Brevet FR2518985A1 — publié le 19830701

i La présente invention concerne un procédé de fabrica- tion de l'alumine par le procédé Bayer Le procédé Bayer est le procédé presque universellement utilisé pour la fabrication d'a- lumine Selon ses aspects les plus larges, ce procédé est mis en oeuvre presque exclusivement en solution aqueuse, et est réalisé par la réaction de bauxite et d'une base forte telle que la soude caustique ou la chaux dans des autoclaves chauffés à la vapeur d'eau, de manière que l'alumine soit transformée sous forme d'aluminate soluble Dans cette étape, une quantité considérable d'impuretés insolubles sont produites ou sont li- bérées de la bauxite, ce récrément devant être séparé du cons- tituant alumine désiré Ces résidus communément connus sous le nom de boues rouges contiennent des oxydes de fer, de l'alumi- nosilicate de sodium, de-l'oxyde de titane et d'autres matières. Généralement, ces boues ont l'aspect de très fines particules qui sont difficiles à séparer Cependant les boues rouges, qui représentent généralement environ 10 à 50 % en poids du minerai, doivent être rapidement et nettement séparées de la-liqueur d'alumine solubilisée afin de rendre cette étape particulière efficace sur le plan économique Si la vitesse de séparation est trop faible, le débit est fortement diminué et le rendement global du procédé s'en trouve altéré De même, si la sépara- tion n'est pas nette, l'alumine résultante sous la forme d'alu- minate est quelque peu brute et indésirable pour un certain nombre d'applications finales Les impuretés insolubles présen- tes dans l'alumine et provenant du procédé de fabrication ont tendance à ajouter une matière étrangère non active dans les mi- lieux particuliers, tels que l'eau, qui sont traités avec l'a- luminate dans divers buts Par exemple, de l'aluminate de so- dium de médiocre qualité-contenant des quantités relativement grandes de boue constituant les impuretés, lorsqu'il est utili- sé pour traiter l'eau, entraîne une plus forte tendance à la formation de masses de boue comme résultat direct de la pré- sence d'impuretés insolubles, ces masses ayant tendance à en- crasser l'équipement d'alimentation, si l'aluminate de sodium brut contient des quantités importantes d'impuretés, sous forme de mélange, les problèmes de dissolution sont très difficiles à résoudre si l'aluminate est introduit sous la forme d'un so- lide. Un procédé permettant de surmonter les problèmes ci- dessus, et d'accélérer matériellement la separation des boues rouges de l'alumine ainsi que d'effectuer une séparation plus nette des constituants, est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 390 959 qui indique que l'utilisation d'homo- ou co-polymères d'acide acrylique et d'acrylates qui ne con- tiennent pas plus de 20 % d'autres monomères polaires polynmé- risables à insaturation éthylénique comme floculants des boues rouges améliore le rendement global du procédé Bayer. Le brevet No 3 390 959 bpràité enseigne l-'utilisation de copolymères d'acide acrylique ou d'acrylates avec des mono- mères à insaturation éthylénique comme floculants des boues rouges; il indique également, toutefois, que lorsque les mono- mères à insaturation éthylénique constituent plus de 5 moles pour cent, la vitesse de séparation diminue considérablement et, à plus de 20 moles pour cent, on ne parvient à aucune sé- paration notable Bien que cet enseignement soit précis pour le stade initial ou "de tête" du circuit de récupération, on a découvert d'une façon surprenante qu'il ne s'appliquait pas aux résultats obtenus aux stades suivants, plus dilués, du cir- cuit de récupération à base caustique. La présente invention fournit un nouveau procédé de récupération de l'alumine par le procédé Bayer, dans lequel des boues rouges sont floculées à partir du circuit de récupé- ration par base caustique en ajoutant à au moins le premier stade de ce