ES2305486T3 - Preparacion de compuestos de hierro mediante conversion hidrotermica. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la conversión de un compuesto de hierro de partida sólido seleccionado del grupo que consiste en óxidos de hierro, hidróxidos de hierro, oxihidróxidos de hierro y mezclas de los mismos en un compuesto de hierro producto sólido, teniendo el compuesto de hierro producto sólido propiedades físicas, químicas y/o estructurales diferentes de las del compuesto de hierro de partida sólido, procedimiento que comprende las etapas de: a) dispersar el compuesto de hierro de partida sólido en un líquido formando así una suspensión, y b) alimentar la suspensión de manera continua a través de uno o más recipiente(s) de conversión con agitación, recipiente(s) en el/los que el compuesto de hierro de partida sólido se convierte en el compuesto de hierro producto sólido en condiciones hidrotérmicas, y en el que la suspensión fluye sustancialmente hacia arriba a través de el/los recipiente(s) de conversión de tal manera que la totalidad del reactor se mezcla bien y se evitan las zonas muertas.
Description
Preparación de compuestos de hierro mediante
conversión hidrotérmica.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la conversión hidrotérmica de un compuesto de
hierro de partida sólido seleccionado del grupo que consiste en
óxidos de hierro, hidróxidos de hierro, oxihidróxidos de hierro y
mezclas de los mismos en un compuesto de hierro producto sólido,
teniendo el compuesto de hierro producto sólido propiedades
físicas, químicas y/o estructurales diferentes de las del compuesto
de hierro de partida sólido. Así, la invención se refiere a la
conversión de un compuesto de hierro sólido en otro compuesto de
hierro sólido. No se refiere a, por ejemplo, un procedimiento de
precipitación en el que un compuesto de hierro disuelto se
convierte en un compuesto de hierro sólido, ni a un procedimiento de
digestión en el que se disuelve un compuesto de hierro
sólido.
sólido.
Se conoce de la técnica anterior la conversión
de goethita (alfa-FeOOH) en hematites
(alfa-Fe_{2}O_{3}) en una suspensión en
condiciones hidrotérmicas. La solicitud de patente rumana RO 86979
da a conocer esta conversión usando un autoclave y temperaturas de
aproximadamente 210ºC. La misma conversión, pero ahora en presencia
de carbonato de potasio usando temperaturas de entre 180 y 210ºC y
presiones de entre 16 y 20 atm, se da a conocer en el documento RO
100113.
Con el fin de minimizar los costes operacionales
y de maximizar la conservación de energía, seria deseable realizar
la conversión hidrotérmica de óxidos de hierro, hidróxidos de hierro
y oxihidróxidos de hierro en un modo continuo. Sin embargo, tal
como se explicará posteriormente, los procedimientos que implican
suspensiones no son fáciles de realizar de manera continua,
principalmente debido a segregación y sedimentación.
Las suspensiones consisten en una fase continua,
es decir, un líquido, y una fase dispersa, es decir partículas
sólidas. Las suspensiones pueden ser homogéneas o heterogéneas. En
esta memoria descriptiva, se definen las suspensiones homogéneas
como suspensiones que tienen una fracción volumétrica constante de
la fase continua en todo el sistema completo. Se denominan las
suspensiones sin tal fracción volumétrica constante de la fase
continua como heterogéneas. En este sistemas heterogéneos existen
gradientes de concentración de la fase dispersa. Las suspensiones
pueden separarse en una fracción con una fracción volumétrica
superior de la fase continua y una fracción con una fracción
volumétrica inferior de la fase continua. Dentro de esta memoria
descriptiva, este fenómeno se denomina segregación. La segregación
puede producirse mediante la acción de diversas fuerzas, por
ejemplo fuerzas centrífugas o gravedad. La sedimentación es una
forma de segregación en la que la fase dispersa sedimenta por
gravedad. Cuando se forma un sedimento, parte de la región de flujo
dentro de un reactor se bloquea por un sólido estancado, reduciendo
el volumen disponible para el flujo libre. Con flujo másico
constante, la suspensión tendrá que moverse a través de un área
menor, dando como resultado velocidades superiores de la fase
continua. Esto da como resultado incluso más segregación y una
distribución del tiempo de residencia de la fase dispersa en el
reactor que no es ideal.
