Método y aparato para fabricar un producto de carbonato de calcio.

Un método para producir un producto de carbonato de calcio que comprende pequeñas partículas de carbonato de calcio en uno o varios reactores secuenciales

(10, 10', 10", 10'") de precipitación, el cual método comprende

- la aportación de hidróxido de calcio (Ca(OH)2) en forma de gotas y/o partículas a un gas que contiene dióxido de carbono y que está dentro del reactor de precipitación, para producir partículas de carbonato de calcio precipitado, caracterizado porque

- se aporta el hidróxido de calcio al reactor de precipitación a través un aparato (14, 44) de desintegración y rociado que funciona según el principio de un molino de púas y está montado en el interior del reactor o en asociación con el reactor, y porque

- se mantiene en< 65°C la temperatura en el reactor de precipitación,

a) disponiendo elementos (15, 15') de enfriamiento en el reactor de precipitación, y/o

b) haciendo circular el material que contiene carbonato de calcio, y/o el gas que contiene dióxido de carbono, al enfriador, equipado con un intercambiador de calor, desde el reactor de precipitación y de vuelta al reactor de precipitación desde el enfriador

para producir un producto de carbonato de calcio formado por pequeñas partículas de tamaño

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FI2005/000313.

Solicitante: FP-PIGMENTS OY.

Nacionalidad solicitante: Finlandia.

Dirección: AHVENTIE 4 A 21-22 02170 ESPOO FINLANDIA.

Inventor/es: MAIJALA,MIKKO, MAIJALA,ROOPE, LAX,BJÖRN, TOLONEN,JARMO, TJURIN,TEUVO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COLORANTES; PINTURAS; PULIMENTOS; RESINAS NATURALES;... > TRATAMIENTO DE MATERIALES INORGANICOS, QUE NO SEAN... > Tratamiento de materiales inorgánicos específicos... > C09C1/02 (Compuestos de metales alcalinotérreos o de magnesio)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > QUIMICA INORGANICA > COMPUESTOS DE BERILIO, MAGNESIO, ALUMINIO, CALCIO,... > Compuestos de calcio, estroncio o bario (C01F 7/00... > C01F11/18 (Carbonatos)

PDF original: ES-2534601_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Método y aparato para fabricar un producto de carbonato decalcio La presente invención se refiere a un método y aparato para producir un producto de carbonato de calcio formado por pequeñas partículas de carbonato de calcio. La presente invención se refiere en particular a unmétodo y aparato para producir carbonato de calcio precipitado, en el cual se aporta hidróxido de calcio como pequeñas gotas y/o partículas en un gas que contiene dióxido de carbono y que está dentro de un reactor de precipitación.

Tecnología conocida El carbonato de calcio se produce típicamente a partir de un lodo de hidróxido de calcio por precipitación mediante el uso de dióxido de carbono. Tradicionalmente, en la producción se utiliza un procedimiento por lotes, procedimiento en el cual se aporta gas de dióxido de carbono en forma de finas burbujas, al lodo de hidróxido de calcio hasta que se alcanza un nivel de carbonatación adecuado. Por lo tanto, el contenido de materia seca del lodo de hidróxido de calcio no debe ser demasiado alto, para que las burbujas de gas puedan penetrar en el lodo. Por ejemplo, la publicación de patente de EE.UU. US 4, 927, 618 sugiere que se utilice lodo de hidróxido de calcio con un contenido de materia seca de 7, 68%. Este método de producción requiere un largo tiempo para la carbonatación; en el primer ejemplo dela patente de EE.UU. semenciona que la carbonatación requiere 31minutos.

Por otra parte, también se ha sugerido con anterioridad que se precipite carbonato de calcio en aparatos de funcionamiento continuo. Por ejemplo, en la publicación de patente de EE.UU. US 4, 133, 894 se sugiere que se precipite carbonato de calcio en tres altas columnas secuenciales, en las cuales, utilizando chorros de rociado, se rocía desde la parte superior de la columna lodo de hidróxido de calcio, con un tamaño de gota de 1-2 mm, en gas de dióxido de carbono que fluye hacia arriba desde la parte inferior de la columna. El carbonato de calcio producido se recoge de la parte inferior de la tercera columna en forma de finas partículas de tamaño < 100 nm. En este caso, el lodo de hidróxido de calcio también debe estar muy diluido, es decir, su contenido de materia seca debe ser bajo, aproximadamente 0, 1 -10%. En la primera columna, sólo se carbonatará 5 -15% del hidróxido de calcio. La mayor parte se carbonatará en la segunda columna.

