Método para aumentar el contenido en hidróxido de los compuestos que comprenden la fórmula (I):

Mm(OH)nXam-n en la que M es un metal que experimenta la reacción: (Compuesto I) MmXam (Compuesto II) + H2O Mm(OH)nXam-n (I) + HX en la que M es Al, Zr, Ti, Fe o mezclas de los mismos; "a" es la valencia del ion metálico; X es un anión; 0 < n ≤ am; m ≥ 1; que comprende la etapa que consiste en someter una solución de compuesto I a unas condiciones de electrodiálisis para generar HX, de manera que el contenido en hidróxido del compuesto I aumenta en comparación con el contenido en hidróxido inicial del compuesto I, a condición de que i. se utilicen membranas permeables a cationes y membranas permeables a aniones o membranas bipolares y membranas permeables a aniones; y ii. las corrientes de enriquecimiento y agotamiento están constituidas por compuestos de fórmula I, de manera que la concentración de HX se reduce en la solución de agotamiento, proporcionándose así el compuesto I en la corriente de agotamiento con un contenido aumentado en hidróxido en relación con el compuesto I antes del tratamiento

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento para producir cloruro de polialuminio de basicidad alta y clorohidrato de aluminio por electrodiálisis.

Antecedentes de la invención

Cloruro de polialuminio (PAC) es el nombre con el que se designa la familia de compuestos definidos por la fórmula:

Alm(OH)nCl3m-n

en la que 0 < n ≤ 3m y en la que m > 1. El grado de neutralización (es decir, la relación de OH con respecto a Al) se conoce con el término de basicidad. En el caso de los cloruros de polialuminio, la basicidad se define mediante la fórmula n/3m.

La química de solución de los cloruros de polialuminio es compleja. A pesar de que la formación de especies polinucleares de aluminio se ha estudiado desde hace más de un siglo, persiste todavía una gran controversia por lo que respecta a las reacciones de polimerización del aluminio y a las composiciones del producto resultante. En general, se conoce el hecho de que estos materiales forman una variedad de oligómeros y polímeros en solución. La basicidad es un factor crucial para determinar la distribución de especies moleculares; una basicidad baja favorece especies de peso molecular bajo, y una basicidad elevada favorece especies de peso molecular alto. La temperatura y la concentración también afectan a la distribución de especies moleculares, aunque de un modo menos predecible.

Los PAC se pueden dividir de forma general en tres grupos de basicidades en función de las técnicas de fabricación utilizadas en su producción. Un PAC de basicidad baja, comprendida entre ~1% y ~45%, se prepara mediante la bien conocida reacción de trihidrato de aluminio (Al2O3-3H2O) con ácido clorhídrico o cloruro de aluminio. Un PAC de basicidad alta, comprendida entre ~45% y aproximadamente ~65%, se prepara mediante dos métodos. El primer método, conocido como procedimiento de neutralización, se basa en la reacción de cloruro de aluminio o de un PAC de basicidad baja con una base. El segundo método, conocido como procedimiento de oxidación, se basa en la reacción de ácido clorhídrico o cloruro de aluminio o un PAC de basicidad baja con aluminio metálico. Y un PAC (incluyendo ACH) con una basicidad ultraalta, comprendida entre ~65% y ~83%, se prepara mediante el procedimiento de oxidación (es decir, la reacción de ácido clorhídrico o cloruro de aluminio o PAC de baja basicidad con aluminio metálico). Sobre la base de estos procedimientos convencionales para preparar PAC, los productos de basicidad alta y ultraalta son más costosos de fabricar que los productos de basicidad baja. Los costes más elevados relacionados con el aumento de la basicidad son debidos al coste relativamente elevado del aluminio metálico en comparación con otras fuentes de aluminio (en el procedimiento de oxidación) y al coste de los ácidos y las bases consumidos en el procedimiento de neutralización (ver a continuación).