Puede realizarse la conversión de partículas
sólidas en una suspensión de manera continua en reactores de
tubería o reactores en cascada tradicionales, siempre que las
partículas de partida formen fácilmente una suspensión homogénea
estable, por ejemplo, un sol o un gel, y sean de tamaño de partícula
más o menos uniforme. Incluso entonces, pueden producirse
limitaciones en la razón de sólidos con respecto a líquido (RSL)
debido al comportamiento reológico de la suspensión homogénea. La
entrada de energía alta, por ejemplo, mezclado de alta cizalladura,
puede paliar estas dificultades si las suspensiones muestran un
comportamiento pseudoplástico.
Lamentablemente, los óxidos de hierro,
hidróxidos de hierro y oxihidróxidos de hierro fácilmente
disponibles no se suspenden fácilmente y/o no forman suspensiones
homogéneas estables, ni a altas razones de sólidos con respecto a
líquido ni a las bajas. Esto se debe o bien a su tamaño de partícula
grande (es decir > 0,1 micra) y/o a su incompatibilidad química
con el líquido, haciendo muy probable la segregación de las
partículas a partir del líquido. Esto significa que las partículas
mostrarán una tendencia para formar una capa de sedimento, dando
como resultado una distribución del tiempo de residencia en el
reactor incontrolada y no ideal, dificultando de ese modo la
conversión. Esta situación puede agravarse adicionalmente cuando se
trata con partículas de partida de tamaños diferentes. Al contrario
del caso de las suspensiones homogéneas estables descritas
anteriormente, en el que la alta cizalladura puede ayudar en la
homogeneización y la reducción de la viscosidad, las suspensiones
inestables tienden a segregarse incluso más rápido cuando se añade
una entrada de energía alta al sistema. Por tanto, se prefiere un
buen mezclado en todo el reactor completo y evitar cualquier zona
muerta o sin mezclado para evitar distribuciones del tiempo de
residencia no ideales y para fomentar la conversión eficaz de las
partículas de partida. Alternativamente, es necesario añadir
productos químicos caros con el fin de estabilizar y dispersar la
suspensión e impedir la segregación.
Se ha encontrado que compuestos de hierro de
partida sólidos seleccionados del grupo que consiste en óxidos de
hierro, hidróxidos de hierro, oxihidróxidos de hierro y mezclas de
los mismos pueden convertirse de manera continua, incluso a altas
razones de sólidos con respecto a líquido (RSL), en uno o una serie
de recipientes separados sin un nivel de segregación inaceptable.
Usar altas razones de sólidos con respecto a líquido permite el uso
de equipo relativamente compacto y ofrece costes operacionales y
consumo de energía bajos.
La invención se refiere a un procedimiento para
la conversión de un compuesto de hierro de partida sólido
seleccionado del grupo que consiste en óxidos de hierro, hidróxidos
de hierro, oxihidróxidos de hierro y mezclas de los mismos en un
compuesto de hierro producto sólido, teniendo el compuesto de hierro
producto sólido propiedades físicas, químicas y/o estructurales
diferentes de las del compuesto de hierro de partida sólido,
procedimiento que comprende las etapas de:
a) dispersar el compuesto de hierro de partida
sólido en un líquido formando así una suspensión, y
b) alimentar la suspensión de manera continua a
través de uno o más recipiente(s) de conversión con
agitación, recipiente(s) en el/los que el compuesto de
hierro de partida sólido se convierte en el compuesto de hierro
producto sólido en condiciones hidrotérmicas, y en el/los que la
suspensión fluye sustancialmente hacia arriba a través de el/los
recipiente(s) de conversión y opcionalmente se agita la
suspensión ejerciendo fuerzas axiales sobre la suspensión.
El procedimiento continuo según la invención
tiene preferiblemente un caudal de 0,01 a 10 l/min, más
preferiblemente de 0,05-5 l/min y lo más
preferiblemente de 0,1-3 l/min.