circuit une quantité efficace d'un floculant choisi parmi l'amidon, des homopolymères d'acide acrylique ou d'acry- late, des copolymères d'acide acrylique ou d'acrylates conte- nant au moins 80 moles pour cent de monomères d'acide acrylique ou d'acrylate et leurs combinaisons, puis en ajoutant à un cer- tain stade ou à des étages ultérieur(s) une quantité efficace d'un copolymère comprenant environ 35 à 75 moles pour cent d'a- cide acrylique ou d'acrylate et environ 65 à 25 moles pour cent d'acrylamide L'utilisation d'un second polymère distinct dans les stades suivants du circuit de récupération par base causti- que dans lesquels le système est plus dilué et les conditions sont moins rigoureuses a provoqué de façon surprenante une flo- culation efficace dçs boues rouges. La présente invention fournit un nouveau procédé de floculation des boues rouges formées, comme sous-produits, dans le procédé Bayer de récupération d'alumine à partir de bauxite. Ce procédé consiste à utiliser un floculant classique de boues rouges dans au moins le premier stade ou étage "de tête" du circuit de récupération par base caustique et, à un stade ulté- rieur, à utiliser un copolymère d'environ 35 à 75 moles pour cent d'acide acrylique ou d'acrylate et d'environ 65 à 25 moles pour cent d'acrylamide comme floculant des boues rouges. Le floculant classique à utiliser dans au moins le pre- mier stade comprend l'amidon, des homopolymères d'acide acryli- que ou d'acrylate, des copolymères d'acide acrylique ou d'acry- late, le copolymere contenant au moins 80 moles pour cent de mo- nomères d'acide acrylique ou d'acrylate, des monoméres ou poly- mères d'acrylamide hydrolysé et leurs combinaisons Par "acryla- te", on désigne le sel d'un acide acrylique, ces sels étant des sels de métal alcalin ou d'ammonium Lorsque des copoly- mères d'acide acrylique ou d'acrylate sont utilisés, on peut avoir recours à une grande variété de comonomères en des quan- tités atteignant environ 20 moles, pour cent Des exemples de comonomères comprennent l'acrylamide, le méthacrylamide, l'a- crylonitrile, les esters alkyliques inúérieurs d'acides acry- lique et méthacrylique, l'éther vinyl méthylique, les sels de l'acide méthacrylique, l'anhydride maléique et ses sels, l'a- cétate d'isopropényle, l'acide itaconique, l'acétate de vinyle, l'alphaméthyl-styrène, le styrène, l'acide fumarique, l'acide aconitrique, l'acide citraconique, les amides de l'un quelcon- que des acides ci-dessus, les dérivés de métaux alcalins (par exemple sodium, potassium et lithium) et les sels d'ammonium de l'un quelconque des acides monomères ci-dessus ou autres, les amides d'esters alkyliques partiels et les sels de divers acides polycarboxyliques, le vinyltoluène, le chlorostyrène, le chlorure de vinyle, le formiate de vinyle, l'éthylène, le propylène, l'isobutylène, etc Parmi les comonomères qu'on vient de citer, des matières que l'on préfère tout particuliè- rement contiennent un groupe hydrophile dans une chaine laté- rale séparée de groupe hydrocarboné à insaturation éthylénique. Ces monomères qui ne contiennent pas un tel groupe de solubi- lisation hydrophile doivent être utilisés en moindres quanti- tés, c'est-à-dire environ 1 à 5 % en poids, sur la base du poids total de monomères présents. D'autres substances monomères que l'on peut encore utiliser conjointement au sel d'acide acrylique ou d'acide mé- thacrylique comprennent des matières telles que l'acrylate de sulfoéthyle, l'acrylate de carboxyéthyle, le phosphonate de diéthylvinyle, l'acide crotonique et ses sels, le sulfonate de vinyle ou ses sels, l'alcool vinylique et les hydrocarbures vinylaryliques contenant des groupes de soiubilisation tels que sulfonates, etc. Les homopolymères ou copolymères particulièrement uti- les du type décrit ci-dessus ont de préférence un poids molé- culaire supérieur à 50 000, et mieux supérieur à 100 000 D'ex- cellents