ES2268805T3

ES2268805T3 - Procedimiento para producir alumina.

Info

Publication number: ES2268805T3
Application number: ES98959043T
Authority: ES
Inventors: Dermot Michael O'hare; Andrew Michael Fogg; Gordon Michael Parkinson
Original assignee: Curtin University of Technology
Current assignee: Curtin University
Priority date: 1997-12-11
Filing date: 1998-12-10
Publication date: 2007-03-16
Anticipated expiration: 2018-12-10
Also published as: CA2313482A1; US7084085B2; EP1037855B1; AU748945B2; US6479024B1; AU748945C; WO1999029627A1; GB9726117D0; AU1497499A; US20030064019A1; DE69835231D1; EP1037855A1

Abstract

Un procedimiento para producir alúmina a partir de bauxita, que comprende el tratamiento de bauxita con una base, para formar una mezcla que comprende una disolución de iones que contienen aluminio y precipitar alúmina trihidratada de la disolución, caracterizado porque la disolución contiene al menos una impureza aniónica, y porque el procedimiento comprende el tratamiento de la disolución antes o después de la etapa de precipitación, con un hidróxido doble laminar que comprende capas de fórmula [LiAl2(OH)6]+ capaces de intercalar la impureza aniónica, para retirar la impureza aniónica de la disolución, mediante la intercalación en las capas del hidróxido doble laminar.

Description

Procedimiento para producir alúmina.

Esta invención se refiere a un procedimiento para producir alúmina. En particular, la invención se refiere a un procedimiento para extraer alúmina a partir de bauxita.

El aluminio es producido, casi exclusivamente, a partir de mena de alúmina de bauxita, por una combinación de los procedimientos de Bayer y Hall-Heroult. En el procedimiento de Bayer, la bauxita típicamente es triturada, lavada, secada y pulverizada, antes de ser tratada con hidróxido sódico acuoso a una temperatura elevada. El hidróxido sódico disuelve la alúmina para formar una disolución, de la cual se retiran las impurezas insolubles ("lodos rojos"). Precipita alúmina trihidratada (Al_{2}O_{3}.3H_{2}O o Al(OH)_{3}) de la disolución como gibbsita, y es calcinada para producir alúmina (Al_{2}O_{3}), para la reducción electrolítica a aluminio en el procedimiento de Hall-Heroult. Se proporciona un esbozo del procedimiento de Bayer en Chemistry and Industry, del 18 de julio de 1988, Págs. 445-451.

La precipitación del trihidrato de la disolución ("el líquido del procedimiento de Bayer") implica sembrar la disolución con cristales del trihidrato (en forma de gibbsita) a aproximadamente 80ºC, y mantener la temperatura a este valor durante un periodo significativo de tiempo, mientras tiene lugar la cristalización. Si el trihidrato precipita más rápidamente, por ejemplo, a temperaturas inferiores, se encuentra que es menos puro, y las impurezas que contiene, tales como silicatos, sulfato, oxalato, carbonato, sodio y compuestos orgánicos, lo hace inadecuado para electrólisis debido a los efectos adversos que estas impurezas tienen sobre la pila electrolítica y sobre el aluminio resultante.

Una característica esencial del procedimiento de Bayer es que se recicla la corriente de líquido; como consecuencia, puede haber una acumulación de contaminantes, impurezas y aditivos con el tiempo. En los líquidos de Bayer que contienen concentraciones relativamente altas de oxalato como impureza, este problema se remedia hasta cierto punto cristalizando oxalato sódico del líquido.

Los contaminantes del líquido de Bayer pueden examinarse bajo tres apartados distintos: impurezas orgánicas, impurezas inorgánicas, y aditivos.

Los materiales orgánicos se introducen en el procedimiento de Bayer mediante casi todas las bauxitas. Mientras inicialmente muchos de estos están en forma de materiales húmicos, con el tiempo, en el líquido, se produce la degradación, y se genera un enorme número de compuestos orgánicos, con un amplio intervalo de pesos moleculares y estructuras y funcionalidades químicas. La mayor concentración de un compuesto orgánico sencillo es del anión oxalato (C_{2}O_{4}^{2-}), el penúltimo producto de degradación de los humatos presente en el líquido antes de la formación de CO_{2}/CO_{3}^{2-}. No todos los compuestos orgánicos tienen los mismos efectos sobre el procedimiento de Bayer. Muchos de los compuestos orgánicos absorben intensamente la luz visible, convirtiendo un líquido de otra manera incoloro en diversas tonalidades desde pajizo pálido hasta virtualmente negro. El problema más serio asociado con muchos de los compuestos orgánicos es los efectos indeseables que tienen sobre la precipitación de gibbsita y oxalato sódico.

Se conocen ciertos compuestos como venenos muy fuertes de la precipitación de la gibbsita. Por ejemplo, las moléculas orgánicas que contienen grupos específicos hidroxílicos (-OH) y carboxílicos (-COOH) pueden afectar considerablemente la precipitación de la gibbsita. Los efectos negativos de estos compuestos pueden incluir la reducción de la velocidad de precipitación, el rendimiento de la precipitación, la pureza del producto (tanto el color, como también un aumento del contenido de sodio, que permanece en la alúmina producida por calcinamiento, y provoca problemas en la producción posterior de aluminio), morfología, y resistencia (resistencia al desgaste), y un aumento de la cantidad relativa de partículas más pequeñas (finas) en el producto.

