PROCEDIMIENTO PARA LA OBTENCION DE SULFATOS DE ALUMINIO, ALUMINA ABRASIVA Y ALUMBRES DE POTASIO Y AMONIO A PARTIR DE POLVOS DE ELECTROFILTRO DE UN PROCESO BAYER.
Procedimiento para la obtención de sulfatos de aluminio, alúmina abrasiva y alumbres de potasio y amonio a partir de polvos de electrofiltro de un proceso Bayer que comprende las siguientes etapas:
a) lixiviación ácida del trihidrato de aluminio con ácido sulfúrico para obtener sulfato de aluminio y un residuo insoluble formado por alúmina alfa y alúminas de transición; b) ataque a sequedad con ácido sulfúrico en horno para sulfatar las alúminas de transición procedentes de la etapa anterior y obtener alúmina abrasiva y un licor ácido rico en sulfatos de aluminio; c) síntesis de alumbre por precipitación del licor obtenido en la etapa anterior con hidróxidos de amonio o de potasio o de sodio, para obtener los correspondientes alumbres y un licor residual. De utilización en procesos industriales, sobre todo en los relacionados con el aluminio
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200803252.
Solicitante: UNIVERSIDAD DE OVIEDO.
Nacionalidad solicitante: España.
Provincia: ASTURIAS.
Inventor/es: SANCHO MARTINEZ,JOSE PEDRO, AYALA ESPINA,JULIA, GARCIA COQUE,PURIFICACION, FERNANDEZ PEREZ,BEGOA.
Fecha de Solicitud: 5 de Noviembre de 2008.
Fecha de Publicación: .
Fecha de Concesión: 27 de Enero de 2010.
Clasificación Internacional de Patentes:
- C01F7/02 QUIMICA; METALURGIA. › C01 QUIMICA INORGANICA. › C01F COMPUESTOS DE BERILIO, MAGNESIO, ALUMINIO, CALCIO, ESTRONCIO, BARIO, RADIO, TORIO O COMPUESTOS DE LOS METALES DE LAS TIERRAS RARAS (hidruros metálicos C01B 6/00; sales de oxácidos de halógenos C01B 11/00; peróxidos, sales de los perácidos C01B 15/00; sulfuros o polisulfuros de magnesio, calcio, estroncio o bario C01B 17/42; tiosulfatos, ditionitos, politionatos C01B 17/64; compuestos que contienen selenio o teluro C01B 19/00; compuestos binarios del nitrógeno con metales C01B 21/06; azidas C01B 21/08; amidas metálicas C01B 21/092; nitritos C01B 21/50; fosfuros C01B 25/08; sales de los oxácidos del fósforo C01B 25/16; carburos C01B 32/90; compuestos que contienen silicio C01B 33/00; compuestos que contienen boro C01B 35/00; compuestos que tienen propiedades de tamices moleculares pero que no tienen propiedades de cambiadores de base C01B 37/00; compuestos que tienen propiedades de tamices moleculares y de cambiadores de base, p. ej. zeolitas cristalinas, C01B 39/00; cianuros C01C 3/08; sales del ácido ciánico C01C 3/14; sales de cianamida C01C 3/16; tiocianatos C01C 3/20; procesos de fermentación o procesos que utilizan enzimas para la preparación de elementos o de compuestos inorgánicos excepto anhídrido carbónico C12P 3/00; obtención a partir de mezclas, p. ej. a partir de minerales, de compuestos metálicos que son los compuestos intermedios de un proceso metalúrgico para la obtención de un metal libre C22B; producción de elementos no metálicos o de compuestos inorgánicos por electrólisis o electroforesis C25B). › C01F 7/00 Compuestos de aluminio. › Oxido de aluminio; Hidróxido de aluminio; Aluminatos.
- C01F7/46 C01F 7/00 […] › Purificación de óxido de aluminio, hidróxido de aluminio o de aluminatos.
- C01F7/74 C01F 7/00 […] › Sulfatos.
Clasificación PCT:
Fragmento de la descripción:
Procedimiento para la obtención de sulfatos de aluminio, alúmina abrasiva y alumbres de potasio y amonio a partir de polvos de electrofiltro de un proceso Bayer.
La presente invención se refiere a un procedimiento de obtención de sulfato de aluminio, alúmina abrasiva y alumbres de potasio y amonio a partir de polvos de electrofiltro recogidos en un proceso Bayer, con la consiguiente minimización de estos residuos en la industria del aluminio y su correspondiente beneficio económico.
