con minerales, que pueden ser los minerales antes descritos. El mineral tantalita tiene la fórmula genérica [(Fe,Mn)(Ta,Nb)26j, en tanto que el pirocloro normalmente se formula como (Na,Ca)2Nb2C>6(OFI,F).La bauxita es un mineral que contiene aluminio y silicio; la ilmenita contiene hierro y titanio, y el rutilo contiene óxido de titanio (titania). Los inventores han hallado que todas estas materias primas difíciles de solubilizar son asombrosamente susceptibles a formar fluorometalatos de amonio cuando se las trata con fluoruro de ácido de amonio, de acuerdo con la invención. Se espera, además, como también se indicará en la presente más adelante, que los fluoruros de metal formados por el tratamiento de acuerdo con el procedimiento de la Invención se puedan separar y/o purificar por la volatilización selectiva de los mismos.

Tal como se ha mencionado en la presente con anterioridad, el fluoruro de ácido de amonio en un líquido. En consecuencia, el procedimiento es un proceso que se lleva a cabo en condiciones de humedad, en particular porque normalmente se usa un excedente estequiométrico del fluoruro de ácido de amonio.

Cuando la materia prima está basada en bióxido de circón, puede comprender circón disociado, Zr2S¡2 o DZ [dissociated zircón]. El paso de reacción puede continuar luego de acuerdo con una reacción 1.1, en la que x = 1,5 (no equilibrada):

Zr2-Si2 + NH4F-1,5HF (NH4)3ZrF7 + (NH4)2SiF6 + H2 1.1

Por ende, (NH4)3ZrF7 y (NH4)2SiF6 se obtienen como productos de reacción.

En cambio, cuando la materia prima está basada en bióxido de circón, puede comprender circón disociado que esté

desilicatado al menos parcialmente, el cual tiene un componente de bióxido de circón desilicatado, ZrC>2. El componente de bióxido de circón desilicatado puede reaccionar entonces de acuerdo con la reacción 1.2 (sin equilibrar), en que x = 1,5:

Zr2 + NH4F-1,5HF->(NH4)3ZrF7 + H2 1.2

Así, se obtiene (NH4)3ZrF7 como un producto de reacción. La materia prima puede comprender circón disociado parcialmente desilicatado o circonio disociado totalmente desilicatado. Se apreciará que cuando el circón disociado está solo parcialmente desilicatado, también se formará algo de (NH4)2SiF6 como un producto de reacción.

El circón disociado y el circón disociado parcial o totalmente desilicatado son entonces óxidos de metales derivados del mineral circonio.

Tratamiento de los minerales

El circón disociado, cuando se usa, puede obtenerse mediante cualquier procedimiento adecuado, particularmente mediante un procedimiento térmico. Así, por ejemplo, se pude obtener destruyendo la matriz cristalina del circón (ZrS¡4) calentándola a una temperatura elevada, en un horno de plasma o un generador de plasma, en condiciones oxidantes, inertes o reductoras. El circón es un mineral disponible en abundancia y a un coste relativamente bajo, pero es químicamente inerte. Por tanto, el mineral circón inerte es apto para el procesamiento químico según la invención, mediante la disociación del plasma. Durante la disociación del plasma, el circón se disocia en fases minerales separadas de bióxido de circón (Zr2) y sílice (S¡2), en donde el producto se designa comúnmente como circón disociado (DZ, dissociated zircon), circón disociado del plasma (PDZ, plasma dissociated zircon), o Zr2- S¡2.

La reacción, para el PDZ, se puede llevar a cabo a una temperatura inferior a unos 15 °C, típicamente comprendida entre aproximadamente 5 °C y aproximadamente 1 °C; por ejemplo, a una temperatura cercana a los 55 °C, formándose (NPI4)3ZrF7 y (NH4)2SiF6 como productos de reacción de acuerdo con la reacción (1.1). El periodo de reacción se establecerá, entre otras cosas, según la materia prima utilizada. De esta manera, para el PDZ, puede variar entre unos pocos segundos por ejemplo, 5-1 segundos y 5 minutos; típicamente... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un procedimiento para tratar una materia prima, que comprende un mineral y/o un óxido/silicato de metal derivado de un mineral o asociado con el mismo, en donde el procedimiento comprende tratar la materia prima haciendo reaccionar, en un paso de reacción, el mineral y/o el óxido/silicato de metal derivado de un mineral o asociado con el mismo, con un fluoruro de ácido de amonio que tiene la fórmula genérica NH4FxHF, en la que 1 < x < 5, y que es un liquido, para producir un compuesto de fluorometalato de amonio como un producto de reacción.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que la materia prima comprende un mineral basado en bióxido de circón y/o óxido/silicato de metal derivado de un mineral basado en bióxido de circón.

3. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que la materia prima comprende un mineral seleccionado entre tantalita, columblta, plrocloro, ilmenlta, rutilo, monacita, bauxita y mezclas de dos cualesquiera o más de los mismos y/o un óxido/silicato de metal que deriva de dicho mineral.

4. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que la materia prima comprende una mezcla de óxidos de metales diferentes y/o silicatos de metal diferentes asociados con los minerales.

5. Un procedimiento según la reivindicación 2, en el que la materia prima comprende circón disociado, Zr2Si2, donde el paso de reacción procede de acuerdo con la reacción 1.1, en la que x = 1.5:

Zr2-S¡2 + NH4F-1,5HF - (NH4)3ZrF7 + (NH4)2SIF6 + H2 1.1

Por ende, (NH4)3ZrF7 y (NH4)2SiF6 se obtienen como productos de reacción.