Los cloruros de polialuminio se utilizan en diversas aplicaciones, incluyendo catalizadores, tratamiento de aguas y antitranspirantes. Cada una de estas aplicaciones se basa en la neutralización del PAC con el fin de formar hidróxido de aluminio insoluble. A pesar de que los productos con basicidades comprendidas entre ~1% y -83% tienen utilidad comercial, generalmente los productos con una basicidad más elevada tienen más utilidad. De este modo, en las aplicaciones de catalizadores resultan preferidos los PAC con una basicidad del 83%, en las aplicaciones de antitranspirantes resultan preferidas las basicidades comprendidas entre 65% y 83%, y en las aplicaciones de tratamiento de aguas resultan preferidos los PAC con basicidades comprendidas entre 50% y 83%. El PAC con interés comercial con una basicidad más elevada es el cloruro de polialuminio con una basicidad de ~83%, conocido como clorohidrato de aluminio (ACH); su fórmula empírica es Al2(OH)5Cl.

Los retos a la hora de satisfacer los requisitos de producto de estas aplicaciones son numerosos. En general, resultan preferidos los productos de alta concentración (es decir, con un elevado contenido en Al2O3) en comparación con sus homólogos de baja concentración. De este modo, las aplicaciones en catalizadores requieren productos con un contenido en Al2O3 de ~23,5%. Con frecuencia, las aplicaciones en antitranspirantes utilizan productos secos y procedimientos que dan lugar a un contenido elevado en Al2O3, que resultan preferidos con el fin de minimizar los costes de evaporación. En las aplicaciones de tratamiento de aguas, en general, el PAC funciona más eficazmente, produce menos suspensión de productos secundarios, precipita más rápidamente, funciona mejor en agua fría y reduce el pH del agua en menor grado que otros productos alternativos. En esta aplicación, en general, resultan preferidos los productos de PAC con un bajo contenido en Al2O3. Estas características de producto son habituales en el tratamiento de aguas, ya que esta aplicación puede tolerar la presencia de sales inertes, y porque este tipo de producto se puede fabricar de forma económica mediante el procedimiento de neutralización.

Generalmente, los productos de basicidad alta (o basicidad ultraalta) resultan preferidos en comparación con los de basicidad baja. Y, generalmente, los productos con contenido elevado en Al2O3 resultan preferidos en comparación con los productos con un contenido bajo en Al2O3. En muchos casos, resultan preferidos los productos de basicidad alta (o basicidad ultraalta) con un contenido elevado en Al2O3.

La reacción de cloruro de aluminio o ácido clorhídrico con trihidrato de aluminio utilizada para preparar PAC de basicidad baja tiene una versatilidad limitada. La reacción se desarrolla a temperatura elevada y presión ambiente con el fin de obtener productos de basicidad moderada (< 5% a 10%). Bajo presión moderada, (hasta 7 atm) se obtienen basicidades de hasta 40% a 45%. Sin embargo, debido a la naturaleza corrosiva del medio de reacción y el coste de funcionar a presión elevada, no resulta práctico preparar productos de basicidad más elevada por esta vía. Un PAC con una basicidad del cuarenta por ciento se fabrica y comercializa con una concentración de PAC de aproximadamente el 36% (~17,1% en Al2O3).

El procedimiento comercial utilizado para preparar PAC de basicidad alta incluye la reacción de neutralización de cloruro de aluminio o PAC de basicidad baja con una base y se muestra a continuación.

Al2(OH)nCl6-n + M+Base

**(Ver fórmula)**

(En esta reacción, M+ es un ion alcalino, un ion alcalinotérreo o ion aluminio.)

Los procedimientos basados en bases (por ejemplo, hidróxidos y/o carbonatos alcalinos, o hidróxidos y/o carbonatos alcalinotérreos, o aluminato de sodio) para preparar PAC de basicidad más alta presentan graves limitaciones. La formación de una sal (es decir, MCl) en el proceso de neutralización limita la solubilidad y la estabilidad de los productos formados. No se conocen procedimientos para separar el PAC de basicidad alta de la sal MCl. En consecuencia, dicho procedimiento resulta inadecuado para preparar el PAC de basicidad alta puro. Además, este procedimiento consume muchas materias primas (por ejemplo, el cloruro de hidrógeno y la base consumidos en el proceso de neutralización). Los productos comerciales disponibles mediante esta ruta presentan concentraciones bajas de Al2O3 (es típica una concentración menor del 12,5% en Al2O3) debido a la sal presente por el proceso de neutralización, y presentan una estabilidad limitada. Resulta costoso transportar los productos de concentración baja a los clientes de uso final.

