Retirada de impurezas de sólidos de desecho en la producción de ceniza de sosa, bicarbonato de sodio y/u otros derivados.

Método para reducir el contenido de impurezas en un sólido de desecho permitiendo de ese modo que se use como alimentación para un proceso que produce carbonato de sodio,

bicarbonato de sodio, sulfito de sodio, u otros derivados cristalinos, comprendiendo el método las siguientes etapas:

- proporcionar una masa de un sólido de desecho que comprende un sólido de balsa recuperado de al menos una balsa de desechos, comprendiendo dicho sólido de balsa impurezas seleccionadas del grupo que consiste en silicatos, cloruro de sodio, sulfato de sodio, materia orgánica, y combinaciones de dos o más de los mismos, comprendiendo además dicho sólido de balsa un compuesto de sodio seleccionado del grupo que consiste en carbonato de sodio decahidratado, carbonato de sodio monohidratado, carbonato de sodio heptahidratado, bicarbonato de sodio, sesquicarbonato de sodio, y cualquier combinación de dos o más de los mismos;

- poner en contacto dicha masa de sólido de desecho con una disolución de lixiviación para disolver selectivamente en la disolución de lixiviación al menos una parte de una primera impureza de la masa puesta en contacto para formar un material lixiviado y un residuo lixiviado;

- opcionalmente repetir la etapa de puesta en contacto con al menos una parte del material lixiviado durante una cantidad de tiempo predeterminada o hasta que el contenido de dicha primera impureza en el material lixiviado o en el residuo lixiviado alcance un valor predeterminado;

- recoger el residuo lixiviado;

- disolver al menos una parte del residuo lixiviado en un medio acuoso para formar un licor;

- opcionalmente llevar a cabo una segunda etapa de retirada de impurezas que comprende realizar un tratamiento con magnesio para formar un licor tratado, comprendiendo dicho tratamiento añadir un compuesto de magnesio durante la disolución del residuo lixiviado o añadir un compuesto de magnesio a dicho licor o una parte del mismo después de la disolución del residuo lixiviado para formar materia insoluble en agua con al menos una parte de una segunda impureza, y hacer pasar dicho licor tratado a través de al menos una unidad de separación para retirar materia insoluble en agua y para obtener una disolución purificada;

- en el que al menos una parte de dicho licor o dicha disolución purificada proporciona una materia prima para un proceso que produce un producto cristalino que comprende carbonato de sodio, bicarbonato de sodio, sulfito de sodio, u otros derivados.

Retirada de impurezas de sólidos de desecho en la producción de ceniza de sosa, bicarbonato de sodio y/u otros derivados

Referencia cruzada a solicitudes relacionadas

La presente solicitud reivindica el beneficio de prioridad para la solicitud provisional estadounidense n.2 61/331.297, presentada el 4 de mayo de 21, para la solicitud provisional estadounidense n.2 61/38.123 presentada el 3 de septiembre de 21 y para la solicitud provisional estadounidense n.2 61/38.126 presentada el 3 de septiembre de 21.

Declaración referente a investigación o desarrollo con subvención federal

No aplicable.

Campo técnico de la invención

La presente invención se refiere a un método para retirar impurezas de un sólido de desecho, al menos una parte del cual se recupera de una balsa de desechos, para formar un sólido valorizado con menos impurezas que es adecuado para su uso como materia prima en la producción de un producto cristalino que comprende por ejemplo sulfito, bicarbonato, carbonato de sodio, u otros derivados. El método puede implicar una primera etapa: una lixiviación selectiva de algunas impurezas y una segunda etapa opcional: una precipitación selectiva de algunas impurezas, en el que las impurezas pueden incluir cloruro de sodio, sulfato de sodio, uno o más silicatos y/o compuestos orgánicos solubles en agua.

Antecedentes de la invención

La ceniza de sosa o carbonato de sodio es una sal inorgánica preparada a partir del mineral trona. La ceniza de sosa es uno de los productos básicos alcalinos de mayor volumen producido en los Estados Unidos. La ceniza de sosa encuentra un uso principal en la industria de fabricación de vidrio y para la producción de bicarbonato de sodio, detergentes y productos de papel.

Se han explotado en minería mecánicamente grandes yacimientos del mineral trona en el sudoeste de Wyoming cerca de la cuenca del río Verde desde finales de los años 194. En 27, el carbonato de sodio basado en trona de Wyoming comprendía aproximadamente el 9% de la producción de ceniza de sosa total en los EE.UU. La mena de trona es un mineral que contiene aproximadamente el 7-99% de sesquicarbonato de sodio dihidratado (Na2C3*NaHC3*2H2). La mena de trona contiene materia insoluble en forma de pizarra. La pizarra contiene diversos constituyentes tales como materia querogenosa orgánica (por ejemplo, el ,1 - 1% como carbono) y materiales dolomíticos y que portan sílice (por ejemplo, aproximadamente el 5 - 15%), tales como dolomía, cuarzo, feldespato, arcilla.