En todas las fábricas de Bayer en las que hay una concentración creciente de oxalato en la corriente de líquido con el tiempo, debe retirarse el oxalato sódico, porque por encima de ciertas concentraciones el líquido se vuelve inestable con respecto a la solubilidad del oxalato sódico, y el último puede precipitar espontáneamente, provocando diversos problemas en el funcionamiento de la fábrica, que incluyen flotación y exceso de sólidos, generación de partículas finas indeseadas de gibbsita y contaminación del producto de gibbsita por cocristalización con oxalato sódico. La retirada controlada de oxalato sódico se logra usualmente mediante precipitación controlada, o en una corriente secundaria distinta o mediante una cocristalización deliberada con gibbsita, de una manera controlada, en la corriente principal del procedimiento. Procedimientos de retirada alternativos incluyen "quemado del líquido" y adsorción sobre una fase sólida inerte, por ejemplo, carbón activo. Alguno de los compuestos orgánicos en el líquido de Bayer, aparte del oxalato, pueden afectar la precipitación de oxalato sódico, elevando su solubilidad aparente (y reduciendo por lo tanto la fuerza impulsora para hacer que cristalice), reduciendo por tanto el rendimiento, así como la velocidad de precipitación, mediante el envenenamiento de los sitios de crecimiento de los cristales de oxalato sódico. Se hace referencia a los compuestos que tienen un efecto negativo sobre la cristalización de oxalato sódico mediante la expresión genérica venenos de semillas de oxalato.

Se introducen diversos aniones inorgánicos en el líquido de Bayer durante el funcionamiento de la fábrica, algunos de los cuales aumentan en concentración, a través de la digestión de la bauxita, a partir de impurezas naturales en la bauxita y/o reactivos y agua, y, en el caso de carbonato (CO_{3}^{2-}), a través también de la reacción de dióxido de carbono atmosférico con la disolución de sosa cáustica. Los aniones inorgánicos que se derivan de las impurezas de la bauxita incluyen oxoaniones de metales (por ejemplo, oxoaniones de metales de transición), tales como vanadato (VO_{4}^{3-}), ferrato (FeO_{4}^{2-}) y silicato (SiO_{4}^{4-}). Otros aniones inorgánicos en el líquido incluyen sulfato (SO_{4}^{2-}), y fosfato (PO_{4}^{3-}), por ejemplo.

En el caso de algunas fábricas de Bayer, que usan ciertas bauxitas como materias primas, la concentración de sulfato en el líquido puede aumentar hasta cantidades inaceptables. Los problemas provocados por la presencia de sulfato en la corriente de líquido incluyen el aumento de la fuerza iónica del líquido mientras se reduce la concentración eficaz de sosa cáustica libre, y los problemas potenciales de formación de incrustaciones (por ejemplo, por yeso, CaSO_{4}.2H_{2}O) a través de la reacción con calcio añadido durante la caustificación.

Durante la etapa de digestión del procedimiento de Bayer, se disuelve sílice soluble en el líquido de Bayer, y precipita posteriormente como producto de retirada de silicio (DSP) que consiste parcial o totalmente en uno o más aluminosilicatos sódicos. Mientras esta etapa de precipitación retira eficazmente el silicio de la disolución, lo hace a expensas de retirar sodio y aluminio de producción útil.

La conversión de hidróxido sódico en el líquido de Bayer en carbonato sódico reduce en gran manera la eficacia y productividad del funcionamiento de la fábrica, y de este modo es tratado actualmente en muchas refinerías mediante el procedimiento de caustificación, en el que se añade cal viva (óxido de calcio, CaO) y/o cal muerta (hidróxido cálcico, Ca(OH)_{2}) al líquido. En la práctica, no toda la cal se convierte en carbonato cálcico, y algo reacciona para formar otros compuestos, que incluyen los que consumen aluminio. Las grandes cantidades usadas de cal, combinado con las ineficacias asociadas usualmente con su uso, conducen a que la caustificación es un gran gasto en el funcionamiento de una fábrica de Bayer, y también hay asociados impactos medioambientales negativos.

Se añaden diversos productos químicos al líquido de Bayer en partes diferentes del procedimiento, para lograr un intervalo de mejoras; por ejemplo, modificadores del crecimiento de cristales y floculantes. A veces es ventajoso ser capaz de retirar alguno de estos productos químicos en ciertas etapas del procedimiento, y sin embargo no retirar otros.

A la vista del enorme volumen de bauxita que es elaborado alrededor del mundo, incluso pequeñas mejoras en el procedimiento, tales como una reducción en el tiempo que hace falta para la precipitación, o una reducción en la temperatura que se necesita para mantenerla, puede conducir a grandes ahorros en los costes.

Los hidróxidos dobles laminares son una clase de compuestos que comprenden dos iones metálicos y tienen una estructura laminar. Se proporciona una breve revisión de hidróxidos dobles laminares en Chemistry in Britain, de septiembre de 1997, Págs. 59 a 62. Las hidrotalcitas, quizás los hidróxidos dobles laminares más bien conocidos, se han estudiado durante muchos años. Las arcillas del tipo de la hidrotalcita útiles como catalizadores para la conversión de hidrocarburos se describen en el documento de patente US 5354932. Es conocido que los hidróxidos dobles laminares pueden intercalar ciertas especies aniónicas inorgánicas, tales como carbonato, en las capas de su estructura.

La estructura de los hidróxidos laminares [LiAl_{2}(OH)_{6}]X, en la que X es Cl, Br o NO_{3}, y sus monohidratos, ha sido descrita por Besserguenev et al., en Chem. Mater., 1997, Nº 9, Págs. 241-247. Los hidróxidos pueden producirse por la reacción de gibbsita [\gamma-Al(OH)_{3}] u otras formas de Al(OH)_{3}, tales como bayerita, nordstrandita o doyleita, con sales de litio de fórmula LiX. Los materiales pueden formarse también de otros modos, tales como por precipitación directa (véase, por ejemplo, Serna et al., Clays & Clay Minerals, (1997), 25, 384). La estructura de las capas de LiAl_{2}(OH)_{6}^{+} en los compuestos es inusual para un hidróxido doble laminar, ya que se basa en una disposición ordenada de cationes metálicos. La preparación de estos compuestos se describe también en los documentos de patente US 4348295 y US 4348297. Se conocen otros pocos hidróxidos dobles laminares que tienen un ordenamiento catiónico, tales como los compuestos que contienen capas de fórmula [Ca_{2}Al(OH)_{6}]^{+}.

