PROCEDIMIENTO PARA PRODUCIR BICARBONATO SÓDICO.

Un procedimiento para producir bicarbonato sódico a partir de una corriente que lleva carbonato sódico (A),

una parte de la cual es generada por un cristalizador de carbonato sódico, comprendiendo dicha corriente que lleva carbonato sódico (A) al menos 2% en peso de cloruro sódico y/o sulfato sódico, que comprende las siguientes etapas: a) mezclar la corriente que lleva carbonato sódico (A) con parte de una corriente (B) para producir una corriente (C), b) bicarbonatar la corriente (C) con un gas (D) que comprende CO2 para producir una suspensión acuosa (E) que comprende cristales (F), comprendiendo dichos cristales (F) cristales de bicarbonato sódico, c) separar por una parte la suspensión acuosa (E) con el fin de obtener cristales (F) que comprenden cristales de bicarbonato sódico, y por otra parte unas aguas madre acuosas (G), d) desbicarbonatar parcialmente las aguas madre acuosas (G) y separar parte del agua para obtener la corriente (B) y un gas opcional (H), e) reciclar al menos parte de la corriente (B) a la etapa a), f) separar el resto (I) de la corriente (B) o parte de las aguas madre acuosas (G) para ser más procesados.

PROCEDIMIENTO PARA PRODUCIR BICARBONATO SÓDICO

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere a un procedimiento para producir bicarbonato sódico a partir de una corriente que lleva carbonato sódico, una parte de la cual es generada por un cristalizador de carbonato sódico, comprendiendo dicha corriente que lleva carbonato sódico, carbonato sódico y una impureza soluble en agua, a la vez que se minimiza el volumen de una purga final necesaria cuando se produce el carbonato sódico, y también se minimiza la pérdida de carbonato sódico asociado con dicha purga.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El carbonato sódico (Na2CO3) , o ceniza de sosa, es uno de los productos básicos de álcali de mayor volumen con una producción total en 2008 de 48 millones de toneladas en el mundo. El carbonato sódico tiene un uso principal en el vidrio,

productos químicos, industrias de detergentes y también en la industria de producción del bicarbonato sódico. Los procedimientos principales para la producción de carbonato sódico son el procedimiento sintético de amoniaco Solvay, el procedimiento de cloruro amónico y los procedimientos basados en trona. El mineral trona es un mineral que contiene hasta 99% de sesquicarbonato sódico (Na2CO3.NaHCO3.2H2O) . La ceniza de sosa basada en trona se obtiene de depósitos del mineral trona en Green River (Wyoming) , Turquía, China y Kenia, ya sea por técnicas de minería subterránea convencionales, por minería por disolución o procesamiento de aguas de lago. El carbonato sódico basado en trona de Wyoming comprende aproximadamente 90% de la producción total de ceniza de sosa de EE.UU. Un análisis típico del mineral trona en Green River es el siguiente: TABLA 1

Constituyente Porcentaje en peso

Na2CO3 43, 4 NaHCO3 34, 4 H2O (cristalina y exenta de humedad) 15, 4 NaCl 0, 01 Na2SO4 0, 01 Fe2O3 0, 14 Compuestos insolubles 6, 3 Compuestos orgánicos 0, 3

Los depósitos de trona contienen impurezas solubles muy diversas tales como haluros de metales alcalinos (cloruro sódico, cloruro potásico, fluoruro sódico, ...) , sulfatos de metales alcalinos (sulfato sódico, sulfato potásico, ...) , nitrato de metal alcalino (sulfato sódico, sulfato potásico, ...) , borato de metal alcalino, fosfatos de metal alcalino, etc. Estas impurezas muy solubles están en diferentes proporciones de acuerdo con la localización geográfica de los depósitos. En particular, el cloruro sódico y el sulfato sódico pueden representar varios tantos por ciento o varias decenas de tantos por ciento del mineral trona de acuerdo con la localización geográfica.

Los depósitos de trona también incluyen minerales poco solubles o impurezas orgánicas. Los ejemplos de minerales poco solubles son: silicatos, aluminatos, titanatos, vanadatos de metal alcalino y metal alcalinotérreo, compuestos metálicos y sales. Las impurezas orgánicas vienen de sedimentos orgánicos que fueron capturados durante la formación de los depósitos y que con frecuencia han formado esquistos bituminosos durante el envejecimiento geológico. Las impurezas solubles tanto minerales como orgánicas también se pueden haber generado parcialmente durante el procesamiento de la trona en la mina o en las operaciones de superficie. En particular los tratamientos térmicos, tales como la calcinación, en general amplifican la cantidad de algunas impurezas solubles tales como los silicatos sódicos y las sales sódicas de compuestos orgánicos por la saponificación térmica.

