Un procedimiento de producción de precipitados de óxido férrico que tienen un tamaño de partícula seleccionado,

el procedimiento que comprende las etapas de

(a) obtener una solución de polvo metalúrgico acuoso que comprende hierro solubilizado en ácido nítrico, la solución de polvo metalúrgico acuoso que tiene un pH de entre 0, 25 y 2, 5; y

(b) someter dicha solución de polvo metalúrgico acuoso a una combinación de

(i) una temperatura de 100°C a 300°C,

(ii) una relación de siembra de 20% a 2000%, en la que la relación de siembra es la relación del peso de sólido de la semilla al peso de producto precipitado no sembrado esperado y en la que el tamaño de partícula de los precipitados de óxido férrico es menor que el tamaño de partícula de los precipitados de óxido férrico obtenidos con una relación de siembra de 0%, y

(iii) una presión que varía de 0.27 MPa a 8, 9 MPa en que tanto la relación de siembra como la temperatura se modifican para obtener los precipitados de óxido férrico de un tamaño de partícula seleccionado de 0, 1 a 10 micrómetros.

Precipitación de óxido de hierro a partir de soluciones de sal de hierro ácidas Campo de la invención La presente invención se refiere a la química hidrometalúrgica. Más particularmente, la invención se refiere a la 5 lixiviación ácida de las sales de hierro, y precipitación de hematitas seleccionadas a partir de una solución de sales de hierro.

Antecedentes de la invención

La chatarra se puede reciclar en acero de calidad por medio de un horno de arco eléctrico (EAF) . En un EAF, la chatarra se funde con arcos eléctricos formados con la chatarra. La chatarra puede incluir cantidades pequeñas de metal no ferroso, y similares. El procedimiento EAF opera como un procedimiento de fundido discontinuo, que producen lotes de acero fundido. El EAF es un aparato de fundido altamente efectivo. Una fracción significativa del acero de los EE.UU se produce con un horno de arco eléctrico.

Sin embargo, un inconveniente en la fabricación en el EAF del acero es la producción de productos residuales de polvo metalúrgico de EAF. El polvo del EAF se genera durante el procedimiento de fabricación de acero por una 15 variedad de mecanismos, que incluyen eyección por microgotas de fundido turbulento y vaporización. El mecanismo de vaporización es principalmente responsable de la relativamente alta proporción de metales no ferrosos en el polvo tales como cinc, plomo, estaño, cromo, cobre y cadmio. Los metales vaporizados se condensan como óxidos y ferritas y en general se recolectan corriente abajo en una cámara de filtros y/o precipitador electrostático. Debido a la presencia de metales no ferrosos en el polvo, el polvo del horno no se puede reciclar directamente. La producción de 1 tonelada de acero puede generar aproximadamente 15:4 kg (34 libras) de polvo metalúrgico de EAF residual.

El rápido crecimiento del procedimiento de acero de EAF ha convertido al polvo metalúrgico de EAF en uno de los problemas de más rápido crecimiento y de mayor significación ambiental en el mundo. En la actualidad, existen aproximadamente 600.000 toneladas métricas de residuos de EAF generados anualmente en los EE.UU y unas 600.000 toneladas métricas adicionales generadas anualmente en el resto del mundo. Existen cantidades similares de polvo metalúrgico en un nivel inferior de contaminación que derivan del otro procedimiento importante para la fabricación de acero, el horno de oxígeno básico (BOF) . Debido a los niveles de metales tóxicos tales como cadmio, plomo y cinc son más bajos en el polvo metalúrgico de BOF, en que el polvo de BOF no está clasificado por la EPA como peligroso. Sin embargo, el polvo metalúrgico de BOF tiene contaminantes no ferrosos que dificultan su utilización en la fabricación de acero actual. En consecuencia, el polvo metalúrgico de BOF puede terminar como residuo no usado.