En el procedimiento continuo según la invención,
la suspensión fluye sustancialmente hacia arriba a través de el/los
recipiente(s) y opcionalmente la mezcladora ejerce fuerzas
axiales sobre la suspensión, de tal manera que el reactor completo
se mezcla bien y se evitan las zonas muertas. Con estas medidas,
puede suprimirse además la segregación de las partículas sólidas y
el líquido. Además, se evita sustancialmente una distribución no
homogénea en la suspensión de partículas menores por un lado y
partículas mayores por otro lado.
Como la invención se refiere a la conversión de
un compuesto de hierro sólido en otro compuesto de hierro sólido,
el contenido en sólidos de la suspensión durante la etapa b) será
relativamente constante, aunque podría cambiar como resultado de,
por ejemplo, (a) la conversión de un compuesto de hierro con un peso
molecular específico en un compuesto de hierro con un peso
molecular mayor o menor, (b) la inyección de vapor (con fines de
calentamiento), que disminuirá el contenido en sólidos de la
suspensión, o c) la adición de aditivos a la suspensión durante el
procedimiento, que puede disminuir o aumentar el contenido en
sólidos, dependiendo del aditivo. Preferiblemente, el contenido en
sólidos de la suspensión (es decir, el porcentaje en peso de
sólidos, incluyendo el agua de cristalización, basado en el peso
total de la suspensión) al final de la etapa b) se desviará del
contenido en sólidos de la suspensión al inicio de la etapa b) en
menos del 40%, preferiblemente menos del 25%, más preferiblemente
menos del 10%.
Una ventaja adicional de la presente invención
reside en la posibilidad de hacer un ajuste fino en etapas
particulares (aspectos de) del procedimiento. Si se usa más de un
recipiente de conversión, pueden controlarse y/o amplificarse
propiedades particulares del compuesto de hierro producto sólido
adaptando, preferiblemente optimizando, las condiciones del
procedimiento en al menos uno de estos recipientes. Dentro del marco
de la presente invención, esta técnica o procedimiento se denomina
"desacoplamiento". Por tanto, el desacoplamiento significa que
en la serie de recipientes de conversión las condiciones del
procedimiento en uno o más de los recipientes difieren de aquellas
en el otro recipiente o recipientes. Puede usarse este
desacoplamiento de las fases del procedimiento para, entre otros,
el control eficaz de la estructura del compuesto de hierro producto
sólido. La ventaja del desacoplamiento no es trivial: mediante el
desacoplamiento de las diversas etapas del procedimiento se hace
posible, por ejemplo, optimizar el mezclado y el manejo de la
suspensión sólido-líquido que puede cambiar en
comportamiento reológico durante su conversión. Por tanto, puede
evitarse la segregación, en la forma de o bien sedimentación o bien
separación de sólidos con tamaños de partícula diferentes, incluso
a RSL altas. Además, el desacoplamiento permite la optimización de
las condiciones de procedimientos de múltiples fases. Por ejemplo,
puede cambiarse la temperatura o el pH en cada etapa y pueden
añadirse compuestos adicionales, tales como simientes o aditivos, en
cualquiera de las etapas.
Los compuestos de hierro producto y de partida
sólidos adecuados incluyen minerales de hierro, tales como goethita
(FeOOH), akaganeita, bernalita, feroxihita, ferrihidrita,
lepidocrocita, limonita, maghemita, magnetita, hematites y wustita,
productos de hierro sintéticos tales como óxidos e hidróxidos de
hierro sintéticos, y sales de hierro (recién) precipitadas (tales
como nitrato de hierro, cloruro de hierro, etc.). Es evidente que
si los compuestos de hierro producto y de partida son químicamente
iguales, tienen que diferir en cuanto a sus propiedades
estructurales y/o físicas. Ejemplos de tales propiedades son área
superficial, volumen de poros, distribución del tamaño de poro,
actividad catalítica, etc. Ejemplos de las conversiones que pueden
realizarse usando el procedimiento según la invención son la
conversión de ferrihidrita en hematites, la conversión de goethita
en goethita con una cristalinidad superior, la conversión de
hematites con una porosidad y área superficial específicas en
hematites con otra porosidad y área superficial.