Antecedentes de la invención
El proceso Bayer de obtención de óxido de aluminio (alúmina) utiliza como materia prima las bauxitas. El proceso consiste en varias etapas: digestión de la bauxita, previa tratamiento del mineral, en una solución acuosa caliente de sosa bajo presión seguida de una precipitación del hidrato de aluminio y finalmente una calcinación de este producto.
La Bauxita, la cual se presenta generalmente en forma de mezcla de Gibsita Al(OH)3 y Caolinita Al2Si2O5 (OH)4, es la materia prima de la cual se obtiene la alúmina; del procesamiento de ésta se obtiene el Aluminio.
Los polvos de electrofiltro a los que se refiere esta invención son un residuo generado en la última etapa del proceso Bayer de obtención de alúmina durante la calcinación del hidróxido de aluminio. Este residuo es una mezcla de alúmina e hidratos que no han completado el proceso de calcinación y que debido al tamaño de partícula, abandonan el lecho del calcinador y son recogidos en filtros electrostáticos. Actualmente los polvos, con una producción anual mundial media de 1000000 toneladas, son almacenados indefinidamente en balsas de lodos.
Los lodos rojos se caracterizan por tener óxidos de hierro, titanio y silicio, junto con otros óxidos de calcio y sodio. Estos lodos están impregnados con cantidades importantes de NaOH y son almacenados en balsas en el exterior, con el consiguiente impacto ambiental y riesgo debido a su carácter básico.
Iniciativas anteriores basadas bien en la reutilización de los polvos de electrofiltro dentro de las propias instalaciones metalúrgicas, bien en su utilización para la fabricación de alúminas abrasivas y la obtención de refractarios de mullita, resultaron inviables. En el primer caso debido a los cambios de diseño requeridos en las plantas industriales para su aprovechamiento, así como por el bajo rendimiento del producto y el empeoramiento en la producción de alúmina, y en el segundo caso por no resultar rentable el procedimiento a escala industrial.
Descripción de la invención
El objeto de la presente invención es un método que utiliza un residuo industrial como materia prima para la obtención de varios productos: sulfato de aluminio, alumbres y alúmina abrasiva. Los polvos de electrofiltro de la planta Bayer, residuo que actualmente es necesario gestionar, es un producto heterogéneo formado por trihidrato de aluminio, alúminas de transición y alúmina alfa.
El procedimiento para el aprovechamiento integral de los polvos de electrofiltro Bayer para obtener distintos productos comerciales comprende varias etapas:
1. Lixiviación ácida
La ecuación que describe la lixiviación es:
Se realiza un análisis de los polvos de electrofiltro para conocer exactamente su composición y calcular las cantidades iniciales de los reactivos: polvos de electrofiltro, agua y ácido sulfúrico, preferentemente con concentraciones entre 15% y 30% y con una relación sólido/líquido entre 25% y 35%. En una realización más preferida se hacen reaccionar en un reactor, y se agita la mezcla de forma mecánica, manteniendo la temperatura en un rango de valores entre 60ºC y 100ºC. La mezcla se agita durante el tiempo suficiente hasta conseguir la disolución del trihidrato de aluminio.
Posteriormente se filtra y se obtiene un sulfato de aluminio transparente y un residuo insoluble formado por alúmina an y alúminas de transición, que se siguen tratando. El sulfato de aluminio presenta una concentración de alúmina de acuerdo a la norma EN878 con una calidad exenta de hierro.
2. Ataque a sequedad
El residuo sólido de la primera etapa se mezcla con ácido sulfúrico preferentemente con concentración comprendida entre 50% y 90% y se introduce en un horno con una temperatura preferentemente entre 200ºC y 300ºC para que tenga lugar la sulfatación de las alúminas de transición. La mezcla se deja en el horno de 1 a 2 horas, tiempo suficiente para que tenga lugar la reacción completa.
Una vez que sale del horno se lixivia con agua entre 30ºC y 60ºC. De este modo se disuelven las alúminas de transición quedando un sólido formado solamente por alúmina alfa con tamaño medio de partícula entre 3 y 6 micras. Posteriormente se separa el sólido del líquido mediante filtración. El residuo sólido formado por alúmina alfa se utiliza como abrasivo para pulido, el líquido restante (licor) se sigue tratando en una nueva etapa para obtener alumbres.
3. Síntesis de alumbre
Las ecuaciones que describen la precipitación de los alumbres de potasio, amonio y sodio son las siguientes:
Se analiza el licor procedente de la lixiviación anterior para conocer el contenido de aluminio y los sulfatos presentes en la disolución ácida residual y se le añade la cantidad adecuada de hidróxido de potasio, de sodio o de amonio para hacer que todo el sulfato de aluminio presente en el mismo cristalice en los correspondientes alumbres de potasio, sodio o amonio.
