Procedimiento para la caustificación de licores Bayer en una refinería de alúmina,

incluyendo el procedimiento las etapas de: añadir un inhibidor adecuado a un licor Bayer para estabilizar la formación de una especie de hidrocalumita durante la caustificación para inhibir la reacción no deseable de la especie de hidrocalumita para formar aluminato tricálcico, pudiéndose aumentar la relación C/S del licor alcanzable, en donde "C" es la suma de las concentraciones de aluminato de sodio e hidróxido de sodio expresada como una concentración equivalente de carbonato de sodio y "S" es la suma de "C" y la concentración real de carbonato de sodio expresada como una concentración equivalente de carbonato de sodio

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento perfeccionado y a un aparato para la caustificación de licores Bayer en una refinería de alúmina y se refiere en particular, aunque no de manera exclusiva, a un procedimiento en el que se incrementa de modo significativo la relación C/S que puede alcanzarse y/o en el que pueden conseguirse eficiencias sustancialmente mejoradas en el uso de la cal y/o menores pérdidas de alúmina.

Antecedentes de la invención

En el procedimiento Bayer para la producción de alúmina se prepara una solución concentrada de aluminato de sodio mediante trituración y digestión de bauxita en una solución cáustica, por lo general en condiciones de temperatura y presión incrementadas. Después de la clarificación de la lechada, se enfría la solución concentrada de aluminato de sodio y se siembra con cristales de gibsita, haciendo que la gibsita cristalice a partir de la solución. La gibsita se calcina para producir alúmina mientras que el licor consumido (o “gastado”) se recicla para digerir más bauxita.

Durante la digestión, parte de la solución cáustica se consume en el curso de reacciones no deseadas con las impurezas que hay dentro de la bauxita, reduciendo la productividad del licor. Una de las más importantes de estas reacciones da como resultado la formación de carbonato de sodio, que surge a partir de la disolución de carbonatos inorgánicos dentro de las fases de mineral presentes o a partir de reacciones de degradación térmica u oxidativa de compuestos orgánicos, A menos que se controle, con cada ciclo del licor a lo largo del procedimiento continuará aumentando la concentración de carbonato de sodio, con la correspondiente reducción de la capacidad del licor para digerir la gibsita o la boehmita procedentes de la bauxita.

La técnica más común para controlar la concentración de carbonato de sodio en los licores del procedimiento Bayer es la caustificación, usando cal viva o bien cal apagada. Este procedimiento puede llevarse a cabo dentro del propio circuito de digestión (introduciendo cal con la bauxita) o, lo que es más habitual, como un procedimiento de corriente lateral. La adición de cal directamente con la bauxita no es habitual excepto cuando hace falta cal para controlar otras impurezas (tales como titanio o fósforo), ya que los licores muy concentrados contribuyen a que la eficiencia sea baja. Salvo que la temperatura sea muy alta, la mayor parte de la cal experimenta reacciones laterales con el aluminato en solución para dar distintas especies de aluminato de calcio, en particular aluminato tricálcico (ATC, que en la industria cementera se designa a menudo como C3A).

En la caustificación de corriente lateral más frecuente se hace reaccionar una corriente de licor diluido (tomada por lo general de una de las etapas de lavado de lodos) con una lechada de cal apagada, por lo general cerca de la temperatura de ebullición atmosférica del licor combinado. De manera alternativa, a veces se añade la lechada directamente a la torre de lavado de lodos. La cantidad de carbonato de sodio convertida y la eficiencia del uso de cal dependen de muchas variables, pero en la mayoría de las refinerías la eficiencia de la cal está en las cercanías del 50 al 70 %.

En la industria del aluminio es habitual referirse al nivel de impurezas de carbonato del licor en términos de la relación entre solución caustica y sosa, o ‘C/S'. ‘C' se refiere aquí a la suma de las concentraciones de aluminato de sodio e hidróxido de sodio, expresadas en forma de la concentración equivalente de carbonato de sodio. La concentración ‘S' se refiere a la suma de ‘C' y la concentración real de carbonato de sodio, expresándose a su vez también esta suma como la concentración equivalente de carbonato de sodio. De esto puede verse que un procedimiento Bayer totalmente caustificado (libre de carbonatos) tendrá una relación C/S de 1,00. Por lo general, la relación C/S de la corriente de licor concentrado en muchas refinerías de alúmina está en el intervalo de 0,8 a 0,85. Es difícil conseguir relaciones C/S superiores a estas ya que los procedimientos de caustificación que se usan en la actualidad son incapaces de eliminar por completo todo el carbonato de sodio de las corrientes de licor que se alimentan. Por ejemplo, un licor con una concentración S de 135 g/l caustificará por lo general sólo hasta una relación C/S de aproximadamente 0,890. Esta limitación surge como consecuencia de que la puesta en práctica tradicional de la reacción de caustificación con cal apagada está controlada por diversos equilibrios complejos, incluida una reacción competitiva que implica al ión de aluminato en la que se forma ATC.

