BRPI0613815B1 - Process for recovering aluminum hydroxide crystals from a turkish bayer process liquor by adding a crystallization modifier to the liquor, and composition of improved crystallization modifier - Google Patents

Abstract

processo para recuperar cristais de hidróxido de alumínio de um licor de processo bayer túrgido mediante a adiçao de um modificador de cristalizaçao ao licor, processoaperfeiçoado para a produçao de hidróxido de alumínio de um licor de processo bayer que contém uma fase aquosa de aluminato de 50db e o licor ser produzido pela separaçao de sólidos suspensos insoluveis em cáusticos, composiçao de modificador de cristalizaçao melhorada para a produçao de hidróxido de alumínio pelo processo bayer, processo bayer para produzir cristais de hidróxido de alumínio que tem uma formaçao reduzida de finos do produto simultanea com uma alteraçao para cima na distribuiçao de tamanho de partícula de hidróxido de alumínio sem uma reduçao substancialno rendimento total do produto de hidróxido de alumínio e cristais de hidróxido de alumínio trata-se de um método aperfeiçoado e uma composiçãopara produzir cristais de hidróxido de alumínio em um licor túrqido do processo de bayer, o qual envolve a adição de um modificador de cristalização que compreende um ácido graxo c~8~-c~10~, precursores, sais, ou as misturas dos mesmos. a cadeiade alquila do modificador de cristalização de ácido graxo é livre de grupos funcionais. o modificador resulta em umrendimento comercial na presença e na ausência de um óleo de hidrocarboneto que dissolve o ácido graxo.

Description

PROCESSO PARA RECUPERAR CRISTAIS DE HIDRÓXIDO DE ALUMÍNIO DE UM LICOR DE PROCESSO BAYER TÚRGIDO MEDIANTE A ADIÇÃO DE UM MODIFICADOR DE CRISTALIZAÇÃO AO LICOR, E COMPOSIÇÃO DE MODIFICADOR DE CRISTALIZAÇÃO MELHORADA

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se à produção incrementada de cristais de hidróxido de aluminio do processo Bayer. Particularmente, a invenção refere-se a composições e métodos para aumentar o tamanho de partícula dos cristais de hidróxido de aluminio sem uma diminuição no rendimento.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] O hidróxido de alumínio (também conhecido como tri- hidrato de alumina) é utilizado para produzir o metal alumínio primário utilizando processos de redução eletrolitica. O hidróxido de alumínio é produzido em uma escala industrial por um procedimento bem estabelecido conhecido como processo Bayer. Nesse processo, as etapas que envolvem a cristalização e a precipitação de valores de hidróxido de alumínio solubilizado dos licores do processo são críticas em relação à recuperação econômica dos valores de alumínio. A recuperação econômica é obtida por uma otimização de dois parâmetros comercialmente significativos: o rendimento e o tamanho médio de partícula.

[003] Os esforços para aumentar o rendimento e o tamanho de partícula do hidróxido de alumínio recuperado do licor do processo Bayer não forneceram a otimização de um produto comercialmente significativo. Com a elevação aguda nos custos de energia durante os últimos anos recentes, os operadores de processamento de hidróxido de alumínio continuam a procurar parâmetros ideais para produzir um produto de hidróxido de alumínio comercialmente aceitável. Apesar dos esforços para identificar aditivos químicos e métodos para reduzir o número de partículas de alumina com tamanhos pequenos enquanto é mantida a eficiência do processo, nenhum deles foi totalmente bem sucedido no aumento do rendimento e no tamanho de partícula da alumina recuperado em licores do processo Bayer. Os produtos destes esforços incluem auxiliares de filtração, tais como coagulantes ou floculantes, que contêm opcionalmente ácidos poliacrílicos (PAA), modificadores de cristalização, e agentes desidratantes. Por exemplo, a Patente U.S. n°. 4.737.352 (daqui por diante, patente '352) concedida à Nalco descreve um método que propicia uma porcentagem reduzida de cristais de tamanhos pequenos e um aumento no rendimento de cristais de hidróxido de alumínio mais graúdos mediante a adição de uma mistura de tensoativos dispersos em óleo ao licor túrgido durante a fase de precipitação do processo.