Perrotta et al., en Light Metals, 1996, páginas 17 a 28, y Light Metals, 1995, página 77, describen la formación de hidróxidos dobles laminares en líquido de Bayer, y su efecto de promoción sobre la precipitación de oxalato. El hidróxido doble laminar se forma solamente in situ por adición de hidróxido cálcico o magnésico al líquido de Bayer, y puede reducir su contenido en oxalato. También, se describe la misma formación de hidróxidos dobles laminares in situ como que mejora la precipitación de oxalato del líquido agotado. Ya que el hidróxido doble laminar se forma in situ en el líquido de Bayer, proporcionando la alúmina disuelta en el líquido un componente de la reacción en la que se forma el hidróxido doble laminar, el líquido no es tratado él mismo con un hidróxido doble laminar. La química que está detrás del procedimiento no se describe en detalle por Perrotta et al., pero hay indicios que la intercalación juega al menos un papel secundario. Una aplicación adicional del mismo concepto es descrita por Perrotta et al. en Light Metals, 1997, 37, que implica el tratamiento de agua de lago del procedimiento de Bayer. La tecnología enseñada por Perrotta et al. requiere el uso de cantidades relativamente grandes de cal u óxido de magnesio que, generalmente, no son reciclados, y conduce a la retirada de iones de aluminato del líquido (para formar el hidróxido doble laminar), lo cual es claramente indeseable. También, tiene la desventaja de introducir potencialmente sustancias indeseadas en el líquido de Bayer; se conoce, por ejemplo, que los iones de calcio tienen un efecto adverso sobre la precipitación de gibbsita (véase Cornell et al., Fourth International Alumina Quality Workshop, 2-7 de junio de 1996, páginas 97-). Además, el calcio conduce a la formación de CaSO_{4}.2H_{2}O y otros compuestos que forman incrusta-
ciones.

El documento de patente US-A-4.915.930, describe un procedimiento para producir hidróxido de aluminio de blancura mejorada, en el que se trata una disolución de un hidróxido de aluminio que contiene colorante con una material de fase sólida que comprende una mezcla de aluminato tricálcico e hidrotalcita para retirar el contaminante coloreado de la disolución. El documento de patente US-A-5.624.646 describe el uso de hidrotalcita calcinada para adsorber contaminantes de líquidos con aluminato sódico.

El documento de patente WO 97/03924 describe un método para purificar disoluciones de aluminato sódico que contienen oxalato sódico (por ejemplo, líquidos del procedimiento de Bayer), en el que el oxalato sódico precipita usando aluminato tricálcico hexahidratado. El aluminato tricálcico hexahidratado actúa como iniciador para la precipitación, y no se describe como que tenga ningún efecto sobre las otras impurezas del líquido.

La presente invención tiene la intención de mitigar o solucionar los problemas asociados con la presencia de impurezas en líquidos del procedimiento de Bayer. La solución al problema implica el uso de hidróxidos dobles laminares.

Por consiguiente, la presente invención proporciona un procedimiento para producir alúmina a partir de bauxita, que comprende el tratamiento de bauxita con una base, para formar una mezcla que comprende una disolución de iones que contienen aluminio y precipitar alúmina trihidratada de la disolución, caracterizado porque la disolución contiene al menos una impureza aniónica, y porque el procedimiento comprende el tratamiento de la disolución antes o después de la etapa de precipitación, con un hidróxido doble laminar que comprende capas de fórmula [LiAl_{2}(OH)_{6}]^{+}, capaz de intercalar la impureza aniónica, para retirar la impureza aniónica de la disolución mediante intercalación en las capas del hidróxido doble laminar. Las impurezas pueden retirarse de la disolución o parcialmente o sustancialmente de manera completa.

Se pretende que la expresión "bauxita", como es usa en la presente invención, cubra todas las menas que contienen alúmina de las que pueden obtenerse alúmina trihidratada (por ejemplo, gibbsita).

Las impurezas aniónicas presentes en la disolución, que pueden retirarse en el procedimiento de la invención, incluyen típicamente carbonato, sulfato, oxalato (derivado de compuestos orgánicos en, o asociado con la mena de bauxita), humatos, fosfatos, silicatos, y oxoaniones de metales de transición, y son preferiblemente, pero no necesariamente de manera exclusiva, una o más de estas especies que se retiran de la disolución, o parcial o completamente, por intercalación en el hidróxido doble. El procedimiento de la invención es particularmente eficaz en la retirada de iones de carbonato y/u oxalato de la disolución. Las ventajas específicas del empleo de la retirada directa de oxalato de los líquidos de Bayer, incluyen el hecho que la concentración de oxalato sódico en disolución en cualquier parte de la fábrica de oxalato puede mantenerse por debajo del valor de solubilidad de equilibrio, y por lo tanto puede impedirse cualquier y todas las precipitaciones indeseadas de oxalato sódico.

La presente invención puede retirar también los compuestos orgánicos aniónicos que actúan como venenos de semillas de oxalato, mejorando por tanto la velocidad y rendimiento de la precipitación de oxalato sódico de líquidos de Bayer, y retirando también el peligro que acarrea el funcionamiento de una fábrica de Bayer en una región inestable con respecto a la precipitación de oxalato sódico, cuando la fuerza impulsora de la cristalización está delicadamente equilibrada, y ligeros cambios en la composición de los compuestos orgánicos el líquido de Bayer (debidos, por ejemplo, a un cambio en la fuente de bauxita) pueden conducir a una precipitación inesperada e indeseada de oxalato sódico.

