Procedimiento y sistema de valorización de materiales y/o productos por potencia pulsada.

Procedimiento de valorización de materiales y/o productos por potencia pulsada según el cual en una primera etapa,

se genera una sucesión de descargas eléctricas entre por lo menos dos electrodos en un reactor que recibe un líquido ambiente así como los materiales y/o productos a valorizar, en el que la sucesión de dichas descargas eléctricas produce, debido a la energía, a la frecuencia de las descargas eléctricas, así como debido a la tensión entre los electrodos y el tiempo de conmutación, una onda de choque mecánica que se propaga sobre los materiales y/o productos a tratar en el reactor y que realiza una fragilización de los materiales y/o productos a tratar, caracterizado por que en una segunda etapa, se somete a los productos y/o materiales a una sucesión de descargas eléctricas cuya energía, tensión entre los electrodos que la generan, tiempo de conmutación y frecuencia de descarga, se seleccionan de tal manera que dichas descargas realicen una fragmentación selectiva del material por efecto de un campo electromagnético.

Procedimiento y sistema de valorización de materiales y/o productos por potencia pulsada.

La invención se refiere a un procedimiento y a un sistema de valorización de los materiales y/o productos por potencia pulsada.

Encuentra ventajosamente, pero no limitativamente, aplicación en diferentes campos: el campo energético, el sector minero, el medio ambiente, el reciclaje de combustibles nucleares, el sector de los hidrocarburos, la química y cualquier otro sector que se refiera a la liberación, la dispersión, la fragmentación y la valorización por separación y recombinación electroquímica de componentes químicos y moleculares, los materiales compuestos.

La trituración de materiales desempeña un papel importante en numerosos procedimientos de fabricación o de tratamiento de materiales. Los procedimientos convencionales presentan, sin embargo, unos inconvenientes que han llevado a desarrollar nuevas soluciones.

La trituración de materiales por descargas eléctricas es un procedimiento conocido, que presenta numerosas ventajas con respecto a los procedimientos convencionales que utilizan trituradores mecánicos, para los cuales el desgaste de las piezas deteriora el rendimiento del sistema.

Unos ejemplos en este sentido se han descrito en particular en las diferentes patentes o solicitudes de patente siguientes: JP 1-18133; WO 28/17172; WO 25/32722; US 4 54 127; CA 2 555 476; EP 1 375 4; o también DE 124 41287 que presenta un procedimiento según el preámbulo de la reivindicación 1.

Clásicamente, se aplica una sucesión de impulsos eléctricos de potencia muy alta a unos productos y materiales previamente sumergidos en un medio ambiente líquido.

La resistividad del líquido ambiente, así como el estado transitorio de la materia durante los impulsos, conlleva el paso de canales de arcos eléctricos cargados de energía en el interior del material sumergido y entre los granos de dicho material, hasta la creación de un arco eléctrico único o múltiple entre los dos electrodos y que pasa a través de dicho material sumergido.

El paso del arco eléctrico a través de dicho material conlleva la dispersión de los granos a nivel de los puntos de discontinuidad (escisiones, inclusiones, fracturas) a nivel de los contactos inter-granulares, y la ruptura de algunos enlaces químicos seguida por la recombinación química de los elementos y moléculas así liberados en nuevos compuestos en equilibrio de fase con el medio ambiente.

Presentación general de la invención

Un objetivo de la invención es proponer un procedimiento de valorización de materiales y/o productos por potencia pulsada mejorado, en particular en términos de tiempo de tratamiento y de costes energéticos.

Otro objetivo de la invención es también proponer un procedimiento de valorización por potencia pulsada que permite fragmentaciones y liberaciones de constituyentes unitarios con unas granulometrfas superiores a las encontradas comúnmente después de un tratamiento mediante métodos tradicionales, y por lo tanto la reducción del coste energético para la valorización de dichos materiales y/o productos.

También otro objetivo de la invención es permitir una liberación de los elementos constitutivos de los productos y/o materiales por fragmentación, pulverización y, llegado el caso, separación electrocinética y electroquímica, incluso por recombinaciones químicas de algunos de estos elementos, sin pasar por tratamientos pirometalúrgicos o

químicos pesados y contaminantes.