El polvo metalúrgico de EAF puede contener altas concentraciones de hierro (aproximadamente 25%) , cinc (aproximadamente 25%) , plomo (aproximadamente 5%) , y cantidades menores de estaño, cadmio, cromo y cobre. El resto del polvo es sílice, cal y alúmina. Los valores no ferrosos representan fuentes de valores metálicos potencialmente ricas. Debido a la presencia de metales potencialmente peligrosos, tales como plomo, cromo y cadmio, el polvo de EAF no se puede disponer en los vertederos controlados ya que los metales peligrosos pueden lixiviar debido al agua de lluvia o subterránea para contaminar las áreas de captación vecinas. En consecuencia, el procesamiento del polvo es un problema comercial y ambiental importante. Algunos ejemplos específicos de contenido metálico para tres muestras de polvo de EAF se presentan en la Tabla 1.

TABLA 1 CONSTITUYENTES DE POLVO EAF DE PLANTA PARA TRES MUESTRAS DIFERENTES

%Zn °%AI %Pb %Fe %Cd %Cu %Mn %Na %Ba

Sumario de la invención

La invención proporciona un procedimiento para convertir polvo metalúrgico peligroso en productos químicos manejables, tales como residuo no tóxico y/o productos químicos comerciables. Los procedimientos descritos en la presente se basan en lixiviado de polvo metalúrgico a presión y temperatura elevadas con ácido nítrico y la recuperación de óxido férrico. La etapa de lixiviación se puede repetir para purificar adicionalmente los sólidos de óxido férrico resultantes. Asimismo, se pueden realizar una o más etapas de purificación preliminares. El cinc se puede eliminar de las soluciones de metal mixto obtenidas del polvo del horno por la adición de la base para precipitar el hidróxido de cinc.

La invención refiere a un procedimiento de reaccionar una composición metalúrgica con una solución acuosa de ácido nítrico acuoso. La reacción se realiza a presión de 0, 28 a 8, 9 MPa 1 psig = 6, 89 kPa y a una temperatura de 100 a 300°C. La composición metalúrgica comprende hierro.

De acuerdo con una forma de realización preferida, la invención se refiere a un procedimiento para precipitar el óxido férrico que comprende someter una solución acuosa de nitrato férrico acuoso a una temperatura de 75 a 240°C o a una presión de 0, 70 a 3, 44 Mpa.

Como se ilustró anteriormente, el hierro en solución a temperatura y presión elevada se hidroliza y precipita como óxido de hierro. El polvo de EAF se lixivia en ácido nítrico a temperaturas y presiones altas y posteriormente reprecipita como óxido férrico sólido. Los metales no hierro del polvo de EAF se disuelven en solución dejando un precipitado sólido, que contiene hierro como óxido férrico. Este procedimiento se demostró que es efectivo para separar el hierro de metales "no hierro". Sin embargo, los compuestos insolubles en el polvo (es decir, silicatos) permanecen con el óxido férrico y pueden alterar las propiedades de color de los sólidos de óxido férrico obtenidos por este procedimiento.

De modo alternativo, se halló de modo inesperado que las modificaciones del procedimiento descrito anteriormente dieron como resultado en la producción de los óxidos férricos de calidad de pigmento. El procedimiento descrito anteriormente se modificó para solubilizar completamente el hierro y otros metales de modo que los componentes insolubles se pueden eliminar del sistema. La solución se somete a temperatura y presión alta para precipitar óxidos férricos de calidad pigmentario.

En una forma de realización del procedimiento modificado, los sólidos de óxido férrico precipitan de una solución de nitrato de metálico que contiene hierro sometida a temperatura y presión elevadas. Los precipitados obtenidos de este procedimiento modificado son sólidos negros de aproximadamente 20 a 30 micrómetros = !m en diámetro. El análisis de difracción de rayos X identifica estos sólidos como hematita (óxido férrico) que es el mismo compuesto contenido en los pigmentos de óxido de hierro rojos sintéticos. Cuando se examina por microscopía de barrido electrónico, las partículas de los precipitados negros no aparecen esféricas (como ocurre con los pigmentos de óxido de hierro rojos) y en cambio aparecen como racimos de uva compuestos de muchas partículas más pequeñas conectadas entre sí. La diferente estructura del cristal de las partículas en racimo produce que la luz se refleje de modo diferente, lo que hace que aparezcan oscuras e impide su uso como pigmento de óxido de hierro rojo.