La presente invención tiene ventajas sobre el uso de otros agentes para retirar impurezas del líquido de Bayer, debido a la selectividad de los hidróxidos dobles laminares. Puede dejar en disolución iones de aluminato así como aditivos beneficiosos, tales como especies orgánicas catiónicas y moléculas floculantes de alto peso molecular. De este modo, pueden evitarse los costes adicionales asociados con los agentes de retirada no selectiva, tales como carbón activo, debido a su tendencia a retirar aditivos. Además, la disposición ordenada de cationes en hidróxidos dobles laminares que contienen capas de fórmula LiAl_{2}(OH)_{6}^{+}, proporciona selectividad para diferentes aniones, y esto puede ser ventajoso ya que puede ser posible seleccionar para la retirada del líquido solamente los aniones que tengan un efecto perjudicial en el procedimiento.

La invención está basada al menos parcialmente en el reconocimiento que algunas impurezas aniónicas pueden ralentizar la velocidad de precipitación de la alúmina trihidratada intercalándose en las capas del trihidrato y/o adsorbiéndose sobre las superficies de crecimiento de cristales, y bloqueando los sitios de crecimiento activo cuando el trihidrato cristaliza en la disolución. Además, las impurezas aniónicas pueden mostrar otros efectos indeseables; por ejemplo, los iones de sulfato pueden actuar como matrices para la cristalización de zeolitas que coprecipitan con el trihidrato, y provocan problemas en etapas posteriores del procedimiento de producción de aluminio. Los iones de oxalato juegan varios papeles al afectar de manera perjudicial el procedimiento, y puede considerarse que constituyen la impureza más importante. También pueden retirarse en el procedimiento de la invención otras impurezas presentes en la disolución, tales como moléculas e iones orgánicos (por ejemplo, humatos).

El procedimiento de la invención se basa preferiblemente en el procedimiento de Bayer convencional. El procedimiento de la invención es también capaz de reducir el color del líquido de Bayer convencional, cuando se forma, por retirada de impurezas. El hidróxido doble laminar puede usarse para tratar el líquido de Bayer antes de la precipitación de gibbsita o después de la precipitación de gibbsita (es decir, por tratamiento de los líquidos verdes (ricos) y/o agotados), o en ambas etapas del procedimiento. El tratamiento del líquido agotado reduce las impurezas que son recicladas con el líquido hacia el punto de partida del procedimiento. El tratamiento del líquido agotado puede llevarse a cabo además de una etapa convencional de precipitación de oxalato del líquido.

El procedimiento de la invención es aplicable en otras áreas distintas al procedimiento de Bayer. Por lo tanto, en otra realización, la presente invención proporciona un método para la producción de un óxido o hidróxido de aluminio, que comprende la precipitación del óxido o el hidróxido de una disolución alcalina que contiene iones de aluminato, y el tratamiento de la disolución con un hidróxido metálico para retirar impurezas aniónicas de la disolución, en el que el hidróxido metálico es un hidróxido doble laminar que comprende capas de fórmula [LiAl_{2}(OH)_{6}]^{+}, capaz de intercalar las impurezas aniónicas para retirar las impurezas aniónicas de la disolución, mediante intercalación en las capas del hidróxido doble laminar. El óxido o hidróxido de aluminio producido de este modo puede ser de alta pureza para un uso especial.

El procedimiento de la invención es particularmente eficaz en decolorar líquido de Bayer para dar lugar a disoluciones menos coloreadas o incoloras. Por lo tanto, otra realización de la invención es un procedimiento para decolorar disoluciones alcalinas que contienen iones de aluminato en el procedimiento de Bayer, que comprende tratar la disolución con el hidróxido doble laminar. La decoloración puede deberse a la retirada de aniones orgánicos y/o oxoaniones de metales de transición coloreados de la disolución.

El hidróxido doble laminar comprende capas de fórmula [LiAl_{2}(OH)_{6}]^{+}, tales como [LiAl_{2}(OH)_{6}]OH, opcionalmente hidratado. El [LiAl_{2}(OH)_{6}]OH puede usarse como tal o como un compuesto de fórmula [LiAl_{2}(OH)_{6}]A, opcionalmente hidratado, en la que A es un contraión monovalente distinto a OH, tal como flúor, cloro, bromo, o nitro, que se convierte en [LiAl_{2}(OH)_{6}]OH in situ en la disolución alcalina que contiene la alúmina disuelta. Sin embargo, se prefiere el uso de [LiAl_{2}(OH)_{6}]OH, ya que libera solamente iones de hidróxido en el líquido cuando se intercala una impureza en las capas del compuesto. De este modo, el [LiAl_{2}(OH)_{6}]OH puede actuar para recaustificar el líquido mediante la retirada de aniones tales como carbonato, y reemplazándolos con hidróxido. Los compuestos que contienen capas de [LiAl_{2}(OH)_{6}]^{+} son particularmente ventajosos ya que pueden producirse fácilmente a partir de alúmina trihidratada (gibbsita), que precipita en el procedimiento de Bayer, y uno de los materiales de partida para la producción está por lo tanto ya disponible para los elaboradores de bauxita en grandes cantidades. También, el uso de este compuesto basado en la alúmina asegura que cualquier lixiviación del compuesto tenga poco o ningún efecto contaminante sobre la disolución. Los compuestos laminares de [LiAl_{2}(OH)_{6}]^{+} son estables a alta temperatura (por encima de 300ºC) y, como se ha mencionado anteriormente, pueden mostrar selectividad con respecto a ciertos aniones.

