-
8/18/2019 Us 5270023
1/8
USOO5270023A
O
United
States
Patent [ 1 9 1 [ 1 1 ] P a t e n t N u m b e r :
5 , 2 7 0 , 0 2 3
May e t a 1 .
[ 4 5 ]
D a t e o f P a t e n t :
D e c .
1 4 , 1 9 9 3
[ 5 4 ]
PROCESS FOR P RODUCING
SODIUM [ 5 7 ]
ABSTRACT
A r o c e s s f o r p r o d u c i n g s o d i u m ‘ c a r b o n a t e f r o m a v a r i
e t y o f
c r u d e o r e s
and b r i n e c o n t ai n i n g sodium b i c a r b o n
[ 7 6 ]
I n v e n t o r s :
F r a n k
H . May,
PO.
Box
3 0 8 7 ,
M e s a ,
a t e
a n d s o d i u m
c a r b o n a t e
w i t h o u t
t h e u s e
o f c a l c i u m
A r i l -
8 5 2 7 5 ; F r e d C - H ome, 1 4 9 4 0 E - c a r b o n a t e . The p r o c e s s i n c l u d e s t h e s t e p s o f r e a c t i n g
J a n i n e
Dr»
W h i t t i e r , C a l i ?
9 0 6 0 5
t h e
raw
m a t e r i a l s c o n t a i n i n g
s o d i u m b i c a r b o n a t e
a n d
[ 2 1 1
A p p ] . N03 9 6 9 , 0 6 1 s o d i u m c a r b o n a t e w i t h a b i c a r b o n a t e ? l t r a t e
c o n t a i n i n g
_ a m m o n i u m c h l o r i d e b r i n e
s o l u t i o n
under h e a t , produc
[ 2 2 ]
? l e d : O c t ‘
3 0 ’
1 9 9 2 i n g a m m o n i a , c a r b o n
d i o x i d e , a n d
a m o t h e r
l i q u o r c o n
[ 5 1 ] In.
on
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c 0 1 1 ) 7 / 1 2 ; c0113
7 / 2 6
r a i n i n g
a n aqueous
S o l u t i o n
o f
sodium c h l o r i d e which s
[ 5 2 ]
US. C l .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 4 2 3 / 1 8 2 ;
4 2 3 / 1 9 4 ; r e c y c l e d . T h i s
s o l u t i o n may c o n t a i n
a l s o
sodium b i c a r
4 2 3 / 4 2 1 ;
423/424
bonate
and sodium c a r b o n a t e
t o enhance p r o d u c t i o n .
[ 5 8 ]
F i e l d
o f S e a r c h . . . . . . . . . . . . . . . . .
. .
4 2 3 / 4 2 5 , 206 T ,
4 2 1 ,
The mother
l i q u o r i s s e p a r a t e d
and
r e a c t e d
w i t h
ammo
4 2 3 / 4 2 2 , 1 8 6 , ' 1 8 9 , 1 9 0 , 4 2 3 ,
4 2 4 ,
4 2 7 » 4 2 9 ,
1 3 2 ,
n i a
a n d
c a r b o n
d i o x i d e
c o l l e c t e d f r o m
t h e
r e a c t i n g
s t e p
1 9 4 t o c r y s t a l i z e sodium b i c a r b o n a t e
and
produce a n
ammo
[ 5 6 ] R e f e r e n c e s C i t e d nium c h l o r i d e b r i n e s o l u t i o n which
s
r e c y c l e d t o
r e a c t
w i t h
t h e
c r u d e
o r e .
I n
summary,
t h e p r o c e s s
w i l l
p r o
U ' S ' PATENT DOCUMENTS duce t h e e q u i v a l e n t sodium c a r b o n a t e r e l a t e d
t o
t h e
3 , 5 0 5 , 0 0 9
4 / 1 9 7 0 v a n Darnme-van Weele
4 2 3 / 4 2 3
ammonium h l o r i d e content of t h e b i c a r b o n a t e ? l t r a t e
2 1 1 m } ; 6 ‘
a l l
-
i n a d d i t i o n
t o t h e
d i s s o l v e d sodium
c a r b o n a t e
v a l u e s i n
, , mota. . . . . . . . . . .. - - i -
4 , 5 6 4 , 5 0 8
1 / 1 9 8 6 F a i r w e a t h e r a t a ‘ ‘ u s / 1 8 9 t h e
r e c y c l e d
a m m on lu m c h l o r i d e b r i n e . The s o l u t i o n
4 , 5 8 4 , 0 7 7
4 / 1 9 8 6
C h l a n d a e t a l .
. 4 2 3 / 2 0 6
T F l a y
b e
camed m “ ‘ , “ m e d
c m ‘ l e “Fabove Pound
° r
4 , 7 4 3 , 4 3 9
5/1988 Ready . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423/421 I n s t e a d heated amm°mum @1011“ ‘mm
° 1 m 1 ° 1 1
may
FOREIGN
PATENT DOCUMENTS
1 5 6 7 9 1 1
5/1973
F e d . Rep. o f
Germany
.
49-10197 1/1974 Japan .
7 2 60 2 4
4 / 1 9 8 0 U.S.S.R. .
P r i m a r y Examiner—David
B r u n s m a n
A t t o r n e y ,
A g e n t ,
o r
Firm-Edgar
W.
A v e r i l l , J r .
b e pumped d i r e c t l y i n t o t h e o r e body i n s i t u . A l t e r n a
t i v e l y , h e a t e d
s o d i u m
c h l o r i d e
s o l u t i o n may b e
p a s s e d
t h r o u g h
a n u n d e r g r o u n d
o r e d e p o s i t
a n d t h e r e s u l t i n g
s o l u t i o n r e a c t e d w i t h
a m m o n i u m c h l o r i d e b r i n e
s o l u
tron.
6
C l a i m s , 3 D r a w i n g S h e e t s
10
SODIUM
CHLORlDE
BRINE
20
I,
A, 15
1 9 /
REACTOR S E T T L E R
1 4
HEAT HEAT
rrawurm
, 5
— N H 3 + C O 2
F24
B R t N E 5 Z,
STORAGE 2
/ F I L T E R T A N K ?rm
/ l 7
1
3 s o u n s 23/
‘ * 2 :
,8 mums
AMMONIUM
Z6
CHLOR|DE— CARE
e m u : T O W E R S ‘
c o m - m l
l r 2 5
e 0 2 N a n c e ,
C R Y S T A L L I Z E R
STORAGE
37
J
MONOHYDRATE
C R Y S T A L L I Z E R
J 5
3 5
f
-
8/18/2019 Us 5270023
2/8
US. Patent D e c . 1 4 , 1 9 9 3 S h e e t 1 o f 3
5,270,023
m
[ ' 7 6 - I S O D I U M
I___ MINED ORE CHLORHDE
BRINE
20
r” rm
/ 5
m
r
> CRUSHER — SCREENS
I
:k
EAcToR
S E T T L E R
/ 4
H E A T - 5 + I I E A T
TREATMENT
r l ? , — - — N H 3 + C O 2 P24
B R l N E Z5 2 /
STORAGE TTTTTTTT W F
V
r
/ FILTER
_ TANK
_ FILTER
/ / 7
$
1 5
S O L I D S
2 ; )
b y
FM,
T A I L I N G S
AMMONIUM f2.’
CHLORIDE— — —
CARB
B R I N E T O W E R S ' “ C O O L ' N G
‘ 7 K25
c o 2 _
NcHCO3
' RYSTALLIZER
r3;
COMPRESSOR I I
r29
I F I L T E R
J0
CALCINER
V
fl?