En particular, la invención propone un procedimiento de valorización de materiales y/o productos por potencia pulsada según el cual se genera una sucesión de descargas eléctricas entre por lo menos dos electrodos en un reactor que recibe un líquido ambiente así como los materiales y/o productos a valorizar, caracterizado por que la sucesión de dichas descargas eléctricas produce, debido a la energía, a la frecuencia de las descargas eléctricas, así como debido a la tensión entre los electrodos y el tiempo de conmutación, una onda de choque mecánica que se propaga por los materiales y/o productos a tratar en el reactor.

De forma complementaria, llegado el caso, después de una primera etapa de fragilización por la onda de choque mecánica así producida, se somete a los productos y/o materiales a una sucesión de descargas eléctricas cuya energía, tensión entre los electrodos que las generan, tiempo de conmutación y frecuencia de descarga son seleccionados de tal forma que dichas descargas realicen una fragmentación selectiva del material por efecto de

campo electromagnético.

Según un modo de realización particular, la sucesión de descargas eléctricas producirá un arco eléctrico que

atravesará los materiales y/o productos a tratar en el reactor; se hablará entonces de efecto directo de las descargas eléctricas.

Esta onda de choque mecánica que se propaga en el reactor, llegado el caso acompañada de un campo electromagnético (o de un arco eléctrico según un modo de realización particular) con el fin de obtener la fragmentación, separación, pulverización de los materiales y/o productos a tratar, y para favorecer la recombinación química de algunos constituyentes o moléculas.

En la totalidad de la presente memoria, se entiende por material y/o producto cualquier material o sustancia monofásica o plurifásica (sólido, líquido, gas, vapor, etc.), mono o pluriconstituyentes, puro o compuesto, que pueden contener unos sólidos de cristalización o amorfos; por ejemplo (lista no exhaustiva): mineral, mena, desechos o subproductos de una o varias actividades, en particular industriales o humanas, debiendo sufrir cualquier producto una operación de trituración, fragmentación (selectiva o no), pulverización, aplastamiento, separación en sus constituyentes, descontaminación, valorización, teniendo como objetivo un aumento de su valor añadido, de los materiales compuestos a base de fibras de carbono o de resina y metales (titanio, acero, aleaciones).

Un procedimiento de este tipo tiene la ventaja de evitar la utilización de piezas mecánicas móviles (caso de los trituradores mecánicos de tipo Bill Mills por ejemplo), de bolas, de barras u otras piezas de desgaste (trituradores de bolas, de barras, de conos). Esto da como resultado una reducción de los costes de mantenimiento de este procedimiento con respecto a los demás procedimientos.

Otra ventaja de este procedimiento se refiere a la no utilización de productos químicos altamente tóxicos y reactivos inorgánicos, que son frecuentemente necesarios para el tratamiento de las menas.

Otra ventaja de este procedimiento reside en el hecho de que la liberación, la fragmentación, la separación, y la pulverización se producen en tiempos muy breves gracias al tiempo de conmutación de los descargadores que desencadenan la descarga de los condensadores, que permite restituir la energía almacenada en tiempos muy breves (potencias pulsadas muy elevadas) al reactor que contiene los productos a tratar y/o valorizar, esto para un consumo energético global muy débil.

Ventajosamente, después de una primera etapa de fragilización por la onda de choque mecánica así producida, se somete a los productos y/o materiales a una sucesión de descargas eléctricas cuya energía, intensidad, tensión entre los electrodos que las generan, tiempos y frecuencia de las descargas se seleccionan de tal manera que dichas descargas realicen una fragmentación selectiva del material por efecto de las descargas eléctricas que generan un campo electromagnético (o según un modo de realización particular, un arco eléctrico). Asimismo, la invención proponer un sistema de valorización que utiliza tal procedimiento.

Presentación de las figuras

Otras características, objetivos y ventajas de la invención resaltarán a partir de la descripción siguiente, que es puramente ilustrativa y no limitativa, y que debe ser leída en relación a los dibujos adjuntos, en los que:

- la figura 1 presenta un esquema del sistema polifuncional de tres niveles;

- la figura 2 presenta un esquema de reactor basado en el efecto de ondas de choque;

- la figura 3 presenta un esquema de reactor basado en el efecto de campo electromagnético;

- las figuras 4a y 4b presentan un tipo de electrodo de múltiples puntas que tiene varillas cónicas;

- la figura 5a y 5b presentan un tipo de electrodo de múltiples puntas para las cuales las varillas tienen unas secciones cuadradas;

- la figura 6 presenta un conjunto de control de sistema polifuncional.