[004] As reivindicações na patente limitaram o tensoativo a um ácido graxo alto. O relatório descritivo da patente '352, no entanto, apresentou o tensoativo como qualquer ácido graxo que tem pelo menos uma cadeia principal de alquila de quatro carbonos saturada ou insaturada que contém opcionalmente pelo menos um grupo funcional. Adicionalmente, o relatório descritivo apresenta um ácido graxo de alquila Cg funcionalizado como vantajoso; o ácido graxo não foi reivindicado, e as vantagens desse ácido graxo não são apresentadas nem ensinadas pela redução real ou construtiva para a prática. 0 relatório descritivo define o método aperfeiçoado como o tratamento do licor verde do processo Bayer cáustico quente com uma mistura de tensoativo/óleo. 0 relatório descritivo não ensina, não descreve, ou não sugere remotamente que o comprimento da cadeia de carbono do ácido graxo é um fator que confere novidade. Dois modificadores de crescimento de cristais comerciais que têm cadeias de ácido graxo de mais de dez carbonos foram comercializados e são indicados como produto comercial 1 e produto comercial 2 nos exemplos que exemplificam a etapa inventiva do ensino do comprimento de cadeia de ácido graxo na produção incrementada de hidróxido de alumínio. A patente '352 descreve um gênero de ácidos graxos em óleo que resulta em um produto comercial melhorado. Conforme descrito nos exemplos, a composição de ácido graxo aqui descrita descreve uma espécie de ácido graxo que acarreta resultados inesperados a partir daqueles descritos na patente do gênero.

[005] As limitações do rendimento e do tamanho da partícula de alumina recuperada dos licores do processo Bayer também são apresentadas na Patente U.S. n° . 6.168.767 (daqui por diante, patente Ί6Ί) intitulada "Produção de Alumina", cedida à Ciba Specialty Chemicals Water Treatments Limited. Uma formulação de modificador de cristalização solúvel em água que compreende: uma primeira composição de. um tensoativo não-iônico polialcoxilado; e uma segunda composição que compreende um tensoativo, ou um precursor do mesmo, que não é polialcoxilado, presumivelmente apresenta um tamanho de cristal aumentado sem uma diminuição no rendimento. As unidades de óxido de etileno (EO) são identificadas como o componente essencial da formulação no tensoativo não-iônico polialcoxilado, de preferência, unidades de óxido de etileno e de óxido de propileno (PO) formam um copolímero de bloco de óxido de etileno-óxido de propileno. A economia desses componentes e a sua aceitação quando comparadas às misturas de tensoativo/óleo utilizadas na maioria das formulações de modificadores de cristalização na maior parte das usinas de processamento Bayer atuais permanece questionável.

[006] Apesar dos esforços para satisfazer as demandas impostas pelo desenvolvimento continuo e ininterrupto do processo Bayer em todo o mundo, as necessidades da indústria quanto a um produto melhorado de alumina permanecem não satisfeitas.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO

[007] Para satisfazer as necessidades sentidas há muito tempo mas não solucionadas identificadas acima, um método e uma composição para a obtenção de cristais de hidróxido de alumínio com tamanho de partícula e rendimento aumentados no processo Bayer foram desenvolvidos. Esse resultado é obtido pela adição de ácidos graxos Ce_Cio, precursores, sais ou as misturas dos mesmos, em que a dita cadeia principal de carbono do ácido é livre de grupos funcionais. Dependendo dos parâmetros do sistema de processamento, o modificador de cristalização Cs-io é dosado puro ou dissolvido em um veiculo de óleo.