También es posible convertir un compuesto de
hierro de partida sólido que contiene aditivos en un compuesto de
hierro producto sólido que contiene aditivos usando el procedimiento
de la invención. Los compuestos de hierro de partida sólidos que
contienen aditivos son compuestos de hierro sólidos que tienen otro
compuesto disperso en su estructura y pueden prepararse, por
ejemplo, coprecipitando un compuesto de hierro soluble y un
compuesto soluble del aditivo deseado. Los ejemplos de aditivos
adecuados que van a dispersarse en el compuesto de hierro son
compuestos que comprenden uno o más elementos seleccionados del
grupo que consiste en metales de tierras raras (por ejemplo, La,
Ce), metales de transición (por ejemplo, Cr, Cu, Re, Zn, V, Ni, Co,
Mo, Mn, Zr, Ru), metales nobles (por ejemplo, Pt, Pd), metales
alcalinos (por ejemplo Na, K), metales alcalinotérreos (por
ejemplo, Mg, Ca, Ba), Si y Al.
Puede realizarse el procedimiento según la
presente invención usando uno o más, preferiblemente una serie de
dos a cinco, más preferiblemente de tres a cinco,
recipiente(s) de conversión separado(s) y
sustancialmente vertical(es). El/los recipiente(s) de
conversión comprende(n) (cada uno) un medio dedicado para
agitar la suspensión. Se prefieren mezcladoras axiales o
coaxiales.
La figura 1 muestra una disposición esquemática
de una planta para llevar a cabo la presente invención. Dicha
planta comprende un recipiente 1 de preparación de alimentación, al
que se le añade el compuesto de hierro de partida sólido y
opcionalmente uno o más aditivos y se mezclan con líquido para
formar una suspensión. Los líquidos adecuados incluyen agua,
alcoholes tales como metanol, etanol, n-propanol,
isopropanol, etc., e hidrocarburos líquidos tales como tolueno,
hexano, bencinas minerales, gasolina, etc., prefiriéndose el agua.
Los aditivos adecuados que van a añadirse a la suspensión incluyen
elementos seleccionados del grupo que consiste en metales de
tierras raras (por ejemplo, La, Ce), metales de transición (por
ejemplo, Cr, Cu, Re, Zn, V, Ni, Co, Mo, Mn, Ru, Zr, Ti), metales
nobles (por ejemplo, Pt, Pd), metales alcalinos (por ejemplo, Na,
K), metales alcalinotérreos (por ejemplo, Mg, Ca, Ba, Sr), Si y Al.
Compuestos preferidos son óxidos, hidróxidos, carbonatos e
hidroxicarbonatos, aunque también pueden usarse sales tales como
cloruros, nitratos, sulfatos, etc. El aditivo deseado depende del
uso pretendido del compuesto de hierro producto.
También pueden añadirse ácidos (por ejemplo,
HNO_{3}) y bases (por ejemplo, H_{2}CO_{3}, NH_{4}HCO_{3})
a uno o más de los recipientes de conversión durante el
procedimiento. La adición de un aditivo a la suspensión (como el
uso de un compuesto de partida de hierro sólido que contiene
aditivos) puede dar como resultado un compuesto de hierro producto
sólido que contiene aditivos. La cantidad de aditivo en este
compuesto de hierro producto sólido que contiene aditivos es
preferiblemente del 0,1-15% en peso, más
preferiblemente del 1-6% en peso, calculado como
metal y basado en el peso del compuesto de hierro producto sólido
que contiene aditivos.
Si se desea, pueden molerse las partículas de
partida de hierro sólido y el aditivo opcional, o bien antes o bien
tras haberse dispersado en el líquido. Los instrumentos que pueden
usarse para la molienda incluyen molinos de bolas, mezcladoras de
alta cizalladura, mezcladoras coloidales, amasadoras y transductores
eléctricos que pueden introducir ondas de ultrasonido en una
suspensión espesa. Debe observarse que las partículas de producto
de hierro sólido que resultan del procedimiento según la invención
pueden molerse usando las mismas técnicas, si así se desea.