En muchas aplicaciones de carbonato de calcio precipitado (PCC, por sus siglas en inglés) resultaría ventajoso poder utilizar partículas de carbonato de calcio muy pequeñas, < 100 nm de tamaño, que fueran de calidad uniforme y tamaño casi uniforme. Se necesitan estos tipos de aplicaciones, por ejemplo, en las industrias farmacéutica, cosmética y alimentaria. Las industrias de pinturas, plásticos, caucho, pigmentos y papel, con inclusión de la industria tecno-química, también emplean estetipo de producto de carbonato de calcio.

El documento WO 98/41475 describe un procedimiento y un aparato para preparar carbonato de calcio precipitado. El documento describe un aparato que comprende molinos secuenciales de púas para uso en la carbonatación de hidróxido de calcio. Se aportan juntos hidróxido de calcio y dióxido de carbono a través de los molinos secuenciales de púas. Así, la carbonatación tiene lugar en los molinos de púas. En este documento, no existe espacio gaseoso que contenga dióxido de carbono (reactor de precipitación) fuera de los molinos de púas a los cuales se aporta hidróxido de calcio en forma de gotas o partículas. El tiempo de residencia del material es muy corto en el aparato de desintegración y rociado, típicamente menos de un segundo. Por tanto, debido a la ausencia de un reactor de precipitación, la reacción de carbonatación no tiene suficiente tiempo para completarse. El documento tampoco dice nada acerca de dispositivos de enfriamiento paramantener una temperatura reducida en la precipitación.

Propósito de la invención El propósito de la presente invención es presentar un método y aparato mejorados para producir un producto de carbonato de calcio formado en su mayoría por partículas de carbonato de calcio sueltas, estables y muy pequeñas, de tamaño < 100 nm.

El propósito es, por lo tanto, presentar también un método y aparato mejorados para producir un producto de carbonato de calcio con una gran superficie específica.

El propósito es, además, presentar un método y aparato que precipiten rápidamente partículas de carbonato de calcio a partir de hidróxido de calcio, y que sean menos dependiente quemétodos anteriores del tamaño de partícula y/o contenido demateria seca del producto de hidróxido de calcio utilizado.

El propósito es por lo tanto presentar también un método y aparato que hagan posible mantener una temperatura de reacción que sea más baja de lo normal durante la etapa de carbonatación, es decir, durante la precipitación de carbonato de calcio.

El propósito es, además, presentar un método y aparato de funcionamiento continuo que permitan la aportación y uso simultáneos de diversos aditivos en la producción de carbonato de calcio.

El propósito es, aún más, presentar un método y aparato con los cuales sea fácil lograr carbonatación completa o casi completa de una sustancia mineral, típicamente hidróxido de calcio.

La invención Para lograr los objetivos presentados en lo que antecede, un método y un aparato según la invención se caracterizan en lo que se presenta en las partes caracterizantes de las reivindicaciones independientes presentadas más adelante en esta solicitud de patente.

La presente invención se refiere a un método y aparato para producir carbonato de calcio precipitado con un tamaño de partícula pequeño, típicamente < 100 nm, y por lo tanto con una gran superficie específica, en un procedimiento de funcionamiento continuo. Las partículas de carbonato de calcio del producto son en su mayoría sueltas, estables, homogéneas y de tamaño uniforme.

El método comprende típicamente

-la aportación continua de hidróxido de calcio (Ca (OH) 2) en forma de finas gotas y/o partículas a un gas que contiene dióxido de carbono y que está dentro de un reactor de precipitación, para carbonatar el hidróxido de calcio, es decir, para producir en el reactor de precipitación carbonato de calcio (CaCO3) precipitado.

En una solución según la invención, se pueden utilizar hidróxido de calcio u otras fuentes adecuadas de iones Ca++ como una sustancia mineral reactiva, a partir de la cual se forma carbonato de calcio mediante el empleo de dióxido de carbono. Típicamente, en una solución según la invención se aporta hidróxido de calcio al reactor de precipitación en forma de un lodo de hidróxido de calcio, es decir, en forma de hidróxido de calcio dispersado en agua, tal como lechada de cal, pero también puede ser aportado en forma de una solución de hidróxido de calcio. El material es aportado ventajosamente al reactor a través un aparato de desintegración y rociado situado en el reactor o asociado al mismo.

