Proceso de producción de trihidrato de alúmina por ataque alcalino de la bauxita según el proceso Bayer,

que incluye la molienda, y luego el ataque (A) de dicha bauxita molida por contacto con un licor (4) de aluminato de sodio, el ataque conduce a la formación de una suspensión (20) que se diluye (D) y que se somete a un tratamiento para separar (E; F) los residuos insolubles (40) del licor (2) de aluminato de sodio, el licor de aluminato sobresaturado así obtenido luego es descompuesto (P) y luego reciclado como licor de ataque (4) después de haber sido separado del trihidrato de alúmina (100) precipitado durante la descomposición, la separación del licor de aluminato y de los residuos insolubles es realizada mediante un dispositivo de separación líquido-sólido tal como un decantador-espesador (E; W2; DC), un decantador centrífugo o un filtro, caracterizado porque, para acelerar y mejorar la separación del licor de aluminato de sodio y de los residuos insolubles de granulometría estrictamente inferior a 106 µm dentro de la suspensión (21a; 41; 230'') que contiene dicho licor de aluminato de sodio y dichos residuos insolubles y que alimenta dicho o resulta de dicho dispositivo de separación líquido-sólido (E; W2; DC), se pasa al menos parcialmente dicha suspensión ( 21a; 41; 230'') por un hidrociclón (H1; H21; H22; H3)

Perfeccionamiento del proceso Bayer de producción de trihidrato de alúmina, dicho perfeccionamiento se refiere a la separación del licor de aluminato y de los residuos insolubles.

Ámbito técnico

La invención se refiere a un perfeccionamiento del proceso de fabricación de trihidrato de alúmina por ataque alcalino de bauxita según el proceso Bayer. Se refiere más particularmente a las diferentes técnicas de separación liquido/sólido utilizadas para extraer los residuos insolubles resultantes del ataque que se presentan en forma de partículas de pequeña dimensión (D50 netamente inferior a 100 µm, típicamente inferior a 20 µm).

Estado de la técnica

El proceso Bayer, ampliamente descrito en la literatura especializada, constituye la técnica esencial de producción de alúmina destinada a ser transformada en aluminio por electrólisis ignea o a ser utilizada en estado de hidrato, de alúmina de transición, de alúmina calcinada, de alúmina sinterizada o fundida, en las numerosas aplicaciones que competen al ámbito de las alúminas técnicas. Según este proceso, el mineral de bauxita es molido y luego atacado en caliente por medio de una solución acuosa de hidróxido de sodio de concentración apropiada, que provoca así la solubilización de la alúmina y la obtención de una suspensión constituida por partículas de residuo no atacado bañada en una solución de aluminato de sodio, llamada "licor de aluminato". Esta suspensión luego es diluida y sometida a un tratamiento para separar, en general por decantación, los residuos no atacados del licor de aluminato. El licor resultante de esta separación se encuentra en un estado de sobresaturación que conduce a la precipitación del trihidrato de alúmina, fenómeno llamado "descomposición". Después de la descomposición el licor de aluminato de sodio, empobrecido en hidrato de alúmina por el hecho de la precipitación, es reciclado después de la concentración hacia el ataque del mineral.

Después del ataque y de la dilución, la suspensión posee todos los residuos insolubles de la bauxita. La mayor parte es en forma de lodo muy fino (lodos rojos) que provienen de la desagregación durante el ataque del constituyente aluminoférrico de la bauxita y su granulometría es más o menos independiente de las condiciones de molido previo de la bauxita; el tamaño de los granos elementales está comprendido entre 0,1 y 20 µm. A veces, con ciertas calidades de bauxita, y más particularmente si el molido no fue impelido, se observan una cierta cantidad de residuos más groseros (diámetro típicamente superior a 106 µm), llamados "arenas", más ricos en Fe₂O₃ y menos ricos en SIO₂ que los lodos rojos. Estas arenas provienen por ejemplo del agotamiento por la sosa de los pisolitos ferruginosos muy abundantes en ciertas bauxitas. Cuando su proporción sobrepasa algunos %, se separan estas arenas sin dificultad particular mediante aparatos clásicos de la industria minera tales como clasificadores por rastrillos, separadores por husillo o, como se indica en DE 199 03 011, hidrociclones asociados a una criba de escurrimiento vibrante. La separación de estas arenas no está comprendida por la presente invención.

