ES2908311T3 - Sedimentador para decantar lechadas minerales y método para separar el líquido clarificado de la lechada espesa de dichas lechadas minerales - Google Patents

Abstract

Un sedimentador (125; 201) para decantar lechadas minerales, que comprende - un tanque (203) para contener y decantar un cuerpo de lechada para formar una lechada espesa (233) como capa inferior y un líquido clarificado (235) como capa superior, el tanque que tiene una pared lateral (205), un fondo (207) y una parte superior (209), - una salida (211) para la lechada espesa en el fondo del tanque, - una primera salida de desbordamiento (151; 213) para extraer una corriente de desbordamiento del líquido clarificado, - un agitador (141; 217) que tiene un eje generalmente vertical (239) alrededor del cual el agitador gira o se mueve alternativamente, y - unos medios de entrada de lechada (127; 215) cerca de la parte superior del tanque para introducir lechada fresca en el tanque, los medios de entrada de lechada (127; 215) que tienen una pared cilíndrica vertical (137; 255) y una abertura de lechada (135; 261) a través de la cual la lechada fresca se une al cuerpo de lechada en el tanque, caracterizado porque dicha abertura de lechada (135; 261) está dispuesta en el fondo de los medios de entrada de lechada y está desplazada lateralmente con respecto a dicho eje generalmente vertical del agitador, y en donde dichos medios de entrada de lechada (127; 215) comprenden medios de mezcla (131; 251), los medios de mezcla de dichos medios de entrada de lechada que operan en un área circular que tiene un diámetro que es de 0,4 a 0,8 veces el diámetro de dicha pared cilíndrica vertical.

Description

DESCRIPCIÓN

Sedimentador para decantar lechadas minerales y método para separar el líquido clarificado de la lechada espesa de dichas lechadas minerales

Dominio de la invención

La presente invención se refiere a sedimentadores para lechadas minerales usados en procesos industriales. Más particularmente, la invención se refiere a sedimentadores usados para sedimentar o espesar lechadas de minerales o relaves minerales, por ejemplo lodo rojo, producidos durante la extracción de alúmina a partir de bauxita por el proceso de ataque o digestión alcalina de Bayer. A veces, tales sedimentadores se denominan sedimentadores por gravedad, sedimentadores a presión, clarificadores, separadores, espesadores, espesadores profundos y similares. A continuación, el sedimentador también puede denominarse recipiente de sedimentación por gravedad.

La presente invención también se refiere a una instalación de separación que comprende un sedimentador de este tipo y a un método para separar un líquido clarificado de una lechada espesa de una lechada mineral.

La siguiente descripción de la invención se centra en la sedimentación de lechadas del proceso Bayer. Sin embargo, se enfatiza que la presente invención tiene una aplicación más amplia que esta y se refiere en general a la sedimentación de cualquier tipo de lechadas de proceso.

Antecedentes de la invención

Muchos procesos industriales hacen uso de tanques o depósitos en los que se permite que las lechadas de materiales minerales o relaves se asienten y densifiquen, a menudo con la ayuda de floculantes u otros auxiliares químicos, para producir una capa de lechada inferior espesa y una capa superior clarificada o líquida. El proceso de espesamiento puede ser necesario por varias razones, pero a menudo se usa para producir un lodo espeso o un sólido plástico que se puede desechar o transportar de manera más fácil y económica que una lechada diluida. El líquido clarificado puede luego ser recirculado al mismo proceso industrial o desecharse directamente.

Por ejemplo, los procesos para producir trihidrato de alúmina por digestión alcalina del mineral de bauxita, conocidos como procesos Bayer, tienen medios de separación para tratar una lechada obtenida de la digestión del mineral de bauxita, con el fin de separar un licor de aluminato de sodio enriquecido de los residuos insolubles conocidos como lodo rojo. Los medios de separación normalmente están conectados a medios de precipitación para tratar el licor de aluminato de sodio enriquecido para precipitar el trihidrato de alúmina. Los medios de separación a menudo comprenden medios de pretratamiento para añadir floculantes a la lechada y un sedimentador, conectado a dichos medios de pretratamiento, para producir un licor clarificado. Los medios de pretratamiento normalmente mejoran el rendimiento del sedimentador al producir una corriente de desbordamiento de licor clarificado fuera del sedimentador que tiene una baja concentración de partículas sólidas.

En los procesos Bayer conocidos, los medios de separación suelen incluir medios de filtración para eliminar al menos parte de las partículas restantes de residuos insolubles del licor clarificado. El uso de la filtración después del sedimentador asegura que el licor sobresaturado a enviar a los medios de precipitación sea de alta pureza. Las industrias siempre han buscado, y siguen buscando, mejorar el rendimiento de los medios de separación del proceso Bayer, y más particularmente del sedimentador, con el objetivo de simplificar la implementación y la operación de la etapa de filtración y reducir el costo asociado.

Los sedimentadores conocidos para el tratamiento de lechadas minerales, tal como lodo rojo, normalmente comprenden un tanque para contener y decantar un cuerpo de lechada para formar una lechada espesa como capa inferior y un líquido clarificado como capa superior, el tanque que tiene una pared lateral, un fondo y una parte superior, una salida para la lechada espesa en el fondo del tanque, y una salida de desbordamiento para extraer una corriente de desbordamiento del líquido clarificado. La lechada a decantar se introduce en el tanque a través de un pozo de alimentación que suele ser un cilindro vertical que consta de una pared lateral cilíndrica que tiene un extremo superior abierto y está parcialmente sumergido debajo de la superficie superior de la lechada en el tanque. El proceso de sedimentación suele estar asistido por un agitador giratorio vertical en forma de rastrillo o similar dispuesto en el centro del tanque.

La patente de Estados Unidos núm. 6,936,178 describe un sedimentador para lechadas minerales, tal como lodo rojo del proceso Bayer, que minimiza los problemas que pueden ocasionar los depósitos sólidos no deseados debido a la gran proporción de partículas gruesas contenidas en dichas lechadas. El sedimentador descrito en la patente anterior tiene medios de entrada de lechada que tienen una abertura para lechada a través de la cual la lechada fresca se une al cuerpo de la lechada en el tanque y está configurado para evitar la acumulación de sólidos de dicha lechada fresca inmediatamente aguas arriba de la abertura para lechada. Además, la abertura para la lechada se desplaza lateralmente con respecto al eje generalmente vertical del agitador alrededor del cual el agitador gira o se mueve alternativamente.

La patente de Estados Unidos núm. 4054514 describe un aparato de sedimentación que emplea un tanque de mezcla equipado con agitador para una suspensión de alimentación y un agente floculador o floculante. El tanque de mezcla está ubicado dentro del pozo de alimentación central de un tanque de sedimentación de funcionamiento continuo y la suspensión de alimentación tratada con floculante se desborda por el extremo superior del tanque de mezcla y fluye a lo largo de una trayectoria aguas abajo en el pozo de alimentación circundante del tanque.

Existe la necesidad de proporcionar un sedimentador para decantar lechadas minerales, tal como lodo rojo, que pueda producir de manera confiable una corriente de desbordamiento de líquido clarificado que tenga una baja concentración de partículas sólidas, mientras mantiene la densidad de la lechada espesa a un nivel aceptable. Descripción de la invención

Un objeto de la presente invención es mejorar el diseño del sedimentador para acomodar lechadas que contengan partículas gruesas, tal como lodo rojo, y producir de manera confiable una corriente de desbordamiento de líquido clarificado que tenga una baja concentración de partículas sólidas, mientras se mantiene la densidad de la lechada espesa a un nivel aceptable.

Otro objeto de la presente invención es optimizar el rendimiento del floculante y, por tanto, limitar la cantidad de floculante a añadir.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un sedimentador para decantar lechadas minerales, que comprende:

un tanque para contener y decantar un cuerpo de lechada para formar una lechada espesa como capa inferior y un líquido clarificado como capa superior, el tanque que tiene una pared lateral, un fondo y una parte superior, una salida para la lechada espesa en el fondo del tanque,

una primera salida de desbordamiento para extraer una corriente de desbordamiento del líquido clarificado, un medio de entrada de lechada cerca de la parte superior del tanque para introducir lechada fresca en el tanque, el medio de entrada de lechada que tiene una abertura de lechada a través de la cual la lechada fresca se une al cuerpo de lechada en el tanque, y

un agitador que tiene un eje generalmente vertical alrededor del cual el agitador gira o se mueve alternativamente,

caracterizado porque dicha abertura de lechada se dispone en la parte inferior de los medios de entrada de lechada y se desplaza lateralmente con respecto a dicho eje generalmente vertical del agitador, y en donde dichos medios de entrada de lechada comprenden medios de mezcla, y los medios de entrada de lechada comprenden una pared cilíndrica vertical, los medios de mezcla de dichos medios de entrada de lechada que operan en un área circular que tiene un diámetro que es de 0,4 a 0,8 veces el diámetro de dicha pared cilíndrica vertical.

