ES2241586T3 - Proceso para la purificacion de corrientes del proceso bayer. - Google Patents

Proceso para la purificacion de corrientes del proceso bayer.

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ES2241586T3 ES00913642T ES00913642T ES2241586T3 ES 2241586 T3 ES2241586 T3 ES 2241586T3 ES 00913642 T ES00913642 T ES 00913642T ES 00913642 T ES00913642 T ES 00913642T ES 2241586 T3 ES2241586 T3 ES 2241586T3
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Abstract

Un proceso para la reducción del nivel de hierro coloidal en una corriente del proceso Bayer, que comprende: (a) proporcionar una corriente del proceso Bayer que tiene: (i) un pH de 11 o superior, (ii) una concentración de aluminato de sodio superior a 100 gramos por litro, y (iii) que contiene hierro coloidal; (b) proporcionar un polímero amidoxima; (c) mezclar dicha corriente del proceso Bayer con 1 mg a 500 mg de dicho polímero amidoxima por litro de dicha corriente del proceso Bayer, para formar una mezcla compuesta de una disolución de aluminato de sodio y un complejo insoluble polímero-hierro, y (d) separar dicho complejo insoluble polímero-hierro de dicha disolución de aluminato de sodio para obtener una disolución de aluminato de sodio purificada.

Description

Proceso para la purificación de corrientes del proceso Bayer.
La presente invención se refiere a un proceso para la fabricación de alúmina mediante el proceso Bayer. Más particularmente, está relacionada con mejoras en el proceso de alúmina Bayer mediante la eliminación del hierro coloidal de las corrientes del proceso Bayer poniendo en contacto las corrientes con un polímero amidoxima.
Antecedentes de la invención
El proceso usado casi universalmente para la fabricación de alúmina es el proceso Bayer. En un proceso Bayer comercial típico, la corriente del proceso Bayer comienza con la pulverización de la bauxita en bruto a un estado finamente dividido. A continuación, la mena pulverizada se introduce en un mezclador de suspensión en el que el \sim50% de los sólidos de la suspensión se preparan usando un líquido residual. A continuación, esta suspensión de bauxita se diluye con una disolución altamente alcalina de hidróxido sódico y a continuación se pasa a través de una serie de digestores a temperaturas de 140º-300ºC aproximadamente y a presiones de 344,74-10.342,14 kPa. Bajo estas condiciones, normalmente se extrae de la mena el 98% de la alúmina total disponible que puede contener ambas formas de alúmina trihidratada y monohidratada. En la siguiente etapa, la corriente del proceso Bayer que sale de los digestores se pasa a través de una serie de tanques de venteo donde se calienta y el condensado se recupera a medida que la suspensión digerida se enfría hasta 110ºC aproximadamente y se lleva a presión atmosférica. Esta suspensión digerida normalmente contiene una disolución de aluminato de sodio y el 3-8% aproximadamente de partículas insolubles ("fango rojo").
Después de la eliminación de las partículas sólidas gruesas ("arena"), la suspensión de aluminato de sodio y partículas insolubles se introduce al depósito central de un decantador de fangos. A medida que las partículas insolubles sedimentan, la disolución de aluminato de sodio parcialmente clarificada, denominada líquido "verde" o "cargado", rebasa una esclusa en la parte superior del tanque de decantación de fangos y a continuación esta corriente del proceso Bayer se pasa a filtración. Generalmente la filtración es necesaria debido a que el decantador de fangos sólo separa parcialmente el fango rojo de la disolución de aluminato de sodio. A continuación la disolución de aluminato de sodio filtrado se pasa a la etapa de precipitación, en la que se enfría para precipitar el trihidrato. Los sólidos sedimentados se retiran del fondo del decantador de fangos y se pasan a través de un circuito de lavado a contracorriente para la recuperación del aluminato de sodio y la sosa cáustica.
Los fangos rojos incluyen varios componentes de la corriente del proceso Bayer que son insolubles en condiciones altamente alcalinas, incluyendo hierro coloidal o insoluble. Es importante separar rápida y limpiamente el fango rojo de la disolución de aluminato de sodio para hacer esta etapa particular económicamente eficiente. Si la velocidad de separación es demasiado lenta, la salida disminuye materialmente y la eficacia del proceso global empeora. Asimismo, si la separación no es limpia, la alúmina resultante es un poco basta y contiene niveles de hierro suficientemente altos para que no sea deseable para una serie de usos finales.
El hierro presente en las corrientes del proceso de Bayer puede estar en forma de diversos minerales particulados, compuestos de hierro solubles, y/o especies coloidales insolubles. La mayoría de hierro normalmente se elimina por floculación del fango rojo durante el proceso Bayer. Sin embargo, persiste el problema de que algunas especies de hierro insolubles, es decir, especies de hierro coloidal insolubles, son suficientemente pequeñas para pasar a través de los filtros. El hierro coloidal insoluble se puede formar durante el proceso Bayer por precipitación del hierro en disolución a medida que la suspensión digerida se enfría. En las condiciones altamente alcalinas presentes en la corriente del proceso Bayer, es decir pH superior a 11, normalmente superior a 12 o incluso a 13, el hierro puede tener una solubilidad superior a 30 mg por litro de corriente del proceso Bayer a las altas presiones y temperaturas existentes durante la digestión, pero a la temperatura de clarificación tiene una solubilidad muy inferior. Por ejemplo, se ha informado de que la solubilidad del hierro en una disolución de NaAlO_{2} es de 2 mg por litro aproximadamente a la temperatura de clarificación, véase P. Basu, G.A. Nitowski y P.J. The, "Chemical Interactions of Iron Minerals During Bayer Digest and Clarification", in Iron Control in Hidrometallurgy, Eds. J.E. Dutrizac y A.J. Monhemius, Ellis Horwood Limited, 1986, pp. 223-244. Cuando la suspensión digerida se enfría, el hierro a menudo precipita en forma de partículas finas insolubles (< 1000 \ring{A} de diámetro) de hierro coloidal. Debido a su diminuto tamaño, estas partículas sedimentan tan lentamente que pueden pasar a través del decantador de fangos y también pasar incluso a través de los poros de un filtro de un micrómetro.