- la figura 7a presenta un análisis cualitativo por cromatografía gaseosa acoplada a una detección por... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de valorización de materiales y/o productos por potencia pulsada según el cual en una primera etapa, se genera una sucesión de descargas eléctricas entre por lo menos dos electrodos en un reactor que recibe un líquido ambiente así como los materiales y/o productos a valorizar, en el que la sucesión de dichas descargas eléctricas produce, debido a la energía, a la frecuencia de las descargas eléctricas, así como debido a la tensión entre los electrodos y el tiempo de conmutación, una onda de choque mecánica que se propaga sobre los materiales y/o productos a tratar en el reactor y que realiza una fragilización de los materiales y/o productos a tratar, caracterizado por que en una segunda etapa, se somete a los productos y/o materiales a una sucesión de descargas eléctricas cuya energía, tensión entre los electrodos que la generan, tiempo de conmutación y frecuencia de descarga, se seleccionan de tal manera que dichas descargas realicen una fragmentación selectiva del material por efecto de un campo electromagnético.

2. Procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado por que durante la segunda etapa, la energía, la tensión entre los electrodos, el tiempo de conmutación y la frecuencia de descarga de la sucesión de descargas eléctricas se seleccionan de tal manera que dichas descargas realicen una fragmentación selectiva de los materiales y/o productos por efecto de un arco eléctrico.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se realiza un secado y una fragilización de los materiales y/o productos por inducción térmica debida a una generación de microondas.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado por que la etapa de secado interviene al final de la etapa de fragmentación selectiva por efecto del campo electromagnético.

5. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado por que la etapa de secado es una etapa de fragilización de los materiales o productos, que interviene previamente a la etapa de fragmentación selectiva por efecto del campo electromagnético.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la energía de una descarga eléctrica de una sucesión de descargas que producen una onda de choque mecánica está comprendida entre 6 julios y 5 julios.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la frecuencia de funcionamiento de una sucesión de descargas que producen una onda de choque mecánica está comprendida entre ,5 Hzy 8 Hz.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la energía de una descarga eléctrica de una sucesión de descargas que producen una fragmentación selectiva del material por efecto del campo electromagnético está comprendida entre 5 julios y 1 julios.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la frecuencia de funcionamiento de una sucesión de descargas que producen una fragmentación selectiva del material por efecto del campo electromagnético, está comprendida entre 1 Hz y 2 Hz para el nivel 2.

1. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la frecuencia del campo electromagnético generado en el reactor referente a las microondas varía entre 2 GHz y 3 GHz.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la frecuencia del campo electromagnético generado en el reactor referente a las radiaciones UV está comprendida entre 8 THz y 1 PHz.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el tiempo muerto entre dos descargas eléctricas consecutivas varía entre 1 ms y 1 s.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el tiempo de conmutación de una descarga de una sucesión de descargas que producen una onda de choque es superior a 5 ns.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el tiempo de conmutación de una descarga de una sucesión de descargas que producen una fragmentación selectiva de los materiales por efecto electromagnético es inferior a 5 ns.

15. Sistema de valorización de materiales y/o productos por potencia pulsada que comprende por lo menos un reactor que recibe un líquido ambiente así como los materiales y/o productos a valorizar, así como por lo menos dos electrodos y unos medios de alimentación aptos para ser mandados para generar entre dichos electrodos una sucesión de descargas eléctricas, en el que los medios de alimentación y su mando son aptos para ajustar la energía, la frecuencia de las descargas eléctricas, así como la tensión entre los electrodos y el tiempo de conmutación, para que la sucesión de las descargas eléctricas produzca una onda de choque mecánica que se

propaga sobre los materiales y/o productos a tratar en el reactor, caracterizado por que comprende por lo menos dos niveles de reactor(es), uno para la fragilización de los productos y/o materiales por una onda de choque mecánica generada por la descarga eléctrica, así como por lo menos otro para la fragmentación selectiva de los materiales y/o productos por efecto de un campo electromagnético.

16. Sistema según la reivindicación anterior, caracterizado por que un reactor de un nivel para la fragmentación selectiva de los materiales y/o productos por efecto de un campo electromagnético de alta frecuencia es adecuado para realizar una fragmentación selectiva de los materiales y/o productos por efecto de un arco eléctrico.