El aparato de desintegración y rociado es típicamente una denominada mezcladora de impacto, mediante la cual se forman gotas y/o partículas muy finas a partir del lodo o solución de hidróxido de calcio. La mezcladora de impacto funciona típicamente de manera simultánea como un reactor de precipitación, o bien como una parte del reactor de precipitación; por lo tanto, también es posible poner ventajosamente en contacto hidróxido de calcio con dióxido de carbono para iniciar reacciones de carbonatación en este reactor. Utilizando la mezcladora de impacto, que funciona según el principio de un molino de púas, también es posible mezclar en el gas de dióxido de carbono lodo de hidróxido... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un método para producir un producto de carbonato de calcio que comprende pequeñas partículas de carbonato de calcio en uno o varios reactores secuenciales (10, 10', 10", 10'") de precipitación, el cual método comprende

-la aportación de hidróxido de calcio (Ca (OH) 2) en forma de gotas y/o partículas a un gas que contiene dióxido de carbono y que está dentro del reactor de precipitación, para producir partículas de carbonato de calcio precipitado,

caracterizado porque

-se aporta el hidróxido de calcio al reactor de precipitación a través un aparato (14, 44) de desintegración y rociado que funciona según el principio de un molino de púas y está montado en el interior del reactor o en asociación con el reactor, y porque

-semantiene en < 65º Cla temperatura en el reactor de precipitación,

a) disponiendo elementos (15, 15') de enfriamiento en el reactor de precipitación, y/o b) haciendo circular el material que contiene carbonato de calcio, y/o el gas que contiene dióxido de carbono, al enfriador, equipado con un intercambiador de calor, desde el reactor de precipitación y de vuelta al reactor de precipitación desde el enfriador

para producir un producto de carbonato de calcio formado por pequeñas partículas de tamaño <100 nm, sueltas de manera esencialmente permanente.

2. El método según la reivindicación 1, caracterizado porquela temperatura en el reactor de precipitación se reduce

-aportando al menos algo del dióxido de carbono al reactor de precipitación a una temperatura reducida, o incluso en forma de hielo seco, -aportando al menos algo del hidróxido de calcio al reactor de precipitación a una temperatura reducida, -disponiendo una camisa (13) de enfriamiento en el reactor de precipitación, y/o -conduciendo el material que contiene carbonato de calcio y/o el gas que contiene dióxido de carbono desde el

primer reactor de precipitación através de un enfriador al segundo reactor de precipitación.

3. El método según la reivindicación 2, caracterizado porque al menos algo del hidróxido de calcio es aportado al reactor de precipitación a una temperatura < 30º C, típicamente .

5. 30º C, preferiblement.

10. 20º C, lo más preferiblemente < 17º C.

4. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque se mantiene la temperatura en el reactor de precipitación .

10. 65º C, más preferiblement.

30. 65º C y lo más preferiblemente < 40º C.

5. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque el reactor (10, 10', 10", 10"') de precipitación funciona demanera continua, conlo cual

- se están aportando continuamente al menos hidróxido de calcio y dióxido de carbono al reactor de precipitación y -se está retirando continuamente unmaterial que contiene carbonato de calcio del reactor de precipitación.

6. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque al menos algo del material que contiene carbonato de calcio que se retira del primer reactor (10) de precipitación es enfriado y hecho circular de vuelta al primer reactor

(10) de precipitación, o bien es dirigido al siguiente reactor (10', 10", 10"') de precipitación a través del aparato que funciona según el principio de un molino de púas.

7. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque se aporta el hidróxido de calcio al reactor de precipitación en forma de una solución de hidróxido de calcio y/o en forma de un lodo de hidróxido de calcio y porque

- el tamaño de gota y/o el tamaño de partícula del lodo o solución hidróxido de calcio son reducidos a un tamaño de partícula < 200 μm en el aparato (14, 44) de desintegración y rociado, que funciona según el principio de un molino de púas, por impactos e impactos dobles, que están dirigidos al lodo y/o solución y que son generados por púas, palas o elementos correspondientes que están montados en el aparato (14, 44) y que se mueven a velocidades de anillo d.

5. 250m/s.

8. El método según las reivindicaciones 1 ó 6, caracterizado porque el tiempo de residencia del material que contiene hidróxido de calcio, y/o del material circulante que contiene carbonato de calcio, dentro del aparato (14, 44) de desintegración y rociado es < 10 s, típicamente < 2 s, lomás típicamente < 1 s.

9. El método según las reivindicaciones 1 ó 6, caracterizado porque el tiempo efectivo de carbonatación del material

que contiene hidróxido de calcio, y/o del material circulante que contiene carbonato de calcio, en el interior del reactor (10, 10', 10", 10''') de precipitación es < 1minuto, típicamente < 30 s, lomás típicamente < 10 s.

10. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque se aporta el dióxido de carbono al reactor de precipitación

-a través del aparato (14, 44) de desintegración y rociado que funciona según el principio de un molino de púas y/o

-directamente al recipiente (12) de precipitación del reactor de precipitación utilizando un aparato separado de aportación de gas.

11. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque el método comprende un procedimiento de carbonatación en varios pasos, de funcionamiento continuo, en el cual

-en la primera fase del procedimiento, típicamente la fase principal, se precipita carbonato de calcio a partir de hidróxido de calcio en el primer reactor (10) de precipitación, tras de lo cual el carbonato de calcio precipitado en la primera fase del procedimiento y el hidróxido de calcio sin precipitar son dirigidos desde el primer reactor de precipitación al segundo reactor (10') de precipitación, y

-en la segunda fase del procedimiento, se precipita carbonato de calcio a partir de algo, típicamente la porción restante, del hidróxido de calcio que ha sido dirigido al segundo reactor de precipitación, tras de lo cual el carbonato de calcio precipitado en la segunda fase del procedimiento y el carbonato de calcio que ha sido dirigido desde el primer reactor de precipitación al segundo reactor de precipitación, y el eventual hidróxido de calcio sin precipitar restante, son dirigidos fuera del segundo reactor (10') de precipitación, en caso necesario al tercer reactor de precipitación (10") .

12. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque el tamaño de partícula del carbonato de calcio precipitado se controla ajustando el contenido demateria seca del hidróxido de calcio aportado al reactor o reactores de precipitación, típicamente ajustando el contenido demateria seca a < 30 %, típicament.

10. 25%.

13. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque, además de hidróxido de calcio y dióxido de carbono, se aporta al reactor de precipitación algo de poliol, tal como sorbitol, y porque se añade el poliol

-al lodo de hidróxido de calcio que se va a aportar al reactor de precipitación, o bien al agua de apagado utilizada para producir este lodo

-directamente al reactor de precipitación, típicamente a través del aparato de desintegración y/orociado y/o

-al material que contiene el carbonato de calcio que está siendo descargado del reactor de precipitación.

14. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque antes del reactor de precipitación, en el reactor de precipitación y/o después del reactor de precipitación se añaden al carbonato de calcio precipitado, por separado o simultáneamente, uno o más aditivos que son adecuados para el tratamiento superficial de partículas y que afectan a la hidrofobicidad, crecimiento o soltura de las partículas, por ejemplo un poliol, tal como sorbitol, azúcar, ácido graso, ácido esteárico, ácido resínico, ácido fosforoso, un agente dispersante, tal como soluciones acuosas de sales de sodio o de amonio de polímeros acrílicos.

15. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque la velocidad de anillo de los rotores del aparato de desintegración y rociado que funciona según el principio de un molino de púas es 1 -250 m/s, y porque la diferencia de velocidades de los anillos de los rotores que giran en la misma o diferente dirección, o la diferencia de velocidades de los anillos de rotores y estatores adyacentes e.

5. 400m/s, típicament.

5. 200 m/s.

16. Un aparato para producir un producto de carbonato de calcio a partir de hidróxido de calcio, que comprende pequeñas partículas de carbonato de calcio, el cual aparato comprende

-al menos un reactor (10, 10', 10", 10"') de precipitación en el cual el hidróxido de calcio es desintegrado o rociado como gotas y/o partículas finas y dentro del cual se pone en contacto el hidróxido de calcio con el gas que contiene dióxido de carbono y

-aparatos (16) para aportar el hidróxido de calcio al reactor de precipitación, y aparatos (20) para retirar el producto de carbonato de calcio del reactor de precipitación, caracterizado porque el aparato comprende adicionalmente

-un aparato (14, 14', 14", 14"') de desintegración y rociado que funciona según el principio de un molino de púas, para desintegrar el hidróxido de calcio en forma de pequeñas gotas y/o partículas en el reactor de precipitación, y

-aparatos (11, 11', 13, 15, 15', 17, 17', 45, 52) de enfriamiento para mantener una temperatura reducida en el reactor de precipitación, o bien un enfriador equipado con unintercambiador de calor.

17. El aparato según lareivindicación 16, caracterizado porque los aparatos de enfriamiento comprenden

-aparatos (11, 11', 17, 17', 45, 52) para reducir la temperatura de un material, tal como el hidróxido de calcio, dióxido de carbono o carbonato de calcio circulante que vaya a ser aportado al reactor de precipitación y/o

-aparatos (13, 15, 15') paramantener bajala temperatura del material en el reactor de precipitación.

18. El aparato según lareivindicación 16, caracterizado porque

-el aparato comprende dos o varios reactores secuenciales (10, 10', 10", 10"') de precipitación que tienen conexiones de flujo entre sí, y porque

-los enfriadores (11, 17, 17', 52) para enfriar el material de carbonato de calcio que fluye de un reactor a otro están dispuestos entre los reactores de precipitación dispuestos secuencialmente.