La trona en bruto se purifica normalmente para retirar o reducir impurezas, principalmente pizarra y otros materiales insolubles en agua, antes de que puede venderse comercialmente su valioso contenido en sodio como: ceniza de sosa (Na2C3), bicarbonato de sodio (NaHC3), sosa cáustica (NaOH), sesquicarbonato de sodio (Na2C3*NaHC3*2H2), sulfito de sodio (Na2S3), fosfato de sodio (Na5P3O1), u otros productos químicos que contienen sodio.

Para recuperar estos valiosos productos alcalinos, el proceso comercial del "monohidrato" se usa frecuentemente para producir ceniza de sosa a partir de trona. En la producción de ceniza de sosa, se calcina mena de trona triturada (por ejemplo, calentada) para descomponer el sesquicarbonato de sodio para dar carbonato de sodio.

2Na2C3*NaHC3*2H2 -> 3Na2C3 + 5H2 (g) + C2 (g)

La calcinación elimina agua de cristalización y forma ceniza de sosa en bruto. Durante la calcinación, una parte del material que pota silicato insoluble en agua contenido en la mena se convierte en silicatos solubles. La mena calcinada se disuelve en agua o licor de carbonato de sodio diluido para dar una disolución saturada de Na2C3 a ~3% en peso (dependiendo de la temperatura de la disolución) que contiene impurezas solubles en agua. Las impurezas solubles en agua pueden comprender uno o más silicatos, compuestos orgánicos, cloruro de sodio, y sulfato de sodio. El material insoluble se separa de la disolución saturada resultante. Esta disolución transparente que contiene carbonato de sodio se alimenta a un cristalizador evaporador. A medida que se calienta esta disolución, tiene lugar la evaporación de agua que realiza la cristalización de carbonato de sodio en cristales de carbonato de sodio monohidratado (Na2C3*H2). Los cristales del monohidrato se retiran de las aguas madre y entonces se secan para convertirlos en ceniza de sosa anhidra (Na2C3). Las aguas madre se recirculan de vuelta a través de un circuito de cristalizador para su procesamiento adicional para dar cristales de carbonato de sodio monohidratado.

Sin embargo, la etapa de cristalización concentra impurezas en las aguas madre. De hecho, mediante el efecto de evaporación de agua, las impurezas solubles tales como compuestos orgánicos, silicatos, cloruro de sodio y sulfato de sodio, se concentran en el cristalizador. Si se permite que esto continúe, eventualmente la concentración de las impurezas se incrementa hasta un punto en el que la calidad del producto de carbonato de sodio resultante puede verse afectada negativamente. Los solicitantes han encontrado, por ejemplo, que la presencia de silicatos solubles en agua en el licor del cristalizador parece tener un impacto sobre a la morfología de cristalización y puede disminuir el rendimiento de producto vendible. Adicionalmente, la presencia de impurezas en el licor del cristalizador puede provocar una grave incrustación de las superficies del equipo en el que se maneja esta disolución saturada, por ejemplos líneas, tanques, bombas, y particularmente el intercambiador de calor del cristalizador que maneja el licor en un circuito de recirculación conectado al cristalizador. Por ejemplo, una acumulación de sulfato y/o cloruro de sodio, ambas impurezas que se originan a partir de trona en bruto, en el licor del cristalizador puede dar como resultado la formación de sales complejas que pueden cristalizar a partir del producto hidratado. Una acumulación de incrustación que contiene tales impurezas generalmente formadas sobre las superficies expuestas del intercambiador de calor del cristalizador requiere lavados a alta presión frecuentes y caros.

Por tanto, para mantener la concentración de las impurezas solubles en agua por debajo del punto de cristalización de modo que se evite la contaminación y el deterioro de la forma, el tamaño y la dureza de los cristales por las impurezas y para impedir la acumulación de estas impurezas en el cristalizador, debe purgarse una parte del licor del cristalizador, y se denomina generalmente "licor de purga". Esto puede dar como resultado una pérdida de hasta aproximadamente el 1% de los productos valorizados de sosa. El licor de purga que sale de un cristalizador incluye normalmente carbonato de sodio y/o bicarbonato de sodio, así como impurezas, tales como compuestos orgánicos solubles en agua, cloruro de sodio, sulfato de sodio y silicatos. Un licor de purga que sale de un cristalizador de monohidrato puede contener aproximadamente el 19 - 3% de carbonato de sodio, el ,1 - 4% de bicarbonato de sodio, el ,2 -1% de silicatos, hasta el 2,7% de cloruro de sodio, hasta el 2,4% de sulfato de sodio y 1-1.5 ppm de carbono orgánico total (COT), pero normalmente contiene aproximadamente el 23 - 28% de carbonato de sodio y el ,2 - 3% de bicarbonato de sodio. Un licor de purga que sale de un cristalizador de bicarbonato puede contener aproximadamente el 5 - 25% de carbonato de sodio, el 1 - 15% de bicarbonato de sodio, hasta el 1% de silicatos, hasta el 2,7% de cloruro de sodio, hasta el 2,4% de sulfato de sodio y 1-1.5 ppm de COT.