Preferentemente, los medios de entrada de lechada definen un área de flujo pasante que comprende los medios de mezcla. Más preferentemente, los medios de entrada de lechada definen un área de flujo pasante que comprende los medios de mezcla para mezclar floculante con lechada fresca al mismo tiempo que se diluye dicho floculante en el cuerpo de la lechada contenida en el tanque. Preferentemente, los medios de mezcla no tienen fondo, es decir, no contienen ninguna parte mecánica en la que se puedan acumular sólidos. Esta configuración evita la acumulación de sólidos inmediatamente por encima de la abertura de lechada de los medios de entrada de lechada. Esta configuración también promueve la dilución, dentro de los medios de entrada de lechada, del floculante con la lechada del cuerpo de lechada al mismo tiempo que la mezcla dicho floculante con lechada fresca.

El agitador puede denominarse rastrillo, ya que puede tener la forma de un rastrillo que tiene una varilla vertical central giratoria o recíproca alineada con el eje vertical.

Por el término "desplazado lateralmente" se entiende que el eje vertical del agitador (o una extensión hacia arriba del mismo) no pasa a través de la abertura de lechada ya que la abertura se desplaza horizontalmente hacia los lados con respecto al eje. La abertura para la lechada normalmente se abre sustancialmente hacia abajo, mirando así hacia el fondo del tanque.

Los medios de entrada de lechada pueden denominarse como pozo de alimentación. Más precisamente, es un pozo de alimentación orientado verticalmente provisto de una abertura de lechada en el fondo del pozo de alimentación que crea un flujo de lechada hacia el cuerpo de lechada en el tanque. La posición de los medios de inserción en relación con el eje generalmente vertical del agitador implica que podría denominarse pozo de alimentación descentrado.

La posición del pozo de alimentación en relación con el sedimentador evita la acumulación de partículas sólidas y el bloqueo del flujo inferior de material espeso. Además, tal pozo de alimentación descentrado combinado con el uso de medios de mezcla en dicho pozo de alimentación descentrado permite la operación de condiciones de mezclado distintivas respectivamente en el pozo de alimentación y en el sedimentador.

El eje vertical del agitador se alinea preferentemente de manera concéntrica con la salida de la lechada espesa, estando tanto el eje como la salida en el centro del tanque. La abertura de lechada tiene entonces preferentemente un centro situado a una distancia del centro del tanque de al menos un 5 %, y más preferentemente de al menos un 10 %, de la distancia entre el centro y la pared lateral del tanque. De hecho, la abertura para la lechada puede colocarse al 50 % o más de la distancia entre el centro del tanque y la pared lateral y, de hecho, puede colocarse inmediatamente adyacente a la pared lateral del tanque.

El sedimentador de la invención puede estar provisto de más de un medio de entrada de lechada, todos los cuales tienen aberturas de lechada desplazadas lateralmente con respecto al eje vertical del agitador.

Preferentemente, los medios de mezcla funcionan independientemente del agitador.

Cuando los medios de mezcla del pozo de alimentación comprenden uno o más agitadores giratorios montados en el mismo eje de rotación, la configuración descentrada del pozo de alimentación permite establecer la velocidad de rotación del (de los) agitador(es) que es diferente a la velocidad del agitador en el sedimentador. En general, la velocidad de rotación del agitador del pozo de alimentación es mayor que la del agitador dentro del sedimentador. Preferentemente, los medios de entrada de lechada se configuran para evitar la acumulación de sólidos de la lechada fresca inmediatamente aguas arriba de la abertura de lechada.

Los medios de entrada de lechada tienen un área de sección transversal que es transversal al flujo de lechada inmediatamente aguas arriba de la abertura de lechada y, ventajosamente, la abertura de lechada tiene un área de sección transversal que es al menos el 80 % del tamaño del área de sección transversal del pozo de alimentación inmediatamente aguas arriba de la abertura de lechada. Idealmente, la abertura de lechada es del mismo tamaño (área) que la sección transversal de los medios de entrada de lechada inmediatamente aguas arriba de la abertura de lechada, o no es significativamente menor. Esto evita o previene la acumulación sustancial de sólidos de la lechada fresca en el pozo de alimentación inmediatamente aguas arriba de la abertura de lechada ya que la lechada fresca no se vuelve indebidamente inactiva dentro del pozo de alimentación.

La acumulación de sólidos de la lechada fresca inmediatamente aguas arriba de la abertura en los medios de entrada de lechada se puede evitar manteniendo una tasa de flujo adecuadamente alta de lechada fresca en todo el medio de entrada de lechada y la abertura de lechada para evitar la sedimentación de sólidos.

Preferentemente, los medios de mezcla de los medios de entrada de lechada comprenden al menos un agitador giratorio. Al menos uno, preferentemente todos, los agitadores giratorios pueden ser un agitador de tipo pala.

Preferentemente, los medios de entrada de lechada comprenden una pared cilíndrica vertical, los medios de mezcla de dichos medios de entrada de lechada que operan en un área circular que tiene un diámetro que es 0,6 veces el diámetro de dicha pared cilíndrica vertical. Esto permite optimizar el contacto entre los floculantes y los materiales sólidos dentro de los medios de entrada de lechada.

Preferentemente, los medios de entrada de lechada comprenden una tubería de alimentación de lechada dispuesto de tal manera que la lechada se alimenta tangencialmente al medio de entrada de lechada. Esto permite desacelerar la velocidad de la lechada floculada más gradualmente a lo largo de la pared lateral de los medios de entrada de lechada, limitando así el desgaste de los agregados de material sólido.

Preferentemente, los medios de mezcla de los medios de entrada de lechada comprenden dos agitadores giratorios, dispuestos más abajo y más arriba en relación con la tubería de alimentación de lechada. El uso de dos agitadores giratorios asegura que se agite la mayor parte del volumen interno de los medios de entrada de lechada. La disposición de los dos agitadores giratorios respectivamente más abajo y más arriba en relación con la tubería de alimentación de lechada asegura que la lechada floculada se alimente en una región agitada de los medios de entrada de lechada.

La abertura de lechada se dispone en la parte inferior de los medios de entrada de lechada. Esto es para asegurarse de que las partículas sólidas de la lechada floculada alimentada a los medios de entrada de lechada no se acumulen en el fondo de dichos medios de entrada de lechada. Esto impide cualquier operación de limpieza o descalcificación. De acuerdo con una realización preferida, el sedimentador de la presente invención comprende una segunda salida de desbordamiento para extraer una corriente de desbordamiento fuera de especificación del líquido clarificado cuando un valor medido representativo de la concentración de partículas sólidas en el líquido clarificado es superior a un umbral predeterminado, la corriente de desbordamiento del líquido clarificado que se extrae de la primera salida de desbordamiento mientras dicho valor medido es inferior al umbral predeterminado.

En el contexto de un proceso Bayer, un sedimentador que tiene dos salidas de desbordamiento separadas implica que hay dos líneas separadas, una conectada a la etapa de precipitación y la otra conectada a la etapa de pretratamiento.

Preferentemente, la segunda salida de desbordamiento se coloca a un nivel más alto que la primera salida de desbordamiento. Con tal configuración, hay un retraso antes de que una corriente de desbordamiento fuera de especificación del líquido clarificado fluya fuera de la segunda salida de desbordamiento. Este retraso da cierto tiempo para reaccionar antes de actuar sobre el funcionamiento de los medios de separación. Este retraso es una función de una distancia vertical entre ambas salidas de desbordamiento. Con tal configuración, no hay necesidad de tener una válvula en la línea conectada a la segunda salida de desbordamiento. Por lo tanto, no hay un efecto perjudicial de la incrustación sobre el funcionamiento de la válvula, más particularmente sobre la apertura de la válvula, ya que no hay válvula.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona una instalación de separación para separar un líquido clarificado de una lechada espesa de una lechada mineral que comprende medios de pretratamiento para añadir floculantes a una lechada fresca y para mezclar dicha lechada fresca con dichos floculantes y obtener una lechada floculada, caracterizada porque la instalación de separación comprende además el sedimentador descrito anteriormente, dicho sedimentador que se conecta a dichos medios de pretratamiento para decantar dicha lechada floculada y para producir un líquido clarificado.