polymères additifs ont un poids moléculaire aussi é- levé que dix millions. Les matières du type amidon utiles dans la présente invention comprennent la pomme de terre, le mais, le tapioca, l'amylose, le sorgho et autres amidons facilement disponibles. La quantité efficace du floculant classique utilisé dans au moins le premier stade du circuit de récupération par base caustique varie selon la composition particulière de bau- xite en cours de traitement, les conditions régnant dans le stade de récupération, c'est-à-dire la température, le p H, la - concentration en solides, etc, et le floculant ou les flocu- lants des boues rouges utilisés En général, cependant, lors- qu'on utilise l'amidon ou des combinaisons contenant de l'ami- don, la quantité efficace se situe entre 0,05 et 2,0 pour cent en poids du résidu de boue sèche Lorsqu'on utilise des poly- mères ou copolymères synthétiques, la quantité efficace se si- tue généralement entre 5 et 1 000 g de produit chimique par tonne de résidu de boues sèches. Le copolymère ajouté à certains des stades ultérieurs du circuit de récupération à base caustique est en particulier un copolymère comprenant environ 35 à 75 moles pour cent d'aci- de acrylique ou d'acrylate ( 1 'acrylate étant défini comme ci- dessus) et environ 65 à 25 moles pour cent d'acrylamide Bien que l'on pense que les monomères à insaturation éthylénique, hormis l'acrylamide, peuvent être efficacement utilisés dans ce copolymère, pour des considérations, par exemple, d'ordre économique, de disponibilité et de rendements, le comonomère d'acrylamide est celui que l'on préfère utiliser dans la pré- sente invention Ces copolymères ajoutés ultérieurement doi- vent avoir un poids moléculaire tel que la viscosité Brookfield d'une solution à 0,15 % du polymère dans Na Cl 1 M à p H 8, adap- tateur UL à 60 tours/minute, soit d'au moins 2,0 m Pa s, de pré- férence d'au moins 3,0 m Pa s. La quantité efficace de ces copolynmères ajoutés ulté- rieurement varie également selon la composition particulière de bauxite en cours de traitement et les conditions régnant au stade de récupération Cependant, en général, la quantité efficace varie entre 5 et 500 g de copolymère par tonne de so- lides de boues rouges sèches de préférence entre 25 et 250 g de copolymère par tonne de solides de boues rouges sèches. Le stade particulier, en aval du stade initial ou "de tète" du circuit de récupération de la base caustique, au- quel le copolymère contenant environ 35 à 75 moles pour cent d'acide acrylique ou d'acrylate et environ 65 à 25 moles pour cent d'acrylamide est efficace,dépend d'un certain nombre de variables du système de récupération -Les conditions régnant dans les stades, telles que la température, le p H, la dilution de la liqueur, et la concentration des solides des boues rou- ges sont supposées jouer un rôle important Le type de minerai de bauxite lui-même contribue à déterminer également l'emplace- ment efficace Du fait que le mécanisme exact de l'interaction entre le floculant et les solides des boues rouges est encore inconnu, la prévisibilité concernant le stade ou les variables de stade qui régissent l'efficacité du copolymère resté en de- hors d'une simple classification En général, le copolymère s'est montré très efficace au quatrième stade ou aux suivants o le nombre de grammes de Na OH plus Na CO 3 dans la solution est inférieur à environ 100 par litre Etant donné que ce chif- fre est très approximatif et peut reposer davantage sur une coïncidence que sur la variable de stade directrice il est re- commandé que le test suivant soit entrepris pour déterminer quel est le stade d'uncircuitdde récuperation donné à base caustique qui est l'endroit efficace auquel on doit ajouter le copolymére Ce test est le suivant: Processus Général d'Essai Le stade d'un circuit de récupération par base caus- tique à essayer, qui nest pas le stade "de tête", est