Otras impurezas minerales “insolubles” o muy poco solubles en agua encontradas en la trona o adyacentes a depósitos de trona son en general mezclas de diferentes minerales, de los cuales los más frecuentes son la calcita, dolomita, pirsonita, zeolita, feldespato, minerales arcillosos, silicatos de hierro/aluminio y sulfato de calcio.

Se usan dos técnicas principales bien conocidas en la materia para recuperar el mineral trona de los depósitos de mineral trona. La primera técnica es una técnica de minería mecánica, llamada también minería convencional, tal como una operación de paneles de cámaras y pilares o una operación de tajos largos. La segunda técnicas es una recuperación por minería por disolución en la que la trona se disuelve con agua y se recupera en forma de una disolución.

Entre las diferentes formas en las que se puede recuperar el carbonato sódico del mineral trona que contiene otras sales e impurezas, la más ampliamente practicada es el llamado “procedimiento del monohidrato”. En este procedimiento un mineral trona extraído de la mina se tritura, después se calcina en carbonato sódico bruto, después se lixivia con agua, la disolución de agua resultante se purifica y se alimenta a un cristalizador en el que cristalizan cristales de carbonato sódico monohidrato puro. Los cristales de monohidrato se separan de las aguas madre y después se secan en carbonato sódico anhidro. La mayor parte de las aguas madre se reciclan al cristalizador. Sin embargo, las impurezas solubles contenidas en el mineral trona tienden a acumulares en el cristalizador. Para evitar la acumulación de impurezas, las aguas madre deben purgarse. El líquido de purga, que representa cantidades importantes para las instalaciones industriales de monohidrato, normalmente se envía a una balsa de evaporación, llamada también balsa de residuos. Por consiguiente, la cantidad significativa de álcali contenida en el líquido de purga se pierde. Además, el almacenamiento de grandes cantidades de líquidos de purga en balsas de evaporación aumenta los problemas medioambientales, debido a la escasa disponibilidad de nuevas zonas para el almacenamiento.

Las variantes para producir carbonato sódico a partir del mineral trona, en particular cuando se usa la minería por disolución, son:

-cristalizar sesquicarbonato (sesqui) sódico refinado después de evaporar el agua, y después calcinar el sesqui sódico en ceniza de sosa;

-o alternativamente descomponer térmicamente (con vapor) o calcinar químicamente (con sosa cáustica) el bicarbonato sódico disuelto para transformarlo en carbonato sódico disuelto, y después evaporar el agua con el fin de cristalizar el carbonato sódico monohidrato puro.

En esas variantes, las impurezas solubles contenidas en el mineral trona, tienden a acumularse también en los cristalizadores del sesqui o del monohidrato. Para evitar la acumulación de impurezas, las aguas madre también deben purgarse, planteando los mismos problemas medioambientales en las balsas de evaporación que el procedimiento del monohidrato.

El bicarbonato sódico (NaHCO3) , aparte del carbonato sódico, es otro producto de álcali importante con una amplia variedad de aplicaciones que incluyen alimento humano, alimentación para animales, tratamiento de gases de escapa e industrias químicas. La producción de bicarbonato sódico actualmente se hace casi enteramente por la carbonatación de disoluciones sólidas o acuosas de carbonato sódico con CO2 gaseoso producido in situ en las instalaciones de ceniza de sosa o adquiridos independientemente.

Se han propuesto varias alternativas técnicas para reducir el volumen de purga de las instalaciones de ceniza de sosa. El documento US2003/0143149 describe un procedimiento para recuperar los compuestos químicos basados en sodio de corrientes de carbonato sódico tales como corrientes de reciclado, purgas y de residuos, de cristalizadores de carbonato sódico, agua de minas, agua de balsas de evaporación y depósitos de carbonato sódico decahidrato. El bicarbonato sódico de estas corrientes se destruye parcialmente por una descarbonización y la corriente resultante se vuelve a alimentar principalmente a un cristalizador de carbonato sódico monohidrato, y el resto de la corriente descarbonizada resultante se alimenta a un cristalizador de carbonato sódico decahidrato, a partir del cual se recupera el decahidrato purificado y se recicla al cristalizador de monohidrato y se desecha una purga concentrada en impurezas tales como sulfato sódico. Aunque el factor de reducción de la purga de este procedimiento está limitado porque cuando se alcanzan concentraciones altas de impurezas, el carbonato sódico y sulfato sódico forman sales mixtas decahidratadas. Y si se reciclan cantidades grandes de sulfato sódico al cristalizador de carbonato monohidrato, generan cristales de burkeita (Na2CO3.2Na2SO4) que son perjudiciales para la calidad del carbonato sódico monohidrato.