El problema del hierro coloidal que atraviesa la etapa de filtración es grave debido a que el hierro permanece en el aluminato de sodio entrando en la etapa de precipitación y contaminando así la alúmina recuperada como producto principal del proceso Bayer con unos niveles de hierro inaceptables. Las técnicas existentes no han resuelto adecuada y completamente el problema de eliminación del hierro. La patente de EE.UU. Nº 4.767.540 describe el uso de polímeros que contienen grupos hidroxamato, que proporcionan una sedimentación mejorada de los fangos finos, produciendo líquidos de desbordamiento con claridades mejoradas y contenido en hierro reducido. Las patentes de EE.UU. 3.088.798 y 3.088.799 describen el uso de poliamidoxima para eliminar especies metálicas solubles de la disolución a pH bajo. El documento WO 91/18026 describe el uso de polímeros acrilamidoxima/ácido acrilhidroxámico como agentes floculantes en el tratamiento de aguas. La patente de EE.UU Nº 4.083.925 describe la separación de hierro ferroso de líquidos de aluminato de metales alcalinos poniéndolos en contacto con poliacrilamida aniónica en condiciones especiales dentro del decantador de fangos. La patente de EE.UU. Nº 4.717.550 describe el uso de poliaminas que contienen hidroxilos terciarios para reducir el contenido en hierro de corrientes del proceso Bayer.
El documento EP-0076404 describe un proceso para la recuperación de galio contenido en una disolución que comprende la puesta en contacto de una disolución que contiene galio con una resina quelato que tiene, en la molécula, (A) grupos =NOH y (B) grupos funcionales capaces de formar un enlace quelato con dichos grupos funcionales (A) por medio del galio o una resina quelato que tiene una sal metálica de dichos grupos funcionales. Un ejemplo de una resina quelato son aquellas que tienen un grupo amidoxima. La resina quelato puede absorber selectivamente iones Ga de disoluciones fuertemente básicas tales como disoluciones acuosas de aluminato de sodio obtenidas durante la producción de alúmina mediante el proceso Bayer.
Aún existe la necesidad de un proceso que reduzca efectiva y eficazmente la cantidad de hierro coloidal o insoluble de manera que se reduzca o se evite la contaminación del producto alúmina final con cualquiera de los dos hierro o el agente añadido para eliminar el hierro.
La presente invención presenta una solución para el problema anteriormente mencionado de la contaminación por hierro coloidal proporcionando un proceso para la reducción del nivel de hierro coloidal en una corriente del proceso Bayer, que comprende (a) la proporción de una corriente del proceso Bayer que tiene (i) un pH de 11 o superior, (ii) una concentración de aluminato de sodio superior a 100 gramos por litro, y (iii) que contiene hierro coloidal; (b) la proporción de un polímero amidoxima; (c) la mezcla de dicha corriente del proceso Bayer con 1 mg a 500 mg de dicho polímero amidoxima por litro de dicha corriente del proceso Bayer, para formar una mezcla compuesta de una disolución de aluminato de sodio y un complejo insoluble polímero-hierro, y (d) la separación de dicho complejo insoluble polímero-hierro de dicha disolución de aluminato de sodio para obtener una disolución de aluminato de sodio purificada.
Descripción detallada de la invención
La presente invención se refiere a un proceso para la reducción del nivel de hierro coloidal en una corriente del proceso Bayer. La presente invención se puede aplicar a cualquier corriente del proceso Bayer que contenga hierro coloidal, cuyas corrientes del proceso Bayer tienen un pH de 11 o superior, más preferentemente 12 aproximadamente o superior, incluso más preferentemente 12,5 aproximadamente o superior, y lo más preferentemente 13 aproximadamente o superior. Las corrientes del proceso Bayer generalmente contienen al menos 100 gramos por litro de aluminato de sodio aproximadamente, preferentemente al menos 150 gramos por litro aproximadamente. En la práctica actual, el contenido en aluminato de sodio generalmente se presenta en términos de las concentraciones de alúmina (Al_{2}O_{3}) y de la sosa cáustica, por ejemplo hidróxido sódico (NaOH). Así, las corrientes del proceso Bayer generalmente contienen al menos 100 gramos por litro de Al_{2}O_{3} aproximadamente y al menos 100 gramos por litro de sosa cáustica aproximadamente, por ejemplo NaOH.
El hierro coloidal presente en las corrientes del proceso Bayer es aquel hierro que está en exceso con respecto a la cantidad de hierro disuelto. Como se usa en esta invención, el término "hierro coloidal" es un término general que se debe entender ampliamente que incluye todas las especies de hierro que son insolubles en las condiciones particulares de temperatura, presión, etc., presentes en la corriente del proceso Bayer en consideración, y que puede pasar a través de un filtro de 3 micrómetros. En una serie de condiciones determinadas, el hierro tiene un límite de solubilidad conocido o fácilmente determinable en una corriente del proceso Bayer. Para los propósitos de esta invención, el nivel de hierro presente en la corriente del proceso Bayer que está en exceso con respecto a ese límite de solubilidad se considera que es hierro coloidal. Por ejemplo, si el nivel de hierro en una corriente de un proceso Bayer particular es 50 mg por litro, y la solubilidad del hierro en esas condiciones se sabe o se determina que es 2 mg por litro, entonces el nivel de hierro coloidal en esa corriente del proceso Bayer es 48 mg por litro. El término "hierro coloidal" engloba así especies insolubles de hierro tales como \alpha-FeOOH insoluble, Fe(OH)_{3} insoluble, \alpha-Fe_{2}O_{3} insoluble, complejos insolubles de hierro con ácido húmico, oxálico, succínico o malónico, ferrato de calcio insoluble, aluminoferrato de calcio insoluble, etc.