El hidróxido doble puede regenerarse al final del procedimiento. Un primer método preferido de regeneración comprende el tratamiento con carbonato, para formar un compuesto intercalado con carbonato, desplazando por tanto las impurezas aniónicas distintas al carbonato de las capas de la estructura, calcinando el compuesto intercalado con carbonato e hidratando el producto resultante. El tratamiento con carbonato en este procedimiento de regeneración puede implicar someter al hidróxido doble laminar a una disolución acuosa de una sal de carbonato soluble, tal como carbonato sódico, a aproximadamente, o por encima de, la temperatura ambiente durante hasta varias horas (por ejemplo, de 20 a 100ºC durante desde 1 hasta 48 horas). Un segundo método preferido de regeneración implica el tratamiento del hidróxido doble laminar, opcionalmente después del desplazamiento de las impurezas aniónicas distintas al carbonato con carbonato (como se ha descrito en el primer método preferido), con un ácido bajo condiciones que provocan la protonación y desintercalación de los iones intercalados, mientras se dejan sustancialmente intactas las capas del hidróxido doble laminar. Las condiciones adecuadas implican el tratamiento del hidróxido doble laminar con ácido diluido (por ejemplo, ácido clorhídrico diluido) a temperatura ambiente. La regeneración puede llevarse también a cabo mediante otros métodos, sin embargo, tales como el tratamiento del hidróxido doble con una disolución de LiCl.

De acuerdo con las condiciones convencionales del procedimiento de Bayer, la disolución se trata preferiblemente con el hidróxido doble cuando la disolución está a temperatura elevada (por ejemplo, desde aproximadamente 80 hasta 100ºC), preferiblemente mediante tratamiento del líquido agotado, es decir, después de haber sembrado el líquido con cristales de alúmina trihidratada para la precipitación. El hidróxido doble puede usarse como tal, o sobre un soporte (por ejemplo, de bolitas de resina). El tratamiento de la disolución con el hidróxido doble puede implicar cualquier método de reunir los dos materiales sin una contaminación perjudicial de la disolución, tal como, por ejemplo, hacer pasar la disolución a través del hidróxido doble usando técnicas bien conocidas en la ciencia de la filtración y separación. Por ejemplo, el tratamiento podría tomar la forma de una reacción discontinua, o podría implicar hacer fluir el líquido a través de un lecho del hidróxido doble laminar.

Hacer pasar la disolución a través de un cuerpo del hidróxido doble permite que se usen diferentes propiedades de intercalación de hidróxidos dobles que tengan diferentes aniones alojados. De este modo, por ejemplo, es posible emplear un cuerpo que comprende una región de fórmula [LiAl_{2}(OH)_{6}]OH y aguas abajo de dicha región (es decir, en la dirección del flujo de la disolución), al menos otra región de fórmula [LiAl_{2}(OH)_{6}]Y, en la que Y es un anión distinto a OH, cuya presencia en la disolución es beneficiosa para el procedimiento, de tal modo que los iones Y pasan a la disolución tras la intercalación de las impurezas en las capas del hidróxido doble. De este modo, pueden añadirse aniones beneficiosos a la disolución en cantidades precisas.

De manera similar, es posible usar, por ejemplo, un cuerpo de hidróxido doble laminar que comprende una región de fórmula [LiAl_{2}(OH)_{6}]OH y, aguas abajo de dicha región, al menos otra región de fórmula [LiAl_{2}(OH)_{6}]Y', en la que Y' es un anión que se intercala menos fuertemente que el OH^{-} en las capas de [LiAl_{2}(OH)_{6}]^{+}, para que la región de fórmula [LiAl_{2}(OH)_{6}]Y' pueda intercalar cualquier impureza que no haya sido todavía intercalada en la región de fórmula [LiAl_{2}(OH)_{6}]OH. Y y Y' pueden ser los mismos o diferentes.

En otra realización, la invención proporciona el uso de un hidróxido doble laminar, tal como [LiAl_{2}(OH)_{6}]OH, opcionalmente hidratado, por ejemplo, en la retirada de impurezas aniónicas de líquidos del procedimiento de Bayer.

Las ventajas de la presente invención incluyen las siguientes:

-: los hidróxidos dobles laminares son capaces de mantener fácilmente el pH alto de las disoluciones alcalinas usadas para disolver la alúmina;

-: los hidróxidos dobles pueden regenerarse;

-: los hidróxidos dobles pueden producirse fácilmente a partir de un material que está ya disponible para los elaboradores de bauxita en grandes cantidades;

-: los hidróxidos dobles pueden retirar selectivamente impurezas indeseadas;

-: los hidróxidos dobles pueden recaustificar el líquido mediante el intercambio de iones de hidróxido (OH^{-}) con otros iones en el líquido tras la intercalación;

-: el procedimiento de intercalación es muy rápido a temperatura ambiente y superior, y de este modo pueden tratarse rápidamente grandes volúmenes de disolución;

-: la necesidad de cal u óxido de magnesio se evita, y así el efecto nocivo del calcio en la precipitación de gibbsita;

-: los compuestos orgánicos e inorgánicos responsables del color del líquido de Bayer pueden retirarse de manera eficaz;

-: la separación de las impurezas indeseadas de la disolución se obtiene rápidamente sin ningún efecto sustancial sobre los iones de aluminato contenidos en la disolución, y sin necesitar ninguna modificación significativa del procedimiento de Bayer convencional;

-: pueden mejorarse las velocidades de crecimiento, rendimiento, comportamiento de aglomeración, morfología, distribución de tamaño de partículas, pureza, y resistencia de la alúmina (por ejemplo, gibbsita); y

-: el uso de compuestos basados en Al(OH)_{3}, tales como [LiAl_{2}(OH)_{6}]OH.H_{2}O asegura que el hidróxido doble no pueda contaminarse.

La invención se ilustrará ahora mediante referencia a los siguientes ejemplos no limitantes.