6. Un procedimiento según la reivindicación 2, en el que la materia prima comprende circón disociado desilicatado al menos parcialmente, que tiene un componente de bióxido de circón desilicatado, Zr2, en donde el componente de bióxido de circón desilicatado reacciona luego de acuerdo con la reacción 1.2, en la que x = 1,5:

Zr2+ NH4F-1,5HF (NH4)3ZrF7+ HzO 1.2

Así, se obtiene (NH4)3ZrF7 como un producto de reacción.

7. Un procedimiento según la reivindicación 6, en el que reacción se lleva a cabo a una temperatura inferiora 15 °C aproximadamente.

8. Un procedimiento según la reivindicación 6 o la reivindicación 7, en el que la reacción se lleva a cabo durante un periodo de reacción comprendido entre unos pocos segundos y 5 minutos.

9. Un procedimiento según la reivindicación 3, en el que la materia prima comprende óxido de tantalio, que está fluorado con el fluoruro de ácido de amonio, de acuerdo con la reacción 1.3 en la que x = 2,5:

Ta25 + 4NH4F-2,5HF - 2(NH4)2TaF7 + 5H2 1.3

Así, se obtiene (NH4)2TaF7 como un producto de reacción.

1. Un procedimiento según la reivindicación 3, en el que la materia prima comprende ilmenita, que está fluorada con el fluoruro de ácido de amonio, de acuerdo con la reacción 1.4 en la que x = 2:

FeTiOs + 3NH4F.2HF - (NH4)2TiF6 + FeF2 + 3H2 + NH4F 1.4

11. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 1 inclusive, que incluye tratar térmicamente el compuesto del producto de reacción de fluorometalato de amonio, para llevar a cabo la descomposición térmica del mismo, para formar así el fluoruro anhidro.

12. Un procedimiento según la reivindicación 11, en el que el tratamiento térmico del compuesto de fluorometalato de amonio se efectúa a una temperatura superior a 3 °C aproximadamente, en donde el compuesto de fluorometalato de amonio se descompone térmicamente en el correspondiente fluoruro y NH4F, y donde el amoníaco, NH3, y el fluoruro de hidrógeno, HF, se liberan a partir del NH4F como otros productos de descomposición.

13. Un procedimiento según la reivindicación 12, que se lleva a cabo en un reactor cerrado, para evitar la pérdida de los componentes gaseosos.

14. Un procedimiento según la reivindicación 13, en el que el reactor es un horno rotativo.

15. Un procedimiento según la reivindicación 5, en el que la reacción se realiza a una temperatura inferior a 15 °C aproximadamente.

16. Un procedimiento según la reivindicación 5 o la reivindicación 15, en el que la reacción se lleva a cabo durante

un periodo de reacción de entre 5 segundos y 5 minutos.

17. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5, 15 o 16, que incluye tratar térmicamente el compuesto del producto de reacción de fluorometalato de amonio para efectuar la descomposición térmica del mismo, para formar así un fluoruro anhidro.

18. Un procedimiento según la reivindicación 17, en el que el tratamiento térmico del compuesto de fluorometalato de amonio se efectúa a una temperatura superior a 3 °C aproximadamente, donde el compuesto de fluorometalato de amonio se descompone térmicamente en el correspondiente fluoruro y NH4F, y donde el amoníaco, NH3, y el fluoruro de hidrógeno, HF, se liberan a partir del NFI4F como otros productos de descomposición.

19. Un procedimiento según la reivindicación 17 o con la reivindicación 18, en el que el tratamiento térmico incluye un primer paso de tratamiento térmico, posterior al paso de reacción, y que antecede a la descomposición térmica del compuesto de fluorometalato de amonio, que constituye un segundo paso de tratamiento térmico.

2. Un procedimiento según la reivindicación 19, en el que el primer paso de tratamiento térmico comprende la volatilización del (NFi4)2SiF6 a una temperatura variable entre aproximadamente 25 °C y alrededor de 3 °C de acuerdo con la reacción 3:

(NFÍ4)2S¡F6(s) ^ (NFi4)2S¡F6(g) 3

21. Un procedimiento según la reivindicación 19 o la reivindicación 2, que se lleva a cabo en un reactor cerrado, para evitar la pérdida de los componentes gaseosos.

22. Un procedimiento según la reivindicación 21, en el que el reactor tiene tres zonas de temperatura adyacentes y diferenciadas, de manera tal que el paso de reacción, el primer paso de tratamiento térmico y el segundo paso de tratamiento térmico, cada uno de ellos, tengan lugar en una zona de temperatura separada, en las que los productos de reacción pasan secuencialmente de una zona a la otra, en donde el paso de reacción se efectúa en una primera zona de temperatura relativamente fría, el primer paso de tratamiento térmico se efectúa en una segunda zona de temperatura, que se encuentra a una temperatura mayor que la primera zona de temperatura, y el segundo paso de tratamiento térmico se efectúa en una tercera zona de temperatura, adyacente a la segunda zona de temperatura y que se encuentra a una temperatura mayor que la segunda zona de temperatura.

23. Un procedimiento según la reivindicación 21 o la reivindicación 22, en el que el reactor es un horno rotativo.