En la producción actual, se pueden considerar varios factores cuando se decida sobre el tamaño de poro del filtro a emplear en la etapa de filtración. Por ejemplo, puede ser preferible un filtro con un tamaño de poro grande para incrementar el paso, pero este deseo a menudo se debe equilibrar con la necesidad de tamaños de poro pequeños para eliminar partículas pequeñas insolubles. Los procesos de la presente invención funcionan efectivamente cuando el tamaño de partícula del hierro coloidal es grande, pero son particularmente valiosos cuando el tamaño de partícula es tal que parte o todo el hierro coloidal pasa a través del filtro. En formas de realización preferidas, la corriente del proceso Bayer está compuesta de hierro coloidal que tiene un tamaño de partícula que es inferior que el tamaño de poro del filtro empleado con esa corriente, preferentemente un tamaño de partícula de 2 micrómetros aproximadamente o inferior, más preferentemente 1 micrómetro aproximadamente o inferior, incluso más preferentemente 0,5 micrómetros aproximadamente o inferior, y lo más preferentemente 0,25 micrómetros aproximadamente o inferior.
El presente inventor ha descubierto que los polímeros amidoxima son útiles y efectivos para la eliminación del hierro coloidal de corrientes del proceso Bayer cuando se usan de acuerdo con las enseñanzas dispuestas en esta invención. El polímero amidoxima de la presente invención puede ser cualquier polímero que contenga grupos amidoxima pendientes. En una forma de realización preferida, el polímero amidoxima es un polímero particulado en el que menos del 25% del polímero particulado, en peso basado en el peso total de dicho polímero particulado, es soluble en una disolución acuosa de NaOH 0,1 N a 25ºC. La relativa insolubilidad del polímero amidoxima en esta forma de realización preferida es una característica de la presente invención, y ayuda a resolver el problema de la eliminación del hierro, siendo fácil de eliminar de la corriente del proceso Bayer por filtración, de manera que no contamina el producto alúmina.
En formas de realización preferidas de la presente invención, el polímero amidoxima se prepara dispersando en agua un polímero precursor finamente dividido, añadiendo hidroxilamina, y agitando y calentando la mezcla resultante a un pH entre 3 aproximadamente y 10 aproximadamente, preferentemente entre 5 aproximadamente y 10 aproximadamente, a una temperatura entre 50º aproximadamente y 90ºC aproximadamente, preferentemente entre 70º aproximadamente y 90ºC aproximadamente, durante 15 minutos aproximadamente a 5 horas aproximadamente, preferentemente durante 1-3 horas aproximadamente. Si el polímero amidoxima resultante es soluble, se puede suministrar al usuario en forma de una disolución polimérica, o se puede secar para obtener un polímero particulado en forma seca.
En una forma de realización preferida, el polímero amidoxima es un polímero particulado. Preferentemente, el polímero particulado se forma durante la reacción del polímero precursor y la hidroxilamina en virtud de ser mayormente insoluble en el medio de reacción hidroxilamina. Así, el polímero particulado se puede suministrar en los procesos de la presente invención en forma de una dispersión resultante del proceso de preparación anteriormente mencionado. Más preferentemente, el polímero particulado se puede recuperar de la dispersión por medios conocidos, por ejemplo, filtración, a continuación secado e introducido en el lugar de la corriente del proceso Bayer en forma seca, por ejemplo, en polvos o gránulos particulados secos. El polímero particulado también se puede suministrar en forma de mezcla acuosa, por ejemplo, una mezcla acuosa formada por la mezcla de una dispersión o un particulado seco con un líquido acuoso tal como agua, líquido del proceso Bayer, etc.
Se prefiere que el polímero particulado sea relativamente insoluble en la corriente del proceso Bayer de manera que el complejo polímero-hierro, resultante del contacto del polímero particulado con la corriente del proceso Bayer, también sea insoluble y por lo tanto relativamente fácil de eliminar de la corriente del proceso Bayer mediante un proceso de separación sólido-líquido, por ejemplo, sedimentación, centrifugación, filtración, etc., preferentemente filtración. La solubilidad del polímero particulado se puede caracterizar determinando el porcentaje de polímero que es soluble en una disolución acuosa de NaOH 0,1 N a 25ºC, como se describe en los ejemplos de trabajo a continuación. Preferentemente, menos del 25% aproximadamente del polímero particulado, más preferentemente el 20% aproximadamente o menos, incluso más preferentemente el 15% aproximadamente o menos, lo más preferentemente el 10% o menos, en peso basado en el peso total de polímero particulado, es soluble en una disolución acuosa de NaOH 0,1 N a 25ºC.