Ejemplos Ejemplo 1 Síntesis de [LiAl_{2}(OH)_{6}]X.nH_{2}O (n\approx1)

Al(OH)_{3} + LiX

\hskip0,5cm

\rightarrow

\hskip0,5cm

[LiAl_{2}(OH)_{6}]X.nH_{2}O

X = Cl^{-}, Br^{-}, OH^{-}, NO_{3}{}^{-}; (n\approx1)

Condiciones: la gibbsita se agitó con al menos un exceso de tres veces de LiX en agua (0,1 M), a 90ºC durante 6 horas.

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Ejemplo 2 Intercalación de aniones en [LiAl_{2}(OH)_{6}]X.nH_{2}O

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2[LiAl_{2}(OH)_{6}]Cl.nH_{2}O + Na_{2}C_{2}O_{4}

\hskip0,5cm

\rightarrow

\hskip0,5cm

[LiAl_{2}(OH)_{6}]_{2}C_{2}O_{4}.nH_{2}O + 2NaCl

2[LiAl_{2}(OH)_{6}]OH.nH_{2}O + Na_{2}SO_{4}

\hskip0,5cm

\rightarrow

\hskip0,5cm

[LiAl_{2}(OH)_{6}]_{2}SO_{4}.nH_{2}O + 2NaOH

Los ejemplos anteriores son reacciones típicas de este sistema, y se producirán para la mayor parte de aniones inorgánicos y orgánicos. Condiciones: 250 mg de [LiAl_{2}(OH)_{6}]Cl.nH_{2}O suspendidos en una disolución acuosa 0,1 M del compuesto alojado requerido (tres veces de exceso molar), y se agita a temperatura ambiente durante la noche. La mayor parte de las reacciones se producen realmente en pocos segundos.

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Ejemplo 3 Intercambio con carbonato

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[LiAl_{2}(OH)_{6}]_{2}SO_{4}.nH_{2}O + Na_{2}CO_{3}

\hskip0,5cm

\rightarrow

\hskip0,5cm

[LiAl_{2}(OH)_{6}]_{2}CO_{3}.nH_{2}O + Na_{2}SO_{4}

Condiciones: 250 mg de [LiAl_{2}(OH)_{6}]_{2}[X].nH_{2}O (X= dianión) suspendidos en una disolución acuosa de Na_{2}CO_{3} (0,1 M), y se calienta a 80ºC durante 24 horas.

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Ejemplo 4 Reformación de [LiAl_{2}(OH)_{6}]OH.nH_{2}O

400ºC de NaOH (ac.)

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[LiAl_{2}(OH)_{6}]_{2}CO_{3}.nH_{2}O

\hskip0,5cm

\rightarrow

\hskip0,5cm

"[LiAl_{2}(OH)_{6}]_{2}O"

\hskip0,5cm

\rightarrow

\hskip0,5cm

[LiAl_{2}(OH)_{6}]OH.nH_{2}O

Condiciones: calcínese el compuesto intercalado con carbonato a 400ºC, suspéndase luego en hidróxido sódico acuoso durante la noche a temperatura ambiente.

Esto demuestra la viabilidad de un proceso cíclico para la retirada de carbonato del líquido de Bayer, en el que el hidróxido doble laminar es reciclado usando el procedimiento de reformación esbozado anteriormente.

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Ejemplo 5 Regeneración de [LiAl_{2}(OH)_{6}]Cl.H_{2}O a partir de [LiAl_{2}(OH)_{6}]_{2}[CO_{3}].nH_{2}O usando ácido diluido

Se suspenden 150 mg de [LiAl_{2}(OH)_{6}]_{2}[CO_{3}].nH_{2}O en 10 ml de HCl 1,0 M en etanol, y se agita a temperatura ambiente durante la noche. La difracción de rayos X del compuesto resultante mostró que era [LiAl_{2}(OH)_{6}]Cl.H_{2}O, aunque se había producido algo de descomposición a gibbsita. El análisis elemental confirmó que Cl se había intercambiado con CO_{3}^{2-}. El compuesto intercalado con cloruro, [LiAl_{2}(OH)_{6}]Cl.H_{2}O, puede convertirse rápidamente en el compuesto intercalado con hidróxido, [LiAl_{2}(OH)_{6}]OH.nH_{2}O, a temperatura ambiente mediante tratamiento con exceso de una disolución de hidróxido sódico.

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Ejemplo 6 Captación de carbonato de una disolución alcalina mediante [LiAl_{2}(OH)_{6}]Cl.H_{2}O

Condiciones: 0,5 g de [LiAl_{2}(OH)_{6}]Cl.nH_{2}O suspendidos a temperatura ambiente durante 24 horas en 10 ml de una disolución acuosa que contiene:

i): relación molar 1:1 (1 M:1 M) de NaOH:Na_{2}CO_{3}

ii): relación molar 2:1 (2 M:1 M) de NaOH:Na_{2}CO_{3}

iii): relación molar 1:2 (1 M:2 M) de NaOH:Na_{2}CO_{3}

Los dos posibles productos no pueden distinguirse por difracción de rayos X, de modo que se usó análisis elemental de carbono. Los resultados mostraron que en todos los casos el contenido de carbono fue aproximadamente 75% del valor obtenido para [LiAl_{2}(OH)_{6}]_{2}CO_{3}.nH_{2}O.

Este ejemplo ilustra el principio de retirar aniones de carbonato de una disolución altamente alcalina, y por lo tanto demuestra la aplicabilidad del la técnica para la retirada de aniones de carbonato (y otros) de líquidos alcalinos del procedimiento de Bayer.

