PROCEDIMIENTO PARA PRODUCIR BICARBONATO SÓDICO.

Un procedimiento para producir bicarbonato sódico a partir de una corriente que lleva carbonato sódico (A) que comprende carbonato sódico y al menos una impureza que consiste en una sal soluble en agua de metal alcalino en una concentración Ci(A),

que comprende las siguientes etapas: a) mezclar la corriente que lleva carbonato sódico (A) con al menos 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) que comprenden 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 al menos parte de las aguas madre acuosas (G) y separar parte del agua de la al menos parte de las aguas madre (G) para obtener la corriente (B) con al menos una impureza de sal soluble en agua de metal alcalino en una concentración Cf(B) y un gas opcional (H), e) reciclar al menos una parte de la corriente (B) a la etapa a) de modo que la relación de las concentraciones Cf(B)/Ci(A) de la al menos una impureza de sal soluble en agua de metal alcalino sea al menos 1,4, ventajosamente al menos 2, más ventajosamente al menos 4, e incluso más ventajosamente 7, y f) separar el resto (I) de la corriente (B) o el resto (J) de las aguas madre (G) para ser más procesadas.

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 que comprende carbonato sódico y al menos una impureza que consiste en una sal soluble de metal alcalino, a la vez que se minimiza el volumen de purga final necesario para producir el bicarbonato sódico y también se minimiza la pérdida de sodio alcalino asociado con la purga.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El bicarbonato sódico (NaHCO3) es un compuesto alcalino suave con una amplia variedad de aplicaciones que incluyen usos en alimentos humanos, alimentación para animales, tratamiento de gases de escape e industrias químicas. La producción mundial de bicarbonato sódico en 2008 se calculó en 2, 8 millones de toneladas. La mayor parte de su producción deriva del carbonato sódico natural y sintético (Na2CO3) . La producción de bicarbonato sódico se hace principalmente por la carbonatación de una disolución acuosa de carbonato sódico con CO2 gaseoso. La disolución acuosa de carbonato sódico puede venir de carbonato sódico purificado disuelto en agua, o de una suspensión parcialmente descarbonatada de bicarbonato sódico bruto del procedimiento Solvay, o de una disolución de carbonato sódico obtenida de un cristalizador de carbonato sódico alimentado con disoluciones que derivan de los minerales trona o nacolita.

Cuando el bicarbonato sódico se hace a partir de carbonato sódico sólido refinado, el contenido en impurezas del carbonato sódico, tales como sales de metales alcalinos solubles en agua, es suficientemente bajo de modo que esas impurezas se pueden extraer de forma eficaz del procedimiento del bicarbonato sódico con el bicarbonato sódico final producido. Por lo tanto, no es necesaria la purga específica de dichas impurezas en el correspondiente procedimiento del bicarbonato sódico.

También, cuando el bicarbonato sódico se hace a partir de corrientes de carbonato sódico, sea a partir de ceniza de sosa sintética (procedimientos Solvay o Hou derivado) o a partir de ceniza de sosa natural (procedimientos relacionados con la trona o nacolita) esas corrientes de carbonato sódico contienen niveles mayores de impurezas solubles y es necesaria una purga para controlar el nivel de impurezas en el procedimiento del bicarbonato sódico. Esta purga en general es alta y se retroalimenta al correspondiente procedimiento de carbonato sódico o se envía a balsas de depósito de gran volumen tal como en los procedimientos descritos en los documentos US7507388 o US2009/0291038 o US2011/112298.

Aparte del bicarbonato sódico, el carbonato sódico, llamado también ceniza de sosa, es un producto básico de álcali de gran volumen con una producción total en 2008 de 48 millones de toneladas en el mundo, que 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 (procedimiento Hou) derivado del procedimiento Solvay y los procedimientos basados en trona.

La 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, 6 NaHCO3 34, 5 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 diversas impurezas muy solubles 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.

Se han propuesto varias alternativas técnicas...

1. Un procedimiento para producir bicarbonato sódico a partir de una corriente que lleva carbonato sódico (A) que comprende carbonato sódico y al menos una impureza que consiste en una sal soluble en agua de metal alcalino en una concentración Ci (A) , que comprende las siguientes etapas:

a) mezclar la corriente que lleva carbonato sódico (A) con al menos 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) que comprenden 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 al menos parte de las aguas madre acuosas (G) y separar parte del agua de al menos parte de las aguas madre (G) para obtener la corriente (B) con al menos una impureza de sal soluble en agua de metal alcalino en una concentración Cf (B) y un gas opcional (H) ,