STORAGE
3 : ’
F34
‘r35 r36 [ . 3 7
MONOHYDRATE
C R Y S T A L U Z E R - > F I L T E R - > < D R Y E R }_> 1 2 0 0 3
-
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3/8
US. Patent D e c . 1 4 , 1 9 9 3 S h e e t 2
o f
3 5,270,023
[0
__
MINED ORE
f /z
r/z
~
CRUSHER >
SCREENS
I
39 TRONA 4/
5 9 HEAT SATURATED
K
r BR NE SETTLER
BRINE
-
V
J
STORAGE DiLUTION
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - - - R 4 6
/55 M 5 6 * 4a 47
T R E A T M E N T
r / /
\
L w 4 2
‘ REACTOR \
S O N I I I V l
S O D I U M
43
4 5
. 5 4 (J
HLORIDE——
B R T N E
v 5 , »
N H 3 + C Q 2 — H E A T F I L T E R ‘ ( \ g ' é I S N H E )
s o u 0 s < - F I L T E R h
b 44
5 7 5 2
F5] 5/
‘ y
’ CARE WASHED
> TAILINGS
c o o u w o
TOWERS
+
+ T r 4 9
AMMONIUM
CO2
> N°HCO3 ——CHLOR|DE
C R Y S T A L L I Z E R
BRINE
r3;
COMPRESSOR v r50
M
F I L T E R
. 3 0
CALCINER
r 3 2
STORAGE
r 3 4 r 3 5
r 3 6 -
37
3 ]
/
MONOHYDRATE
R E P U L P E R
C R Y S T A L U Z E R
- - F I L T E R
->< D R Y E R
)->
o 2 C O 3
-
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4/8
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5/8
5 , 2 7 0 , 0 2 3
1
PROCES S
FOR
PRODUCING SODIUM
CARBONATE, SODIUM BICARBONATE AND
ASSOCIATED
COMPOUNDS
BACKGROUND OF
THE
DISCLOSURE
The ? e l d o f
t h e i n v e n t i o n
i s c o n v e n t i o n a l m i n i n g
a n d
m i l l i n g
a n d
s o l u t i o n
m i n i n g
a n d
t h e
i n v e n t i o n
r e l a t e s
more p a r t i c u l a r l y t o t h e p r o d u c t i o n o f s o d i u m c a r b o n
a t e
or s odium bicarbonate
fro m
crude
o r e s
such
a s
t r o n a , n a n c o l i t e , n a t u r a l l y o c c u r r i n g b r i n e s , o r c o m p l e x
c a r b o n a t e
m i n e r a l s . I n t h e
p a s t ,
t h e S o l v a y p r o c e s s
was
commonly u s e d
f o r
t h e p r o d u c t i o n
o f s o d a
a s h ,
b u t
t h e
S o l v a y p l a n t f a c i l i t i e s i n t h e U n i t e d S t a t e s
a n d
i n o t h e r
e n v i r o n m e n t a l l y s e n s i t i v e
a r e a s a r o u n d
t h e
world have
b e e n s h u t down and abandoned
s i n c e
s u b s t a n t i a l
amounts
o f c a l c i u m
c h l o r i d e were produced and t h e r e
w a s no p r a c t i c a l manner o f
r e c y c l i n g
a
d i s p o s a l
of t h i s
b y - p r o d u c t . The S o l v a y p r o c e s s
r e a c t s
t h e s o d i u m r a d i
c a l
i n
sodium c h l o r i d e w i t h t h e c a r b o n
d i o x i d e
p r e s e n t
i n
l i m e s t o n e
u s i n g ammonia
a s
a n i n t e r m i n a b l e
r e a c t a n t .
M o s t
d o m e s t i c a l l y
p r o d u c e d
s o d a a s h
i s
p r o d u c e d
f r o m
b u r i e d
n a t u r a l l y
o c c u r r i n g d e p o s i t s
o f t r o n a ( s o
d i u m s e s q u i c a r b o n a t e ) i n t h e G r e e n R i v e r
B a s i n
i n Wy
o m i n g . The o r e s a r e mined
t h r o u g h
d e e p s h a f t s by c o n
v e n t i o n a l r o o m
and
i l l a r
o r l o n g
w a l l m i n i n g m e t h o d s .
Soda
a s h
i s recovered b y one
of two common r o c e s s e s
r e f e r r e d
t o
by t h e i n d u s t r y
a s
t h e m o n o h y d r a t e
p r o c e s s
and t h e
t r o n a p r o c e s s .
Both
p r o c e s s e s
have
t h e f o l l o w
i n g
d i s a d v a n t a g e o u s : n u m e r o u s o p e r a t i n g s t e p s ;
l a c k o f
e f ? c i e n c y ,
h i g h m a n p o w e r r e q u i r e m e n t s ; a n d h i g h
c a p i
t a l a n d o p e r a t i n g c o s t s .
SUMMARY OF THE INVENTION
I t i s t h e o b j e c t
o f
t h e p r e s e n t i n v e n t i o n t o p r o v i d e
a
p r o c e s s
which
d i r e c t l y
r e c o v e r s
sodium
c a r b o n a t e ,
a n d
s o d i u m b i c a r b o n a t e v a l u e s f r o m
n a t u r a l l y o c c u r r i n g
o r e s , and b r i n e s r e q u i r i n g no o r minimal amounts of
e x t r a n e o u s
r e a g e n t s
w i t h a
mini mum o f
u n d e s i r e d
by
p r o d u c t
p r o d u c t i o n .
The
p r e s e n t i n v e n t i o n i s f o r a s o l u t i o n p r o c e s s f o r
p r o d u c i n g
sodium
c a r b o n a t e
from
c r u d e o r e s c o n t a i n
i n g
s o d i u m b i c a r b o n a t e
a n d s o d i u m c a r b o n a t e w i t h o u t
the u s e of calcium carbo nate or s odium
c h l o r i d e
a s
r a w
m a t e r i a l s .
The p r o c e s s
c o m p r i s e s t h e s t e p s o f r e a c t i n g
t h e c r u d e
o r e s
w i t h a b i c a r b o n a t e
? l t r a t e
c o n t a i n i n g
a m m o n i u m c h l o r i d e b r i n e s o l u t i o n
under
h e a t
t o pro
d u c e a m m o n i a ,
c a r b o n
d i o x i d e , a n d
a
mother l i q u o r
c o n t a i n i n g a n a q u e o u s s o l u t i o n o f s o d i u m c h l o r i d e ,
which
i s
r e c y c l e d .
T h i s
s o l u t i o n
may
a l s o
c o n t a i n
s o
dium
b i c a r b o n a t e
and sodium c a r b o n a t e , t o enhance
p r o d u c t i o n . T h i s m o t h e r
l i q u o r
i s c o m b i n e d
w i t h
t h e
ammonia a n d
c a r b o n
d i o x i d e t o c r y s t a l l i z e
sodium
b i
c a r b o n a t e
f r o m
t h e
s o l u t i o n l e a v i n g
a
? l t r a t e c o n t a i n i n g
a m m o n i u m
c h l o r i d e b r i n e s o l u t i o n
which s r e t u r n e d
t o
t h e r e a c t i n g
s t e p . The
s o d i u m
b i c a r b o n a t e c r y s t a l s a r e
t h e n t r e a t e d
and
p u r i ? e d i n a
n o r m a l
manner
and
t y p i
c a l l y
c o n v e r t e d
t o sodium c a r b o n a t e .
