PROCEDIMIENTO DE POTENCIACION DE LA DESHIDRATACION DE PARTICULAS FINAS.

Procedimiento de potenciación de la deshidratación de partículas finas. Antecedentes En la industria minera, las menas en bruto (ROM) se trituran y pulverizan para desprender (o liberar) los componentes valiosos de las rocas de desecho. Aunque el carbón ROM raramente se tritura, una porción significativa está presente como carbón fino. Las menas pulverizadas y el carbón fino se separan entonces usando procedimientos apropiados. Uno de los procedimientos de separación más ampliamente usados es la flotación por espuma. En este procedimiento, se mezcla una mena pulverizada (o carbón fino) con agua formando una suspensión espesa, a la que se añaden tensioactivos conocidos como colectores para volver hidrófobo(s) el(los) constituyente(s) seleccionado(s). Para el caso de procesar carbones de mayor categoría tales como carbonos bituminosos y antracíticos, que son naturalmente hidrófobos cuando se extraen de la mina, pueden no ser necesarios colectores. Cuando estos materiales no son suficientemente hidrófobos, se añaden aceites hidrocarbonados para potenciar su hidrofobicidad. Las partículas hidrofobizadas (o naturalmente hidrófobas) se recogen entonces por las burbujas de aire introducidas en el fondo de una celda de flotación. Se cree que la adhesión de burbuja-partícula se activa mediante la atracción hidrófoba. Las burbujas de aire cargadas con partícula hidrófoba suben a la superficie de la pulpa acuosa, mientras que las partículas hidrófilas no recogidas por las burbujas de aire salen de la célula. Por tanto, la flotación produce dos productos, concretamente, flotantes y no flotantes. El más valioso de los dos se designa como concentrado, y aquel sin valor se designa como ganga (o rechazo). Los concentrados se deshidratan antes de procesarse adicionalmente o enviarse a los consumidores, mientras que la ganga (o rechazo) se desecha con o sin una deshidratación extensa. El procedimiento de deshidratación consiste en varias etapas. En la primera etapa, se espesa una suspensión espesa a 35 a 75% de sólidos en un tanque de sedimentación grande, mientras que se retira el agua libre de la parte superior y se recicla de vuelta a la planta. En la segunda etapa, se somete la pulpa espesada a un procedimiento de deshidratación mecánica, tal como filtración o centrifugación, para retirar adicionalmente el agua. Sin embargo, este procedimiento es ineficaz, particularmente cuando las partículas de mineral (o carbón) son finas. En general, el contenido de humedad del producto deshidratado aumenta al reducirse el tamaño de partícula, lo que indica que la humedad residual es debida mayoritariamente al agua superficial, concretamente, las moléculas de agua que se adhieren fuertemente a la superficie. Para concentrados minerales de sulfuro, los productos filtrados contienen típicamente de 12 a 18% en peso de humedad. Para el carbón, las humedades residuales son mayores (20 a 30% en peso) debido a su baja densidad. Muy a menudo, estos productos tienen que deshidratarse adicionalmente en una tercera y más costosa etapa, concretamente, secado térmico, que puede ser una opción para materiales de alto precio. Sin embargo, no lo es para artículos de bajo precio tales como carbón. Incluso para los materiales de alto precio, la eliminación de la tercera etapa tiene ventajas económicas y medioambientales significativas. Actualmente, los costes de limpieza y deshidratación del carbón fino (más fino de 0,5 mm) son aproximadamente 3 veces mayores que los de limpiar carbón más grueso. Por esta razón, a menudo es más económico desechar los finos, si el carbón fino constituye sólo una pequeña fracción de la corriente de producto. Este es típicamente el caso con muchos productores de carbón del mundo. Sólo en los EE.UU., se estima que se han desechado aproximadamente 2.000 millones de toneladas de carbón fino en estanques abandonados, mientras que se han desechado aproximadamente 500 a 800 millones de toneladas de carbón fino en estanques activos. Al año, los productores de carbón de EE.UU. desechan aproximadamente 30 a 50 millones de toneladas de carbón fino a los estanques. Esto representa una pérdida de recursos naturales valiosos y causa pérdidas significativas de beneficios a los productores de carbón. Los productores de carbón de EE.UU. son afortunados de que las fracciones finas constituyan sólo de 5 a 20% de sus corrientes