Por el contrario, la reacción de caustificación de soluciones puras mezcladas de carbonato de sodio e hidróxido de sodio con cal apagada es bastante sencilla. La concentración final de los iones hidróxido y carbonato es función de las actividades de las diversas especies iónicas que hay presentes, en equilibrio con las fases sólidas de hidróxido de calcio y carbonato de calcio. La reacción se puede describir por medio de la siguiente ecuación:

**(Ver fórmula)**

Se ha supuesto por lo general que la anterior reacción también es aplicable cuando la caustificación se lleva a cabo en licores del procedimiento Bayer. Sin embargo, se sabe desde hace algún tiempo que el hidróxido de calcio reacciona rápidamente con el ión aluminato, al parecer para formar ATC. Se cree en general que la formación del ATC se produce a través de uno o los dos siguientes mecanismos: una reacción competitiva simultánea en la que el hidróxido de calcio reacciona directamente con el ión aluminato para forma ATC [Chaplin, N.T., Light Metals (1971), 47-61], o una reacción “de regresión” en la que el carbonato de calcio formado durante la caustificación reacciona con el aluminato. Sin embargo, algunos autores han propuesto que la caustificación de licores Bayer se produce a través de un “producto intermedio de aluminato tricálcico hidratado” [Young, R.C., Light Metals (1982), 97-117] o una fase “carboaluminato” [Lectard, A.; Travaux ICSOBA, 12 (17), (1982), 149-156] y que se forma ATC a medida que este material envejece.

Independientemente del mecanismo propuesto, la caustificación tal como se practica en el procedimiento Bayer ha sido ineficaz en términos de la C/S conseguida y en la eficiencia del uso de la cal. Además, una pobre eficiencia en el uso de la cal también significa que se consumen cantidades considerables de iones aluminato en la formación de ATC. Esto puede representar una pérdida importante de producción de alúmina.

Se han propuesto a lo largo de los años diversos procedimientos de caustificación con el objeto de mejorar la eficiencia de la cal. Sin embargo, estos procedimientos tienen en general escaso valor puesto que se encuentran limitados a licores de lavado de baja concentración de ‘S', siendo necesarios flujos grandes para procesarlos si hay que transformar una masa suficiente de carbonato de sodio para compensar la entrada de carbonato en la refinería. En la patente estadounidense US 2.992.893 se da a conocer un procedimiento en el que se caustificaba el lodo condensado procedente de la etapa final de lavado de lodos, haciéndolo reaccionar a continuación con una cantidad adicional de carbonato de sodio para recuperar algo de la alúmina perdida en la formación del ATC. El licor caustificado se usaba después en las etapas de lavado de lodos. Aparte de la limitación en cuanto a la concentración de ‘S', este procedimiento no es ideal por cuanto que una proporción importante del licor caustificado se pierde con el residuo de lodo o barro rojo.

En la patente estadounidense US 3.120.996 se describe un perfeccionamiento de este procedimiento, en el que la caustificación se lleva a cabo en una torre de lavado de la primera etapa, complementado por medio de la adición de cal adicional a una torre de lavado de la tercera etapa. Se conseguían mayores eficiencias de la cal (aproximadamente del 85 al 95 %), pero sólo en corrientes de lavado bastante diluidas (80 g/l de ‘S') y la relación de C/S del licor caustificado que se podía alcanzar no era muy alta.

Un desarrollo posterior, desvelado en la patente estadounidense US 3.210.155, implica el apagado directo de la cal viva en un licor de lavado clarificado que ha sido calentado hasta los 100 ºC. Después de la reacción, se mezclaba la lechada con más licor de lavado para continuar la reacción... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la caustificación de licores Bayer en una refinería de alúmina, incluyendo el procedimiento las etapas de:

añadir un inhibidor adecuado a un licor Bayer para estabilizar la formación de una especie de hidrocalumita durante la caustificación para inhibir la reacción no deseable de la especie de hidrocalumita para formar aluminato tricálcico, pudiéndose aumentar la relación C/S del licor alcanzable, en donde “C” es la suma de las concentraciones de aluminato de sodio e hidróxido de sodio expresada como una concentración equivalente de carbonato de sodio y “S” es la suma de “C” y la concentración real de carbonato de sodio expresada como una concentración equivalente de carbonato de sodio.

2. El procedimiento para la caustificación de licores Bayer tal como se define en la reivindicación 1, en donde dicho inhibidor es un agente complejante y/o agente tensioactivo que es capaz de ser adsorbido en sitios activos de la superficie de la especie de hidrocalumita para inhibir la difusión de especies activas en estos sitios.

3. El procedimiento para la caustificación de licores Bayer tal como se define en la reivindicación 2, en donde los agentes tensioactivos apropiados incluyen azúcares tales como sacarosa y glucosa y polisacáridos tales como almidón.

4. El procedimiento para la caustificación de licores Bayer tal como se define en la reivindicación 2, en donde como dicho inhibidor se usan agentes tensioactivos orgánicos aniónicos.

5. El procedimiento para la caustificación de licores Bayer tal como se define en la reivindicación 4, en donde dichos agentes tensioactivos orgánicos aniónicos se seleccionan de entre el grupo constituido por los materiales siguientes, sus sales y derivados: cualquier homopolímero o copolímero aniónico (por ej. ácido poliacrílico y sus copolímeros con acrilamida, o polímeros que llevan grupos funcionales hidroxamato), ácidos hidroxámicos, ácidos húmicos y tánicos, lignosulfonatos, ácidos grasos, ácidos carboxílicos sulfonatados, ácidos carboxílicos y ácidos polihidroxicarboxílicos.

6. El procedimiento para la caustificación de licores Bayer tal como se define en la reivindicación 1, en donde el procedimiento perfeccionado comprende además la etapa de calentar el licor durante la caustificación a temperaturas dentro del intervalo de 100 ºC a 180 ºC.

7. El procedimiento para la caustificación de licores Bayer tal como se define en la reivindicación 6, en donde se calienta el licor a entre 120 ºC y 140 ºC.