T h i s
p r o c e s s m ay
be
c a r r i e d o u t
e i t h e r above
ground o n
mined
o r e o r i n
s i t u
b y i n j e c t i n g
t h e
b i c a r b o n a t e ? l t r a t e d i r e c t l y
i n t o
t h e
o r e
b o d y .
Hot
sodium
c h l o r i d e
i s i n j e c t e d
and
t h e r e
t u r n e d
s o l u t i o n s
a r e r e a c t e d
with a m m o n i u m
c h l o r i d e
b r i n e a n d
s e n t
t o
c a r b o n a t i n g t o w e r s .
A l t e r n a t i v e l y , h o t
a m m onium
c h l o r i d e
i s
i n j e c t e d d i r e c t l y i n to
t h e
o r e
b o d y a n d r e s u l t s i n
t h e
p r o d u c t o f NH4 a n d C 0 2
u n d e r
ground and s a t u r a t e d
NaCl r e t u r n e d
t o t h e
s u r f a c e a n d
t h e g a s e s a r e c o l l e c t e d and
s e n t
t o
c a r b o n a t i o n .
20
2 5
3 0
40
4 5
5 0
6 5
2
BRIEF
DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
FIG.
1
i s a f l o w s h e e t o f a
? r s t
v a r i a t i o n o f
t h e
p r o
c e s s
o f
t h e p r e s e n t i n v e n t i o n .
FIG.
2 i s
a
?ow
h e e t showing a
second
v a r i a t i o n
o f
t h e
p r o c e s s
o f
t h e
p r e s e n t
i n v e n t i o n .
FIG.
3 i s
a
flow s h e e t
showing
a n
i n
s i t u
v e r s i o n
o f
t h e
p r o c e s s o f
t h e p r e s e n t
i n v e n t i o n .
DESCRIPTIONOF THE
PREFERRED
EMBODIMENTS
The p r o c e s s
o f
t h e
p r e s e n t
i n v e n t i o n
i s
d e s i g n e d t o
u t i l i z e a modi?ed
a m m oni a
s o d a
( S o l v a y ) p r o c e s s
f o r
t h e
r e c o v e r y o f n a t u r a l l y
o c c u r r i n g
d e p o s i t s o f s o l u b l e
c a r b o n a t e m i n e r a l s .
The
p r o c e s s e l i m i n a t e s t h e b a s i c
r e q u i r e m e n t s
f o r
raw m a t e r i a l s o d i u m c h l o r i d e , c a r b o n
d i o x i d e , w a t e r and l i m e s t o n e o r c a l c i u m c a r b o n a t e . The
p r o c e s s i n v o l v e s
a
l e a c h c y c l e t o
e f f e c t i v e l y
d i s s o l v e
t h e
o r e
a n d i s e f f i c i e n t
i n r e c o v e r i n g e s s e n t i a l l y a l l d i s s o l v e d
and
r e a c t e d c a r b o n a t e v a l u e s c o n t a i n e d i n e a c h l e a c h
c y c l e w i t h o u t t h e u s e o f
e v a p o r a t i o n .
T h i s p r o c e s s o t h
e r w i s e
i s
i d e n t i c a l t o t h e
ammonia-soda
p r o c e s s .
The
p r o c e s s c a n b e d e s i g n e d t o
p r o d u c e
t h e e q u i v a l e n t s o
dium c a r b o n a t e
r e l a t e d
t o t h e
a m m o n i u m
c h l o r i d e con
t e n t o f t h e b i c a r b o n a t e ? l t r a t e i n a d d i t i o n t o t h e
d i s
s o l v e d sodium c a r b o n a t e
v a l u e s
i n t h e r e c y c l e d sodium
c h l o r i d e b r i n e .
The b a s i c p r o c e s s u t i l i z e s t h e a m m o n i u m c h l o r i d e
? l t r a t e from t h e b i c a r b o n a t e ? l t r a t e s t e p a s a r e c y c l e d
b r i n e . The b r i n e
i s
h e a t e d
and
r e a c t e d w i t h t h e mined
r a w m a t e r i a l
ore
or
i n j e c t e d
i n t o t h e
underground ore
body
t o p r o d u c e
a
r e c y c l e d s a t u r a t e d
b r i n e . The
h o t
ammonium c h l o r i d e
b r i n e
a c t s a s a s t r o n g a c i d and
r e a c t s with
t h e
s o l i d
o r d i s s o l v e d
c a r b o n a t e m i n e r a l s t o
r e g e n e r a t e t h e sodium c h l o r i d e e q u i v a l e n t o f t h e ammo
nium c h l o r i d e
a n d e v o l v e ammonia a n d c a r b o n
d i o x i d e
i n
a c c o r d a n c e w i t h t h e f o l l o w i n g
r e a c t i o n i n
t h e c a s e o f
trona
ores:
The
sodium c h l o r i d e
i s
r e c o v e r e d i n
t h e
r e a c t i o n
s o l u t i o n . This s o l u t i o n i s
? l t e r e d and
t r e a t e d t o
remove
d i s s o l v e d i m p u r i t i e s a n d l a t e r r e a c t e d w i t h
t h e
e v o l v e d
a m m oni a
and
c a r b o n
d i o x i d e i n t h e c a r b o n a t i o n - s o d i u m
b i c a r b o n a t e
c r y s t a l l i z a t i o n s t e p
o f t h e p r o c e s s .
The
c r y s t a l l i z e d s o d i u m b i c a r b o n a t e i s ? l t e r e d a n d
c a l c i n e d
t o p r o d u c e
a n h y d r o u s s o d i u m c a r b o n a t e
a n d
e v o l v e d
carbon
d i o x i d e
and
water which a r e recovered
and
r e c y c l e d
t o
t h e c a r b o n a t o r s .
The
sodium
c a r b o n a t e
i s
r e c r y s t a l l i z e d a s t h e
monohydrate
a n d d r i e d t o
p r o d u c e
t h e
r e ? n e d s o d i u m c a r b o n a t e
p r o d u c t .
The r e ? n e d
p r o d u c t i s
e q u i v a l e n t t o
t h e
s o d i u m c a r b o n a t e v a l u e s
e x t r a c t e d from t h e crude
o r e .
The
b a s i c
p r o c e s s i s v e r s a t i l e and
c a n
be d e s i g n e d t o
recover c a r b o n a t e
v a l u e s
from
mined o r e , s u b t e r r a n e a n
o r s u r f a c e d e p o s i t s a n d from sodium c h l o r i d e s a t u r a t e d
b r i n e s .
Many c a r b o n a t e d e p o s i t s
c o n t a i n
v a r y i n g
amounts
o f
s o l i d sodium
c h l o r i d e . With
t h i s p r o c e s s ,
s o d i u m c h l o r i d e i s b e n e ? c i a l i n s e r v i n g
t o
s a t u r a t e d i l u
t i o n w a t e r
i n c l u d i n g t h a t
r e s u l t i n g f r o m
p r o c e s s i n g
h y d r a t e d o r e s such a s t r o n a . Experiment
h a s
sh own h o t
s a t u r a t e d sodium c h l o r i d e
s o l u t i o n s t o
be a n
e f f e c t i v e
r e a g e n t
f o r
d i s s o l v i n g
a n d
r e c o v e r i n g
s o l u b l e
c a r b o n a t e
m i n e r a l s . A e c y c l e
l e a c h
p r o c e s s w i t h s a t u r a t e d
s o
dium c h l o r i d e
b r i n e s
i s
e f f e c t i v e
a t t e m p e r a t u r e s o f 8 0 °
C . and
a b o v e . However, t h e r a t e o f s o l u t i o n
and
con
-
8/18/2019 Us 5270023
6/8
5 , 2 7 0 , 0 2 3
3
c e n t r a t i o n
o f
d i s s o l v e d s a l t s f a v o r s t h e
h i g h e r
t e m p e r a
t u r e
l e a c h i n g
p r o c e s s .