désigné par "énième stade" pour le but de cet essai Le courant inúé- rieur de l'appareil de lavage du (n-l)ième étage est dilué à 1:4 avec le courant supérieur de l'appareil de lavage du énie- me étage pour produire une alimentation simulée du énième sta- de de l'appareil de lavage Ce haut degré de dilution est né- cessaire pour produire un niveau de libre dép 8 t reproductible dans une éprouvette, de préférence graduée de 500 à 1 000 ml. Dans cette alimentation simulée du énième étage de l'appareil de lavage, on ajoute le floculant à essayer en so- lution à 0,05 pour cent en poids La solution peut être soit de l'eau, soit de la liqueur usée diluée (Na OH) La dose tes- tée de floculant est ajoutée au moyen d'une seringue et mélan- gée dans l'alimentation simulée de l'appareil de lavage par - cinq courses d'un plongeur perforé La descente de l'interface liquide/solides est mesurée en mètres par heure pour détermi- ner l'utilité du floculant au stade en cours d'essai. Les exemples non limitatifs suivants sont donnés à titre d'illustration de la présente invention et en particulier illustre des procédés d'évaluation de celle-ci Toutes les parties et tous les pourcentages sont exprimés en poids sauf indication contraire. Exemple 1 En suivant le Processus Général d'Essai indiqué ci- dessus, un copolymère floculant des boues rouges contenant 60 pour cent en poids d'acrylate de sodium et 40 pour cent en poids d'acrylamide ayant un poids moléculaire compris entre 5 et 10 millions est ajouté à une alimentation simulée d'un ap- pareil de lavage d'un circuit de récupération par base causti- que de boues rouges d'Australie dans lequel le stade initial était traité avec un copolymère à 95 pour cent en poids d'a- crylate de sodium et 5 pour cent en poids d'acrylamide Les doses utilisées et les vitesses de dépôt obtenues pour les stades individuels sont indiqués sur le Tableau I ci-après. Exemple Comparatif A On suit le processus de l'Exemple 1 dans tous ses dé- tails à la différence qu'on utilise un copolymère à 95 pour cent en poids d'acrylate de sodium et 5 pour cent en poids d'acrylamide comme floculant des boues rouges au stade d'es- sai Les résultats d'essai sont indiqués sur le Tableau I ci- dessous. Exemple Comparatif B On suit le processus de l'Exemple 1 dans tous ses dé- tails à la différence qu'on utilise le floculant de boues rou- ges de l'Exemple Comparatif A en plus du floculant de boues rouges de l'Exemple 1 Les résultats d'essai sont indiqués sur le Tableau I ci-dessous. Exemple Comparatif C On suit le processus de lt Exemple 1 dans tous ses dé- tails à la différence qu'on utilise cette fois une émulsion d'acrylate de sodium ayant un poids moléculaire de 5 à 10 mil- lions comme floculant des boues rouges Les résultats d'essai sont indiqués sur le Tableau I ci-après. Alimentation simulée Stade de l'appareil de lavage TABLEAU I Teneur en matières solides des boues rouges Vitesse de dép 8 t (m/h) Floculant (Exemple) Dose ( 9/t) 18 de 1 18 de A 13 ' i ii i 3 ào NF-* 11,09 24,8 4,95 1,06 O 39 2 ème g/litre g/litre g/litre comp A Comp A -Cnmp B 1 1 COMP A comp C COMPI A comp C COMP A comp C 3 ème 8 P 27 Ot 85 4 ème M ,g/lître le 82 0,67 ème el *M PAS'D Ii FFFT Co %o, oe ch Exemple 2 Un échantillon d'un circuit de boues rouges de la Jamalque est prélevé du courant inférieur du stade de l'appa- reil de lavage et dilué selon le Processus Général d Essai. On y ajoute un floculant dans une solution à 0,05 pour cent en poids de Na OH Le floculant essayé est un copolymère de poids moléculaire de 5 à 10 millions d'acrylate de sodium et d'acry- lamide dans les proportions indiquées sur le Tableau II En suivant le Processus Général d'Essai dans tous ses détails, on obtient les résultats indiqués sur le Tableau II. Alimentation simu- lée Stade de l'1 ap- pareil de lavage i i i Teneur en solides des boues rouges (g/litre> TAB 3 LEAU II (Floculant % ej Acrylate