Forzada por medio de una bomba de alimentación,
se conduce la suspensión de manera continua a través de un conducto
2 hasta una entrada del primero de uno o más, pero preferiblemente
de tres a cinco, recipientes de conversión. A modo de ejemplo, la
figura 1 presenta cuatro recipientes de este tipo:
3A-3D. Cada uno de los recipientes
3A-3D está dotado con una salida próxima a su parte
superior, que está conectada por medio de un conducto a una entrada
próxima o en la parte inferior de un recipiente posterior,
conectando así los recipientes 3A-3D en serie. Cada
uno de los recipientes 3A-3D de conversión contiene
además una mezcladora 5 axial, por ejemplo un impulsor de doble
hélice o un agitador de anclaje combinado con un
EKATO-INTERMIG® (un impulsor adecuado para mezclar
suspensiones espesas con viscosidad baja, en el que las paletas
externas bombean hacia abajo mientras que las paletas internas
bombean hacia arriba), con el que la suspensión tanto se mezcla
sustancialmente de manera vertical como se transporta hacia arriba
y hacia abajo mientras que se evita cualquier zona muerta o sin
mezclado. Las mezcladoras 5 se propulsan mediante electromotores (no
mostrados) montados sobre la parte superior de los recipientes
3A-3D de conversión. Normalmente, se hacen girar las
mezcladoras 5 a velocidades de desde 20 hasta 500 revoluciones por
minuto
(rpm).
(rpm).
La conversión del compuesto de hierro de partida
sólido se realiza en condiciones hidrotérmicas. Las condiciones
hidrotérmicas se definen como una temperatura superior al punto de
ebullición del líquido y una presión superior a la atmosférica,
generalmente de hasta aproximadamente 100 bar, preferiblemente
presión autógena. Dependiendo del líquido y de la temperatura
aplicada, la presión autógena generalmente oscila desde 1 a varias
decenas de bares. Si se usa agua como el líquido, las temperaturas
adecuadas oscilan desde 150º hasta 375ºC, preferiblemente desde
180º-350ºC.
El pH puede oscilar desde 0 hasta 14,
preferiblemente desde 0,1 hasta 9. Puede ajustarse el pH mediante
ácidos y bases, que pueden añadirse a cada recipiente de conversión
por separado. Se observa que si se usa más de un recipiente de
conversión, pueden diferir la temperatura y el pH en cada uno de
estos recipientes, si así se desea.
Pueden añadirse uno o más aditivos (se enumeran
ejemplos anteriormente) a la suspensión en uno o más de los
recipientes de conversión. Alternativamente, puede añadirse una
parte de la cantidad total de aditivo a uno de los recipientes de
conversión, mientras que puede añadirse otra parte a otro recipiente
de conversión. Puede combinarse la adición de aditivo a la
suspensión durante el procedimiento con el uso de un compuesto de
hierro de partida sólido que contiene aditivos.
Tras la conversión, la suspensión que contiene
las partículas de compuesto de hierro producto sólido sale del
último recipiente de conversión, por ejemplo, el cuarto recipiente
3D, y se conduce a través de un conducto 7 hasta una unidad 8 de
enfriador, en la que se enfría el producto hasta, por ejemplo, menos
de 100ºC. Puede usarse un molino 9 para triturar las partículas. Si
se desea, puede separarse suspensión molida en una fracción de
producto de, por ejemplo, el 90% en peso y una fracción de simientes
correspondiente (10% en peso). Puede triturarse la fracción de
simientes hasta partículas que tienen tamaño medio de 0,3 a 0,5
micras en un molino 10 adicional, que está conectado a un tanque 11
de compensación de semillas, que está conectado a su vez a o bien
el recipiente 1 de preparación de alimentación o bien a uno
cualquiera de los recipientes 3A-3D de conversión.
A modo de ejemplo, la figura 1 presenta su conexión al recipiente de
preparación de alimentación. Se define la razón de sólidos con
respecto a líquido (RSL) de la suspensión como la razón en peso de
sólidos, incluyendo agua de cristalización, con respecto a líquido
en la suspensión. El procedimiento según la invención permite
procesar las suspensiones que tienen una RSL de hasta 1,5. La RSL
óptima depende del comportamiento reológico de la suspensión, por
ejemplo la tendencia para formar un gel. La RSL al inicio de la
etapa b) es preferiblemente de 0,01-1,5, más
preferiblemente de 0,05-0,25, mientras que la RSL al
final de la etapa b) es preferiblemente de
0,01-1,5, más preferiblemente de
0,03-0,22.