El proceso se lleva a cabo a temperatura preferente de entre 5 y 20ºC, agitación suave y durante un intervalo de tiempo de entre 1 y 2 horas. En otra realización preferida, una vez precipitado el alumbre se procede a su filtra- ción.
En una realización específica la precipitación del alumbre de potasio se realiza con cantidades de potasa que van desde la estequiométrica hasta con un exceso del 100%, obteniéndose rendimientos superiores al 90% de recuperación.
En otra realización especifica la precipitación del alumbre de amonio se realiza con relaciones de hidróxido de amonio desde la estequiométrica hasta un exceso del 100%, obteniéndose rendimientos superiores al 90% de recuperación.
En otra realización específica la precipitación del alumbre de sodio se realiza con relaciones de sodio desde la estequiométrica hasta un exceso del 100%, obteniéndose rendimientos superiores al 90% de recuperación.
En una realización preferida el pequeño licor restante del precipitado se reutiliza en la segunda lixiviación sin necesidad de ajustar el pH.
Tras la exposición de la presente invención, las ventajas que aporta el procedimiento son:
Los productos obtenidos a través de la presente invención se obtienen a partir de un residuo industrial. Una ventaja de esta invención es evitar el costo económico de gestionar este desecho industrial sin obtener ningún beneficio, ya que queda almacenado en la balsa de lodos rojos. Se evita un problema medioambiental, al reciclar el 100% de los polvos de electrofiltro, a la vez que se fabrican productos: sulfatos de aluminio, alumbres y alúminas abrasivas semejantes a los existentes actualmente en el mercado, destinados por ejemplo a la depuración de aguas.
Permitirá sustituir materias primas de valor considerable que se pueden aplicar a otra fabricación diferente.
La fabricación de dichos productos se realiza utilizando técnicas y reactivos accesibles y de fácil manejo, no siendo necesario la utilización de equipos sofisticados para la dosificación de...
Reivindicaciones:
1. Procedimiento para la obtención de sulfatos de aluminio, alúmina abrasiva y alumbres de potasio y amonio a partir de polvos de electrofiltro de un proceso Bayer que comprende las siguientes etapas:
a) lixiviación ácida del trihidrato de aluminio con ácido sulfúrico para obtener sulfato de aluminio y un residuo insoluble formado por alúmina alfa y alúminas de transición;
b) ataque a sequedad con ácido sulfúrico en horno para sulfatar las alúminas de transición procedentes de la etapa anterior y obtener alúmina abrasiva y un licor ácido rico en sulfatos de aluminio;
c) síntesis de alumbre por precipitación del licor obtenido en la etapa anterior con hidróxidos de amonio o de potasio o de sodio, para obtener los correspondientes alumbres y un licor residual.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa de lixiviación ácida se utiliza ácido sulfúrico con una concentración entre el 15 y el 30% y con una relación sólido/líquido entre 25 a 35%.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque en la etapa de lixiviación ácida se introducen los polvos de electrofiltro de la planta Bayer y la disolución sulfúrica en un reactor a una temperatura de entre 60ºC y 100ºC y se agitan durante el tiempo suficiente para dispersar y atacar el trihidrato de aluminio y conseguir un sulfato de aluminio líquido con calidad exenta de hierro.
4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de ataque a sequedad se realiza con concentraciones de ácido sulfúrico entre el 50% y 90% en peso, a temperaturas entre 200ºC y 300ºC, durante 1 ó 2 horas y porque posteriormente se lixivia con agua entre 30 y 60ºC.
5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque en la etapa de ataque a sequedad la alúmina abrasiva obtenida tiene un tamaño de partícula de 3 a 6 micras.
6. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa de síntesis de alumbre se realiza una filtración de los precipitados tras la precipitación del alumbre.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque en la etapa de síntesis de alumbre se utilizan como sustancia precipitadora hidróxido de potasio con cantidades estequiométricas o con exceso, a temperaturas entre 5 y 20ºC para obtener alumbre de de potasio.
8. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque en la etapa de síntesis de alumbre se utiliza como sustancia precipitadora hidróxido de amonio con cantidades estequiométricas o con exceso, a temperaturas entre 5 y 20ºC para obtener alumbre de amonio.
9. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque en la etapa de síntesis de alumbre se utiliza como sustancia precipitadora hidróxido de sodio con cantidades estequiométricas o con exceso, a temperaturas entre 5 y 20ºC para obtener alumbre de sodio.
10. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa c) del proceso se recoge el licor sobrante y se reutiliza en la lixiviación.
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