El tamaño de partícula medio del polímero particulado puede variar en una intervalo entre 0,5 micrómetros aproximadamente y 5000 micrómetros aproximadamente, preferentemente entre 1 micrómetro aproximadamente y 1200 micrómetros aproximadamente. La selección del tamaño de partícula implica el equilibrio de la conveniencia de una eliminación rápida del hierro, conseguida cuando el área superficial del polímero particulado se maximiza teniendo tamaños de partícula pequeños, frente a la conveniencia de propiedades de manejo más sencillas, por ejemplo, no formación de polvo, filtración más rápida, etc. que se consigue con tamaños de partícula más grandes. Así, el tamaño de partícula preferido depende de los requerimientos de la aplicación particular. Por ejemplo, si el polímero particulado está en forma seca y es necesario para los propósitos de manejo del producto que no se forme polvo, entonces el tamaño de partícula medio del polímero particulado preferentemente es superior a 300 micrómetros aproximadamente, preferentemente de 500 micrómetros aproximadamente o superior. Por otra parte, si las propiedades de formación de polvo son menos importantes, entonces es deseable un tamaño de partícula medio más pequeño para una eliminación del hierro más eficiente, por ejemplo, 300 micrómetros aproximadamente o inferior, más preferentemente 100 micrómetros aproximadamente o inferior. Aunque teóricamente un tamaño de partícula por debajo de 0,1 micrómetros podría proporcionar una eliminación de hierro muy eficiente, en la práctica el complejo insoluble polímero-hierro debe ser suficientemente grande para separarse eficientemente. Por ejemplo, si el complejo insoluble polímero-hierro se tiene que separar por filtración, no debe ser más pequeño que el tamaño de poro del filtro. Generalmente no es deseable para el polímero particulado o el complejo polímero-hierro que atraviese la etapa de separación debido a que cualquiera de los dos puede contaminar el producto alúmina final. Prácticamente, esto significa que preferentemente el polímero particulado es mayormente insoluble en la corriente del proceso Bayer. Preferentemente el polímero particulado tiene un tamaño de partícula medio de 1 micrómetro aproximadamente o superior, preferentemente de 10 micrómetros aproximadamente o superior, más preferentemente de 50 micrómetros aproximadamente o superior. Los tamaños de partícula se pueden seleccionar mediante la selección del tamaño apropiado para el precursor polimérico, o el tamaño de un polímero particulado existente se puede variar mediante técnicas mecánicas conocidas, por ejemplo, cizalladura, molienda, fragmentación, aglomeración, etc.
El polímero precursor a partir del cual se forma el polímero amidoxima de la presente invención puede ser cualquier polímero que contenga grupos nitrilo, preferentemente un polímero que contiene unidades acrilonitrilo recurrentes, más preferentemente un homopolímero de adición vinílico o un copolímero de acrilonitrilo. Los copolímeros de acrilonitrilo pueden ser copolímeros de adición vinílicos con comonómeros catiónicos, aniónicos o no iónicos. Los comonómeros no iónicos pueden incluir monómeros solubles en agua, preferentemente acrilamida o metacrilamida, o monómeros que tienen una solubilidad en agua más pequeña tal como dialquil(alc)acrilamidas, t-butilacrilamida, estireno, alquil(alc)acrilatos, etc. Los comonómeros aniónicos pueden incluir monómeros tales como ácido metacrílico, ácido acrílico, ácido 2-acrilamido-2-metilpropano sulfónico, ácido estirensulfónico, las sales de los anteriores, etc., preferentemente ácido acrílico y sus sales. Los comonómeros catiónicos pueden incluir monómeros tales como haluros de dialildialquilamonio, por ejemplo, cloruro de dialildimetilamonio, o las sales ácidas o cuaternarias de dialquilaminoalquil(alc)acrilatos o dialquilaminoalquil(alc)acrilamidas, por ejemplo, la sal cuaternaria de cloruro de metilo o sulfato de dimetilo de dimetilaminoetil(met)acrilamida, dimetilaminoetil(met)acrilato, dietilaminoetil(met)acrilato, etc. Los grupos nitrilo en el polímero precursor también pueden ser el resultado de una polimerización de injertos, y en una forma de realización preferida el polímero precursor es un copolímero de injerto de acrilonitrilo con un polisacárido y el polímero resultante es un polisacárido amidoxima funcionalizado. El polímero precursor puede ser soluble en el medio de reacción que contiene hidroxilamina, pero preferentemente el polímero precursor es insoluble pero dilatable, más preferentemente dilatable en agua. Se cree que los grupos pendientes amidoxima sobre el polímero amidoxima resultan de una reacción entre la hidroxilamina y los grupos nitrilos sobre el polímero precursor. Generalmente la cantidad de hidroxilamina empleada es tal que produce una relación de hidroxilamina a unidades recurrentes de acrilonitrilo en el intervalo de 1:5 a 2:1 aproximadamente, preferentemente de 5:10 a 11:10 aproximadamente. La forma de hidroxilamina empleada preferentemente es una sal ácida de hidroxilamina, más preferentemente sulfato de hidroxilamina o clorhidrato de hidroxilamina.
Los polímeros amidoxima de la presente invención generalmente están compuestos de grupos pendientes amidoxima y preferentemente se forman mediante la reacción de un polímero precursor con hidroxilamina como se describe anteriormente. Así, los polímeros amidoxima generalmente pueden contener las mismas unidades recurrentes que el polímero precursor, con el sobreentendimiento de que la reacción con la hidroxilamina puede convertir una parte o todos los grupos nitrilos a grupos amidoxima. Preferentemente, sólo se convierte una parte de los grupos nitrilo, de manera que el polímero amidoxima preferentemente contiene más del 5% molar de grupos recurrentes acrilonitrilo, más preferentemente el 10% molar aproximadamente o más. Proporciones superiores de unidades recurrentes acrilonitrilo generalmente reducen la solubilidad en agua y/o capacidad de dilatación en agua, de manera que la solubilidad en agua y la capacidad de dilatación en agua de los polímeros amidoxima se puede controlar hasta un grado controlando la proporción de unidades recurrentes acrilonitrilo en el polímero particulado. La solubilidad también se puede controlar incorporando un agente entrecruzador en una cantidad entre 20-5000 partes molares por millón aproximadamente, y/o utilizando un agente de transferencia de cadena durante la polimerización del polímero precursor. Los polímeros amidoxima de la presente invención generalmente tienen un peso molecular medio de 10.000 aproximadamente o superior, preferentemente de 50.000 aproximadamente o superior, incluso más preferentemente de 100.000 aproximadamente o superior. Los pesos moleculares se pueden determinar de la forma usual mediante técnicas conocidas, por ejemplo, dispersión de luz o cromatografía de exclusión por tamaño convenientemente calibrada.