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Ejemplo 7 Tratamiento de líquido de Bayer

Se llevaron a cabo reacciones usando una columna cromatográfica creada a partir del hidróxido doble laminar [LiAl_{2}(OH)_{6}]OH.nH_{2}O. Se pasaron partes alícuotas de líquido de Bayer agotado hacia abajo de la columna antes de partirla en secciones para análisis de difracción de rayos X (XRD) y análisis elemental. Los patrones de difracción de rayos X para todas las secciones mostraron la separación entre capas característica del compuesto intercalado con carbonato, y hubo una cantidad significativa de carbono en el análisis elemental (correspondiente a entre 40 y 70% del contenido en carbono del compuesto intercalado con carbonato puro). El análisis del líquido agotado antes y después de los experimentos con la columna indicó que la columna había retirado carbonato del líquido ya que el contenido total en carbono del líquido se había reducido un 41%.

En este ejemplo, el color del líquido de Bayer se transformó desde marrón antes del tratamiento hasta un color amarillo pálido después del tratamiento mediante el paso a través de la columna. Esta observación visual se confirmó mediante espectros de UV/visible obtenidos del líquido antes y después del tratamiento. De este modo, el hidróxido doble laminar retira con éxito las cantidades relativamente pequeñas de impurezas que son responsables del color del líquido, tales como algunas moléculas/iones orgánicos y oxoaniones de metales de transición. Las bajas cantidades de estas especies quieren decir que su intercalación no puede detectarse basándose en fases de compuesto intercalado ordenado en el patrón de difracción de rayos X.

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Ejemplo 8 Intercalación de iones orgánicos

Se obtuvieron compuestos para alojar como sales o disódicas o dipotásicas. Los no disponibles como sales se prepararon haciendo reaccionar el ácido con un exceso molar de dos a tres veces de NaOH etanólico, conduciendo a la precipitación de la sal disódica.

El intercambio aniónico se llevó a cabo haciendo reaccionar la sal disódica o dipotásica de los siguientes ácidos dicarboxílicos, como modelos para el tipo de dianiones orgánicos encontrados en los humatos, en un exceso molar de dos a tres veces, con una suspensión de [LiAl_{2}(OH)_{6}]Cl.H_{2}O en H_{2}O: oxálico, malónico, succínico, adípico, subérico, sebácico, fumárico, maleico, ftálico, isoftálico, tereftálico, y L-málico. Típicamente, se hicieron reaccionar 150 mg de [LiAl_{2}(OH)_{6}]Cl.H_{2}O con 5 ml de una disolución acuosa del compuesto para alojar requerido en una ampolla de Young a temperatura ambiente durante la noche. La disolución se filtró luego, se lavó con agua desionizada y etanol, y se dejó secar al aire. Los compuestos intercalados se caracterizaron posteriormente mediante difracción de rayos X, análisis termogravimétrico (TGA), y análisis elemental.

Los datos de caracterización se resumen en la tabla 1. Los compuestos intercalados con suberato, sebacato y isoftalato colapsan al secarse, de modo que los patrones de difracción de rayos X de estos compuestos se registraron sobre una muestra húmeda.

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(Tabla pasa a página siguiente)

TABLA 1

1

Ejemplo 9 Intercalación de perrenato en un hidróxido doble laminar de litio/aluminio anfitrión

Se pesaron [LiAl_{2}(OH)_{6}]Cl.nH_{2}O anfitrión y NaReO_{4} para alojar, como modelo de oxoaniones de metales de transición encontrados en líquido de Bayer, en proporción molar 1:3, que corresponde a 150 mg de anfitrión y 546 mg de compuesto alojado. Se añadieron luego a una ampolla, seguido por 5 ml de H_{2}O como disolvente, y una barra agitadora. Los contenidos de la ampolla se agitaron luego a 20ºC durante aproximadamente 48 horas. La ampolla se dejó enfriar, y la disolución se filtró a través de una frita de vidrio sinterizado.

Se realizaron difracción de rayos X y microanálisis sobre la muestra sólida. Ambos indicaron que se había producido intercalación. La difracción de rayos X mostró un espaciamiento d expandido de 9,6 \ring{A}, y el microanálisis mostró que se había producido una intercalación completa, proporcionando un producto de fórmula empírica [LiAl_{2}(OH)_{6}]ReO_{4}.H_{2}O.

100 g de [LiAl_{2}(OH)_{6}]Cl.nH_{2}O anfitrión reaccionarían con 121 g de NaReO_{4}. 100 g de [LiAl_{2}(OH)_{6}]OH.nH_{2}O anfitrión reaccionarían con 131 g de NaReO_{4}.

Claims

1. Un procedimiento para producir alúmina a partir de bauxita, que comprende el tratamiento de bauxita con una base, para formar una mezcla que comprende una disolución de iones que contienen aluminio y precipitar alúmina trihidratada de la disolución, caracterizado porque la disolución contiene al menos una impureza aniónica, y porque el procedimiento comprende el tratamiento de la disolución antes o después de la etapa de precipitación, con un hidróxido doble laminar que comprende capas de fórmula [LiAl_{2}(OH)_{6}]^{+} capaces de intercalar la impureza aniónica, para retirar la impureza aniónica de la disolución, mediante la intercalación en las capas del hidróxido doble laminar.

2. Un procedimiento conforme a la reivindicación 1, en el que el hidróxido doble laminar contiene, intercalados en las capas, aniones alojados que son liberados en la disolución desde el hidróxido doble laminar cuando la impureza aniónica se intercala en las capas del hidróxido doble laminar.

3. Un procedimiento conforme o a la reivindicación 1 o a la reivindicación 2, en el que la impureza aniónica es un anión seleccionado de sulfato, carbonato, oxalato, silicatos, fosfato, vanadato, ferrato, y mezclas de dos o más de éstos.

4. Un procedimiento conforme a la reivindicación 3, en el que la impureza aniónica es un anión seleccionado de carbonato, oxalato, y sus mezclas.

5. Un procedimiento conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que es el procedimiento de Bayer.

6. Un procedimiento conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la disolución es tratada con el hidróxido doble laminar a una temperatura en el intervalo desde 80 hasta 100ºC.