[008] Desse modo, uma composição aqui descrita e ensinada inclui como um ingrediente ativo um ácido graxo tensoativo, precursor, sal ou as misturas destes que têm um comprimento de cadeia de alquila de C8 a CIO átomos de carbono saturados ou insaturados, ramificados ou não-ramifiçados, em que os ditos átomos de carbono são livres de grupos funcionais dissolvidos em um óleo com um ponto de ebulição acima de aproximadamente 93,3°C (200°F) . Essa mistura de ácido graxo/óleo é dosada no licor do processo Bayer de acordo com o método aqui descrito.

[009] Uma segunda composição descrita e ensinada inclui como um ingrediente ativo um ácido graxo tensoativo, precursor, sal ou as misturas dos mesmos que têm um comprimento de cadeia de alquila de Cs a Cio átomos de carbono saturados ou insaturados, ramificados ou não- ramificados, em que os ditos átomos de carbono são livres de grupos funcionais. Esse ácido graxo é dosado puro no licor de acordo com o método aqui descrito.

[0010] A composição apropriada do modificador de cristalização é incorporada no método em uma quantidade eficaz para mudar a distribuição de tamanho de partícula dos cristais de hidróxido de alumínio de modo que os cristais resultantes tenham uma formação reduzida de finos do produto sem uma redução substancial no rendimento total do produto de hidróxido de alumínio.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0011] Definições [0012] Tal como aqui empregado, os termos identificados abaixo são definidos como: [0013] Aproximadamente: é igual ou dentro de 2 inteiros de um número especificado.

[0014] Produto comercial 1 e produto comercial 2: modificadores de crescimento de cristais comercializados que têm cadeias de ácido graxo de mais de dez carbonos tal como descrito na patente '352 que eram e são indicados como produtos comerciais 1 e 2.

[0015] Composição______de______modificador_____________________de cristalização: A lista, a descrição e as proporções designadas, de materiais brutos utilizados para produzir o dito aditivo que compreende um ácido graxo C8-C10.

[0016] Ácido graxo que tem um comprimento de cadeia de alquila de Cg-Cip átomos de carbono: é o produto C-810, disponível junto à Proctor and Gamble. É um líquido amarelo com um peso molecular médio de 154 g/mol e uma composição aproximada dos seguintes comprimentos de cadeia de ácido graxo: Ce < 6%, Cg 53 - 60%, Cio 34 - 42% e C12 < 2%. A cadeia de carbono pode ser saturada ou insaturada, ramificada ou não-ramifiçada, e é livre de grupos funcionais.

[0017] Óleo parafinico: Compreende uma cadeia de hidrocarboneto geralmente linear, saturada ou insaturada. Alguns hidrocarbonetos cíclicos também são contidos no óleo Escaid 110 e também são classificados como parafínicos.

[0018] Relação da porcentagem em peso; A fração de peso total de um reagente dentro de 100 gramas da composição ou da mistura. A fração correspondente do outro componente é esta última subtraída de 100.

[0019] Livre de ligações de grupos funcionais: Qualquer cadeia de alquila de qualquer comprimento em que o hidrogênio e o carbono são os únicos átomos que compreendem essa cadeia.

[0020] Licor do processo Bayer aquecido: Qualquer licor dentro do processo Bayer que tem um nível de alcalinidade livre acima de 100 g/1 de Na2CÜ3 e uma temperatura acima da temperatura ambiente ou 25°C.

[0021] Licor Gasto: descreve o licor após o estágio de classificação final que retorna de volta à digestão no processo Bayer.

[0022] % de aumento em relação ao tamanho de partícula quantil de controle: A distribuição de tamanho da partícula é fornecida convenientemente pelos três quantis, d (0,1), d(0,5) e d(0,9). Desse modo, 10%, 50% e 90%, respectivamente, do volume total da partícula (ou massa) são menores do que o tamanho fornecido nas tabelas. O % de aumento em relação ao tamanho de partícula quantil de controle é a diferença entre o aditivo dosado e o controle para o respectivo tamanho de partícula quantil dividido pelo tamanho de partícula quantil de controle.