17. Sistema según la reivindicación anterior, caracterizado por que un reactor de un nivel para la fragmentación selectiva de los materiales y/o productos por efecto del campo electromagnético comprende unas esferas elastómeras que tienen una rigidez superior a 1 N/cm.

18. Sistema según una de las reivindicaciones 15 a 17, caracterizado por que por lo menos un reactor comprende un módulo de generación de las microondas para el secado de los materiales y/o productos.

19. Sistema según una de las reivindicaciones 15 a 18, caracterizado porque un reactor comprende por lo menos un par de electrodos de forma punta/punta o de forma punta/plano.

2. Sistema según una de las reivindicaciones 15 a 19, caracterizado por que un reactor tiene una forma poliédrica o cilindrica de fondo esférico.

21. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dichos materiales y/o productos se seleccionan de entre la lista siguiente:

- menas y/o minerales,

- desechos de equipos eléctricos y electrónicos,

- polvo de diamantes,

- arenas y esquistos bituminosos,

- suelos y lodos contaminados por metales pesados tales como el arsénico, el plomo, el cadmio, el cromo, el cobre, el níquel, el zinc, el mercurio, e hidrocarburos tales como los hidrocarburos aromáticos, los hidrocarburos de tipo C1 a C4 en el estado líquido y sólido,

- materiales compuestos constituidos por capas de vidrio, películas de plástico y resina tal como el acrilobutadieno estireno, y materiales compuestos que comprenden unas fibras de carbono,

- paneles fotovoltaicos compuestos por vidrio templado, por polímeros, por silicio, por aluminio y por tediar

(fluoruro polivinílico),

- pantallas de cristales líquidos, constituidas por vidrio y por metales tales como el indio, el estaño, el oro.

22. Sistema según la reivindicación 15, en el que dichos materiales y/o productos se seleccionan de entre la siguiente lista

- menas y/o minerales,

- desechos de equipos eléctricos y electrónicos,

- polvo de diamantes,

- arenas y esquistos bituminosos,

- suelos y lodos contaminados por metales pesados tales como el arsénico, el plomo, el cadmio, el cromo, el cobre, el níquel, el zinc, el mercurio, e hidrocarburos tales como los hidrocarburos aromáticos, los hidrocarburos de tipo C1 a C4 en el estado líquido y sólido,

- materiales compuestos constituidos por capas de vidrio, películas de plástico y resina tal como el acrilobutadieno estireno, y materiales compuestos que comprenden unas fibras de carbono,

- paneles fotovoltaicos compuestos por vidrio templado, por polímeros, por silicio, por aluminio y por tediar (fluoruro polivinílico),

- pantallas de cristales líquidos, constituidas por vidrio y por metales tales como el indio, el estaño, el oro.

23. Sistema de valorización según la reivindicación 15, en el que dichos materiales y/o productos son unos polvos de diamante, caracterizado por que comprende un sistema de chorros de agua en el interior de los reactores apto para

impedir o para limitar el contacto de las partículas de diamantes con el cátodo y para reducir el tratamiento de las impurezas.

24. Sistema de valorización según la reivindicación 15, en el que dichos materiales y/o productos son polvo de diamante, caracterizado por que el cátodo de dichos electrodos tiene unas propiedades ferromagnéticas que

permiten un tratamiento de separación de las impurezas por un campo magnético.

25. Sistema de valorización según la reivindicación 15, en el que dichos materiales y/o productos son unos suelos y lodos contaminados por metales pesados tales como el arsénico, el plomo, el cadmio, el cromo, el cobre, el níquel, el zinc, el mercurio, e hidrocarburos tales como los hidrocarburos aromáticos, los hidrocarburos de tipo C1 a C4

en el estado líquido y sólido, que comprende un conjunto de electrodos adaptados y asociados a un módulo de almacenamiento de energía móvil que permite tratar dichos suelos y lodos contaminados por metales pesados e hidrocarburos in situ, lo cual consiste en un tratamiento de la materia contaminada en el lugar y en la extracción y la recuperación de los contaminantes tales como arsénico, plomo, cadmio, cromo, cobre, níquel, zinc, mercurio, hidrocarburos C1-C4 e hidrocarburos aromáticos.