La presente invención también se relaciona con un método para separar un líquido clarificado de una lechada espesa de una lechada mineral, que incluye sedimentar una lechada fresca en un sedimentador que comprende: introducir dicha lechada fresca en el cuerpo de lechada en el tanque provisto con el agitador girando o reciprocando alrededor del eje generalmente vertical para formar la lechada espesa como una capa inferior y el líquido clarificado como una capa superior, dicha lechada fresca que se introduce en dicho cuerpo de lechada a través de la abertura de los medios de entrada de lechada,

eliminar la lechada espesa de la salida en la parte inferior del tanque, y

eliminar el líquido clarificado adyacente a la parte superior del tanque desde la primera salida de desbordamiento,

caracterizado porque dicha lechada fresca se mezcla mediante el uso de medios de mezcla en dichos medios de entrada de lechada, y se introduce en el tanque a través de dicha abertura en una posición separada lateralmente de dicho eje generalmente vertical del agitador.

Preferentemente, los medios de entrada de lechada definen un área de flujo pasante que comprende los medios de mezcla.

Preferentemente, el método comprende pretratar la lechada fresca en una etapa de pretratamiento añadiendo un floculante a dicha lechada fresca y mezclando el floculante y la lechada para obtener una lechada floculada.

El objetivo general de la etapa de pretratamiento es promover la formación de agregados de material sólido en la lechada que, a su vez, facilita la sedimentación del material sólido en la lechada floculada resultante. Uno de los propósitos de mezclar los floculantes y la lechada en la etapa de pretratamiento es aumentar la probabilidad de contacto entre los floculantes y los materiales sólidos en la lechada. Otro propósito de mezclar los floculantes y la lechada es mantener la dispersión, preferentemente una dispersión homogénea, del material sólido, que incluye los agregados de material sólido que se formen, en la lechada y minimizar la sedimentación del material sólido en el aparato usado en la etapa de pretratamiento. Otro propósito de mezclar los floculantes y la lechada es permitir que los agregados crezcan hasta un tamaño adecuado para facilitar la separación del material sólido, que incluye los agregados de material sólido, y el licor en el tanque de sedimentación.

Preferentemente, la etapa de pretratamiento comprende una etapa de mezcla inicial de la lechada con al menos parte de los floculantes, una etapa de mezcla final de la lechada con los floculantes en los medios de entrada de lechada, y la selección de una tasa de mezclado en la etapa de mezcla inicial que es mayor que la tasa de mezclado en la etapa de mezcla final.

La tasa de mezclado está destinada a representar la resistencia al corte aplicada a la lechada floculada, es decir, a los floculantes, a las partículas sólidas de la lechada y a los materiales sólidos que ya han formado agregados de partículas sólidas con la ayuda de dicho floculantes. Los agregados de material sólido también se conocen como flóculos. La tasa de mezclado se puede determinar midiendo la velocidad de agitación, por ejemplo, midiendo la velocidad del extremo del agitador giratorio.

Se encontró que la tasa de mezclado aplicada en las diferentes etapas de mezcla tiene un impacto, no solo en el contacto entre las partículas sólidas y los floculantes, sino también en la ruptura de los agregados de material sólido. En otras palabras, hay que encontrar una tasa óptima de mezclado. Más precisamente, hay una secuencia de diferentes tasas de mezclado para aplicar a la lechada, con el fin de optimizar el contacto entre las partículas sólidas y los floculantes o/y para evitar la ruptura de los agregados de material sólido. Si la tasa de mezclado es demasiado baja, no hay suficiente contacto entre las partículas sólidas y los floculantes. Si la tasa de mezclado es demasiado alta, las partículas sólidas que ya se han aglomerado tienden a romperse. Seleccionando una tasa de mezclado en la etapa de mezcla inicial que es más alta que la tasa de mezclado en la etapa de mezcla final, se encontró sorprendentemente que el rendimiento de la siguiente etapa de sedimentación en el sedimentador mejoró significativamente.

La etapa de pretratamiento también puede comprender variar la tasa de dosificación de floculantes durante el transcurso de la etapa. La etapa de pretratamiento puede comprender seleccionar una tasa de dosificación más alta en un paso temprano de la etapa que en un paso posterior de la etapa.

Sin estar ligado a ninguna teoría, parece que la selección descrita anteriormente de la tasa de mezclado y la variación de las tasas de dosificación han mejorado aún más la probabilidad de contacto del material sólido y los floculantes en el paso inicial de la etapa de pretratamiento y promueven aún más la formación de agregados mientras se mantiene una dispersión del material sólido, que incluye los agregados que puedan formarse, en la lechada floculada.

Se ha encontrado que una etapa de pretratamiento que comprende agregar floculante a al menos un tanque aguas arriba con una alta tasa de mezclado y a un tanque aguas abajo o un medio de entrada de lechada del sedimentador por gravedad con una baja tasa de mezclado puede mejorar significativamente el rendimiento de la etapa de separación.

El impacto de tal esquema de adición de floculante puede evaluarse teniendo en cuenta, por un lado, la transparencia del licor clarificado producido durante la etapa de sedimentación de la lechada floculada o su concentración de residuos insolubles y, por otro lado, la velocidad de sedimentación de la lechada floculada durante dicha etapa de separación.

En cuanto a la transparencia del licor clarificado, el licor clarificado que se obtiene en la superficie del recipiente de sedimentación por gravedad tiene una concentración de residuos insolubles que está en el orden de magnitud de 10 mg/L, que es mucho menor que cuando se usa la etapa de pretratamiento de floculación convencional.

En cuanto a la velocidad de sedimentación de la lechada floculada, esta es un parámetro importante a tener en cuenta, ya que dicha velocidad de sedimentación se asocia con la eficiencia del sedimentador usado en la etapa de separación. Obviamente, el proceso de la invención está destinado a usarse en plantas a escala industrial, el pretratamiento de floculación debe realizarse de manera que maximice la velocidad de sedimentación. En particular, el método de la presente invención necesita ser compatible con el uso de un decantador de alta tasa en la etapa de separación de sólidos/licores.

En consecuencia, el licor clarificado resultante tenía una cantidad significativamente reducida de partículas sólidas de modo que, en el contexto del proceso Bayer, ya no se requería filtración y el licor clarificado podía alimentarse directamente a la etapa de precipitación.

Preferentemente, la etapa de mezcla inicial comprende hacer pasar la lechada a través de un primer y un segundo dispositivo de mezclado. El dispositivo de mezclado que forma los medios de mezcla iniciales puede ser un mezclador en línea o preferentemente un tanque de mezclado.

Preferentemente, los medios de mezcla de los medios de entrada de lechada comprenden al menos un agitador giratorio. La velocidad en la punta del agitador se puede ajustar entre 0,3 y 0,7 m/s.

Preferentemente, los medios de entrada de lechada del sedimentador tienen una abertura de lechada a través de la cual se introduce la lechada floculada en el sedimentador, la velocidad de la lechada floculada introducida en el sedimentador que se mantiene entre 100 y 150 m/h.

La velocidad de la lechada floculada introducida en el sedimentador se puede determinar dividiendo el caudal de dicha lechada por el área de la sección transversal de la abertura de lechada del pozo de alimentación. Mantener la velocidad de la lechada floculada introducida en el sedimentador en el intervalo anterior asegura que tal velocidad no sea demasiado baja para distribuir el material sólido de la lechada floculada en la mayor parte del volumen interno del sedimentador, y no sea demasiado alta para evitar el desgaste de los agregados de material sólido y el arrastre con el licor clarificado.

De acuerdo con un aspecto preferible de la invención, el método comprende

- extraer una corriente de desbordamiento del líquido clarificado desde la primera salida de desbordamiento, mientras que un valor medido representativo de la concentración de partículas sólidas en el líquido clarificado es inferior al umbral predeterminado,

- detener la extracción de la corriente de desbordamiento de la primera salida de desbordamiento, cuando el valor medido es superior al umbral predeterminado, y

- extraer una corriente de desbordamiento fuera de especificación del líquido clarificado desde una segunda salida de desbordamiento, cuando el valor medido es superior a dicho umbral predeterminado.