de producto. En los países en que los carbones son más friables, las fracciones finas pueden ser del intervalo de 20 a 50%. En este caso, los productores de carbón ya no pueden permitirse desechar los finos. Desgraciadamente, no hay tecnologías disponibles actualmente, distintas del costoso secado térmico, para reducir la humedad de los finos de carbón. La dificultad de deshidratar materiales particulados finos puede explicarse a partir de principios básicos. Los expertos en la materia consideran que una torta de filtración consiste en una serie de capilares de diferentes radios de los que se retira el agua durante el proceso de filtración a vacío o a presión. El agua puede retirarse sólo cuando la caída de presión aplicada a través de la torta de filtración supera la presión del agua presente dentro de los capilares. La presión, p, en el capilar de radio r puede calcularse usando la ecuación de Laplace: p = 223 cos , r en la que 23 es la tensión superficial en la interfase de agua 3 y aire 2 y es el ángulo de contacto de las paredes internas del capilar en consideración. En la filtración, la pared capilar está compuesta por las superficies de las partículas en la torta, y el radio capilar eficaz se reduce al reducirse el tamaño de partícula. El ángulo de contacto es la medida más ampliamente usada de hidrofobicidad de partícula (propiedad repelente de agua). En el procedimiento de gota sésil, se dispone una gota de agua sobre la superficie de interés y se mide el ángulo a través de la fase acuosa. Por tanto, el término ángulo de contacto usado en la presente invención designa el ángulo de contacto del agua, que aumenta al aumentar la hidrofobicidad superficial. La Ec. [1] sugiere que la presión de capilaridad aumenta al reducirse el radio capilar, lo que explica las dificultades encontradas durante la filtración de partículas finas. Si 2 ES 2 335 472 T3 una torta de filtración contiene capilares de radios diferentes, sería más difícil retirar el agua de los capilares más finos. A una caída de presión dada aplicada a través de la torta de filtración, puede observarse que el agua atrapada en los capilares que son menores que cierto radio crítico (rc) no puede retirarse. Por tanto, la humedad de una torta de filtración debe determinarse mediante la cantidad de agua atrapada en los capilares menores que el radio capilar crítico. La Ec. [1] sugiere tres modos de conseguir bajas humedades de torta durante la filtración. Estos incluyen i) reducción de la tensión superficial, ii) aumento del radio capilar y iii) aumento del ángulo de contacto. Se usan diversos productos químicos (adyuvantes de deshidratación) para controlar estos parámetros. Es un grupo de reactivos los tensioactivos que pueden reducir la tensión superficial. La mayoría de los adyuvantes de deshidratación usados con este fin son tensioactivos iónicos con altos índices de equilibrio hidrófilo-lipófilo (EHL). El laurilsulfato de sodio y el dioctilsulfosuccinato de sodio, cuyos índices de EHL son de 40 y 35,3, respectivamente, son ejemplos típicos. Sing (Filtration and Separation, marzo de 1977, pág. 159-163) sugirió que el primero es un adyuvante de deshidratación ideal para el carbón porque no se adsorbe sobre la superficie, lo que a su vez permite utilizar completamente los reactivos para reducir la tensión superficial. La patente de EE.UU. nº 5.346.630 enseña un procedimiento de pulverización a presión de una solución de un adyuvante de deshidratación desde una posición en la torta de filtración, formando una zona de filtrado justo antes de la desaparición del agua de procedimiento sobrenadante. Este procedimiento, que se designa como procedimiento de pulverización de tipo torpedo, asegura una distribución homogénea del adyuvante de deshidratación sin diluirse significativamente por el agua de procedimiento sobrenadante. Debe observarse aquí que los tensioactivos de EHL alto se usan también como agentes humectantes para materiales hidrófobos tales como carbón. Reconociendo que la deshidratación es esencialmente un procedimiento de deshumidificación, resulta difícil ver cómo un tipo de reactivos puede usarse para ambas. Es bien conocido que los tensioactivos de EHL alto se adsorben sobre superficies hidrófobas no humectantes con orientación inversa, concretamente, con las colas hidrocarbonadas en contacto con la superficie y las cabezas polares apuntando hacia la fase acuosa. Por tanto, los tensioactivos...