Para los polímeros amidoxima de adición vinílicos en los que los grupos pendientes amidoxima son unidades recurrentes amidoxima de la reacción de la hidroxilamina con unidades recurrentes de acrilonitrilo, el nivel de unidades recurrentes amidoxima en el polímero generalmente es del 5% aproximadamente o superior, preferentemente del 10% aproximadamente o superior, más preferentemente del 20% aproximadamente o superior, por mol basado en los moles totales de unidades recurrentes en el polímero amidoxima. Se prefiere que el polímero amidoxima contenga más del 5% molar de grupos recurrentes acrilonitrilo para reducir la solubilidad, de manera que el nivel de unidades recurrentes amidoxima en el polímero amidoxima preferentemente es inferior al 95%, más preferentemente del 90% aproximadamente o inferior, en la misma base. La cantidad de unidades recurrentes se puede determinar de manera usual mediante espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) o espectroscopia infrarroja (IR), preferentemente mediante RMN. Preferentemente el polímero amidoxima es ligeramente coloreado, por ejemplo, blanco, grisáceo, amarillento, beige, para facilitar la observación del complejo resultante polímero-hierro, que generalmente es de color oscuro, por ejemplo, rojo oscuro o negro.
Los polímeros amidoxima de la presente invención generalmente se emplean mezclándolos con una corriente del proceso Bayer que contiene hierro coloidal y aluminato de sodio a un pH de 11 o superior, permitiendo que el polímero amidoxima interactúe con el hierro para formar una mezcla compuesta por una disolución de aluminato de sodio y un complejo insoluble polímero-hierro, y separando el complejo insoluble polímero-hierro de la disolución de aluminato de sodio para obtener una disolución de aluminato de sodio purificada. Como se usa en esta invención, el término "complejo insoluble polímero-hierro" es un término general que se entiende ampliamente que incluye todas las especies insolubles que contienen ambos polímero y hierro, independientemente de si el hierro está químicamente unido al polímero o está físicamente atrapado dentro del polímero. La formación del complejo polímero-hierro generalmente de color oscuro se puede detectar ordinariamente por observación visual, particularmente cuando el polímero es de color claro. El periodo de mezcla puede ser prolongado, por ejemplo, una hora o más, pero generalmente se prefiere que el periodo de mezcla sea tan corto como práctico para mantener una producción eficiente. Preferentemente, el polímero amidoxima y la corriente del proceso Bayer se entremezclan durante 1 aproximadamente a 10 minutos aproximadamente. Preferentemente, la mezcla implica movimiento o agitación, aunque a menudo ocurre que la agitación del flujo existente en la corriente del proceso Bayer es efectiva para producir una mezcla suficiente. La cantidad de polímero amidoxima mezclada con la corriente del proceso Bayer puede depender de varios factores de producción tales como la cantidad de hierro coloidal presente, el tamaño de partícula del polímero particulado, y el periodo de mezcla, pero generalmente es superior a un mg por litro de corriente del proceso Bayer aproximadamente, preferentemente superior a 10 mg por litro de corriente del proceso Bayer aproximadamente. Aunque la eliminación de hierro generalmente se facilita usando cantidades superiores de polímero amidoxima, generalmente no es deseable usar cantidades excesivas o antieconómicas. La cantidad de polímero amidoxima es inferior a 500 mg por litro de corriente del proceso Bayer. El punto de adición del polímero amidoxima a la corriente del proceso Bayer puede ser en cualquier punto de la corriente del proceso Bayer en el que se desee la eliminación del hierro coloidal, preferentemente en la alimentación del decantador o en la descarga de escape, más preferentemente en el rebosadero del decantador antes de la filtración. Si el polímero amidoxima es soluble, se puede añadir a la corriente del proceso Bayer en forma de disolución, preferentemente una disolución diluida. Si el polímero amidoxima es mayormente insoluble, se puede añadir particulado en forma de dispersión, mezcla acuosa, o preferentemente en forma seca.