The
p r e f e r r e d
t e m p e r a t u r e o f
o p e r a t i o n
i s
a t
a b o u t
1 0 0 ° C . o r
a b o v e .
S o m e v a r i a t i o n s
o f t h e p r o c e s s
i n c l u d e
a s a t u r a t e d sodium
c h l o r i d e
r e c y
c l e
s t e p f o r recovery
o f
t h e s o l u b l e
underground
s a l t s
a s
a s a t u r a t e d
s o l u t i o n
and
c a r r y i n g o u t t h e d e c o m p o s i t i o n
a s
a n
a b o v e g r o u n d
r e a c t i o n .
The c o n c e n t r a ti o n o f
l e a c h e d
s a l t s c a n v a r y
i n
r e l a t i o n
t o t h e amount
o f d i s
s o l v e d
i n e r t
s a l t s
s u c h
a s
sodium
s u l f a t e
o r
p o t a s s i u m
s a l t s . The s o l u t i o n
o f t r o n a
i n t h e s a t u r a t e d sodium
s o l u t i o n ,
a p p a r e n t l y r e a c h e s
s a t u r a t i o n a t a p o i n t s a t u
r a t e d w i t h r e s p e c t t o b o t h sodium b i c a r b o n a t e
and
t r o n a . At t h e 1 0 0 ° C . l e a c h i n g t e m p e r a t u r e , s o d i u m
b i c a r b o n a t e
decomposes a n d some e v o l u t i o n o f c a r b o n
d i o x i d e
i s e v i d e n t
a s
t h e o r e i s
? r s t
c o n t a c t e d w i t h
t h e
h o t l e a c h i n g
s o l u t i o n .
T h e
d e c o m p o s i t i o n
r e a c t i o n i s ,
i n
e f f e c t ,
a
r e v e r s e
c a r b o n a t i o n r e a c t i o n
and
would
i n
c r e a s e t h e
c a r b o n a t e
c o n c e n t r a t i o n
and
a d j u s t t h e s o l u
t i o n t o
a
composition
s a t u r a t e d
w i t h t r o n a .
A o t
s a t u r a t e d s o d i u m c h l o r i d e r e c y c l e l e a c h
p r o
c e s s c a n b e u s e d t o a d v a n t a g e i n c o n j u n c t i o n w i t h t h e
proposed
p r o c e s s a s a method f o r s o l u t i o n
mining
t r o n a
o r e s .
The
1 0 0 °
C . t r o n a l e a c h
s o l u t i o n ,
when
c o o l e d
t o
2 6 °
C .
c r y s t a l l i z e d
t r o n a i n a n amount e q u a l
t o 7
pounds
p e r 1 0 0 p o u n d s o f t h e l e a c h s o l u t i o n .
The
d i s s o l v e d
t r o n a r e m a i n i n g i n
s o l u t i o n
w a s d e t e r m i n e d , b a s e d on
3 0 ° C .
s o l u b i l i t y
d a t a ,
t o
b e e q u a l
t o
5 . 0 4 p e r c e n t b y
w e i g h t ,
m a k i n g
a
t o t a l
o f
1 2 . 0 4 p o u n d s o f t r o n a
l e a c h e d
p e r
1 0 0
p o u n d s o f s a t u r a t e d l e a c h b r i n e . U s i n g t h e s e
v a l u e s
and 1 0 0 u n i t s
o f
water
a s a b a s i s f o r c a l c u l a t i o n s ,
i t
i s p o s s i b l e t o e s t i m a t e t h e p r o d u c t i o n e f ? c i e n c y o f t h e
p r o c e s s f o r r e c o v e r i n g a n d p r o c e s s i n g u n d e r g r o u n d
d e p o s i t s
o f
t r o n a . With t h e a b o v e d a t a a n d a s s u m i n g t h e
a m m o n i u m
c h l o r i d e
b r i n e t o c o n t a i n
20
gm. a m m o n i u m
c h l o r i d e
p e r 1 0 0 g m .
o f
w a t e r , t h e e s t i m a t e d
y i e l d
o f
s o d i u m b i c a r b o n a t e
would
b e
a p p r o x i m a t e l y
5 2
g m . p e r
1 0 0
gm.
water
o r 3 6
gm.
p e r 1 0 0
gm.
b r i n e .
These
r e
s u l t s
a r e n o t c o r r e c t e d
f o r
water b a l a n c e
and
a r e
p o s s i
b l y
lower t h a n
t h e
t r u e v a l u e s b e c a u s e o f t h e
f r e e
c a r
b o n a t e i n
t h e s a tu r a t e d b r i n e n o t e v a l u a t e d o r
u s e d i n
t h e c a l c u l a t i o n s .
A ? o w d i a g r a m o f t h e p r o c e s s
i s
shown i n FIG. 1 .
The mined
o r e
1 0
i s
p a s s e d
t h r o u g h
a
c r u s h e r 1 1
and
through a
s c r e e n
a s s e m b l y 1 2 . I t
i s
mixed w i t h ammo
nium
c h l o r i d e
b r i n e s t r e a m 1 3 which h a s
been
h e a t e d
a s
i n d i c a t e d a t 1 4 and p a s s e d i n t o a h e a t e d r e a c t o r 1 5 .
A
s m a l l
amount o f
sodium
c h l o r i d e
b r i n e
1 6
i s
added t o
t h e a m m onium c h l o r i d e b r i n e
t o
p r e v e n t
c r y s t a l l i z a t i o n .
The r e a c t i o n would
t y p i c a l l y
b e c a r r i e d o u t
a t
an atmo
s p h e r i c o r above p r e s s u r e , 1 0 0 ° C .
The
r e a c t i o n which
t a k e s p l a c e
i n
t h e r e a c t o r
i s
g e n e r a l l y
a s f o l l o w s :
The
g a s s t r e a m s o f ammonia
and
c a r b o n
d i o x i d e p a s s
t h r o u g h
l i n e 1 7 t o c a r b o n a t i o n
t o w e r s
1 8 .
The
sodium
c h l o r i d e
b r i n e
s o l u t i o n
p a s s e s
through l i n e 1 9
t o
a s e t
t l o r 2 0
and
t h r o u g h a ? l t e r 2 1 and t h e t a i l i n g s 2 2 a r e
removed. The
b r i n e s o l u t i o n may
be
t r e a t e d a s
w i t h
t h e
a d d i t i o n
o f p r e c i p i t a t i n g
o r p u r i ? c a ti o n r e a g e n t s a s
shown
a t 2 4 a n d p a s s e d
t h r o u g h
a
s e c o n d ? l t e r
2 5
c o o l e d
a t 2 6 and
p a s s e d
i n t o
c a r b o n a t i o n t o w e r s
1 8 .
T h e r e , t h e c a r b o n d i o x i d e , s o d i u m c h l o r i d e , a n d a m m o
n i a c a u s e t h e s o d i u m
b i c a r b o n a t e
t o c r y s t a l i z e by t h e
c a r b o n a t i o n
r e a c t i o n .