de A( sodium, ' a poids) Dose rylamide (g/t> 5., i; ; * 100 Vitesse de (mn/h) 1,9 NE NLE NE 2,31 9, 1 1,7 0, 91 N Ei 1,28 4 Y 3 4,95 2,95 1,1 3 '1 ,1 22, 8 22, 8 dép Ut w o r', V'0 Co Comme il ressort aisément des résultats ci-dessus, l'utilisation de copolymères d'acrylate de sodium et d'acryla- mides produit une augmentation considérable de la floculation aux stades postérieurs du circuit de récupération par base caus- tique Bien qu'un copolymère de 40 pour cent en poids d'acry- late de sodium et de 60 pour cent en poids d'acrylamide ne fournisse pas d'effet appréciable dans les premiers stades de l'essai, le même copolymère produit des résultats étonnament excellents dans un stade postérieur, ce qui met en évidence l'importance de la détermination du caractère approprié des stades individuels en rapport avec le copolymere utilisé. R V E N D I C A T I ONS 1 -Procédé de floculation des boues rouges provenant d'un circuit de récupération d'alumine par le procédé Bayer, caractérisé en ce qu'on ajoute à au moins un premier stade du circuit de récupération par base caustique une quantité effi- cace d'un floculant choisi parmi l'amidon, des homopolymères d'acide acrylique ou d'acrylates, des copolymères d'acide acry- lique ou d'acrylates contenant au moins 80 moles pour cent de monomères d'acide acrylique ou d'acrylate et leurs combinai- sons, et on ajoute ensuite à un ou à plusieurs stades suivants du circuit de récupération par base caustique une quantité ef- ficace d'un copolymère contenant environ 35 A 75 moles pour cent de monomères d'acide acryl' q Weôud'acrylate -èt environ à 25 moles pour cent d'acrylamides monomères. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le floculant ajouté à au moins un premier stade du cir- cuit de récupération par base caustique est un copolymère d'a- cide acrylique ou d'acrylate contenant au moins O 90 moles pour cent de monomères d'acide acrylique ou d'acrylate et pas plus de 10 moles pour cent d'acrylamides monomères. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le floculant ajouté à un stade ou des stades ultérieur(s) du circuit de récupération par base caustique est un copolymê- re contenant 50 à 70 moles pour cent de monomères d'acide acry- lique ou d'acrylate et 50 à 30 moles pour cent dfacrylamides monomères. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le floculant ajouté à au moins un premier stade du cir- cuit de récupération pour base caustique est un copolymere d'a- cide actylique ou d'acrylate contenant au moins 90 moles pour cent de monomères d'acide acrylique ou d'acrylate et pas plus de 10 moles pour cent dtacrylamides monomeres, et en ce que le floculant ajouté à un ou des stades ultérieur(s) du circuit de récupération par base caustique est un copolymère contenant 50 à 70 moles pour cent de monomères d'acide acrylique ou d'a- 2518985 - crylate et 50 à 30 moles pour cent d'acrylamides monomères. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité efficace du premier floculant ajouté est comprise entre 5 g et 1000 g de floculant par tonne de résidu de boue sèche et la quantité efficace du floculant ultérieure- ment ajouté est comprise entre 5 et 500 g de floculant par tonne de résidu de boue sèche. 6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le floculant ajouté ultérieurement est ajouté à un ou plusieurs stades dans lesquels la concentration en Na OH plus Na 2 CO 3 de la solution est inférieure à environ 100 g par litre. 7 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le floculant ajouté ultérieurement est ajouté au qua- trième stade ou a un stade suivant du circuit de récupération par base caustique. 8 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le floculant ajouté ultérieurement est un copolymère contenant 70 moles pour cent d'acrylate de sodium et 30 moles pour cent d'acrylamide ayant un poids moléculaire compris en- tre 5 et 10 millions.