e) reciclar al menos una parte de la corriente (B) a la etapa a) de modo que la relación de las concentraciones Cf (B) /Ci (A) de la al menos una impureza de sal soluble en agua de metal alcalino sea al menos 1, 4, ventajosamente al menos 2, más ventajosamente al menos 4, e incluso más ventajosamente 7, y

f) separar el resto (I) de la corriente (B) o el resto (J) de las aguas madre (G) para ser procesadas adicionalmente.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la al menos una impureza que consiste en una sal soluble en agua de metal alcalino es una sal inorgánica soluble en agua seleccionada de: fluoruro sódico, cloruro sódico, bromuro sódico, yoduro sódico, cloruro potásico, sulfito sódico, sulfato sódico, sulfato potásico, selenato sódico, nitrito sódico, nitrato sódico, hipoclorito sódico, clorito sódico, fosfato sódico, aluminato sódico, borato sódico, silicato sódico, titanato sódico, vanadato sódico, y combinaciones de las mismas.

3. El procedimiento de la reivindicación 2, en el que la sal soluble en agua de metal alcalino es una sal sódica o potásica soluble en agua, ventajosamente una sal sódica soluble en agua.

4. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la corriente (A) comprende también al menos otra impureza seleccionada de sales parcialmente solubles en agua de aluminio (Al) , plata (Ag) , arsénico (As) , bismuto (Bi) , cadmio (Cd) , cobalto (Co) , cromo (Cr) , cobre (Cu) , hierro (Fe) , mercurio (Hg) , molibdeno (Mo) , manganeso (Mn) , níquel (Ni) , plomo (Pb) , antimonio (Sb) , estaño (Sn) , titanio (Ti) , teluro (Tl) , cinc (Zn) , vanadio (V) y combinaciones de los mismos.

5. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que una de la al menos una impureza que consiste en una sal soluble en agua de metal alcalino es una sal orgánica soluble en agua de metal alcalino.

6. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que una de la al menos una impureza que consiste en una sal soluble en agua de metal alcalino es cloruro sódico (NaCl) .

7. El procedimiento de la reivindicación 6, en el que la concentración Cf (B) de cloruro sódico (NaCl) es al menos 130 g/kg.

8. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que una de la al menos una impureza que consiste en una sal soluble en agua de metal alcalino es sulfato sódico Na2SO4.

9. El procedimiento de la reivindicación 8, en el que la concentración Cf (B) de sulfato sódico (Na2SO4) es al menos 20 g/kg, ventajosamente al menos 40 g/kg, más ventajosamente al menos 80 g/kg, preferiblemente al menos 120 g/kg.

10. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la corriente (A) se saca de un cristalizador de carbonato sódico seleccionado 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 una combinación de los mismos; ventajosamente el cristalizador de carbonato sódico es un cristalizador de carbonato sódico monohidrato.

11. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el cristalizador de carbonato sódico se alimenta con una disolución de carbonato sódico que comprende carbonato sódico y al menos una impureza que consiste en una sal soluble en agua de metal alcalino en una concentración C0, y en el que la relación de concentraciones Cf (B) /C0 de la al menos una impureza es al menos 14, ventajosamente al menos 30, más ventajosamente al menos 60, e incluso más ventajosamente al menos 120.

12. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el carbonato sódico de la corriente (A) deriva parcial o totalmente de trona recuperada por minería mecánica o por minería por disolución.

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

14. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la corriente (A) es una disolución acuosa que comprende carbonato sódico, ventajosamente la corriente (A) es una purga de un cristalizador de carbonato sódico monohidrato.

15. 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.

16. 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.

17. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes que además comprende: g) opcionalmente, lavar los cristales (F) que comprenden cristales de bicarbonato sódico para producir cristales opcionalmente lavados,

h) secar los cristales (F) que comprenden cristales de bicarbonato sódico o los cristales opcionalmente lavados.

18. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes que además comprende: g) opcionalmente lavar los cristales (F) que comprenden cristales de bicarbonato sódico para producir cristales opcionalmente lavados,

i) calcinar los cristales (F) que comprenden cristales de bicarbonato sódico o los cristales opcionalmente lavados, en cristales calcinados que comprenden carbonato sódico.

19. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes que además comprende: k) reciclar el resto de la corriente (B) a una cavidad de minería por disolución o, l) desechar el resto de la corriente (B) en una cavidad de minería o mina de extracción, o en la inyección

en un pozo profundo.

20. Un procedimiento para la producción conjunta de cristales de carbonato y bicarbonato sódico que comprende en una primera etapa introducir una disolución de carbonato sódico que comprende carbonato sódico y al menos una impureza que consiste en una sal soluble en agua de metal alcalino, 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.