Si se desea, puede conformarse el compuesto de
hierro producto sólido formado en el presente procedimiento para
formar cuerpos conformados. En este caso, se prefiere alimentar de
manera continua la suspensión que contiene el compuesto de hierro
producto sólido desde la unidad 8 de enfriador o el molino 9 hasta
un aparato de conformación. Los métodos de conformación adecuados
incluyen atomización, granulación, extrusión (opcionalmente
combinado con amasado), rebordeado, o cualquier otro método de
conformación convencional usado en el campo de los catalizadores y
absorbentes o combinaciones de los mismos. La cantidad de líquido
presente en la suspensión usada para la conformación debe adaptarse
a la etapa de conformación específica que vaya a realizarse. Podría
ser conveniente eliminar parcialmente el líquido usado en la
suspensión y/o añadir un líquido adicional u otro y/o cambiar el pH
de la mezcla precursora para hacer gelificable la suspensión y así
adecuada para la conformación. Pueden añadirse diversos aditivos
comúnmente usados en los diferentes métodos de conformación, por
ejemplo aditivos de extrusión, a la mezcla precursora usada para la
conformación.
Si se desea, puede calcinarse el compuesto de
hierro producto sólido. Se realiza preferiblemente la calcinación a
temperaturas en el intervalo de 150 a 1000ºC, preferiblemente de 200
a 450ºC, durante de 15 minutos a 5 horas, preferiblemente de 30
minutos a 3 horas.
Puede usarse adecuadamente el compuesto de
hierro producto sólido así obtenido como o en un catalizador, por
ejemplo, para la síntesis de Fischer-Tropsch,
síntesis de amoniaco, deshidrogenación de, por ejemplo, etilbenceno
en estireno, craqueo catalítico en lecho fluido (FCC),
hidroprocesamiento (HPC), hidrocraqueo, reacciones de
hidrogenación, etc. También pueden usarse adecuadamente estos
compuestos de hierro producto sólidos en la industria de los
pigmentos.
\vskip1.000000\baselineskip
Se suspendió hidróxido de hierro (preparado
mediante precipitación de nitrato de hierro con NaOH) en agua. La
suspensión tenía una RSL de 0,06 y un contenido en sólidos del 6% en
peso. Se bombeó de manera continua esta suspensión hacia arriba a
través de un recipiente (3A) de conversión a una temperatura de
190ºC (usando inyección de vapor) y presión autógena. Se agitó
vigorosamente la suspensión usando un impulsor de doble hélice a
76-83 rpm. El caudal era de 0,3 l/min. La suspensión
que salía del recipiente de conversión tenía una RSL de 0,05 y un
contenido en sólidos del 5% en peso. El color de la suspensión había
cambiado de marrón al inicio de la reacción a rojo anaranjado
brillante al final. Se aisló el compuesto de hierro producto
mediante filtración y se secó a 80ºC para análisis adicional. La
XRD y el análisis químico en el polvo rojo anaranjado revelaron la
formación cuantitativa de óxido de hierro, es decir hematites.
\vskip1.000000\baselineskip
Se suspendió el mineral de hierro goethita (y
oxihidróxido de hierro) con un área superficial BET de 94 m^{2}/g
en agua. La suspensión tenía una RSL de 0,11 y un contenido en
sólidos del 10% en peso. Se bombeó de manera continua esta
suspensión hacia arriba a través de un recipiente (3A) de conversión
a una temperatura de 190ºC y presión autógena. Se agitó
vigorosamente la suspensión usando un impulsor de doble hélice a
76-83 rpm. El caudal era de 0,3 l/min. La
suspensión que salía del recipiente de conversión tenía una RSL de
0,11 y un contenido en sólidos del 10% en peso. Se aisló el
compuesto de hierro producto mediante filtración y se secó a 80ºC
para análisis adicional. La XRD y las mediciones de
adsorción-desorción de nitrógeno realizadas en el
polvo demostraron un cambio estructural: la porosidad había
disminuido, mientras que la cristalinidad había aumentado. El área
superficial BET del material producto era de 26 m^{2}/g.