En la fabricación de ceniza de sosa y/o bicarbonato de sodio, un sistema de balsas de almacenamiento se ha usado para albergar la eliminación de la corriente de efluente de planta incluyendo agua de mina, licor de purga de cristalizador, y otras fuentes de efluentes de aguas residuales inherentes al proceso. La corriente de efluente se transporta durante todo el año hasta al menos una balsa. El licor de purga que sale del cristalizador se almacena normalmente en una o más balsas de relaves (desechos) que usan grandes áreas de terreno. El área de la balsa puede generalmente manejar una profundidad de al menos seis pies (1,83 metros) de alto de efluente, y será normalmente de desde 1 hasta 1 acres (447 - 45 m2) de área superficial. Durante el verano, se evapora agua de la balsa dando como resultado la cristalización de una sal de sodio (por ejemplo, principalmente carbonato de sodio decahidratado cuando una fuente principal de la corriente de efluente de planta es una purga de cristalizador de monohidrato), que está contaminada con cantidades variables de impurezas, incluyendo silicatos, cloruro de sodio, sulfato de sodio y compuestos orgánicos, siendo el contenido en impurezas en la sal de sodio cristalizada... [Seguir leyendo]

1.- Método para reducir el contenido de impurezas en un sólido de desecho permitiendo de ese modo que se use como alimentación para un proceso que produce carbonato de sodio, bicarbonato de sodio, sulfito de sodio, u otros derivados cristalinos, comprendiendo el método las siguientes etapas:

- proporcionar una masa de un sólido de desecho que comprende un sólido de balsa recuperado de al menos una balsa de desechos, comprendiendo dicho sólido de balsa impurezas seleccionadas del grupo que consiste en silicatos, cloruro de sodio, sulfato de sodio, materia orgánica, y combinaciones de dos o más de los mismos, comprendiendo además dicho sólido de balsa un compuesto de sodio seleccionado del grupo que consiste en carbonato de sodio decahidratado, carbonato de sodio monohidratado, carbonato de sodio heptahidratado, bicarbonato de sodio, sesquicarbonato de sodio, y cualquier combinación de dos o más de los mismos;

- poner en contacto dicha masa de sólido de desecho con una disolución de lixiviación para disolver selectivamente en la disolución de lixiviación al menos una parte de una primera impureza de la masa puesta en contacto para formar un material lixiviado y un residuo lixiviado;

- opcionalmente repetir la etapa de puesta en contacto con al menos una parte del material lixiviado durante una cantidad de tiempo predeterminada o hasta que el contenido de dicha primera impureza en el material lixiviado o en el residuo lixiviado alcance un valor predeterminado;

- recoger el residuo lixiviado;

- disolver al menos una parte del residuo lixiviado en un medio acuoso para formar un licor;

- opcionalmente llevar a cabo una segunda etapa de retirada de impurezas que comprende realizar un tratamiento con magnesio para formar un licor tratado, comprendiendo dicho tratamiento añadir un compuesto de magnesio durante la disolución del residuo lixiviado o añadir un compuesto de magnesio a dicho licor o una parte del mismo después de la disolución del residuo lixiviado para formar materia insoluble en agua con al menos una parte de una segunda impureza, y hacer pasar dicho licor tratado a través de al menos una unidad de separación para retirar materia insoluble en agua y para obtener una disolución purificada;

- en el que al menos una parte de dicho licor o dicha disolución purificada proporciona una materia prima para un proceso que produce un producto cristalino que comprende carbonato de sodio, bicarbonato de sodio, sulfito de sodio, u otros derivados.

2.- Método según la reivindicación 1, en el que la masa de sólido de desecho consiste esencialmente en un sólido de balsa recuperado de una balsa de desechos, o en dos o más sólidos de balsa recuperados de la misma balsa de desechos o de diferentes balsas de desechos.

3.- Método según la reivindicación 1 ó 2, en el que el sólido de balsa comprende entre el 5% en peso y el 38% en peso de carbonato de sodio decahidratado o comprende bicarbonato de sodio en una cantidad de hasta aproximadamente el 4% en peso.