Sin embargo, dada la granulometría mucho más fina de las partículas que los componen, los lodos rojos son más difíciles de separar y de lavar. Se utiliza actualmente en la industria de la alúmina esencialmente la técnica de sedimentación, realizada en decantadores-espesadores de marcha continua. La sedimentación está asociada a dos fenómenos: la decantación propiamente dicha, o clarificación, destinada a la separación de los licores exentos de lodos y el espesamiento de los lodos depositados, que condiciona la eficacia de su lavado ulterior.

Varios factores influyen en la velocidad de decantación: factores físicos simples que rigen la caída de partículas dentro de una suspensión (diámetro de las partículas, densidad y viscosidad del líquido, etc.) y fenómenos de floculación (agregación de las partículas) complejas y extremamente variables según el origen de la bauxita atacada. La adición de agentes floculantes permite aumentar muy notoriamente las velocidades de decantación. Así, por ejemplo, EP 0 618 882 (ALCAN) propone la adición de un floculante a base de acrilamida y/o acrilato de sodio, WO97/41065 (CYTEC) propone el empleo de hidroxamatos con peso molecular elevado (superior a 10000, preferentemente 1 000 000), WO99/30794 (NALCO) propone el empleo de un polímero de alto peso molecular a base de metilacrilato y ácido acrílico, WO99/61129 (NALCO) propone como floculante una mezcla dextrán+almidón. A pesar del costo suplementario y los efectos secundarios a veces molestos de algunos de estos aditivos, esta práctica está generalizada en la actualidad.

La aptitud para el espesamiento de los lodos, es decir, la posibilidad de dar por asentamiento suspensiones de concentración máxima de materia seca, es una propiedad específica del lodo, y en consecuencia de la bauxita de la que resulta. En las condiciones habituales, es en general esta aptitud para el espesamiento que es el elemento preponderante del régimen de un decantador, del cual una característica de marcha está definida por la relación K entre el volumen de licor claro que sale del decantador y el volumen del licor impregnado en el lodo extraído.

Finalmente, con esta técnica de sedimentación, el lavado metódico de los lodos se efectúa por diluciones y decantaciones sucesivas, con circulación a contracorriente de los lodos y del agua de lavado. La eficacia del lavado es función de la cantidad de agua utilizada, de la constante de espesamiento K de los decantadores-lavadores atravesados y del número de lavados sucesivos efectuados. El agua de lavado se enriquece progresivamente en sosa y en aluminato de sodio arrastrados por los lodos. Al final de su recorrido en la cadena de lavado, el agua, después de haber sido utilizada para el lavado de los lodos resultantes de la decantación de la suspensión después del ataque, se presenta en forma de un licor de aluminato de sodio diluido (claro del primer decantador-lavador) que está en general dirigido hacia la salida de ataque para diluir la suspensión: se recupera así una parte de la sosa arrastrada en los lodos rojos. Sin embargo, la dilución no debe ser demasiado importante porque el licor debe ser, después de la descomposición, concentrado por evaporación para ser reciclado como licor de ataque. Por lo tanto hay interés en reducir al mínimo la cantidad de agua de lavado reintroducida por la dilución. La solución más económica debe resultar de un compromiso entre la cantidad de agua utilizada, el número de lavados adoptado y el espesamiento obtenido en cada decantación de la cadena de lavado. Para disminuir la cantidad de agua consumida (por lo tanto la energía necesaria para evaporarla), se debe buscar un espesamiento eficaz de los lodos, lo que siempre es difícil de obtener con la fina granulometría de los lodos rojos.