The
c a r b o n a t i o n
t o w e r
i s
t y p i
c a l l y
o p e r a t e d a t t h e n o r m a l p r e s s u r e a n d t e m p e r a t u r e
u s e d i n t h e S o l v a y p r o c e s s . The
e a c t i o n
i s c o m p l e t e d i n
c r y s t a l l i z e r
2 8
w h i c h i s a l s o o p e r a t e d
a t
t y p i c a l p r e s
2 0
2 5
3 5
5 5
6 5
4
s u r e s
and
t e m p e r a t u r e s
a s
i n t h e S o l v a y
p r o c e s s , and
i s
f i l t e r e d a t 2 9 where t h e
? l t r a t e
p a s s e s t h r o u g h l i n e 1 3 a s
a m m o n i u m
c h l o r i d e
b r i n e .
The
sodium b i c a r b o n a t e c r y s t a l s p a s s i n t o conven
t i o n a l
c a l c i n e r 30 where t h e evolved water and CO2
p a s s t h r o u g h c o m p r e s s o r
3 1
and i n t o t h e sodium
b i c a r
b o n a t e
c r y s t a l l i z e r 2 8 .
The s o d a
a s h t h e n
g o e s
t o s t o r a g e
a r e a
3 2
where t
c a n b e
p a s s e d
t h r o u g h
a r e p u l p e r
3 3 ,
a
c r y s t a l l i z e r 3 4 ,
a ? l t e r 3 5 , a n d a
c o n v e n t i o n al d r y e r
3 6
t o
p r o v i d e
t h e
? n a l s o d a a s h 3 7 .
A
a r i a t i o n
o f t h e p r o c e s s o f FIG. 1 i s s hown n FIG.
2
w h e r e t h e
r e c y c l e d
s o d i u m c h l o r i d e b r i n e i s s a t u r a t e d
w i t h
t r o n a
b y a
p r e l i m i n a r y
l e a c h s t e p
b e f o r e
s e n d i n g
t h e s a t u r a t e d s o l u t i o n t o t h e c a r b o n a t o r s . T h u s , t h e
mined
o r e 1 0 i s c r u s h e d a t 1 1 s c r e e n e d a t 1 2 and p a s s e s
i n t o
a d i s s o l v e r
3 8 which s
m a i n t a i n e d
a t a b o u t
1 0 0 ' C .
o r
above a t 39 t o
c r e a t e a decomposition r e a c t i o n
and
c r e a t e
a
s a t u r a t e d
b r i n e 4 0 . B r i n e 40
p a s s e s
through a
s e t t l o r
4 1
where t h e t a i l i n g s
42
a r e ? l t e r e d at
4 3
and
x i t
a t
4 4 . A
wash
b r i n e
s t r e a m 4 5
i s
t h e n
mixed
w i t h t h e
t r o n a
s a t u r a t e d
b r i n e
4 6 and
p a s s e s t h r o u g h
l i n e
4 7
t o
r e a c t o r
4 8 .
A m m o n i u m
c h l o r i d e
b r i n e ,
which
h a s
p a s s e d t h r o u g h t h e s o d i u m b i c a r b o n a t e c r y s t a l l i z e r
t h r o u g h ? l t e r
5 0 , i s
m i x e d
w i t h
t h e s a t u r a te d b r i n e
4 0 a s
i t
e x i t s l i n e 5 1 u p s t r e a m o f t h e
r e a c t o r .
The r e a c t o r i s
h e a t e d a n d , a s
d e s c r i b e d
a b o v e , p r o d u c e s ammonia
a n d
c a r b o n d i o x i d e
which
p a s s t h r o u g h
l i n e
5 2
t o
a c a r b o n
a t i o n tower 5 3 . The sodium c h l o r i d e
e x i t s
t h e r e a c t o r
t h r o u g h
l i n e
5 4
a n d p a s s e s i n t o a t r e a t m e n t t a n k
5 5 ,
i s
? l t e r e d a t 5 6 , c o o l e d
a t
5 7
and
p a s s e s i n t o t h e c a r b o n
a t i o n
t o w e r s
5 3 . As a b o v e , t h e
s o d i u m
b i c a r b o n a t e c r y s
t a l s a r e ? l t e r e d
a t
5 0 and p a s s e d t h r o u g h c a l c i n e r
3 0 .
The
g a s e s o f
carbon d i o x i d e and
water
vapors a r e c o m
p r e s s e d a t
3 1 t o t h e h y d r o s t a t i c
o p e r a t i n g
p r e s s u r e
o f
t h e
t o w e r s a n d r e c y c l e d
t o t h e a m m o n i u m
b i c a r b o n a t e
c r y s t a l l i z e r 4 9 .
The
s o d a
a s h
p a s s e s
i n t o
s t o r a g e a r e a
3 2
a n d
t h e n
c a n b e p u r i ? e d
a s a b o v e t h r o u g h r e p u l p
3 3 ,
c r y s t a l l i z e r ,
3 4 , ? l t e r
3 5 ,
a n d d r i e r 3 6 t o
p r o v i d e
t h e
p u r e s o d a a s h
3 7 .
R e t u r n i n g
n o w t o t h e sodium c h l o r i d e b r i n e s o l u t i o n
e x i t i n g r e a c t o r 4 8 , a p o r t i o n o f t h i s may
b e
r e c y c l e d
t o
t h e
d i s s o l v e r 3 8 t h r o u g h
l i n e
5 8 a n d a b r i n e s t o r a g e
t a n k
5 9 may e u s e d t o k e e p t h e
a p p r o p r i a t e
s o l u t i o n
v o l u m e .
The i n s i t u p r o c e s s
o f t h e p r e s e n t
i n v e n t i o n
i s
shown
i n FIG. 3 where a n underground o r e d e p o s i t i s
i n d i
c a t e d b y r e f e r e n c e c h a r a c t e r
1 0 0 . A u m p 1 0 1 r e c y c l e s
t r o n a s a t u r a t e d
b r i n e
1 0 2
t h r o u g h
o r e d e p o s i t 1 0 0 . T h i s
r e c y c l e d l e a c h l i q u o r c o n s i s t i n g l a r g e l y o f
t r o n a
s a t u
r a t e d b r i n e
may b e
d i l u t e d s l i g h t l y
w i t h
s o d i u m c h l o r i d e
b r i n e
t h r o u g h
l i n e
1 0 4 .
The
s o d i u m
c h l o r i d e b r i n e h a s
e x i t e d
r e a c t o r
1 0 6 t h r o u g h l i n e 1 0 5 . The l i g h t l y
d i l u t e d
t r o n a s a t u r at e d b r i n e 1 0 2 i s
p a s s e d
t h r o u g h a s e t t l o r t o
s e p a r a t e
a n y
i n s o l u b l e t a i l i n g s .
The
p r o c e s s s t r e a m i s
n e x t s e p a r a t e d i n t o
two
c o n t r o l l e d s t r e a m s , one
g o i n g
t o
t h e r e a c t o r 1 0 6 ,
and
t h e o t h e r t o t h e ammonia c a r b o n a t
i n g
t o w e r s
1 0 8 .
The
s a t u r a t e d s o d i u m c h l o r i d e l e a c h
b r i n e g o i n g
t o t h e
r e a c t o r
i s combined w i t h
t h e
b i c a r
b o n a t e ammonium c h l o r i d e ? l t r a t e
a n d
i n j e c t e d i n t o t h e
r e a c t o r w h e r e t h e d e c o m p o s i t i o n r e a c t i o n t a k e s p l a c e .