En el contexto de un proceso Bayer, la línea entre la primera salida de desbordamiento y la etapa de precipitación tiene una válvula. Esta válvula se mantendrá cerrada sólo mientras se altere la operación, es decir cuando el valor medido sea superior al umbral predeterminado. Dado que la duración mientras la válvula está cerrada debe ser limitada, la incrustación no tiene tiempo para acumularse y la incrustación no impedirá la apertura de la válvula. En el contexto de un proceso Bayer, cuando el método de la invención se usa para tratar una lechada obtenida de la digestión alcalina de mineral de bauxita para separar un licor de aluminato de sodio enriquecido de residuos insolubles, este proporciona una etapa de separación significativamente simplificada que se lleva a cabo esencialmente mediante sedimentación por gravedad, y no requiere el uso de una etapa de filtración. En este contexto, el método de la invención evita la producción de alúmina con una pureza inaceptable y/o la aparición de incidencias en la operación de las etapas de recuperación de alúmina que siguen a la etapa de separación.

Breve descripción de los dibujos

La invención se describe en las siguientes figuras que ilustran, sin limitación, una realización del sedimentador, la instalación de separación y el método de la invención.

La Figura 1 es un diagrama que ilustra un ejemplo de un proceso Bayer que usa un sedimentador de acuerdo con la presente invención.

La Figura 2 representa un ejemplo del método de separación de acuerdo con la presente invención en el contexto de un proceso Bayer.

La Figura 3 representa una instalación de separación que incluye un sedimentador de acuerdo con la presente invención en el contexto de un proceso Bayer mediante el uso de un tipo de esquema de control.

La Figura 4 representa una instalación de separación que incluye un sedimentador de acuerdo con la presente invención en el contexto del proceso Bayer mediante el uso de otro tipo de esquema de control.

La Figura 5 representa una sección transversal vertical que muestra un ejemplo de sedimentador de acuerdo con la presente invención.

Descripción de las realizaciones

El proceso ilustrado esquemáticamente en la Figura 1, representa las etapas principales del proceso para producir trihidrato de alúmina a partir de mineral de bauxita de un proceso Bayer conocido.

Con referencia a la Figura 1, el mineral de bauxita 10 se alimenta a una etapa de trituración 12, para triturar el mineral normalmente en presencia de licor de aluminato de sodio. La lechada resultante 14 se alimenta a una etapa de desilicación 16. Después de la desilicación, una lechada de licor desilicatado 18 y mineral de bauxita se precalienta en una etapa de precalentamiento 20 y se pone en contacto con un licor de aluminato de sodio que se proporciona a partir de una corriente de licor de aluminato de sodio fresca no mostrada y de una corriente reciclada de licor de aluminato de sodio 22. La lechada precalentada 24 de licor de aluminato de sodio y mineral de bauxita se alimenta a una etapa de digestión 26 en una cadena de digestión donde la digestión se lleva a cabo bajo presión y a alta temperatura. La cadena de digestión normalmente comprende una serie de autoclaves en las que circula la lechada. Durante el proceso de digestión, se obtiene una lechada que comprende licor de aluminato de sodio enriquecido y residuos insolubles. Durante la digestión, la lechada pasa a través de intercambiadores de calor que no se muestran, lo que permite la recuperación de calor en la etapa de precalentamiento 20. La lechada 28 resultante de la digestión se despresuriza luego en una etapa 30. La lechada despresurizada 32, que todavía incluye licor de aluminato de sodio enriquecido y residuos insolubles, se envía luego a una etapa de separación para separar el licor de aluminato de sodio enriquecido de los residuos insolubles. La etapa de separación típicamente incluye una etapa de decantación o sedimentación 70 en un recipiente de sedimentación por gravedad en el que los residuos insolubles se separan del licor de aluminato de sodio enriquecido por gravedad. El tanque de sedimentación generalmente está bajo presión. Los residuos insolubles se eliminan del fondo del tanque de sedimentación en forma de lodo rojo 36 mientras que el licor de aluminato de sodio enriquecido, habitualmente denominado como licor clarificado, se separa del lodo rojo en una corriente de desbordamiento 38 de dicho tanque de sedimentación. A continuación, el lodo rojo 36 se lava con agua 40 en lavadoras a contracorriente 42, para recuperar el aluminato de sodio. El desbordamiento 44 de una primera lavadora, que tiene un contenido muy alto de aluminato de sodio, pasa a través de una etapa de filtración auxiliar 66, y la corriente de filtrado 67 obtenida durante dicha etapa de filtración se envía luego a una etapa de precipitación 52 que se describe a continuación. El lodo rojo lavado 46 se envía a un área de eliminación. Una corriente 50 del licor de aluminato de sodio enriquecido separado de los residuos insolubles se envía a etapas adicionales para recuperar la alúmina como alúmina de grado de fundición. Estas etapas incluyen una etapa de precipitación y una etapa de calcinación. Generalmente, antes de precipitar, la corriente de licor de aluminato sobresaturado 50 se enfría adicionalmente para aumentar la sobresaturación del aluminato de sodio disuelto. La precipitación se lleva a cabo en una cadena de descomposición que incluye una serie de precipitadores 52, donde el filtrado 50 se enfría progresivamente para precipitar el trihidrato de alúmina. La precipitación generalmente incluye además una etapa de clasificación llevada a cabo en el circuito de clasificación 54. El circuito de clasificación se alimenta con una lechada de trihidrato de alúmina 53 que sale del circuito de precipitación 52. Una corriente 56 de trihidrato de alúmina fino se separa en el circuito de clasificación 54 y se recicla de vuelta al circuito de precipitación 52 como semilla. Al salir del circuito de clasificación 54, un licor empobrecido o gastado 58 se concentra por evaporación 60 y el licor concentrado resultante se envía de vuelta a la etapa de digestión a través de la corriente reciclada 22, mientras que el trihidrato de alúmina producido 62 se alimenta a una etapa de calcinación 64.

En los procesos Bayer conocidos, la etapa de separación generalmente requiere, después de la etapa de sedimentación, una etapa de filtración adicional para eliminar al menos parte de las partículas restantes de residuos insolubles del licor clarificado. Dado que las partículas restantes suelen ser muy finas, se debe aplicar un aditivo de filtración, tal como cal o aluminato tricálcico, a la tela de filtración para evitar obstrucciones y mejorar la tasa de filtración. Lo mismo se aplica a la etapa de filtración auxiliar 66 que requiere aluminato tricálcico 68. El aluminato tricálcico normalmente se obtiene de la cal como materia prima, pero también consume aluminato de sodio y, por lo tanto, reduce la eficiencia de conversión del proceso Bayer. El equipo y la operación de la etapa de filtración son, por lo tanto, bastante complejos y dan como resultado altos costos operativos y de capital.

La etapa de separación 70 del proceso ilustrado en la Figura 1 se lleva a cabo esencialmente mediante la sedimentación de la lechada en un recipiente de sedimentación por gravedad de acuerdo con la presente invención, y no requiere el uso de una etapa de filtración antes de la etapa de precipitación 52, 54. Gracias a un diseño específico del recipiente de sedimentación por gravedad y su pozo de alimentación, que se describirá en detalle más adelante, el licor clarificado que se obtuvo en la superficie del recipiente de sedimentación por gravedad tiene una concentración de residuos insolubles que está en el orden de magnitud de 10 mg/L. El diseño específico del recipiente de sedimentación por gravedad combinado con un esquema de control específico basado en la medición continua de la turbidez del licor clarificado permite alimentar una corriente 50 de dicho licor clarificado directamente a la etapa de precipitación, manteniendo la pureza de la alúmina producida y la confiabilidad de las etapas posteriores del proceso de recuperación de alúmina.

Con referencia ahora a la Figura 2, la etapa de separación 70 incluye:

- pretratar la lechada, en una etapa de pretratamiento 81, añadiendo un floculante a dicha lechada y mezclando el floculante y la lechada para obtener una lechada floculada,

- sedimentar 83 dicha lechada floculada en un recipiente de sedimentación por gravedad para producir un licor clarificado y una lechada espesa de residuos insolubles,

- determinar un valor medido representativo de la concentración de partículas sólidas en el licor clarificado, en una etapa de medición 85, y

- comparar 87 el valor medido con un umbral predeterminado.