La separación del complejo insoluble polímero-hierro de la disolución de aluminato de sodio puede ser mediante cualquier procedimiento de separación sólido-líquido conocido en la técnica, preferentemente por filtración, más preferentemente por filtración en combinación con un adyuvante de filtración, lo más preferentemente por filtración en combinación con aluminato tricálcico. La etapa de separación puede ser una etapa separada, o el polímero amidoxima se puede añadir preferentemente a la corriente del proceso Bayer después de la sedimentación pero antes de la filtración, de manera que se puede usar la etapa de filtración normal en el proceso Bayer para producir la separación. Si se emplea un adyuvante para el filtro, preferentemente se mezcla con el polímero y con la corriente del proceso Bayer antes de la etapa de separación, por ejemplo, antes de la filtración. Lo más preferentemente, el polímero amidoxima, el aluminato tricálcico, y la corriente del proceso Bayer se mezclan, en cualquier orden, antes de la filtración. La eficacia de la eliminación del hierro se puede determinar midiendo el nivel de hierro en la corriente del proceso Bayer antes de la mezcla con el polímero amidoxima, y a continuación midiendo el nivel de aluminato de sodio purificado en la disolución después de que se haya añadido el polímero amidoxima y se haya separado el complejo insoluble polímero-hierro de la disolución de aluminato de sodio. Las fuentes bibliográficas informan de que la solubilidad del hierro en las condiciones de clarificación del proceso Bayer, por ejemplo, a 70-100ºC es de 2 mg por litro de corriente del proceso Bayer aproximadamente. Por lo tanto, el nivel de hierro coloidal a menudo se puede determinar asumiendo que todo hierro que exceda los 2 mg por litro es hierro coloidal, en las condiciones básicas y de temperatura de la clarificación. La concentración de hierro coloidal en la disolución de aluminato de sodio purificado, dividida por la concentración de hierro coloidal en la corriente del proceso Bayer antes de la mezcla con el polímero particulado, generalmente es de 0,9 aproximadamente o inferior, preferentemente de 0,5 aproximadamente o inferior, más preferentemente de 0,1 aproximadamente o inferior. La concentración de hierro se puede determinar de manera usual, por ejemplo, mediante análisis elemental o colorimétrico.
Generalmente no es deseable la contaminación del producto alúmina final con el polímero. Por lo tanto, la disolución de aluminato de sodio purificado generalmente contiene menos de 5 mg por litro de polímero aproximadamente, preferentemente menos de 1 mg por litro aproximadamente. En este contexto, "polímero" se refiere a cualquiera de los polímeros que se pueda mezclar con la corriente del proceso Bayer con el propósito de eliminar el hierro como se enseña en esta invención, incluyendo cualquiera de los polímeros amidoxima que pasan a través de la etapa de separación, así como el polímero precursor residual y cualquier componente soluble del polímero particulado que se mezcle con la corriente del proceso Bayer junto con el polímero particulado.
También se ha encontrado que los polímeros amidoxima de la presente invención funcionan igualmente bien en corrientes del proceso Bayer que se han reconstruido en condiciones de laboratorio. Ya que la producción en planta a menudo es variable, frecuentemente aquellos expertos en la materia llevan a cabo experimentos en corrientes del proceso Bayer que han sido preparadas en laboratorio mezclando cantidades controladas de los diversos componentes. Por ejemplo, una corriente del proceso Bayer adecuada para el trabajo de laboratorio se puede preparar obteniendo el líquido residual de una planta de Bayer y añadiendo hidrato de alúmina, óxido férrico y/o sulfato férrico (que precipita inmediatamente en hidróxido férrico) en cantidades conocidas. Así, el término "corriente del proceso Bayer" como se usa en esta invención incluye mezclas del líquido residual, del hidrato de alúmina y del óxido férrico y/o hidróxido férrico preparadas en laboratorio.
Los siguientes Ejemplos se proporcionan con fines demostrativos y no limitan de ninguna manera el alcance de la presente invención.
Ejemplo A
Se preparó en laboratorio una corriente del proceso Bayer como sigue: se mezclaron juntos líquido residual (de una planta del proceso Bayer), hidrato de alúmina, óxido férrico y sulfato férrico bajo presión a 160ºC aproximadamente para disolver el hidrato de alúmina y parte del óxido/hidróxido férrico, y a continuación se enfrió hasta 95-105ºC aproximadamente para precipitar parte del hierro en forma de hierro coloidal. A continuación esta corriente del proceso Bayer se filtró a través de un filtro de 0,45 micrómetros para eliminar el hierro no coloidal no disuelto. Esta corriente del proceso Bayer filtrada contenía 7,3 mg por litro de hierro aproximadamente (de los cuales 2 mg por litro aproximadamente estaban disueltos y 5,3 mg por litro aproximadamente eran hierro coloidal), 120 gramos por litro de Al_{2}O_{3} aproximadamente, y 160 gramos por litro de NaOH aproximadamente.
Ejemplo 1
Se preparó una suspensión de poliacrilonitrilo (PAN) mezclando 15 partes de PAN en polvo aproximadamente que tenía un peso molecular medio de 220.000 aproximadamente con 85 partes de agua aproximadamente. Se preparó una disolución separada de hidroxilamina mezclando primero 23,20 partes de sulfato de hidroxilamina aproximadamente (NH_{2}OH equivalente al 100% de grupos nitrilo), 2,22 partes de tiosulfato sódico aproximadamente, y 35 partes de agua aproximadamente, y a continuación se añadió lentamente 11,31 partes de NaOH al 50% aproximadamente (equivalente al 50% del sulfato de hidroxilamina). A continuación la disolución de hidroxilamina se añadió cuidadosamente a la suspensión de PAN a una temperatura de 65ºC aproximadamente con agitación. A continuación la temperatura se incrementó a 80ºC aproximadamente y se mantuvo durante 3 horas aproximadamente. A continuación la suspensión resultante se filtró para separar el polímero particulado amarillento. El polímero particulado se lavó con agua y se secó a 105ºC para obtener 20,87 partes de polímero particulado aproximadamente (polímero particulado 1).
Ejemplo 2
Se agitó una porción del polímero particulado 1 en NaOH 0,1 N durante 2 horas a temperatura ambiente. Después de la filtración, el lavado, y el secado, se recuperó el 96,6% del peso original del producto (el 3,4% era soluble en NaOH 0,1 N). Se llevó a cabo una réplica del experimento, y en este caso se recuperó el 96,5% del peso original del producto (el 3,5% era soluble en NaOH 0,1 N).