The evolved
a m m o n i a
and carbon d i o x i d e
a r e
s e n t t o
t h e
ammonia s o d a
c a r b o n a t o r s
1 0 8 where s o d i u m b i c a r
b o n a t e i s
c r y s t a l l i z e d
b y t h e
c a r b o n a t i o n r e a c t i o n .
The
s o d i u m b i c a r b o n a t e
i s
c r y s t a l l i z e d
a t
1 1 2 a n d t h e n
p a s s e d
t h r o u g h
t h e p u r i f y i n g
a n d
c a l c i n i n g
s t e p s
d e
s c r i b e d a b o v e
c o n s i s t i n g
o f
? l t e r $ 0 , c a l c i n e r 3 0 ,
s t o r a g e
a r e a 3 2 , r e p u l p e r 3 3 , m o n o h y d r a t e
c r y s t a l l i z e r
3 4 ,
? l t e r
3 5 ,
d r i e r
3 6
t o p r o v i d e
t h e
p u r i ? e d s o d a
a s h 3 7 . The
-
8/18/2019 Us 5270023
7/8
5 , 2 7 0 , 0 2 3
5
second
c o n t r o l l e d
s t r e a m
from
s e t t l o r
1 0 7 p a s s e s
through a
t r e a t m e n t
t a n k
1 0 9
where m a t e r i a l s
s u c h a s
carbon
o r
? l t e r a i d s ,
e t c . m ay
b e added a s n e e d e d , i s
? l t e r e d a t
1 1 0 c o o l e d
a t
1 1 1
a n d p a s s e d i n t o
t h e
c a r b o n
a t i n g t o w e r s
1 0 8 .
The
p r o c e s s i n g
o f
e i t h e r t r o n a
o r
n a c o l i t e o r e s
pro
duce a n e x c e s s o f carbon d i o x i d e which would be u s e d
t o
c o m p e n s a t e
f o r
l o s s e s . The b i c a r b o n a t e ? l t r a t e (am
monium
c h l o r i d e b r i n e )
i s
s e n t t o
t h e r e a c t o r t o
p r o d u c e
t h e r e g e n e r a t e d s o d i u m
c h l o r i d e
b r i n e which
i s r e c y
c l e d t o t h e u n d e r g r o u n d o r e d e p o s i t to c o m p l e t e t h e
p r o c e s s .
The
p r o c e s s
f o r
r e c o v e r i n g
t h e v a l u e s
f r o m
n a c o l i t e
d e p o s i t s
d o e s
n o t
i n v o l v e
a r e c y c l i n g d i s s o l v i n g c y c l e
d u e
t o
t h e low
o l u b i l i t y o f
b i c a r b o n a t e
i n
s o d i u m c h l o
r i d e s o l u t i o n s . T h i s would b e t h e c a s e f o r any l ow s o l u
b i l i t y
m i n e r a l .
The u n d e r g r o u n d e x t r a c t i o n
p r o c e s s
w o u l d i n v o l v e
t h e
i n j e c t i o n o f t h e h e a t e d a mmonium
c h l o r i d e b r i n e d i r e c t l y i n t o t h e d e p o s i t and r e c o v e r i n g
t h e e v o l v e d ammonia a n d c a r b o n
d i o x i d e a l o n g
w i t h
t h e
r e g e n e r a t e d s o d i u m
c h l o r i d e
b r i n e .
A b o v e g r o u n d
o p e r a t i o n would i n v o l v e t h e d i r e c t
r e a c t i o n
w i t h
t h e
mined
o r e
i f
a v a i l a b l e .
I n
e i t h e r
c a s e
t h e r e a c t i o n
p r o d
u c t s would b e
r e c y c l e d
t o t h e
c a r b o n a t o r s
t o p r o d u c e
c r y s t a l l i z e d
b i c a r b o n a t e
a n d t h e ammonium c h l o r i d e
b r i n e ? l t r a t e f o r
r e c y c l e . Both
t r o n a and
n a c o l i t e a s
raw
m a t e r i a l s g e n e r a t e
a n
e x c e s s
o f carbon d i o x i d e which i s
more t h a n a d e q u a t e t o
c o m p e n s a t e
f o r
l o s s e s
i n
t h e
b i c a r b o n a t e
c a l c i n i n g
s t e p .
The r o c e s s , when u s e d t o r e c o v e r d i f f e r e n t composi
t i o n
m i n e r a l
d e p o s i t s , would have t o
b e
modi?ed a c
c o r d i n g l y .
F o r
e x a m p l e ,
i f t h e m i n e r a l
b e i n g p r o c e s s e d
w a s a sodium s u l f a t e c o n t a i n i n g b r i n e
o r
s o l i d
m i n e r a l ,
s o l i d
p h a s e s o d i u m
s u l f a t e
w o u l d
c r y s t a l l i z e d u r i n g t h e
d e c o m p o s i t i o n
r e a c t i o n s t e p .
T h i s c o u l d b e r e c o v e r e d
a s a s e p a r a t e
p r o d u c t
o r d i s p o s e d
o f
a s t a i l i n g s .
O t h e r
compounds,
s u c h
a s
G a y l u s s i t e o r
Dawsonite
would
r e q u i r e t h e s e p a r a t i o n o f
c a l c i u m c a r b o n a t e o r a l u m i
num
n s o m e f or m
a s
s e p a r a t e
products or
a s i n s o l u b l e s
f r o m
t h e
r e g e n e r a t e d s o d i u m
c h l o r i d e
b r i n e .
S o l u b i l i t y
d a t a
f o r
t h e
p o i n t s a t u r at e d w i t h s o d i u m
b i c a r b o n a t e
and t r o n a
i n s a t u r a t e d sodium c h l o r i d e
s o l u t i o n s are a s
f o l l o w s :
W e i g h t %
T e m p .
D e g .
C .
Na2C03 N a l - l C O 3 NaCl H20
3 0
2 . 5 3 1 . 6 8 2 4 . 0 1
7 1 . 7 8
3 5 3 . 0 1 1 . 3 4 2 3 . 9 2 7 1 . 7 3
4 5 3 . 0 4 1 . 9 9 2 3 . 9 1
7 1 . 0 6
6 0
3 . 2 8 2 . 2 0 2 4 . 1 2 7 0 . 4 0
1 0 0 '
4 . 6 9 3 . 7 2 2 4 . 0 1 6 7 . 5 8
' ( E l t i m a t e d f r o m e x p e r i m e n t a l d a t a )
' S e a r l e s l a k e b r i n e
7 0 ' F . , W e i g h t %
NaCl 1 6 . 5 0
Na2SO4 6 . 8 2
KCl
4 . 8 2
Na2 C O 3 4 . 8 0
N a 2 B 4 - 0 7 1 . 5 1
W a t e r b y d i f f e r e n c e 6 5 . 2 2
' T e e p l e
The p r e s e n t
i n v e n t i o n p r o v i d e s
a n e c o n o m i c a l p r o
c e s s
f o r
r e c o v e r i n g
q u a l i t y s o d a
a s h ,
s o d i u m
b i c a r b o n
a t e ,
o r s o d i u m
s e s q u i c a r b o n a t e p r o d u c t s
b y
s o l u t i o n
m i n i n g . m i n i n g . B e c a u s e o f t h e e x t e n s i v e r e c y c l i n g
a n d
l a c k o f
a b u n d a n t
e n d
l i q u o r s
a n d
t a i l i n g s ,
t h e p r o c e s s
i s
e n v i r o n m e n t al l y s o u n d . I n t h e c y c l i c m e t h o d o f t h e
p r e s e n t
i n v e n t i o n ,
t h e
s o d i u m
c h l o r i d e
s a t u r a t e d i n j e c
t i o n s o l v e n t may
c o n t a i n o t h e r
c h l o r i d e s ,
s u l f a t e s , bo
l 0
1 5
2 5
3 0
3 5
45
50
5 5
6 5
6
r a t e s , o r p h o s p h a t e s . T h e s e s o l u b l e
i m p u r i t i e s w i l l
n o t
a d v e r s e l y
a f f e c t
t h e a p p l i c a t i o n
o f t h i s i n v e n t i o n , i n
f a c t ,
t h e s e
i o n s
commonly o c c u r w i t h
s a l i n e
b r i n e d e p o s i t s
which
i n s o me
c a s e s
can
be
recovered economically
by
t h i s m e t h o d .