Mientras que el valor medido es menor que dicho umbral predeterminado, la etapa de separación 70 incluye:

- extraer 89 una corriente de desbordamiento del licor clarificado de una primera salida de desbordamiento del recipiente de sedimentación por gravedad, y

- alimentar 91 dicho licor clarificado directamente a la etapa de precipitación 52.

Cuando el valor medido es mayor que dicho umbral predeterminado, la etapa de separación 70 incluye:

- detener 93 la extracción de la corriente de desbordamiento de la primera salida de desbordamiento,

- extraer 95 una corriente de desbordamiento fuera de especificación del licor clarificado de una segunda salida de desbordamiento de dicho recipiente de sedimentación por gravedad, y

- redirigir 97 dicho licor clarificado a la etapa de pretratamiento 81.

La Figura 3 y la Figura 4 ilustran una instalación de separación que incluye un sedimentador de acuerdo con la presente invención en el contexto de un proceso Bayer que usa dos tipos diferentes de esquema de control. El proceso ilustrado se centra en la etapa de separación del proceso Bayer, más precisamente desde la etapa de despresurización hasta la etapa de precipitación del proceso Bayer.

Con referencia a la Figura 3 y la Figura 4, una corriente de una lechada 101 procedente de la etapa de digestión se enfría instantáneamente a temperatura y presión ambiente en una serie de tanques de destello. Para simplificar el diagrama, solo se ha representado el último tanque de destello 103 de la etapa de despresurización con su salida de vapor 105. La lechada despresurizada 107, que comprende un licor de aluminato de sodio enriquecido de alúmina disuelta y residuos insolubles formados por partículas de mineral de bauxita no disuelto, se bombea, mediante el uso de una bomba 109, a una etapa de pretratamiento, donde se trata agregando floculantes y mezclando los floculantes y dicha lechada.

La etapa de pretratamiento comprende una etapa de mezcla inicial con una primera parte de los floculantes que comprende hacer pasar la lechada a través de un primer tanque de mezcla 111 y un segundo tanque de mezcla 113. La primera parte de los floculantes se añade a través de una primera línea de alimentación de floculantes 115 a la línea entre la bomba 109 y el primer tanque de mezcla 111, y a través de una segunda línea de alimentación de floculantes 117 a la línea entre dicho primer tanque de mezcla 111 y el segundo tanque de mezcla 113. Los floculantes pueden ser cualquier floculante adecuado, tal como un poliacrilato o un hidroxamato. La disposición es tal que es posible variar la tasa de dosificación del floculante, en dependencia de los requisitos del proceso. El primer y el segundo tanque de mezcla 111, 113 están ambos equipados con un agitador giratorio, respectivamente 121, 123. Los agitadores giratorios 121, 123 pueden tener accionamientos variables que hacen posible girar los agitadores a diferentes tasas en cada tanque en dependencia de los requisitos del proceso. Los tanques de mezcla primero y segundo 111, 113 de la etapa de pretratamiento se disponen en serie, con entradas de lechada de proceso en las secciones superiores de dichos tanques y salidas de licor de proceso en las secciones inferiores de dichos tanques. La lechada fluye en serie a través de los tanques de mezcla 111, 113 de manera que el 100 % de la lechada fluye a través de cada uno de los tanques.

La etapa de pretratamiento se lleva a cabo para obtener una lechada floculada que luego se introduce en un recipiente de sedimentación por gravedad 125, la floculación de la lechada que permite un mejor rendimiento de sedimentación en el recipiente de sedimentación por gravedad.

La etapa de pretratamiento comprende además una etapa de mezcla adicional, en lo sucesivo denominada etapa de mezcla final, para mezclar la lechada con los floculantes, dicha etapa de mezcla final que tiene lugar en un medio de entrada de lechada del recipiente de sedimentación por gravedad 125, denominado convencionalmente como pozo de alimentación 127. Una segunda parte de los floculantes se agrega a través de otra línea de alimentación de floculantes 129 a una línea entre el segundo tanque de mezcla 113 y el pozo de alimentación 127. Nuevamente, es posible variar la tasa de dosificación del floculante agregado a través de la línea 129 de acuerdo con los requisitos del proceso.

Normalmente se usa un pozo de alimentación para introducir la lechada floculada resultante en dicho recipiente de sedimentación por gravedad. De acuerdo con un aspecto de la invención, el pozo de alimentación 127 se usa para mezclar más los floculantes con la lechada y, por lo tanto, comprende medios de mezcla, tal como un agitador giratorio. Más precisamente, los medios de mezcla del pozo de alimentación 127 comprenden dos agitadores giratorios 131 montados sobre el mismo eje, para asegurar que se agite la mayor parte del volumen interno de dicho pozo de alimentación. Los agitadores giratorios 131 pueden tener accionamientos variables. Los dos agitadores giratorios 131 se disponen respectivamente más abajo y más arriba en relación con una tubería de alimentación de lechada 133, para asegurar que la lechada floculada se alimenta en una región agitada del pozo de alimentación.

Se descubrió que mezclar los floculantes con la lechada justo antes de la etapa de sedimentación en el recipiente de sedimentación 125 mejora significativamente el rendimiento de la etapa de separación. El rendimiento de la etapa de separación mejora aún más, cuando la tasa de mezclado en el primer y segundo tanques de mezcla 111, 113 es mayor que la tasa de mezclado en el pozo de alimentación 127. En otras palabras, reducir la tasa de mezclado en la etapa de mezcla final y tener esta etapa de mezcla final justo antes de la etapa de sedimentación de la lechada floculada resultante permite obtener un licor clarificado que tiene una cantidad reducida de partículas sólidas en la lechada, por ejemplo menos de 10 mg/l.

La velocidad en la punta de los agitadores giratorios 131 se ajusta entre 0,3 y 0,7 m/s. El pozo de alimentación 127 tiene una abertura de lechada 135 a través de la cual se introduce la lechada floculada en el recipiente de sedimentación por gravedad. La abertura de lechada 135 se dispone en el fondo del pozo de alimentación 127, para evitar la acumulación en el fondo de dicho pozo de alimentación. La velocidad de la lechada floculada introducida en el recipiente de sedimentación por gravedad se mantiene entre 100 y 150 m/h para distribuir los materiales sólidos en la mayor parte del volumen interno del recipiente de sedimentación por gravedad 125 y para evitar el desgaste de los materiales sólidos agregados.

El pozo de alimentación comprende una pared cilindrica vertical 137, el agitador giratorio que se opera en un área circular que tiene un diámetro que es aproximadamente 0,6 veces el diámetro de dicha pared cilíndrica vertical. La tubería de alimentación de lechada 133 se dispone de tal manera que la lechada se alimenta tangencialmente al medio de entrada de lechada. El recipiente de sedimentación por gravedad 125 tiene un rastrillo 141, la abertura de lechada 135 que se desplaza lateralmente con respecto a un eje principal del rastrillo. Tal configuración implica que el eje de los agitadores 131 del pozo de alimentación 127 es diferente del eje del rastrillo 141, lo que permite que la velocidad de rotación de los agitadores del pozo de alimentación 131 sea diferente a la del rastrillo 141.

Los componentes sólidos y de licor de la lechada floculada se separan en el recipiente de sedimentación por gravedad 125 para producir un licor clarificado en la parte superior de dicho recipiente y una lechada espesa en el fondo de dicho recipiente.

El recipiente de sedimentación por gravedad está provisto de una primera salida de desbordamiento 151 que se conecta a los medios de precipitación 153 a través de una línea 155. Una sonda de turbidez 157 se dispone en la línea 155 para determinar un valor medido de la turbidez de una corriente secundaria 159 del licor clarificado. La línea 155 también está equipada con una válvula de aislamiento 161. La válvula de aislamiento 161 se conecta funcionalmente a la sonda de turbidez a través de un medio de control de proceso 163 que incluye medios para comparar el valor medido con un umbral predeterminado que corresponde preferentemente a un contenido de material sólido en el licor clarificado de 10 mg/L.