Ejemplo 3
Se preparó una suspensión de copolímero de poliacrilonitrilo mezclando 10 partes de poli(acrilonitrilo/metacrilato) (94/6) en polvo aproximadamente que tiene un peso molecular medio de 100.000 aproximadamente con 60 partes de agua aproximadamente. Se preparó una disolución separada de hidroxilamina mezclando primero 15,47 partes de sulfato de hidroxilamina aproximadamente (NH_{2}OH equivalente al 100% de grupos nitrilo), 1,48 partes de tiosulfato sódico aproximadamente, y 60 partes de agua aproximadamente, y a continuación se añadió lentamente 7,54 partes de NaOH al 50% aproximadamente (equivalente al 50% del sulfato de hidroxilamina). La disolución de hidroxilamina se calentó a 80ºC aproximadamente, y a continuación se añadió cuidadosamente a la suspensión de copolímero de poliacrilonitrilo con agitación y manteniéndola a 80ºC aproximadamente durante 3 horas. A continuación la suspensión resultante se filtró para separar el polímero particulado amarillento. El polímero particulado se lavó con agua y se secó a 105ºC para obtener 14,14 partes de polímero particulado aproximadamente (polímero particulado 2). El análisis del polímero particulado 2 (RMN) dio un contenido en amidoxima del 63% molar y un contenido en nitrilo del 17% molar.
Ejemplo 4
Se agitó una porción del polímero particulado 2 en NaOH 0,1 N durante 2 horas a temperatura ambiente. Después de la filtración, el lavado, y el secado, se recuperó el 95,2% del peso original del producto (el 4,8% era soluble en NaOH 0,1 N).
Ejemplos 5-8
El polímero particulado 2 se probó por su capacidad de eliminar hierro coloidal añadiendo las cantidades de polímero particulado 2 mostradas en la Tabla 1 a una corriente del proceso Bayer preparada como en el Ejemplo A a 95ºC aproximadamente (dosificación en unidades de mg/l, es decir miligramos de polímero particulado 2 por litro de corriente del proceso Bayer), mezclando durante un minuto aproximadamente, a continuación filtrando para eliminar el complejo polímero-hierro de color oscuro, y analizando el filtrado para el hierro (unidades de mg/l, es decir, miligramos de hierro por litro de disolución de aluminato de sodio purificada). Ya que se eliminaron más de 2 mg por litro (mg/l) de hierro mediante el tratamiento de los Ejemplos 7 y 8 (comparado con el Ejemplo 5C comparativo), al menos parte del hierro eliminado debe haber sido hierro coloidal. Asimismo, casi con certeza se eliminó el hierro coloidal del Ejemplo 6, aunque la cantidad de reducción fue inferior a 2 mg/l y el procedimiento de ensayo empleado con el hierro en este Ejemplo no distingue entre hierro coloidal y no coloidal.
TABLA 1
Ej. Nº Dosis de polímero particulado Hierro en la disolución de aluminato de sodio
2 (mg/l) purificada después del tratamiento (mg/l)
5C 0 7,3
6 15 6,0
7 30 5,2
8 60 3,4
Ejemplo 9
Se preparó una suspensión de poliacrilonitrilo (PAN) mezclando 14,74 partes de PAN en polvo aproximadamente que tenía un peso molecular medio de 220.000 aproximadamente con 85,26 partes de agua aproximadamente. La suspensión se mezcló con 22,80 partes de sulfato de hidroxilamina aproximadamente (NH_{2}OH equivalente al 100% de grupos nitrilo), 2,18 partes de tiosulfato sódico aproximadamente, 93,1 partes de agua aproximadamente, y 11,1 partes de NaOH al 50% aproximadamente (equivalente al 50% del sulfato de hidroxilamina). A continuación la mezcla se calentó con agitación a una temperatura de 70-80ºC aproximadamente durante 2 horas aproximadamente. El pH de la suspensión era 5,2 aproximadamente. A continuación la suspensión resultante se filtró para separar el polímero particulado amarillento. El polímero particulado se lavó con agua y se secó a 60ºC para obtener el polímero particulado 3. El análisis del polímero particulado 3 (IR) dio un contenido en amidoxima del 60% molar y un contenido en nitrilo del 34% molar.
Ejemplos 10-12
El polímero particulado 3 se probó por su capacidad para eliminar hierro coloidal de la misma manera que se describe en los Ejemplos 5-8. Los resultados se muestran en la Tabla 2. Ya que se eliminaron más de 2 miligramos por litro (mg/l) de hierro mediante el tratamiento de los Ejemplos 11-12 (comparado con el Ejemplo 10C comparativo), al menos parte del hierro eliminado debe haber sido hierro coloidal.
TABLA 2
Ej. Nº Dosis de polímero particulado Hierro en la disolución de aluminato de sodio
3 (mg/l) purificada después del tratamiento (mg/l)
10C 0 6,4
11 50 4,3
12 100 2,7
Ejemplo 13
Se mezcló 3,0 partes de PAN en polvo aproximadamente que tenía un peso molecular medio de 150.000 aproximadamente con 4,87 partes de sulfato de hidroxilamina aproximadamente (NH_{2}OH equivalente al 105% de grupos nitrilo), 92 partes de agua aproximadamente, y 4,75 partes de NaOH al 50% aproximadamente (equivalente al 100% del sulfato de hidroxilamina). A continuación la mezcla se calentó a 80-90ºC aproximadamente durante 1 hora aproximadamente. El pH de la suspensión era de 9,0 aproximadamente. La dispersión resultante contenía el 5,0% en peso aproximadamente del polímero particulado 4.