I f t h e p r o c e s s o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n i s u s e d t o s o l u
t i o n m i n e n a c o l i t e d e p o s i t s , t h e c a r b o n d i o x i d e i s
i n
b a l a n c e
i f
t h e d e s i r e d p r o d u c t
i s
s o d i u m b i c a r b o n a t e .
I f
t h e d e s i r e d p r o d u c t
i s
s o d a
a s h ,
h o w e v e r , a n e x c e s s
o f
carbon d i o x i d e i s a v a i l a b l e
f o r
u s e o r d i s p o s a l .
The r e s e n t
embodiments
o f
t h i s i n v e n t i o n a r e t h u s t o
be c o n s i d e r e d i n a l l
r e s p e c t s
a s i l l u s t r a t i v e and n o t r e
s t r i c t i v e ; t h e
s c o p e o f
t h e
i n v e n t i o n b e i n g i n d i c a t e d b y
t h e a p p e n d e d c l a i m s r a t h e r t h a n b y t h e f o r e g o i n g d e
s c r i p t i o n .
A l l
c h a n g e s
w h i c h come w i t h i n t h e m e a n i n g
and
r a n g e
o f
e q u i v a l e n c y o f t h e c l a i m s a r e i n t e n d e d t o
b e embraced
t h e r e i n .
W h a t s
c l a i m e d i s :
1 .
A
r o c e s s
f o r p r o d u c i n g
sodium c a r b o n a t e from
c r u d e
o r e s
c o n t a i n i n g
sodium
b i c a r b o n a t e
and
sodium
c a r b o n a te w i t h o u t t h e u s e o f c a l c i u m c a r b o n a t e , s a i d
p r o c e s s
c o m p r i s i n g
t h e
s t e p s
o f :
r e a c t i n g t h e
c r u d e
o r e s
c o n t a i n i n g s o d i u m b i c a r b o n
a t e and sodium c a r b o n a t e w i t h a b i c a r b o n a t e ? l
t r a t e c o n t a i n i n g a m m onium c h l o r i d e b r i n e s o l u t i o n
u n d e r
h e a t
t o produce
ammonia, c a r b o n
d i o x i d e ,
a
m o t h e r l i q u o r c o n t a i n i n g a n a q u e o u s s o l u t i o n o f
s o d i u m
c h l o r i d e ,
s o d i u m b i c a r b o n a t e , a n d , s o d i u m
c a r b o n a t e ,
a n d a s o l i d s
p o r t i o n
o f o r e t a i l i n g s ;
s e p a r a t i n g s a i d
ammonia
a n d s a i d c a r b o n d i o x i d e
f r o m s a i d m o t h e r l i q u o r a n d s o l i d s
p o r t i o n :
s e p a r a t i n g s a i d m o t h e r l i q u o r
f r o m
t h e o r e t a i l i n g s ;
c o m b i n i n g s a i d
m o t h e r
l i q u o r w i t h
s a i d
ammonia
a n d
s a i d
c a r b o n d i o x i d e t o
c r y s t a l l i z e
t h e
sodium
b i c a r
b o n a t e and sodium
c a r b o n a t e
a s sodium
b i c a r b o n
a t e c r y s t a l s
and
a
b i c a r b o n a t e
? l t r a t e
and
s a i d
b i
c a r b o n a t e f i l t r a t e c o n t a i n i n g ammonium c h l o r i d e
b r i n e s o l u t i o n ;
s e p a r a t i n g t h e s o d i u m
b i c a r b o n a t e c r y s t a l s
a n d t h e
b i c a r b o n a t e
? l t r a t e
c o n t a i n i n g
ammonium c h l o r i d e
b r i n e
s o l u t i o n ;
r e t u r n i n g
s a i d
a m m onium c h l o r i d e b r i n e s o l u t i o n t o
s a i d r e a c t i n g s t e p ; a n d
p a s s i n g
s a i d
s o d i u m b i c a r b o n a t e
c r y s t a l s t o
a
c a l c i n e r
t o
convert
the s odium bicarbonate t o s odium car
b o n a t e .
2 . The
p r o c e s s o f
c l a i m
1 w h e r e i n s a i d r e a c t i n g s t e p
i s
c a r r i e d o u t
i n
s i t u
b y i n j e c t i n g s a i d
b i c a r b o n a t e
l t r a t e
c o n t a i n i n g
ammonium c h l o r i d e
b r i n e s o l u t i o n , h e a t e d ,
i n t o
o r e
body
c o n t a i n i n g
a c a r b o n a t e
o r e .
3 . A
r o c e s s
f o r
p r o d u c i n g
sodium
c a r b o n a t e from
c r u d e
underground
o r e s i n
s i t u , s a i d
c r u d e o r e s c o n t a i n
i n g
s o d i u m b i c a r b o n a t e a n d
s o d i u m
c a r b o n a t e
s a i d p r o
c e s s c o m p r i s i n g t h e s t e p s o f :
p u m p i n g
h e a t e d
s o d i u m
c h l o r i d e - c o n t a i n i n g
b r i n e
i n t o
t h e c r u d e o r e s
c o n t a i n i n g
sodium b i c a r b o n a t e
and
sodium c a r b o n a t e t o produce a
s a t u r a t e d
c h l o
r i d e s o l u t i o n ;
withdrawing s a i d s a t u r a t e d
s o l u t i o n t o
a n
above
g r o u n d
r e a c t o r
a n d a d d i n g ammonium
c h l o r i d e
b r i n e
s o l u t i o n
t o
p r o d u c e
a m m o n i a , c a r b o n
d i o x
i d e , a
mother
l i q u o r c o n t a i n i n g
a n a q u e o u s
s o l u t i o n
o f
s o d i u m c h l o r i d e ,
s o d i u m b i c a r b o n a t e , a n d , s o
dium
c a r b o n a t e ,
a n d
a
s o l i d s
p o r t i o n
o f o r e
t a i l i n g s ;
s e p a r a t i n g s a i d m o t h e r l i q u o r f o r m t h e o r e t a i l i n g s
i n t o a f i r s t
and
a second p o r t i o n ;
s e p a r a t i n g
s a i d
m o t h e r
l i q u o r f r o m
t h e o r e
t a i l i n g s ;
-
8/18/2019 Us 5270023
8/8
5 , 2 7 0 , 0 2 3
7
s e p a r a t i n g s a i d m o t h e r l i q u o r i n t o a ? r s t a n d s e c o n d
s t r e a m ;
c o m b i n i n g t h e ? r s t s t r e a m o f s a i d m o t h e r
l i q u o r
w i t h
s a i d ammonia a n d s a i d c a r b o n
d i o x i d e
t o
c r y s t a l l i z e
t h e sodium b i c a r b o n a t e and sodium c a r b o n a t e a s
sodium b i c a r b o n a t e c r y s t a l s
and
a b i c a r b o n a t e ? l
t r a t e
and s a i d b i c a r b o n a t e ? l t r a t e c o n t a i n i n g a m
m oni u m
c h l o r i d e
b r i n e
s o l u t i o n ;
r e c y c l i n g t h e s e c o n d s t r e a m
o f
s a i d mother l i q u o r t o
s a i d
p u m p i n g
s t e p ;
s e p a r a t i n g t h e
s o d i u m
b i c a r b o n a t e
c r y s t a l s a n d t h e
b i c a r b o n a t e ? l t r a t e c o n t a i n i n g
ammonium
c h l o r i d e
b r i n e s o l u t i o n ;
r e t u r n i n g s a i d a m m onium
c h l o r i d e
b r i n e s o l u t i o n t o
s a i d r e a c t i n g s t e p ;
a n d
p a s s i n g
s a i d sodium
b i c a r b o n a t e
c r y s t a l s t o
a
c a l c i n e r
t o convert
t h e
sodium b i c a r b o n a t e t o
sodium
c a r
b o n a t e .