En cuanto a la medición de la turbidez, se puede realizar extrayendo una corriente secundaria de licor clarificado y midiendo de forma continua la turbidez de dicha corriente secundaria de licor clarificado. La medición de la turbidez generalmente se realiza midiendo la atenuación de la luz cuando pasa a través de una columna de muestra del licor clarificado. La unidad usada para cuantificar la turbidez suele ser la Unidad de Turbidez Nefelométrica, o el acrónimo correspondiente NTU. A menudo es necesaria una precalibración para determinar la concentración de partículas sólidas en el licor clarificado a partir del valor medido de turbidez. La corriente secundaria de licor clarificado se puede tratar para evitar la formación de incrustaciones en la línea, por ejemplo, mediante la adición de sosa cáustica o cualquier otro tipo de aditivo que pueda reducir la formación de incrustaciones. La temperatura de la línea también se puede aumentar para evitar la precipitación de alúmina en la línea. Se puede rastrear la corriente secundaria de licor clarificado o cualquier línea en la que esté montada la sonda de turbidez para aumentar la temperatura del licor clarificado a fin de evitar la precipitación de alúmina en la línea.

El recipiente de sedimentación por gravedad también está provisto de una segunda salida de desbordamiento 171 que se conecta a la etapa de pretratamiento. La segunda salida de desbordamiento 171 está en comunicación directa con un tanque de compensación 175, a través de una línea de redireccionamiento 173. Por comunicación directa se entiende que no existe ningún medio que pueda detener el flujo en dicha línea. La segunda salida de desbordamiento 171 se coloca a un nivel más alto que la primera salida de desbordamiento 151.

En funcionamiento normal, es decir, mientras el valor de turbidez medido es inferior al umbral predeterminado, se extrae una corriente de desbordamiento del licor clarificado desde una primera salida de desbordamiento 151 y se alimenta directamente a los medios de precipitación 153 a través de la línea 155. Los medios de control de proceso 163 mantienen abierta la válvula de aislamiento 163, mientras que el valor medido es inferior al umbral predeterminado.

En funcionamiento anormal, es decir cuando el valor medido es mayor que el umbral predeterminado, la válvula de aislamiento 163 se acciona en una posición cerrada por los medios de control de proceso 163, deteniendo así la extracción de la corriente de desbordamiento de la primera salida de desbordamiento 153. Luego, el licor clarificado se redirige naturalmente a la etapa de pretratamiento a través de la segunda salida de desbordamiento 171 y la línea de redireccionamiento 173 entre dicha segunda salida de desbordamiento 171 y el tanque de compensación 175. Dado que la segunda salida de desbordamiento 171 se coloca más alta que la primera salida de desbordamiento 151, no es necesario tener una válvula en la línea de redireccionamiento 173. Esto evita que se puedan formar incrustaciones en una válvula que sería particularmente perjudicial para la operación de apertura de la válvula. En lo que se refiere a la válvula de aislamiento 161, se mantendrá cerrada sólo en caso de funcionamiento anormal. Dado que la duración mientras la válvula de aislamiento 161 se mantiene cerrada suele ser limitada, la incrustación no debería tener tiempo para acumularse y la apertura de la válvula de aislamiento 161 no debería impedirse por la presencia de incrustaciones.

En ambas realizaciones representadas respectivamente en la Figura 3 y la Figura 4, la redirección del licor clarificado a la etapa de pretratamiento, cuando el valor medido es mayor que el umbral predeterminado, se lleva a cabo a través de un tanque de compensación 175. El licor clarificado redirigido puede denominarse como licor clarificado fuera de especificación. El tiempo de residencia en el tanque de compensación proporciona más tiempo para actuar en la operación de la etapa de separación, y más particularmente en la etapa de pretratamiento de dicha etapa de separación. En ambos casos, el licor clarificado se introduce en una parte inferior del tanque de compensación 175, para evitar el enfriamiento del licor clarificado fuera de especificación que conduciría a una precipitación perjudicial de alúmina en dicho tanque de compensación. En ambos casos, el licor clarificado fuera de especificación puede redirigirse desde el fondo del tanque de compensación 175 a la etapa de pretratamiento, a través de una línea 181 equipada con una bomba 183 y a través del fondo del tanque de destello 103 de la etapa de despresurización.

En la instalación de separación de la Figura 3, se inyecta vapor en el tanque de compensación a través del inyector de vapor 185, con el fin de estabilizar el licor y evitar la precipitación de alúmina en dicho tanque de compensación. En la instalación de separación de la Figura 4, se mantiene una cantidad mínima de sosa cáustica 187 en el tanque de compensación, para estabilizar el licor y evitar la precipitación de alúmina en dicho tanque de compensación. La cantidad mínima de sosa cáustica se determina de modo que la proporción en peso de alúmina sobre la soda cáustica se reduzca en un valor predeterminado, por ejemplo, 0,60.

Con referencia ahora a la Figura 5, las características descritas anteriormente del sedimentador por gravedad que se puede usar en la instalación de separación se describen ahora con más detalle, fuera del contexto del proceso Bayer. En efecto, el sedimentador por gravedad representado podría usarse para decantar o espesar cualquier tipo de lechadas minerales.

El sedimentador por gravedad 201 comprende un recipiente o tanque 203 para contener y decantar un cuerpo de lechada para formar una lechada espesa como capa inferior y un líquido clarificado como capa superior, el tanque que tiene una pared lateral 205, un fondo 207 y un parte superior 209, una salida 211 para la lechada espesa en el fondo del tanque, una primera salida de desbordamiento 213 para la capa de líquido clarificado cerca de la parte superior del tanque, y un medio de entrada de lechada también denominado como pozo de alimentación 215 cerca de la parte superior del tanque para introducir lechada fresca en el tanque. El sedimentador por gravedad incluye un agitador central en forma de un rastrillo giratorio 217 operado por un motor 219 que tiene un eje generalmente vertical alrededor del cual el agitador gira o se mueve alternativamente. El rastrillo consta de un vástago vertical central recto 221 que tiene una serie de brazos 223 que se extienden radialmente en ángulo hacia arriba que forman dientes unidos rígidamente al vástago central.

La lechada suele pretratarse añadiendo floculantes y la lechada floculada resultante se acumula dentro del tanque en una superficie superior 231 cerca de la parte superior 209 del tanque. Los flóculos de lodo se asientan para formar una capa inferior de lodo espeso 233 y una capa superior de licor clarificado 235. A medida que gira alrededor de su eje vertical central 239, el rastrillo 217 forma canales en los sólidos floculados (lodo activo) que permiten la salida del agua a la superficie y facilitan así la densificación del lodo. El lodo espeso se extrae de la salida de flujo inferior 211. La primera salida de desbordamiento 213 se diseña para estar operativa en funcionamiento normal, es decir, mientras la transparencia del líquido clarificado está dentro de una especificación objetivo. Por lo general, se proporciona una válvula de aislamiento en la línea conectada a la primera salida de desbordamiento 213. En funcionamiento anormal, es decir cuando la transparencia del líquido clarificado está fuera de la especificación objetivo, la válvula de aislamiento es accionada en una posición de cierre.

El sedimentador por gravedad 201 comprende una segunda salida de desbordamiento 241 que se coloca a un nivel más alto que la primera salida de desbordamiento 213. La segunda salida de desbordamiento 241 se diseña para extraer una corriente de desbordamiento fuera de especificación del licor clarificado, cuando la transparencia del líquido clarificado está fuera de la especificación objetivo. La segunda salida de desbordamiento 241 generalmente se conecta a una parte aguas arriba del proceso donde se usa el sedimentador por gravedad, tal como una etapa de pretratamiento para agregar un floculante a la lechada fresca a tratar y para mezclar dicho floculante y dicha lechada fresca. Dado que la segunda salida de desbordamiento 241 se coloca a un nivel más alto que la primera salida de desbordamiento 213, no es necesario tener una válvula en la línea conectada a la segunda salida de desbordamiento y la segunda salida de desbordamiento puede estar en comunicación directa con la parte aguas arriba del proceso donde se recicla el líquido clarificado fuera de especificación. En consecuencia, no hay ningún efecto perjudicial de la incrustación sobre el funcionamiento de la válvula, más particularmente sobre la apertura de la válvula, ya que no hay válvula.