Por otra parte, se desarrollaron técnicas de separación alternativas a la sedimentación. Se buscó reemplazar el decantador-espesador por un dispositivo que permite realizar más rápidamente la separación entre sólido y líquido, por ejemplo un decantador centrífugo. Por vía de una preparación particular de la suspensión, la separación también puede ser efectuada por filtración, como lo muestra la solicitud FR 2 846 319 del solicitante, en la que la bauxita molida es mezclada con el licor de aluminato ya llevado a una temperatura próxima a la temperatura de ebullición, lo que tiene por efecto sorprendente mejorar ampliamente la facilidad de filtración de la suspensión que resulta. Es factible así un proceso tal de reemplazo del decantador-espesador por una serie de filtros clásicos que funcionan en vacío y bajo presión.

Problema planteado

El solicitante buscó, independientemente de la bauxita utilizada y sin aumentar el consumo de floculantes, acelerar y mejorar la separación líquido/sólido de la suspensión que contiene el licor de aluminato y los residuos insolubles.

Acelerar la separación lleva a aumentar la velocidad de extracción de los residuos sólidos que resultan del ataque de dicha bauxita, en particular los que se presentan en forma de partículas muy difíciles de separar, es decir aquellas cuya granulometría es inferior a 100 µm. Aumentar la velocidad de extracción de estos residuos permite disminuir el tiempo de permanencia del licor de aluminato sobresaturado entre la dilución y la descomposición. Disminuir el tiempo de permanencia del licor sobresaturado entre la dilución y la...

1. Proceso de producción de trihidrato de alúmina por ataque alcalino de la bauxita según el proceso Bayer, que incluye la molienda, y luego el ataque (A) de dicha bauxita molida por contacto con un licor (4) de aluminato de sodio, el ataque conduce a la formación de una suspensión (20) que se diluye (D) y que se somete a un tratamiento para separar (E; F) los residuos insolubles (40) del licor (2) de aluminato de sodio, el licor de aluminato sobresaturado así obtenido luego es descompuesto (P) y luego reciclado como licor de ataque (4) después de haber sido separado del trihidrato de alúmina (100) precipitado durante la descomposición, la separación del licor de aluminato y de los residuos insolubles es realizada mediante un dispositivo de separación líquido-sólido tal como un decantador-espesador (E; W2; DC), un decantador centrífugo o un filtro, caracterizado porque, para acelerar y mejorar la separación del licor de aluminato de sodio y de los residuos insolubles de granulometría estrictamente inferior a 106 µm dentro de la suspensión (21a; 41; 230') que contiene dicho licor de aluminato de sodio y dichos residuos insolubles y que alimenta dicho o resulta de dicho dispositivo de separación líquido-sólido (E; W2; DC), se pasa al menos parcialmente dicha suspensión ( 21a; 41; 230') por un hidrociclón (H1; H21; H22; H3).

2. Proceso según la reivindicación 1 caracterizado porque se toma al menos una alícuota de suspensión (21a) después del ataque y dilución que se pasa por al menos un hidrociclón (H1) caracterizado porque el diámetro (d_ss) de la tobera de underflow es superior a 90% del diámetro (d_SR) de la tobera de overflow, preferentemente comprendido entre 90% y 110% de dicho diámetro de tobera de overflow.

3. Proceso según la reivindicación 2 en el que los residuos insolubles (40) del licor de aluminato de sodio son separados mediante un decantador-espesador (E) y en el que dicha alícuota de suspensión (21a) diluida después del ataque pasa en al menos un hidrociclón (H1) arriba de dicho decantador-espesador.

4. Proceso según la reivindicación 3 en el que se agrega floculante (75) en dicha alícuota (21a) de suspensión diluida y en el que el licor sobresaturado (81) resultante del overflow de dicho hidrociclón (H1) es dirigido hacia la cadena de descomposición (P) sin pasar por el decantador-espesador (E), los lodos resultantes del underflow (82) de dicho hidrociclón son dirigidos hacia el decantador-espesador (E).