[0023] Quantidade eficaz: Uma quantidade eficaz é considerada como qualquer dosagem de qualquer aditivo que resulte em um aumento em um ou todos os três quantis quando comparada à amostra de controle não dosada.

[0024] Rendimento de produto aumentado: Um teor de sólido de hidróxido de alumínio maior dentro do vaso de precipitação no fim da rodada de precipitação é obtido. Isto é indicado geralmente por uma concentração de hidróxido de alumínio de licor inferior para o vaso correspondente.

[0025] Caracterização de Ácido Graxo/Óleo; Um ácido graxo C8-C10 exemplificado é o produto C- 810 disponível junto à Proctor and Gamble em uma concentração de 150 g/1 disperso em um óleo de hidrocarboneto parafínico comercialmente disponível, ESCAID 110. Tal como descrito na Patente U.S. n° 4.737.352 concedida à Nalco, na qual formulações de ácido graxo de talóleo/óleo genéricas foram descritas pela primeira vez, a invenção na prática não é afetada pelas técnicas de precipitação proprietárias diferentes que envolvem parâmetros de processos proprietários. Isto é altamente significativo, porque estabelece que, independentemente dos parâmetros de processamento proprietários mantidos dentro do tanque de precipitação, a presente invenção para a prática real requer somente a misturação e a injeção em linha de uma solução de um constituinte ou de dois constituintes que compõe o tratamento. Esses constituintes são: (A) um ácido graxo Cs -Cio que não irá degradar como qualquer coisa menos do que um talóleo equivalente na presença de uma solução cáustica forte quente (até 180-190°F ou 82,2-87,8°C) (por exemplo, alcalinidade de 200 g/1) , junto com (B) um veículo de óleo para o ácido graxo. 0 óleo só precisa ser um solvente para o tensoativo e ter um ponto de ebulição com segurança acima da temperatura do licor verde de Bayer quente submetido à precipitação. Vantajosamente, o ácido graxo pode conter pelo menos uma cadeia principal de oito carbonos livre de quaisquer grupos funcionais, normalmente modificando tais compostos.

[0026] Uma vez que os C8-Ci0 são solúveis em óleo, a única limitação quanto à escolha do óleo é aquele com um ponto de ebulição acima de aproximadamente 93,3°C (200°F) . 0 veiculo de óleo pode ser um óleo selecionado da série parafinica, pode ser um óleo aromático (por exemplo, óleo naftênico), ou pode ser qualquer mistura destes.

[0027] Em uma solução de ácido graxo Cs-Cio não-modificado em um óleo aromático ou parafinico baixo como veiculo de óleo, na proporção de peso de aproximadamente 15:85, a dosagem é de aproximadamente 1 a 50 ppm.

[0028] O Licor de Processamento [0029] Os exemplos empregam um licor túrgido (carga) para a precipitação de hidróxido de alumínio, que é a solução cáustica quente obtida após a eliminação da lama vermelha no processo Bayer. Uma compreensão de todo o processo Bayer é desnecessária para compreender o conceito inventivo: um ácido graxo Cg-Cio na presença ou na ausência de óleo. O licor verde, após a separação da lama vermelha, é um material filtrado quente, cáustico, o licor verde da produção comercial que contém os valores de alumínio como aluminato de sódio dissolvido. Esse licor e as sementes de tri-hidrato de alumina de partículas finas recirculadas são carregados em um tanque de precipitação apropriado ou em uma série de tanques de conexão. Aqui, a carga é resfriada sob agitação para tensionar o conteúdo, causando a precipitação dos cristais de hidróxido de alumínio nas sementes, que constituem sítios de crescimento.

[0030] A eliminação completa do material de partículas finas (por exemplo, malha -325 ou menor) não é desejada. Precisa haver uma fonte remanescente de sementes, depois da precipitação, para que a recirculação sirva a geração seguinte do crescimento repetido em um processo contínuo.