1. Un procedimiento para deshidratar una suspensión espesa de material particulado fino que es menor de 2 mm de diámetro, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de i) volver moderadamente hidrófobo el material particulado fino de modo que su ángulo de contacto con agua aumente a un valor considerablemente menor de 90º usando tensioactivos y colectores apropiados en una etapa de hidrofobización inicial, ii) añadir un tensioactivo no iónico de índice de equilibrio hidrófilo-lipófilo (EHL) menor de 15 y disuelto en un disolvente o mezcla de disolventes apropiados, iii) agitar la suspensión espesa para permitir que las moléculas tensioactivas se adsorban sobre la superficie del material moderadamente hidrófobo de modo que se potencie su hidrofobicidad y aumente el ángulo de contacto a cerca de o más de 90º, y entonces iv) someter la suspensión acondicionada que contiene el material particulado, cuyo ángulo de contacto con agua se ha aumentado, a un procedimiento mecánico de deshidratación. 2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el material particulado fino a deshidratar es un material cuya superficie se ha hecho menos hidrófoba debido al envejecimiento o la oxidación superficial. 3. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el material particulado fino incluye minerales, carbón, plástico, metales, polvos metálicos, cenizas volantes y materiales biológicos. 4. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho procedimiento mecánico de deshidratación adecuado incluye filtración a vacío, filtración a presión, filtración por centrifugación y centrifugación. 5. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el tensioactivo no iónico se selecciona de ácidos grasos, ésteres grasos, ésteres fosfato, polímeros hidrófobos, éteres, derivados de glicol, derivados de sarcosina, tensioactivos y polímeros basados en silicio, derivados de sorbitán, ésteres y derivados de sacarosa y glucosa, derivados basados en lanolina, ésteres de glicerol, ésteres grasos etoxilados, aminas y amidas etoxiladas, alcoholes lineales etoxilados, triglicéridos etoxilados, aceites vegetales etoxilados y ácidos grasos etoxilados. 6. El procedimiento de la reivindicación 4, en el que el tensioactivo no iónico se combina con un aceite vegetal, de pescado o animal que contiene triacilgliceroles para obtener una mejora sinérgica de la deshidratación del material particulado fino. 7. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dichos disolventes apropiados incluyen aceites hidrocarbonados ligeros y alcoholes de cadena corta. 8. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dichos tensioactivos apropiados son tensioactivos de EHL alto cuyas cabezas polares pueden interaccionar con la superficie de los materiales particulados. 9. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dichos colectores son tioles para minerales de sulfuro y metales. 10. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dichos colectores son aceites hidrocarbonados y el material particulado es carbón u otra sustancia naturalmente hidrófoba. 11. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que se añade un electrolito o mezcla de electrolitos seleccionados de sales de cationes y aniones monovalentes, divalentes y trivalentes después de la etapa de hidrofobización inicial (i) y antes de la etapa (ii). 12. El procedimiento de la reivindicación 11, en el que dichos electrolitos son las sales de iones de aluminio. 13. El procedimiento de la reivindicación 11 ó 12, en el que los reactivos usados en la etapa (i) y la etapa (ii) y dicho electrolito o mezcla de electrolitos pueden añadirse en una sola etapa. 14. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el procedimiento mecánico de deshidratación adecuado es un proceso de filtración en el que la torta de filtración se somete a un medio vibrador apropiado, de modo que se consigue un grado mayor de reducción de humedad a un grosor de torta dado. 15. El procedimiento de la reivindicación 14, en el que el medio vibrador adecuado incluye medios ultrasónicos, mecánicos y acústicos. 22 ES 2 335 472 T3 16. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el procedimiento mecánico de deshidratación adecuado es un proceso de filtración en el que se añade un reactivo reductor de la tensión superficial adecuado a la torta de filtración en forma de una niebla fina o pulverización, de modo que se consigue un alto grado de reducción de humedad a un grosor de torta dado. 17. El procedimiento de la reivindicación 16, en el que el agente reductor de la tensión superficial adecuado se selecciona de alcoholes de cadena corta, aceites hidrocarbonados ligeros y tensioactivos. 18. Un procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que el procedimiento mecánico de deshidratación adecuado es un proceso de filtración en el que se añade un agente reductor de la tensión superficial adecuado a la torta de filtración en forma de una niebla fina o pulverización, y al mismo tiempo, se somete la torta de filtración a un medio vibrador apropiado, de modo que se consigue una reducción sustancial de humedad a altos grosores de torta usando cantidades mínimas de reactivos. 23