El documento US2004/0057892 describe un procedimiento para producir carbonato y bicarbonato sódico, según el cual se introduce un líquido de purga de un cristalizador de carbonato sódico monohidrato en un cristalizador de carbonato sódico...

1. Un procedimiento para producir bicarbonato sódico a partir de una corriente que lleva carbonato sódico (A) , una parte de la cual es generada por un cristalizador de carbonato sódico, comprendiendo dicha corriente que lleva carbonato sódico (A) carbonato sódico y al menos 2%, ventajosamente al menos 3%, más ventajosamente al menos 4% en peso de cloruro sódico y/o sulfato sódico, que comprende las siguientes etapas:

a) mezclar la corriente que lleva carbonato sódico (A) con al menos una parte de una corriente (B) para producir una corriente (C) ,

b) bicarbonatar la corriente (C) con un gas (D) que comprende CO2 para producir una suspensión acuosa (E) que comprende cristales (F) , comprendiendo dichos cristales (F) cristales de bicarbonato sódico,

c) separar por una parte la suspensión acuosa (E) con el fin de obtener cristales (F) que comprenden cristales de bicarbonato sódico, y por otra parte unas aguas madre acuosas (G) ,

d) desbicarbonatar parcialmente las aguas madre acuosas (G) y separar parte del agua para obtener la corriente (B) y un gas opcional (H) , e) reciclar al menos una parte de la corriente (B) a la etapa a) , y f) separar el resto (I) de la corriente (B) o parte (J) de las aguas madre acuosas (G) para ser procesados adicionalmente.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el cristalizador de carbonato sódico se selecciona del grupo que consiste en: un cristalizador de carbonato sódico anhidro, un cristalizador de carbonato sódico monohidrato, un cristalizador de carbonato sódico heptahidrato, un cristalizador de carbonato sódico decahidrato, un cristalizador de sesquicarbonato sódico, un cristalizador de wegscheiderita, y cualquier combinación de los mismos; ventajosamente el cristalizador de carbonato sódico es un cristalizador de carbonato sódico monohidrato.

3. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el carbonato sódico de la corriente que lleva carbonato sódico

(A) deriva, parcial o totalmente, de trona.

4. El procedimiento de la reivindicación 3, en el que el carbonato sódico de la corriente que lleva carbonato sódico (A) deriva, parcial o totalmente, de trona

procesada por minería convencional.

5. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el carbonato sódico de la corriente que lleva carbonato sódico (A) deriva, parcial o totalmente, de trona procesada por minería por disolución.

6. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la corriente que lleva carbonato sódico (A) deriva, parcial o totalmente, de sólidos de balsas de residuos que comprenden carbonato sódico.

7. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la corriente que lleva carbonato sódico (A) es una disolución acuosa (A’) que comprende carbonato sódico.

8. El procedimiento de la reivindicación 7, en el que la disolución acuosa (A’) es una purga de un cristalizador de carbonato sódico monohidrato.

9. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que en la etapa d) , el gas opcional (H) es un gas que comprende al menos 20, ventajosamente al menos 30, más ventajosamente al menos 40, incluso más ventajosamente al menos 80% en volumen de CO2 expresado como gas seco.

10. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que en la etapa d) se produce el gas opcional (H) , y en el que al menos una parte de dicho gas (H) se usa con el gas (D) para la bicarbonatación de la corriente (C) .

11. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la etapa b) se opera a una temperatura de al menos 20ºC, ventajosamente al menos 38ºC, más ventajosamente al menos 55ºC, e incluso más ventajosamente al menos 70ºC.

12. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además:

g) opcionalmente, lavar los cristales (F) que comprenden cristales de bicarbonato sódico para producir cristales opcionalmente lavados que comprenden bicarbonato sódico, y h) secar los cristales de bicarbonato sódico opcionalmente lavados.

13. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además:

g) opcionalmente lavar los cristales (F) que comprenden cristales de bicarbonato sódico para producir cristales opcionalmente lavados que comprenden bicarbonato sódico, y

i) calcinar los cristales opcionalmente lavados que comprenden bicarbonato sódico en cristales calcinados que comprenden carbonato sódico.

14. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 13, en el que se genera un gas (O) que comprende dióxido de carbono durante la etapa de calcinación i) , y en el que el procedimiento comprende además:

j) recuperar al menos parte del gas (O) que comprende dióxido de carbono y reciclarlo a la etapa b) .

15. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que en la etapa d) , las aguas madre acuosas (G) se desbicarbonatan en un desbicarbonatador para producir unas aguas madre que carecen o con tienen contenido reducido de bicarbonato sódico (K) y un vapor (H) que comprende dióxido de carbono, y en el que las aguas madre que carecen o con contenido reducido de bicarbonato sódico (K) se evaporan parcialmente para separar parte del agua para así obtener la corriente (B) , comprendiendo además opcionalmente reciclar al menos parte del vapor (H) que comprende dióxido de carbono en la etapa b) .

16. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, que además comprende añadir una corriente que lleva carbonato sódico (A”) a las aguas madre que carecen de bicarbonato sódico (K) antes de evaporarlas parcialmente para separar parte del agua para obtener la corriente (B) .

17. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que además comprende:

k) depositar el resto (I) de la corriente (B) en balsas de residuos, en el que parte del carbonato sódico que queda en la balsa de residuos cristaliza en una masa sólida que comprende carbonato sódico decahidrato y en el que se forma una disolución concentrada (Q) que comprende impurezas seleccionadas del grupo que consiste en silicatos, cloruro sódico, sulfato sódico, materia orgánica, y combinaciones de dos o más de los mismos,

l) opcionalmente poner en contacto dicha masa sólida con una disolución de lixiviación para disolver selectivamente al menos una parte de una primera impureza de la masa con la que se ha puesto en contacto, en la disolución de lixiviación para formar un lixiviado y un residuo de lixiviación, recoger el residuo de lixiviación, disolver al menos una parte del residuo de lixiviación en un medio acuoso para formar un líquido; opcionalmente llevar a cabo una segunda etapa de eliminación de impurezas que comprende llevar a cabo un tratamiento con magnesio para formar un líquido tratado, comprendiendo dicho tratamiento añadir un compuesto de magnesio durante la disolución del residuo de lixiviación o añadir un compuesto de magnesio a dicho líquido o a una parte del mismo después de la disolución del residuo de lixiviación, con el fin de formar una materia insoluble en agua con al menos una parte de una segunda impureza, y pasar dicho líquido tratado por al menos una unidad de separación para separar la materia insoluble en agua y obtener una disolución purificada; y

m) proporcionar dicha masa sólida o dicho líquido o dicha disolución purificada como una materia prima a un procedimiento que produce un producto cristalino que comprende carbonato sódico, bicarbonato sódico, sulfito sódico, u otros derivados.

18. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, que además comprende: n) desechar el resto (I) de la corriente (B) o una parte (J) de las aguas madre (G) o parte (L) del líquido (K) en una cavidad de minería por disolución o una cavidad de extracción de la mina o en una inyección en pozos profundos.

19. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, que además comprende: o) reciclar el resto (I) de la corriente (B) o una parte (J) de las aguas madre (G)

o parte (L) del líquido (K) a una cavidad de minería por disolución o una cavidad de extracción de la mina, y recuperar una disolución acuosa de carbonato sódico de la cavidad de minería o de la cavidad de extracción de la mina, en el que la disolución acuosa de carbonato sódico recuperada comprende cloruro sódico y/o sulfato sódico en una concentración del cloruro sódico y/o sulfato sódico menor que la concentración de cloruro sódico y/o la concentración de sulfato sódico en el resto (I) o la parte (J) o la parte (L) .

20. Un procedimiento para la producción conjunta de cristales de carbonato y bicarbonato sódico que comprende en una primera etapa introducir una disolución de 5 carbonato sódico que comprende carbonato sódico y al menos una impureza que consiste en cloruro sódico y/o sulfato sódico, en un cristalizador de carbonato sódico, producir una primera suspensión acuosa que comprende cristales de carbonato sódico, someter la primera suspensión acuosa a una separación, con el fin de obtener por una parte cristales que comprenden carbonato sódico, que son valorados, y por

otra parte unas aguas madre, sacar parte de las aguas madre del cristalizador de carbonato sódico para constituir una corriente que lleva carbonato sódico (A) para ser más procesada de acuerdo con el procedimiento para producir bicarbonato sódico de cualquiera de las reivindicaciones precedentes.