Ejemplos 14-16
El polímero particulado 4 (dispersión) se probó por su capacidad para eliminar hierro coloidal de la misma manera que se describe en los Ejemplos 5-8. Los resultados se muestran en la Tabla 3. Ya que se eliminaron más de 2 miligramos por litro (mg/l) de hierro mediante el tratamiento de los Ejemplos 15-16 (comparado con el Ejemplo 14C comparativo), al menos parte del hierro eliminado debe haber sido hierro coloidal.
TABLA 3
Ej. Nº Dosis de polímero particulado Hierro en la disolución de aluminato de sodio
4 (mg/l) purificada después del tratamiento (mg/l)
14C 0 7,7
15 50 5,0
16 100 3,1
\newpage
Ejemplos 17-20
Se prepararon cuatro polímeros amidoxima mediante los procedimientos descritos en los Ejemplos 1 y 2 del documento WO 91/18026, de acuerdo con los parámetros de formulación mencionados en la Tabla 4 a continuación.
Ej. Nº Nº de ejemplo en el documento WO 91/18026
17 1
18 2 (6ª entrada en la Tabla 1, pág. 8, del documento WO 91/18026)
19 2 (8ª entrada en la Tabla 1, pág. 8, del documento WO 91/18026)
20 2 (11ª entrada en la Tabla 1, pág. 8, del documento WO 91/18026)
Ejemplos 21-24
Se agitó una porción de cada uno de los cuatro polímeros amidoxima presentados en la Tabla 4 en NaOH 0,1 N durante 2 horas a temperatura ambiente, como en los Ejemplos 2 y 4 anteriores, para determinar la cantidad de polímero que era soluble en la disolución acuosa de NaOH 0,1 N a 25ºC. Se llevó a cabo una réplica del experimento sobre el polímero amidoxima del Ejemplo 18. Los resultados se muestran en la Tabla 5 a continuación. Estos resultados demuestran una clara diferencia en la solubilidad entre los polímeros amidoxima del documento WO 91/18026 y los polímeros particulados preferidos de la presente invención.
TABLA 5
Ej. Nº Fuente del polímero % en peso de polímero particulado soluble en la
particulado disolución acuosa de NaOH 0,1 N a 25ºC
2 Ejemplo 1 3,4, 3,5*
4 Ejemplo 3 4,8
21 Ejemplo 17 30,5
22 Ejemplo 18 30,6, 31,1*
23 Ejemplo 19 51,3
24 Ejemplo 20 78,1
* Experimento réplica

Claims (17)

1. Un proceso para la reducción del nivel de hierro coloidal en una corriente del proceso Bayer, que comprende (a) proporcionar una corriente del proceso Bayer que tiene (i) un pH de 11 o superior, (ii) una concentración de aluminato de sodio superior a 100 gramos por litro, y (iii) que contiene hierro coloidal; (b) proporcionar un polímero amidoxima; (c) mezclar dicha corriente del proceso Bayer con 1 mg a 500 mg de dicho polímero amidoxima por litro de dicha corriente del proceso Bayer, para formar una mezcla compuesta de una disolución de aluminato de sodio y un complejo insoluble polímero-hierro, y (d) separar dicho complejo insoluble polímero-hierro de dicha disolución de aluminato de sodio para obtener una disolución de aluminato de sodio purificada.
2. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 1 en el que la concentración de hierro coloidal en dicha disolución de aluminato de sodio purificada obtenida en la etapa (d), dividida por la concentración de hierro coloidal en dicha corriente del proceso Bayer en la etapa (a), es de 0,9 aproximadamente o inferior.
3. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 1 o en la reivindicación 2 en el que la separación se lleva a cabo por filtración de dicha mezcla.
4. Un proceso como el reivindicado en cualquier reivindicación precedente que comprende adicionalmente mezclar aluminato tricálcico con dicha corriente del proceso Bayer antes de la separación.
5. Un proceso como el reivindicado en cualquier reivindicación precedente en el que el polímero amidoxima es un polímero de adición vinílico compuesto del 10% molar superior de grupos recurrentes acrilamidoxima, basado en los moles totales de unidades recurrentes.
6. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 5 en el que el polímero amidoxima es un polímero de adición vinílico compuesto por más del 5% molar de unidades recurrentes acrilonitrilo, basado en los moles totales de unidades recurrentes.
7. Un proceso como el reivindicado en cualquier reivindicación precedente en el que el polímero amidoxima es un polisacárido amidoxima funcionalizado.
8. Un proceso como el reivindicado en cualquier reivindicación precedente en el que el polímero amidoxima es un polímero particulado y en el que menos del 25% del polímero particulado, en peso basado en el peso total de polímero particulado, es soluble en disolución acuosa de NaOH 0,1 N a 25ºC.
9. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 8 en el que menos del 10% de dicho polímero particulado, en peso basado en el peso total, es soluble en disolución acuosa de NaOH 0,1 N a 25ºC.
10. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 8 o en la reivindicación 9 en el que el polímero particulado tiene un tamaño de partícula medio en el intervalo de un micrómetro a 1200 micrómetros.
11. Un proceso como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10 en el que el polímero particulado se suministra en forma de dispersión.
12. Un proceso como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10 en el que el polímero particulado se suministra en forma seca.
13. Un proceso como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10 en el que el polímero particulado se suministra en forma de mezcla acuosa.
14. Un proceso como el reivindicado en cualquier reivindicación precedente en el que la corriente del proceso Bayer es la alimentación del decantador.
15. Un proceso como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 en el que la corriente del proceso Bayer es el rebosadero del decantador.
16. Un proceso como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 en el que la corriente del proceso Bayer es la descarga de escape.
17. Un proceso como el reivindicado en cualquier reivindicación precedente en el que la corriente del proceso Bayer tiene un pH de 13 o superior.
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