Alternativamente, se puede utilizar una modificación adicional del procedimiento ya modificado. En otra realización, se añade un sólido semilla a la solución de sal de hierro y se somete a temperatura y presión elevadas para producir la hidrólisis de hierro a los sólidos de óxido férrico de calidad de pigmento. La hematita de calidad de pigmento está generalmente compuesta de partículas finas que tienen un tamaño promedio de menos de 2 micrómetros y son de color rojo. La siembra se usa comúnmente en los campos metalúrgicos para permitir que los productos de precipitación crezcan y se vuelvan de mayor tamaño. De modo inesperado se halló que después de la adición de la semilla de óxido férrico (hematita) a una solución de sal de hierro, las partículas precipitadas son más finas que los precipitados negros obtenidos de las reacciones no sembradas. También se halló de modo inesperado que cuanto más material de semilla se usa, más finos eran los precipitados.... [Seguir leyendo]

1.Un procedimiento de producción de precipitados de óxido férrico que tienen un tamaño de partícula seleccionado, el procedimiento que comprende las etapas de

(a) obtener una solución de polvo metalúrgico acuoso que comprende hierro solubilizado en ácido nítrico, la solución de polvo metalúrgico acuoso que tiene un pH de entre 0, 25 y 2, 5; y

(b) someter dicha solución de polvo metalúrgico acuoso a una combinación de

(i) una temperatura de 100°C a 300°C,

(ii) una relación de siembra de 20% a 2000%, en la que la relación de siembra es la relación del peso de sólido de la semilla al peso de producto precipitado no sembrado esperado y en la que el tamaño de partícula de los precipitados de óxido férrico es menor que el tamaño de partícula de los precipitados de óxido férrico obtenidos con una relación de siembra de 0%, y

(iii) una presión que varía de 0.27 MPa a 8, 9 MPa en que tanto la relación de siembra como la temperatura se modifican para obtener los precipitados de óxido férrico de un tamaño de partícula seleccionado de 0, 1 a 10 micrómetros.

2. El procedimiento de la reivindicación 1 que además comprende desviar el sólido de semilla o una porción de este de los precipitados de óxido férrico obtenidos y reciclarlo a la etapa (b) (ii) .

3. El procedimiento de la reivindicación 2 que además comprende moler el sólido de semilla antes del reciclado.

4. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3 en el que la temperatura es de 175°C a 240°C.

5. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3 en el que la relación de siembra es de 50% a 500%.

6. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que el tamaño de partícula seleccionado es de 0, 15 a 2, 5 micrómetros.

7. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que los precipitados de óxido férrico se obtienen entre un minuto y 6 horas, en particular en el que los precipitados de óxido férrico se obtienen entre 30 minutos y 1 hora.

8. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que dicho procedimiento se realiza a una presión de 0, 69 a 3, 44 MPa.

9. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3 en el que los precipitados de óxido férrico se obtienen de la solución de polvo metalúrgico acuoso que comprende hierro solubilizado en ácido nítrico.

10. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que la solución de alimentación acuosa tiene una concentración de hierro de aproximadamente 5 g/l hasta el inicio de la cristalización de la sal férrica, en particular en el que la solución de polvo metalúrgico acuoso tiene una concentración de hierro de 10 g/l a 100 g/l, más particularmente en el que la solución de alimentación acuosa tiene una concentración de hierro de 30 g/l a 60 g/l.

11. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que la solución de polvo metalúrgico acuoso tiene una concentración de ácido libre de 5 g/l a 150 g/l, en particular en que la solución de polvo metalúrgico acuoso tiene una concentración de ácido libre de 15 g/l a 70 g/l.

12. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que los precipitados de óxido férrico tienen un l* de 40 a 60, en particular en el que los precipitados de óxido férrico tienen un l* de 49 a 55.

13. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que los precipitados de óxido férrico tienen un a* de 10 a 40, en particular en el que los precipitados de óxido férrico tienen un a* de 19 a 33.

14. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que los precipitados de óxido férrico tienen un b* de 5 a 35, en particular en el que los precipitados de óxido férrico tienen un b* de 12 a 28.

15. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, se realiza de modo discontinuo o continuo.

16. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que los precipitados de óxido férrico tienen una textura superficial lisa