4 . A y c l i c
p r o c e s s
f o r
r e c o v e r i n g a l k a l i p r o d u c t s
f r o m
m i n e d , c r u s h e d a n d s i z e d
t r o n a o r e c o m p r i s i n g :
r e a c t i n g
s a i d c r u s h e d
and s i z e d
t r o n a o r e with
a h o t
s a t u r a t e d
aqueous
a m m o n i u m c h l o r i d e s o l u t i o n t o
e f f e c t
t h e
d i s s o l u t i o n of
t h e o r e i n a h e a t e d r e a c t o r
t o p r o d u c e
g a s e o u s
ammonia
a n d c a r b o n
d i o x i d e ,
a n d
a m o t h e r
l i q u o r c o n t a i n i n g
s o d i u m
c h l o r i d e ,
sodium b i c a r b o n a t e , sodium c a r b o n a t e a n d a m u d
s t o n e
a n d
s h a l e p o r t i o n
o f
o r e t a i l i n g s ;
s e p a r a t i n g t h e r e s u l t a n t m o t h e r l i q u o r a n d g a s s e s
f r o m
t h e mudstone a n d s h a l e s o l i d s
p o r t i o n
o f t h e
o r e ;
c o m b i n i n g ,
i n c a r b o n a t i n g t o w e r s , s a i d m o t h e r l i q u o r
w i t h s a i d
g a s e o u s
c a r b o n
d i o x i d e
a n d ammonia t o
p r o d u c e
c r y s t a l l i z e d a l k a l i v a l u e s
a n d
a c a r b o n a t e
s o l u t i o n ;
s e p a r a t i n g t h e
c r y s t a l l i z e d
a l k a l i
v a l u e s
f r o m
t h e c a r
b o n a t e
s o l u t i o n
i n s a i d c a r b o n a t i n g t o w e r , s a i d
s o l u t i o n
c o m p r i s i n g
a c a r b o n a t e ? l t r a t e c o n t a i n i n g
a n
a m m o n i u m
c h l o r i d e b r i n e s o l u t i o n ;
r e h e a t i n g
a n d
r e t u r n i n g
s a i d ammonium
c h l o r i d e
b r i n e
s o l u t i o n
t o
s a i d
r e a c t i n g
s t e p
a n d
r e p e a t i n g
s a i d
c y c l e
o f
r e c o v e r y ;
5
1 5
2 0
2 5
3 0
3 5
4 5
5 0
5 5
6 5
8
p a s s i n g s a i d a l k a l i v a l u e s t o a
d r y e r
and
t h e n
t o a
c a l c i n e r t o
c o n v e r t t h e sodium b i c a r b o n a t e
t o
s o d a
a s h a n d t o p r o d u c e c a r b o n d i o x i d e ; a n d
r e t u r n i n g
s a i d c a r b o n d i o x i d e f r o m t h e c a l c i n e r t o
s a i d c o m b i n i n g s t e p .
5 .
The c y c l i c p r o c e s s
f o r
r e c o v e r i n g a l k a l i p r o d u c t s
o f
c l a i m
4 w h e r e i n s a i d
r e a c t i n g
s t e p i s
c a r r i e d o u t
i n
s i t u
by
h e a t i n g
s a i d
c a r b o n a t e
? l t r a t e
a n d
i n j e c t i n g
s a i d
c a r b o n a t e
? l t r a t e
c o n t a i n i n g h e a t e d a m m o n i u m c h l o
r i d e b r i n e s o l u t i o n i n t o a n
o r e body
c o n t a i n i n g a
c a r b o n
a t e
o r e .
6 . A
r o c e s s f o r
r e c o v e r i n g
a l k a l i
p r o d u c t s
f r o m a
c r u d e
u n d e r g r o u n d
o r e b o d y c o n t a i n i n g s o d i u m
b i c a r
b o n a t e
a n d s o d i u m
c a r b o n a t e , s a i d p r o c e s s c o m p r i s i n g
t h e s t e p s o f :
pumping a h o t b r i n e s o l u t i o n c o n t a i n i n g s o d i u m c h l o
r i d e a n d a m m onium c h l o r i d e
i n t o
s a i d
c r u d e u n d e r
ground o r e t o produce a s a t u r a t e d t r o n a s o l u t i o n ;
withdrawing s a i d
s a t u r a t e d
t r o n a s o l u t i o n t o a n
a b o v e - g r o u n d
h e a t e d
r e a c t o r ;
r e a c t i n g
s a i d s a t u r a t e d t r o n a s o l u t i o n w i t h
a r e c y c l e d
a m m onium
c h l o r i d e b r i n e
s o l u t i o n t o
p r o d u c e
g a s
e o u s ammonia and
carbon
d i o x i d e , a mother l i q u o r
c o n t a i n i n g
a n a q u e o u s s o l u t i o n o f c h l o r i d e , s o d i u m
b i c a r b o n a t e , and sodium c a r b o n a t e , and a s o l i d s
p o r t i o n o f s e d i m e n t s f r o m s a i d
c r u d e o r e ;
s e p a r a t i n g s a i d mother l i q u o r i n t o a ? r s t s t r e a m
a n d
a
s e c o n d
s t r e a m ;
c o m b i n i n g s a i d ? r s t s t r e a m w i t h
t h e
ammonia a n d
c a r b o n d i o x i d e p r o d u c e d i n
s a i d
r e a c t i n g s t e p i n
c a r b o n a t i n g
t o w e r s t o c r y s t a l l i z e s o d i u m
b i c a r b o n
a t e t o
p r o d u c e
c r y s t a l l i z e d
s o d i u m
b i c a r b o n a t e a n d
a
? l t r a t e c o n t a i n i n g a n
a m m o n i u m c h l o r i d e b r i n e
s o l u t i o n ;
h e a t i n g s a i d
s e c o n d s t r e a m
a n d r e c y c l i n g
i t t o s a i d
p u m p i n g
s t e p ;
p a s s i n g s a i d c r y s t a l l i z e d sodium
b i c a r b o n a t e
t o a
c a l
c i n e r t o
convert
t h e sodium b i c a r b o n a t e t o sodium
c a r b o n a t e ;
a n d
p a s s i n g
s a i d a m m o n i u m
c h l o r i d e
b r i n e
s o l u t i o n
t o
s a i d r e a c t i n g s t e p .
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