El pozo de alimentación 215 está provisto de medios de mezcla, dos agitadores de paletas giratorias 251 que se montan en el mismo eje 253. El uso de dos o más agitadores giratorios es para asegurarse de que se agite la mayor parte del volumen interno de los medios de entrada de lechada. El pozo de alimentación 215 tiene una pared cilíndrica vertical 255. Los agitadores giratorios 251 funcionan en un área circular que tiene un diámetro de 0,4 a 0,8, por ejemplo, 0,6 veces el diámetro de la pared cilíndrica vertical 255. Tal configuración permite optimizar el contacto entre los floculantes y los materiales sólidos dentro de los medios de entrada de lechada.

El pozo de alimentación 215 tiene una tubería de alimentación de lechada 257 dispuesta de tal manera que la lechada se alimenta tangencialmente a los medios de entrada de lechada. Esto hace que la lechada se arremoline alrededor del interior del pozo de alimentación y permite desacelerar la velocidad de la lechada floculada más gradualmente a lo largo de la pared lateral de los medios de entrada de lechada, limitando así el desgaste de los agregados de material sólido. También minimiza las corrientes en el tanque 205 y ayuda a mezclar la lechada y el floculante en el pozo de alimentación antes de que la lechada ingrese al tanque. Los dos agitadores giratorios 251 se disponen respectivamente más abajo y más arriba en relación con la tubería de alimentación de lechada, para garantizar que la lechada floculada se alimente en una región agitada del pozo de alimentación 215.

El pozo de alimentación 215 tiene una abertura de lechada 261 a través de la cual se introduce la lechada floculada en el tanque de sedimentación por gravedad, dicha abertura de lechada que se dispone en el fondo de dicho pozo de alimentación. Esto es para asegurarse de que las partículas sólidas de la lechada floculada no se acumulen en el fondo del pozo de alimentación.

El pozo de alimentación 215 define un área de flujo pasante donde se disponen los medios de mezcla 251. Los medios de mezcla 251 no tienen fondo, o más precisamente, no contienen ninguna parte mecánica en la que se puedan acumular sólidos.

La abertura de lechada 261 del pozo de alimentación 215, a través de la cual se introduce la lechada floculada en el tanque de sedimentación por gravedad 205, permite cierta introducción de lechada desde el cuerpo de lechada contenida por el tanque al pozo de alimentación. Esto generalmente es causado por corrientes de convección dentro del cuerpo de lechada contenida por el tanque. El pozo de alimentación 215 que está ubicado en la parte superior del tanque de sedimentación, la lechada del cuerpo de lechada que se introduce en el pozo de alimentación contiene muy pocos sólidos y está hecha esencialmente de licor o licor sobrenadante. En consecuencia, el floculante que se mezcla con la lechada fresca, dentro del pozo de alimentación 215, se diluye al mismo tiempo con el licor sobrenadante del tanque de sedimentación, promoviendo así el efecto de dilución y optimizando el proceso de floculación.

Además, dado que la mezcla por los medios de mezcla 251 no está confinada, sino que se aplica a la mayor parte del volumen interno del pozo de alimentación 215 o a todo el volumen interno del pozo de alimentación 215, el efecto de dilución mencionado anteriormente se aplica completamente a la mezcla de lechada fresca y floculantes de forma muy controlada. En consecuencia, la dilución es homogénea, lo que conduce a un proceso de floculación aún más eficiente.

La abertura de lechada 261 se desplaza lateralmente con respecto al eje principal 221 del rastrillo 217. El pozo de alimentación se desplaza así lateralmente en relación con el eje vertical central y el vástago del rastrillo 221. En otras palabras, el pozo de alimentación no está ubicado en las inmediaciones del vástago central del rastrillo 221. La ventaja así obtenida es que reduce la tendencia de las partículas gruesas a acumularse alrededor del fondo del rastrillo 217 en la región de la salida de flujo inferior 211. Tal configuración del pozo de alimentación en relación con el sedimentador por gravedad también evita la acumulación de partículas sólidas y el bloqueo del flujo inferior de material espeso. Además, tal pozo de alimentación descentrado combinado con el uso de medios de mezcla en dicho pozo de alimentación descentrado permite la operación de condiciones de mezclado distintivas respectivamente en el pozo de alimentación y en el recipiente de sedimentación por gravedad. Por ejemplo, cuando los medios de mezcla del pozo de alimentación comprenden uno o más agitadores giratorios montados en el mismo eje de rotación, la configuración descentrada del pozo de alimentación permite establecer la velocidad de rotación del agitador(es) que es diferente a la velocidad del rastrillo en el recipiente de sedimentación por gravedad. En general, la velocidad de rotación del agitador del pozo de alimentación es mayor que la del rastrillo dentro del recipiente de sedimentación por gravedad.

En el contexto del proceso Bayer, el sedimentador y la instalación de separación de la presente invención permiten una simplificación de la etapa de separación debido a la supresión de la etapa de filtración. La concentración de partículas sólidas de residuos insolubles en el licor clarificado que, en operación normal, se alimenta directamente a la etapa de precipitación tiene un alto nivel de pureza que se puede mantener de manera confiable en el tiempo, por lo que la etapa de recuperación de alúmina que sigue a la etapa de separación se puede ejecutar con perturbaciones muy limitadas.

Ejemplo 1

Se realizaron dos series de ensayos, con el fin de medir y comparar el impacto en la calidad de la alúmina, al reemplazar la etapa de separación la técnica anterior, que incluye una etapa de sedimentación seguida de una etapa de filtración, por una nueva etapa de separación 70 que incluye una etapa de sedimentación (83) y una etapa de pretratamiento (81) de acuerdo con una realización preferida de la invención.

Se realizó una primera serie de ensayos para reproducir las condiciones de funcionamiento del proceso Bayer de acuerdo con la técnica anterior. Se tomaron muestras de bauxita molida y solución de aluminato de sodio empobrecido de una refinería de alúmina comercial.

En un primer ciclo de la primera serie de ensayos, la bauxita y la solución muestreadas se mezclaron con cal, siendo el peso de la cal añadida igual al 0,1 % del peso de bauxita. A continuación, la lechada resultante se transfirió a un recipiente presurizado agitado a 80 °C durante 6 horas, para reproducir las condiciones de la etapa de predesilicatación. La lechada predesilicatada resultante se transfirió luego a otro recipiente presurizado y se mantuvo a 145°C durante 45 minutos. A continuación, la lechada digerida resultante se enfrió antes de colocarla en un cilindro con floculante en un baño termostático, reproduciendo así la etapa de clarificación. A continuación, el licor clarificado recuperado de dicha lechada se mezcló con aluminato tricálcico, antes de filtrarse en un filtro de vacío para obtener un filtrado. Se agregaron semillas de trihidrato de alúmina al filtrado y la mezcla resultante se introdujo en un baño rotatorio durante 20 horas, donde la temperatura se controló a 60 °C para reproducir una etapa de precipitación. El trihidrato de aluminio se recuperó luego por filtración y el licor de aluminato de sodio empobrecido resultante se usó luego para un segundo ciclo.

En los tres ciclos siguientes de la primera serie de ensayos, se realizaron las mismas operaciones experimentales que para el primer ciclo, con una etapa inicial de mezclar la solución de aluminato de sodio empobrecida recuperada en el ciclo anterior con otra muestra de bauxita molida con la misma cantidad de cal.

Para la segunda serie de ensayos, se reprodujeron las operaciones anteriores, excepto que se pretrató la lechada digerida y se suprimió la filtración. El pretratamiento de la lechada digerida se llevó a cabo transfiriendo dicha lechada digerida a un recipiente agitado con un floculante, y mezclando el floculante y la lechada digerida para obtener una lechada floculada. Este pretratamiento de la lechada digerida se realizó después de enfriar dicha lechada digerida y antes de colocar la lechada en un cilindro en un baño termostático.

Se analizó una muestra de trihidrato de aluminio recuperada al final de cada ciclo para detectar impurezas y los resultados se muestran en la tabla 1. Además, se tomó una muestra del licor de aluminato de sodio empobrecido al final de cada ciclo antes de la etapa de precipitación, es decir el filtrado, y después de la etapa de precipitación, para el análisis del contenido orgánico total. Estos resultados se muestran en la tabla 2.

Tabla 1- Impurezas en el trihidrato de aluminio producido durante los ensayos

Tabla 2- Contenido de orgánicos totales (g/l) en el licor

Los resultados muestran que no hay un impacto estadísticamente significativo en la calidad de la alúmina y el contenido orgánico cuando se reemplaza la etapa de separación de la técnica anterior, que incluye una etapa de sedimentación seguida de una etapa de filtración, por una nueva etapa de separación que incluye una sedimentación y una etapa de pretratamiento de acuerdo con una realización preferida de la invención. Sin embargo, hay ahorros significativos en los costos de cal y otras materias primas, equipos y mano de obra.