[0031] Resumidamente, o processo de precipitação envolve a nucleação seguida (a) pelo crescimento de cristais inicial e (b) pela aglomeração desses cristais em uma partícula de hidróxido de alumínio graúda ou parecida com areia que será secada posteriormente, e normalmente calcinada para obter AI2O3 como o produto comercial de valor.

[0032] Os exemplos abaixo demonstram o produto comercial melhorado obtido mediante o emprego dos métodos e das composições ensinados e descritos. Os pré-tratamentos padrão, os pré-tratamentos comparativos e os testes empregados na avaliação da eficácia do ácido Cg-io são tal como segue: Testes de Precipitação: Preparação do Licor [0033] Cada conjunto de testes foi executado utilizando licor túrgido fresco, obtido da reconstituição do licor gasto da usina. 0 licor gasto é o termo empregado no processo Bayer para descrever o licor após o estágio de classificação final que retorna de volta à digestão. Um peso desejado de licor gasto foi medido em um bequer de aço inoxidável e o volume foi reduzido pela evaporação até aproximadamente 30%. A isto, um peso estipulado de sólido de hidróxido de alumínio foi adicionado e a mistura foi agitada até ser dissolvido. Essa solução foi removida da placa quente e colocada em uma balança de pesar e água deionizada foi adicionada até um peso desejado ser atingido. O licor túrgido foi filtrado para remover qualquer material insolúvel.

[0034] A composição do licor final compreendia: A (hidróxido de alumínio) = 150 ± 10 g/1 de AI2O3 C (cáustico ou alcalinidade total livre) = 230 ± 10 g/1 de Na2C03 S (soda, álcali total, alcalinidade total) = 260 ± 10 g/1 de Na2CÜ3 tais que A/C = 0,66 ± 0,05.

Testes de Precipitação: Avaliação de Aditivo [0035] Todos os testes de precipitação foram realizados em frascos Nalgene® de 250 ml girados de extremidade a extremidade, a 10 rpm, em um banho de água de temperatura controlada da Intronics. O licor túrgido que tem uma densidade de 1,30 kg/1 (~72°C) foi colocado nos frascos por peso (200 ml = 260,0 g), para uma precisão incrementada. 0 aditivo foi dosado, com respeito à área de superfície total dos cristais de semente (mg/m2) , na tampa dos frascos apropriados utilizando uma micro-seringa, e os frascos foram colocados então no banho de rotação para o equilíbrio a 72°C (20 minutos). Após o equilíbrio, os frascos foram removidos, carregados rapidamente com a quantidade requerida de semente (50 g/1, com base no volume do licor) e retornados imediatamente ao banho de água. A temperatura do banho de água foi ajustada em 72°C. Os frascos foram girados durante a noite por quinze horas.

[0036] Na conclusão das quinze horas, os frascos foram removidos e para cada frasco uma amostra de 2 0 ml da pasta foi filtrada através de um filtro de seringa e submetidos à análise do licor. Para impedir qualquer precipitação adicional, 10 ml de uma solução de gluconato de sódio (400 g/1) foram adicionados à pasta restante e misturados bem. Os sólidos foram coletados por meio de filtração a vácuo e lavados completamente com água deionizada quente, e secados a 110°C. A distribuição de tamanho de partícula e a área de superfície específica foram determinadas em um instrumento Malvern Particle Sizer, que é bem conhecido no estado da técnica. A distribuição de tamanho de partícula é fornecida convenientemente por três quantis, d(0,l), d(0,5) e d (0,9). Estes representam o tamanho de partícula em que o volume total da partícula (ou massa) é menor do que aproximadamente 10%, 50% e 90%, respectivamente.

[0037] As amostras foram avaliadas ao comparar (1) uma amostra de controle nào dosada; (2) amostras dosadas com o produto comercial 1 e o produto comercial 2; e (3) amostras dosadas com C8-io puro e mistura de C8-io/óleo.