El consumo de materias primas en el proceso de neutralización merece cierta elaboración. Es típica la reacción de cloruro de aluminio con carbonato de calcio:

2 AlCl3 + 2 CaCO3

**(Ver fórmula)**

El cloruro de aluminio se prepara mediante la reacción de ácido clorhídrico con trihidrato de aluminio. De este modo, en la reacción de neutralización anterior, cuatro moles de ácido clorhídrico y dos moles de carbonato de calcio se sacrifican para elevar la basicidad al 66%. En este ejemplo, se producen 1,15 libras de cloruro de calcio por cada libra de PAC con una basicidad del 66%. La materia prima consumida en el proceso de neutralización es un derroche y resulta costosa. Además, el cloruro de calcio generado en este procedimiento permanece con el producto, añadiéndose por lo tanto a la concentración global de la solución,... [Seguir leyendo]

1. Método para aumentar el contenido en hidróxido de los compuestos que comprenden la fórmula (I):

Mm(OH)nXam-n (Compuesto I) en la que M es un metal que experimenta la reacción: MmXam (Compuesto II) + H2O

**(Ver fórmula)**

para generar HX, de manera que el contenido en hidróxido del compuesto I aumenta en comparación con el contenido en hidróxido inicial del compuesto I, a condición de que

i. se utilicen membranas permeables a cationes y membranas permeables a aniones o membranas bipolares y membranas permeables a aniones; y

ii. las corrientes de enriquecimiento y agotamiento están constituidas por compuestos de fórmula I, de manera que la concentración de HX se reduce en la solución de agotamiento, proporcionándose así el compuesto I en la corriente de agotamiento con un contenido aumentado en hidróxido en relación con el compuesto I antes del tratamiento.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el compuesto I inicial es recién preparado y/o se somete a tratamiento térmico antes o durante el procedimiento de electrodiálisis.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el procedimiento de electrodiálisis se lleva a cabo a una temperatura elevada de aproximadamente 30ºC a la temperatura máxima permitida por el equipo de electrodiálisis.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la solución de enriquecimiento es el cloruro de polialuminio con una basicidad superior a 5%.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la solución de enriquecimiento es el cloruro de polialuminio con una basicidad superior a 10%.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la solución de enriquecimiento del procedimiento de electrodiálisis se hace reaccionar con trihidrato de aluminio y se reutiliza en el procedimiento de electrodiálisis.

7. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la solución de agotamiento presenta una concentración de ion aluminio superior a 1 molar.

8. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que los productos presentan una basicidad superior a 45%, pero inferior a 65%.

9. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que los productos presentan una basicidad superior o igual a 65%.

10. Método según la reivindicación 1, en el que el producto es ACH con una relación de aluminio a cloruro comprendida entre aproximadamente 1,9:1 y aproximadamente 2,1:1.

11. Método según la reivindicación 1, en el que M es Al.

12. Método según la reivindicación 1, en el que M es Ti.

13. Método según la reivindicación 1, en el que M es Zr.

14. Método según la reivindicación 1, en el que M es Fe.

15. Método según la reivindicación 1, en el que X es un haluro.

16. Método según la reivindicación 1, en el que el haluro es el cloruro.

5 17. Método según la reivindicación 1, en el que se incorporan ion sulfato y/o ion fosfato antes, durante o después del procedimiento de electrodiálisis.

18. Método según la reivindicación 1, en el que se incorporan iones calcio u otros iones alcalinotérreos antes,

durante o después del procedimiento de electrodiálisis. 10