Ejemplo 2

Para probar los medios de pretratamiento y el recipiente de sedimentación por gravedad de la etapa de separación 70, se construyó una unidad piloto de separación junto a una refinería comercial. La unidad piloto de separación incluye un primer tanque de mezcla y un segundo tanque de mezcla conectados en serie, cada tanque de mezcla que tiene una línea de introducción de floculante. La salida del segundo tanque de mezcla se conecta a un pozo de alimentación agitado descentrado de un recipiente de sedimentación por gravedad. Se extrajo una corriente de lechada de la etapa de despresurización 30 de la refinería y se alimentó a la unidad piloto de separación.

En un primer ensayo, solo se añadió un floculante a base de hidroxamato en el pozo de alimentación del recipiente de sedimentación por gravedad, sin ninguna agitación en el pozo de alimentación. La cantidad de floculante añadida a la lechada alimentada a la unidad piloto de separación fue de 100 g/t de material sólido. Se extrajo una corriente de desbordamiento del recipiente de sedimentación por gravedad y la transparencia medida de dicho desbordamiento fue, en promedio, de 43 mg/l.

En un segundo ensayo, se añadió el mismo floculante en el primer tanque de mezcla con una dosis de 70 g/t de material sólido, en el segundo tanque de mezcla con una dosis de 42 g/t de material sólido y en el pozo de alimentación del recipiente de sedimentación por gravedad con una dosificación de 28 g/t de material sólido. El agitador en el primer tanque de mezcla se hizo girar de modo que la velocidad en la punta de dicho agitador se mantuviera a 1,9 m/h. El agitador en el segundo tanque de mezcla se hizo girar de modo que la velocidad en la punta de dicho agitador se mantuviera a 0,9 m/h. El agitador en el pozo de alimentación se hizo girar de modo que la velocidad en la punta de dicho agitador se mantuviera a 0,3 m/h. La transparencia medida de la corriente de desbordamiento extraída del recipiente de sedimentación por gravedad fue de 0,8 mg/l. Un valor tan bajo de la transparencia permitiría alimentar la corriente de desbordamiento extraída del recipiente de sedimentación por gravedad directamente a la etapa de precipitación, sin necesidad de filtración adicional.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un sedimentador (125; 201) para decantar lechadas minerales, que comprende

- un tanque (203) para contener y decantar un cuerpo de lechada para formar una lechada espesa (233) como capa inferior y un líquido clarificado (235) como capa superior, el tanque que tiene una pared lateral (205), un fondo (207) y una parte superior (209),

- una salida (211) para la lechada espesa en el fondo del tanque,

- una primera salida de desbordamiento (151; 213) para extraer una corriente de desbordamiento del líquido clarificado, - un agitador (141; 217) que tiene un eje generalmente vertical (239) alrededor del cual el agitador gira o se mueve alternativamente, y

- unos medios de entrada de lechada (127; 215) cerca de la parte superior del tanque para introducir lechada fresca en el tanque, los medios de entrada de lechada (127; 215) que tienen una pared cilindrica vertical (137; 255) y una abertura de lechada (135; 261) a través de la cual la lechada fresca se une al cuerpo de lechada en el tanque, caracterizado porque dicha abertura de lechada (135; 261) está dispuesta en el fondo de los medios de entrada de lechada y está desplazada lateralmente con respecto a dicho eje generalmente vertical del agitador, y en donde dichos medios de entrada de lechada (127; 215) comprenden medios de mezcla (131; 251), los medios de mezcla de dichos medios de entrada de lechada que operan en un área circular que tiene un diámetro que es de 0,4 a 0,8 veces el diámetro de dicha pared cilindrica vertical.

2. El sedimentador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de entrada de lechada (127; 215) definen un área de flujo pasante que comprende los medios de mezcla.

3. El sedimentador de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado porque los medios de mezcla (131; 251) funcionan independientemente del agitador (141; 217).

4. El sedimentador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los medios de entrada de lechada (127; 215) están configurados para evitar la acumulación de sólidos de la lechada fresca inmediatamente aguas arriba de la abertura de lechada.

5. El sedimentador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los medios de mezcla (131; 251) de los medios de entrada de lechada (127; 215) comprenden al menos un agitador giratorio.

6. El sedimentador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque los medios de entrada de lechada (127; 215) comprenden una tubería de alimentación de lechada (133; 257) dispuesta de tal manera que la lechada se alimenta tangencialmente a los medios de entrada de lechada.

7. El sedimentador de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque los medios de mezcla (131; 251) de los medios de entrada de lechada (127; 215) comprenden dos agitadores giratorios (251), dispuestos más abajo y más arriba con respecto a la tubería de alimentación de lechada (133; 257).

8. El sedimentador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque comprende una segunda salida de desbordamiento (171; 241) para extraer una corriente de desbordamiento fuera de especificación del líquido clarificado cuando un valor medido representativo de la concentración de partículas sólidas en el líquido clarificado es superior a un umbral predeterminado, la corriente de desbordamiento del líquido clarificado que se extrae de la primera salida de desbordamiento mientras dicho valor medido es inferior al umbral predeterminado.

9. El sedimentador de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque la segunda salida de desbordamiento (171; 241) está situada a un nivel más alto que la primera salida de desbordamiento (151).

10. Una instalación de separación para separar un líquido clarificado de una lechada espesa de una lechada mineral que comprende medios de pretratamiento (111, 113, 127) para añadir floculantes (115, 117, 129) a una lechada fresca y para mezclar dicha lechada fresca con dichos floculantes y obtener una lechada floculada, caracterizada porque la instalación de separación comprende además un sedimentador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, dicho sedimentador que se conecta a dichos medios de pretratamiento para decantar dicha lechada floculada y producir un líquido clarificado.

11. Un método para separar un líquido clarificado de una lechada espesa de una lechada mineral, que incluye sedimentar (83) una lechada fresca en un sedimentador (125; 201) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-9, que comprende

- introducir dicha lechada fresca en el cuerpo de lechada en el tanque provisto del agitador (141; 217) girando o reciprocando alrededor del eje generalmente vertical (239) para formar la lechada espesa como una capa inferior y el líquido clarificado como una capa superior, dicha lechada fresca que se introduce en dicho cuerpo de lechada a través de la abertura de los medios de entrada de lechada (127; 215), - eliminar la lechada espesa de la salida en el fondo del tanque, y

- extraer el líquido clarificado adyacente a la parte superior del tanque desde la primera salida de desbordamiento (151; 213),

caracterizado porque dicha lechada fresca se mezcla mediante el uso de medios de mezcla (131; 251) en dichos medios de entrada de lechada (127; 215), y se introduce en el tanque a través de dicha abertura en una posición separada lateralmente de dicho eje generalmente vertical (239) del agitador.

12. El método de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque los medios de entrada de lechada (127; 215) definen un área de flujo pasante que comprende los medios de mezcla.

13. El método de acuerdo con la reivindicación 11 o la reivindicación 12, caracterizado porque comprende pretratar la lechada fresca en una etapa de pretratamiento (81) añadiendo un floculante (115, 117, 129) a dicha lechada fresca y mezclando el floculante y la lechada para obtener una lechada floculada.

14. El método de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque la etapa de pretratamiento (81) comprende:

- una etapa de mezcla inicial de la lechada con al menos parte de los floculantes,

- una etapa de mezcla final de la lechada con los floculantes en los medios de entrada de lechada (127; 215), y

- seleccionar una tasa de mezclado en la etapa de mezcla inicial que sea mayor que la tasa de mezclado en la etapa de mezcla final.

15. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque comprende

- extraer (89) una corriente de desbordamiento del líquido clarificado desde la primera salida de desbordamiento (151; 213), mientras que un valor medido representativo de la concentración de partículas sólidas en el líquido clarificado es inferior al umbral predeterminado,

- detener (95) la extracción de la corriente de desbordamiento desde la primera salida de desbordamiento (151; 213), cuando el valor medido es superior al umbral predeterminado, y

- extraer (93) una corriente de desbordamiento fuera de especificación del líquido clarificado desde una segunda salida de desbordamiento (171; 241), cuando el valor medido es superior a dicho umbral predeterminado.