\vskip1.000000\baselineskip
Se calcinó el compuesto de hierro producto del
ejemplo 2 a 350ºC durante 5 horas con una rampa de 10ºC/min. Se
obtuvo una hematites porosa.
\vskip1.000000\baselineskip
Se suspendió goethita (amarillo trans-óxido;
Johnson Matthey) en agua. La suspensión tenía un contenido en
sólidos del 19% en peso. Se bombeó de manera continua esta
suspensión a través de un recipiente (3A) de conversión a una
temperatura de 210ºC y presión autógena. Se agitó vigorosamente la
suspensión usando un impulsor de doble hélice a
76-83 rpm. El caudal era de 0,3 l/min. La suspensión
que salía del recipiente de conversión tenía un contenido en sólido
del 19% en peso. Se aisló el compuesto de hierro producto mediante
filtración y se secó a 80ºC para análisis adicional. La XRD reveló
la formación parcial de hematites.
Se suspendió goethita (amarillo trans-óxido;
Johnson Matthey) en agua. La suspensión tenía un contenido en
sólidos del 19% en peso. Se bombeó de manera continua esta
suspensión a través de un recipiente (3A) de conversión a una
temperatura de 290ºC y presión autógena. Se agitó vigorosamente la
suspensión usando un impulsor de doble hélice a
76-83 rpm. El caudal era 0,3 l/min. La suspensión
que salía del recipiente de conversión tenía un contenido en sólido
del 18% en peso. Se aisló el compuesto de hierro producto mediante
filtración y se secó a 80ºC para análisis adicional. La XRD reveló
la formación cuantitativa de hematites.
Se suspendió hematites (rojo trans-óxido;
Johnson Matthey) con un área superficial BET de 84 m^{2}/g en
agua. La suspensión tenía un contenido en sólidos del 6% en peso. Se
bombeó de manera continua esta suspensión a través de un recipiente
(3A) de conversión a una temperatura de 200ºC y presión autógena. Se
agitó vigorosamente la suspensión usando un impulsor de doble
hélice a 76-83 rpm. El caudal era de 0,3 l/min. La
suspensión que salía del recipiente de conversión tenía un
contenido en sólido del 6% en peso. Se aisló el compuesto de hierro
producto mediante filtración y se secó a 80ºC para análisis
adicional. La XRD y las mediciones de
adsorción-desorción de nitrógeno mostraron que el
producto resultante tenia una cristalinidad superior y un área
superficial BET menor (39 m^{2}/g) que el material de
partida.
Se preparó un hidróxido de hierro que contenía
Zn mediante precipitación de nitrato de hierro con NH_{4}OH en
presencia de nitrato de zinc. Calculado como óxidos (Fe_{2}O_{3}
y ZnO), el hidróxido de hierro comprendía el 4% en peso de Zn.
Se suspendió el hidróxido de hierro que contenía
Zn en agua (RSL de 0,18; contenido en sólidos del 15% en peso) y se
bombeó hasta el primer recipiente (3A) de conversión y se alimentó
de manera continua a través de los dos recipientes
(3B-3C) de conversión siguientes. El caudal era de
0,3 l/min. Se calentaron todos los recipientes de conversión a
200ºC usando inyección de vapor; la presión era autógena. Se agitó
la suspensión en todos los recipientes de conversión usando un
impulsor de doble hélice a 76-83 rpm. La suspensión
que salía del último recipiente (3C) de conversión tenía una RSL de
0,14 y un contenido en sólidos del 12% en peso. Se aisló el
compuesto de hierro producto mediante filtración y se secó a 80ºC
para análisis adicional. La XRD y el análisis químico en el
producto revelaron la formación de oxihidróxido de hierro que
contenía Zn.
Se repitió el ejemplo 7, excepto porque se usó
un hidróxido de hierro que contenía el 4% en peso de Cu (calculado
como óxidos y preparado mediante precipitación de nitrato de hierro
y nitrato de Cu). El producto resultante era un oxihidróxido de
hierro que contenía Cu.
Se repitió el ejemplo 7, excepto porque se usó
un hidróxido de hierro que contenía el 3% en peso de Zn y el 3% en
peso de Cu (calculado como óxidos). El producto resultante era un
oxihidróxido de hierro que contenía Zn y Cu.