5. Proceso según la reivindicación 3 en el que se reporta la dilución de la suspensión abajo del decantador-espesador, por ejemplo diluyendo el licor sobresaturado (1'') que llega al nivel de la filtración de seguridad (F).

6. Proceso según la reivindicación 1 caracterizado porque se toma al menos una alícuota de suspensión después del ataque que se pasa por al menos un hidrociclón (H21), el underflow (23) es dirigido directamente hacia los lodos del underflow (40'') del dispositivo de separación existente (E) y el overflow (22) es dirigido hacia la alimentación del dispositivo de separación existente (E), que diluye así la otra alícuota (21d) de la suspensión que es directamente vertida en el dispositivo existente (E).

7. Proceso según la reivindicación 6 en el que la toma de la suspensión después del ataque es efectuada después de la disminución de cáustica y después del agregado de floculante.

8. Proceso según la reivindicación 1 caracterizado porque el lodo de residuos insolubles (40) es extraído cuando llega a un contenido de materia seca superior a 400 g/l para luego ser lavado a contracorriente en una cadena de decantadores-lavadores (W1, W2, W3,... Wq-1, Wq) y en el que se introduce al menos un hidrociclón (H22) en el circuito que lleva a contracorriente el agua de lavado (68, 68 a) de un primer decantador-lavador (W3) hacia un segundo decantador-lavador (W2) situado arriba (sentido de circulación de los lodos) del primer decantador-lavador.

9. Proceso según la reivindicación 8 en el que al menos una alícuota (68a) del agua de lavado (68) que proviene del decantador-lavador (W3) situado más abajo de un decantador-lavador (W2) es mezclada con los lodos del underflow (41) del decantador (W1) arriba de dicho decantador-lavador y en el que dicha mezcla (90) es introducida en al menos un hidrociclón (H22) cuyo overflow (91) alimenta dicho decantador-lavador (W2) y los lodos espesados del underflow (92) son mezclados con los del underflow (42) de este mismo decantador-lavador, la mezcla (93) es dirigida hacia el decantador-lavador (W3) abajo.

10. Proceso según la reivindicación 1 en el que se toma al menos una alícuota (21a) de suspensión después del ataque y dilución que se pasa por al menos un hidrociclón (H1) siguiendo el proceso de cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, la otra alícuota (21c) puede eventualmente pasar por al menos un hidrociclón (H21) siguiendo el proceso según la reivindicación 6 o 7, y en el que el lodo de residuos insolubles (40') es extraído para luego ser lavado a contracorriente en una cadena de decantadores-lavadores (W1, W2, W3, ..., Wq-1, Wq) dentro de la que se introduce al menos un hidrociclón (H22) siguiendo el proceso según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 9.

11. Proceso según la reivindicación 1 en el que el agua de la cadena de lavado de los residuos insolubles resultantes del ataque de la bauxita es caustificada por pasaje en un recipiente reactor (C) en el que se vierte cal (200), la mezcla es mantenida durante un tiempo suficiente para que precipitados de carbonato de calcio se formen, y luego es dirigida hacia un decantador de caustificación (DC) para separar dicha agua de lavado de dichos precipitados, caracterizado porque se asocia el decantador de caustificación (DC) con al menos un hidrociclón (H3), alimentando el o dichos hidrociclones con los lodos de underflow (230') del decantador de caustificación (DC).

12. Proceso según la reivindicación 11 en el que el overflow (240) del o de los hidrociclones (H3) es dirigido hacia la cadena de lavado al nivel del decantador-lavador (W1) situado arriba del decantador lavador (W2) cuyo claro fue extraído para caustificación y en el que los lodos del underflow (250) del o de los hidrociclones son en parte (250b) reciclados hacia el reactor de caustificación (C) y en parte (250a) mezclados con los lodos (48) que salen de uno (W_n-2) de los últimos decantadores-lavadores de la cadena de lavado.