4.- Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además alimentar al menos una parte del licor a un cristalizador de carbonato de sodio monohidratado o un cristalizador de bicarbonato de sodio para formar cristales y una corriente de licor de purga, haciéndose pasar al menos una parte de dicha corriente de licor de purga en condiciones de cristalización a la al menos una balsa de desechos para formar un depósito contaminado con dicha primera impureza y opcionalmente con una segunda impureza, en el que una parte de dicho depósito se recupera para proporcionar el sólido de balsa en dicha masa de sólido de desecho.

5.- Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además formar un depósito de balsa en la balsa de desechos y recuperar al menos una parte de dicho depósito para proporcionar el sólido de balsa en dicha masa de sólido de desecho, y en el que formar el depósito de balsa comprende hacer pasar a tal balsa de desechos un efluente de planta que comprende un compuesto de sodio seleccionado del grupo que consiste en carbonato de sodio, cualquier hidrato del mismo, bicarbonato de sodio, sesquicarbonato de sodio, y cualquier combinación de dos o más de los mismos, en condiciones adecuadas para formar una sal de sodio cristalizada seleccionada del grupo que consiste en carbonato de sodio decahidratado, bicarbonato de sodio, sesquicarbonato de sodio, y cualquier combinación de dos o más de los mismos.

6.- Método según la reivindicación 5, en el que el efluente de planta alimentado a la balsa de desechos comprende un licor de purga que sale de un cristalizador de carbonato de sodio, un licor de purga que sale de un cristalizador de bicarbonato de sodio, o ambos.

7.- Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de puesta en contacto comprende lixiviar por percolación, y:

- opcionalmente lixiviar por percolación comprende a) amontonar la masa de sólido de desecho sobre un sustrato impermeable a los líquidos que está inclinado con respecto a la horizontal; b) dispersar la disolución de lixiviación a través de un sistema de distribución tal como un sistema de distribución que comprende al menos un componente de dispersión de disolución seleccionado del grupo que consiste en boquilla de pulverización, rociador de impacto, tubería perforada, tubería porosa, tubería ranurada, tubería dividida y sistema de irrigación con una pluralidad de componentes de dispersión de disolución; y mediante lo cual dicha disolución de lixiviación se pulveriza sobre dicha masa amontonada; y c) recoger el material lixiviado después de percolación a través de dicha masa amontonada, u

- opcionalmente lixiviar por percolación comprende colocar la masa de dicho sólido de desecho en un recipiente; dispersar la disolución de lixiviación a través de un sistema de distribución cerca o por encima del recipiente mediante lo cual dicha disolución de lixiviación se pulveriza sobre dicha masa y pasa hacia abajo a su través; y recoger el material lixiviado después de percolación a través de dicha masa en el fondo de dicho recipiente.

8.- Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la etapa de puesta en contacto comprende al menos una etapa seleccionada del grupo que consiste en:

- suspender la masa de sólido de desecho en forma particulada en la disolución de lixiviación para formar una suspensión espesa;

- hacer que fluya la disolución de lixiviación hacia abajo a través de un lecho compacto de la masa de sólido de desecho;

- inundar un lecho compacto de la masa de sólido de desecho haciendo que fluya la disolución de lixiviación hacia arriba a través del lecho compacto; y

- lixiviar a contracorriente en el que la masa de sólido de desecho se mueve en un sentido mientras que la disolución de lixiviación que está en contacto con la masa en movimiento se mueve en el otro sentido.

9.- Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la primera impureza que va a retirarse de la masa comprende cloruro de sodio, sulfato de sodio, o ambos.

1.- Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la disolución de lixiviación comprende un licor de purga que sale de un cristalizador de bicarbonato de sodio, un licor de purga que sale de un cristalizador de carbonato de sodio monohidratado, un agua de mina, un licor débil, agua de lluvia, o cualquier combinación de los mismos.

11.- Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la disolución del residuo lixiviado forma un licor no saturado en carbonato de sodio que comprende menos del 2 por ciento de carbonato de sodio.

12.- Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además disolver trona calcinada en el licor después de disolver el residuo lixiviado o disolver trona calcinada durante la disolución del residuo lixiviado.

13.- Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se realiza la segunda etapa de retirada de impurezas, y en el que la primera impureza es diferente a la segunda impureza, opcionalmente: la primera impureza comprende cloruro de sodio, sulfato de sodio, o ambos, y la segunda impureza comprende silicatos.

14.- Método según la reivindicación 13, en el que el compuesto de magnesio comprende una o más sales de magnesio solubles en agua.

15.- Proceso para preparar un producto cristalino que comprende carbonato de sodio, bicarbonato de sodio, u otros derivados, que comprende el método para reducir el contenido de impurezas en un sólido de desecho según la reivindicación 1.