[0038] Composições: [0039] 0 produto A é um ácido graxo C$-C;o ura comercialmente disponível junto à Proctor and Gamble designado como C-810. A concentração é de 150 g/1 em um óleo de hidrocarboneto parafínico comercialmente disponível 10 denominado Escaid 110.

[0040] 0 produto B é uma amostra de ácido láurico C12-C26 da Aldrich Chemicals. A concentração é de 150 g/1 em um óleo de hidrocarboneto parafínico comercialmente disponível, denominado Escaid 110.

[0041] 0 produto C é uma amostra de ácido graxo oleico Ci6-Cis da Aldrich Chemicals. A concentração é de 150 g/1 em um óleo de hidrocarboneto parafínico comercialmente disponível denominado Escaid 110.____________________ Tabela 2 : EFEITOS De ÁCIDOS GRAXOS SOBRE O TAMANHO DE PARTÍCULA DE HIDRÓXIDO DE ALUMÍNIO BAYER A 65*0. RESULTADOS COMPARADOS COM O PRODUTO COMERCIAL 1. A eficácia do comprimento de cadeia dos carbonos C8 a CIO foi confirmada pelos métodos de teste descritos acima, exceto pelo fato que o ácido graxo foi dosado puro no licor e comparado ao controle {nenhum aditivo) e ao produto comercial 1. O Cg-Cic puro exibiu um desempenho melhorado em relação ao controle no tamanho de partícula de hidróxido de alumínio em comparação ao controle a 72°C.

REIVINDICAÇÕES

Claims (5)

1. PROCESSO PARA RECUPERAR CRISTAIS DE HIDRÓXIDO DE ALUMÍNIO DE UM LICOR DE PROCESSO BAYER TÚRGIDO MEDIANTE A ADIÇÃO DE UM MODIFICADOR DE CRISTALIZAÇÃO AO LICOR, caracterizado pelo modificador de cristalização compreender um ácido graxo C8 a Ci0, dita cadeia de carbono podendo ser saturada ou insaturada, ramificada ou não-ramifiçada e livre de grupos funcionais, precursor, sal ou misturas dos mesmos, dita cadeia principal de carbono do dito ácido graxo sendo livre de grupos funcionais; e em que o modificador é dissolvido em um veiculo de óleo.

2. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo veiculo de óleo ter um ponto de ebulição acima de 93,3°C (200°F).

3. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo modificador de cristalização incluir: (a) uma solução alcalina; (b) um ácido graxo, precursor de ácido graxo, sal ou misturas dos mesmos, tendo um comprimento de cadeia de alquila de C8 a Cio átomos de carbono, dita cadeia de carbono podendo ser saturada ou insaturada, ramificada ou não-ramifiçada e livre de grupos funcionais; e (c) um óleo de hidrocarboneto, em que o ácido graxo em (b) é dissolvido.

4. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pela razão de ácido graxo de (b) dissolvido no óleo de hidrocarboneto (c) ter uma proporção de peso de 15:85.

5. COMPOSIÇÃO DE MODIFICADOR DE CRISTALIZAÇÃO MELHORADA, para a produção de hidróxido de alumínio pelo processo Bayer definido na reivindicação 1, caracterizada por compreender: (a) um tensoativo de ácido graxo, precursor, sal ou misturas dos mesmos, sendo que o dito ácido graxo tem um comprimento de cadeia de alquila de Cs a Cio átomos de carbono, dita cadeia de carbono podendo ser saturada ou insaturada, ramificada ou não-ramifiçada e livre de grupos funcionais, e o ácido graxo dissolvido em um óleo com um ponto de ebulição acima de 93,3°C (200°F); em que o modificador é adicionado a um licor túrgido para precipitação de hidróxido de alumínio, o licor túrgido compreendendo cristais de sementes de tri-hidrato de alumina, o modificador sendo adicionado em uma quantidade de 2 a 4 mg por metro quadrado de área de superfície de cristal de semente.