Se repitió el ejemplo 7, excepto porque se usó
un hidróxido de hierro que contenía el 3% en peso de Co (calculado
como óxidos y preparado mediante precipitación de nitrato de hierro
y nitrato de Co). El producto resultante era un oxihidróxido de
hierro que contenía Co.
Se repitió el ejemplo 7, excepto porque se usó
un hidróxido de hierro que contenía el 6% en peso de Ce (calculado
como óxidos y preparado mediante precipitación de nitrato de hierro
y nitrato de Ce). El producto resultante era un oxihidróxido de
hierro que contenía Ce.
Se repitió el ejemplo 7, excepto porque se usó
un hidróxido de hierro que contenía el 5% en peso de La (calculado
como óxidos y preparado mediante precipitación de nitrato de hierro
y nitrato de La). El producto resultante era un oxihidróxido de
hierro que contenía La.
Claims (16)
1. Procedimiento para la conversión de un
compuesto de hierro de partida sólido seleccionado del grupo que
consiste en óxidos de hierro, hidróxidos de hierro, oxihidróxidos
de hierro y mezclas de los mismos en un compuesto de hierro
producto sólido, teniendo el compuesto de hierro producto sólido
propiedades físicas, químicas y/o estructurales diferentes de las
del compuesto de hierro de partida sólido, procedimiento que
comprende las etapas de:
a) dispersar el compuesto de hierro de partida
sólido en un líquido formando así una suspensión, y
b) alimentar la suspensión de manera continua a
través de uno o más recipiente(s) de conversión con
agitación, recipiente(s) en el/los que el compuesto de
hierro de partida sólido se convierte en el compuesto de hierro
producto sólido en condiciones hidrotérmicas, y en el que la
suspensión fluye sustancialmente hacia arriba a través de el/los
recipiente(s) de conversión de tal manera que la totalidad
del reactor se mezcla bien y se evitan las zonas muertas.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que, en la etapa b), la suspensión se agita ejerciendo fuerzas
axiales sobre la suspensión.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
en el que el líquido es agua y la temperatura en el/los
recipiente(s) de conversión oscila desde 150 hasta
375ºC.
4. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la suspensión se alimenta
al/a los recipiente(s) de conversión con un caudal de
0,01-10 l/min.
5. Procedimiento según la reivindicación 4, en
el que el caudal es de 0,1-3 l/min.
6. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la razón de sólidos con
respecto a líquido de la suspensión al inicio de la etapa b) oscila
desde 0,05 hasta 0,25.
7. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la razón de sólidos con
respecto a líquido de la suspensión al final de la etapa b) oscila
desde 0,03-0,22.
8. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el contenido en sólidos de
la suspensión al final de la etapa b) se desvía del contenido en
sólidos de la suspensión al inicio de la etapa b) en menos del
40%.
9. Procedimiento según la reivindicación 8, en
el que el contenido en sólidos de la suspensión al final de la
etapa b) se desvía del contenido en sólidos de la suspensión al
inicio de la etapa b) en menos del 25%.
10. Procedimiento según la reivindicación 9, en
el que el contenido en sólidos de la suspensión al final de la
etapa b) se desvía del contenido en sólidos de la suspensión al
inicio de la etapa b) en menos del 10%.
11. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el compuesto de hierro de
partida sólido es un mineral de hierro, un producto de hierro
sintético.
12. Procedimiento según la reivindicación 11, en
el que el compuesto de hierro de partida sólido es un mineral de
hierro seleccionado del grupo que consiste en goethita, akaganeita,
bernalita, feroxihita, ferrihidrita, lepidocrocita, limonita,
maghemita, magnetita, hematites y wustita.
13. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que se usa un compuesto de hierro
de partida sólido que contiene aditivos.
14. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que se añade un aditivo a la
suspensión durante la etapa a) y/o la etapa b).
15. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el compuesto de hierro
producto sólido tiene una mayor porosidad y/o área superficial que
el compuesto de hierro de partida sólido.
16. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la suspensión en la etapa b)
se alimenta a través de una serie de desde dos hasta cinco
recipientes de conversión.
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