7. Un procedimiento conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la disolución se pasa a través de un cuerpo del hidróxido doble laminar.

8. Un procedimiento conforme a la reivindicación 7, en el que el cuerpo del hidróxido doble laminar comprende una región de fórmula [LiAl_{2}(OH)_{6}]OH y, aguas abajo de dicha región, al menos otra región de fórmula [LiAl_{2}(OH)_{6}]Y, en la que Y es un anión distinto a OH, cuya presencia en la disolución es beneficiosa para el procedimiento, de tal modo que los iones Y pasan a la disolución tras la intercalación de las impurezas en las capas del hidróxido doble.

9. Un procedimiento conforme a la reivindicación 7 o la reivindicación 8, en el que el cuerpo del hidróxido doble laminar comprende una región de fórmula [LiAl_{2}(OH)_{6}]OH y, aguas abajo de dicha región, al menos otra región de fórmula [LiAl_{2}(OH)_{6}]Y', en la que Y' es un anión que se intercala menos fuertemente que el OH^{-} en las capas de [LiAl_{2}(OH)_{6}]^{+}, para que la región de fórmula [LiAl_{2}(OH)_{6}]Y' pueda intercalar cualquier impureza que no haya sido todavía intercalada en la región de fórmula [LiAl_{2}(OH)_{6}]OH.

10. El uso de un hidróxido doble laminar en la retirada de una impureza aniónica de un líquido del procedimiento de Bayer que contiene dicha impureza aniónica, en el que el hidróxido doble laminar comprende capas de fórmula [LiAl_{2}(OH)_{6}]^{+}, y es capaz de intercalar dicha impureza aniónica para retirarla del líquido mediante intercalación en las capas del hidróxido doble laminar.

11. El uso conforme a la reivindicación 10, en el que el hidróxido doble laminar contiene, intercalados en las capas, aniones alojados que son liberados en el líquido del procedimiento de Bayer desde el hidróxido doble laminar cuando la impureza aniónica se intercala en las capas del hidróxido doble laminar.

12. Un método para producir un óxido o hidróxido de aluminio, que comprende la precipitación del óxido o el hidróxido de una disolución alcalina que contiene iones de aluminato, y el tratamiento de la disolución con un hidróxido metálico para retirar impurezas aniónicas de la disolución, caracterizado porque el hidróxido metálico es un hidróxido doble laminar que comprende capas de fórmula [LiAl_{2}(OH)_{6}]^{+},capaz de intercalar las impurezas aniónicas para retirar las impurezas aniónicas de la disolución, mediante intercalación en las capas del hidróxido doble laminar.

13. Un procedimiento para decolorar disoluciones alcalinas que contienen iones de aluminato en el procedimiento de Bayer, disolución que contiene una impureza aniónica coloreada, procedimiento que comprende el tratamiento de la disolución con un hidróxido metálico, caracterizado porque el hidróxido metálico es un hidróxido doble laminar que comprende capas de fórmula [LiAl_{2}(OH)_{6}]^{+} capaz de intercalar la impureza aniónica para retirar la impureza aniónica de la disolución, mediante intercalación en las capas del hidróxido doble laminar.

14. Un procedimiento conforme a la reivindicación 13, en el que los oxoaniones basados en metales de transición y/o aniones orgánicos coloreados son retirados de la disolución.

15. Un procedimiento para la regeneración de un hidróxido doble laminar para usar en el procedimiento conforme a la reivindicación 1, a partir de un hidróxido doble laminar que tiene capas de fórmula [LiAl_{2}(OH)_{6}]^{+}, y que contiene una impureza aniónica distinta a aniones de carbonato intercalada en las capas del hidróxido doble laminar, procedimiento que comprende el tratamiento del hidróxido doble laminar con un carbonato, desplazando de ese modo la impureza aniónica distinta al carbonato de las capas de la estructura con aniones de carbonato para formar un compuesto intercalado con carbonato, la calcinación del compuesto intercalado con carbonato, e hidratando el producto de calcinación resultante.

16. Un procedimiento conforme a la reivindicación 15, en el que el hidróxido doble laminar que contiene la impureza aniónica es tratado con una disolución acuosa de una sal de carbonato soluble a temperatura ambiente o superior

17. Un procedimiento para la regeneración de un hidróxido doble laminar para usar en el procedimiento conforme a la reivindicación 1, a partir de un hidróxido doble laminar que tiene capas de fórmula [LiAl_{2}(OH)_{6}]^{+} que contiene una impureza aniónica intercalada en las capas del hidróxido doble laminar, procedimiento que comprende el tratamiento del hidróxido doble laminar con un ácido en condiciones que causan protonación y desintercalación de la impureza aniónica intercalada.

18. Un procedimiento conforme a la reivindicación 17, en el que el hidróxido doble laminar contiene una impureza aniónica distinta a aniones de carbonato y en el que, antes del tratamiento con un ácido, el hidróxido doble laminar es tratado con un carbonato, desplazando de ese modo la impureza aniónica de las capas del hidróxido doble laminar con aniones carbonato, para formar un compuesto intercalado con carbonato.

19. Un método para purificar y recaustificar simultáneamente una disolución alcalina que contiene aniones de aluminato y una impureza aniónica, que comprende el tratamiento de la disolución con un hidróxido doble laminar que tenga capas de fórmula [LiAl_{2}(OH)_{6}]^{+} que contenga aniones de hidróxido intercalados en las capas del hidróxido doble laminar, liberando de ese modo aniones de hidróxido de las capas en la disolución cuando la impureza aniónica se intercala en las capas del hidróxido doble laminar.

20 Un método conforme a la reivindicación 19, en el que el hidróxido doble laminar es [LiAl_{2}(OH)_{6}]OH.