PROCEDIMIENTO DE USO DE PRODUCTOS NATURALES COMO ADYUVANTES DE DESHIDRATACION PARA PARTICULAS FINAS.

Procedimiento de deshidratación de una suspensión acuosa de material particulado fino que es más pequeño que 2 mm de diámetro,

cuyo procedimiento comprende las etapas de:

i) convertir el material particulado fino en moderadamente hidrófobo incrementando su ángulo de contacto al intervalo de 25º a 60º en una etapa de hidrofobización inicial,

ii) añadir un lípido disuelto en un solvente apropiado o mezclas de solventes,

iii) agitar la solución acuosa para permitir que las moléculas lipídicas sean absorbidas en la superficie del material moderamente hidrófobo, de manera que se mejore su hidrofobicidad y se incremente el ángulo de contacto por encima de 60º, y a continuación

iv) someter la suspensión acuosa acondicionada que contiene el material particulado, cuyo ángulo de contacto de agua ha sido incrementado, a un procedimiento mecánico de deshidratación adecuado

Procedimiento de uso de productos naturales como adyuvantes de deshidratación para partículas finas.

Antecedentes

Muchos materiales particulados son producidos y procesados en medios acuosos. Antes de ser vendidos a clientes o de ser procesados adicionalmente, frecuentemente es necesario retirar el agua. La deshidratación puede conseguirse bien mediante medios mecánicos (por ejemplo, filtración y centrifugación) o bien mediante secado térmico. En general, los primeros son más baratos que el último. Sin embargo, la deshidratación mecánica se hace ineficiente con partículas más finas. Los productos deshidratados contienen humedades altas y requieren, frecuentemente, un secado térmico para cumplir las especificaciones.

En un procedimiento mecánico de deshidratación determinado, la mayor parte del agua es retirada bastante rápidamente. Lo que es difícil de retirar es el agua que se adhiere a la superficie del material particulado. De esta manera, la cantidad de agua residual dejada en el producto es aproximadamente proporcional a su área superficial. Para un material dado, el área superficial específica es inversamente proporcional al cuadrado de su tamaño de partícula. Por lo tanto, las humedades residuales en los productos filtrados incrementan, por consiguiente, con el tamaño de partícula decreciente. Una explicación más cuantitativa para la dificultad en la deshidratación de partículas finas mediante filtración puede proporcionarse mediante la ecuación de Laplace:

en la que ?p es la presión del agua dentro de un capilar (formado entre las partículas presentes en una torta de filtrado), r es el radio del capilar, ? es la tensión superficial del agua y ? es el ángulo de contacto de las partículas en la torta. El ángulo de contacto es una medida de la hidrofobicidad (propiedad de repulsión por el agua) de las partículas. La ec. [1] muestra que la presión requerida para expulsar el agua del capilar incrementa con el radio capilar decreciente. Considerando que las partículas más finas forman capilares más pequeños, puede verse la dificultad de deshidratar partículas finas. Con una torta de filtrado determinada, que consiste en partículas de diferentes tamaños, debe haber una distribución de capilares de varios radios. A una caída de presión determinada aplicada a través de una torta de filtrado, sería difícil expulsar el agua de los capilares cuyos radios son inferiores a determinado valor crítico. De esta manera, el número de capilares, cuyos radios son inferiores al radio crítico, debería determinar la humedad final de la torta.

Se usan varios floculantes poliméricos para aumentar el tamaño de partícula y, por lo tanto, para minimizar el número de capilares más pequeños. También pueden usarse coagulantes electrolíticos para aumentar las partículas. Groppo y Parekh (Coal Preparation, 1996, vol. 17, pp. 103-116) mostraron que la deshidratación de carbón fino mejora considerablemente en presencia de cationes divalentes o trivalentes. Encontraron que esto sucede cuando se usan tensoactivos catiónicos, aniónicos y no aniónicos.

La Ec. [1] sugiere también que la presión capilar debería reducirse con una tensión superficial decreciente y un ángulo de contacto creciente. Se usan varios tensoactivos para reducir la tensión superficial. La mayoría de los adyuvantes de deshidratación usados para este propósito son tensoactivos iónicos con números de balance hidrófilo-lipófilo (HLB) altos. El laurilsulfato de sodio y el dioctilsulfosuccinato de sodio, cuyos números HLB son 40 y 35,3, respectivamente, son ejemplos típicos. Singh (Filtration and Separation, March, 1977, pp. 159-163) sugiere que el primero es un adyuvante de deshidratación ideal para el carbón porque no se absorbe en la superficie, lo que a su vez permite que los reactivos sean utilizados totalmente para reducir la tensión superficial. La patente U.S. No. 5.346.630 enseña un procedimiento de pulverización a presión de una solución de un adyuvante de deshidratación desde una posición dentro de la zona de formación de la torta de filtrado de un filtro, justo antes de la desaparación del agua sobrenadante del proceso. Este procedimiento, que se denomina sistema de pulverización torpedo, asegura una distribución homogénea del adyuvante de deshidratación sin que sea diluido considerablemente por el agua sobrenadante del proceso.

Es bien conocido que los tensoactivos de HLB alto pueden causar, realmente, un incremento de la humedad en la deshidratación de materiales hidrófobos, tales como el carbón. Debido a la alta polaridad de sus grupos de cabeza, los tensoactivos de HLB alto son absorbidos sobre superficies hidrófobas con orientación inversa, es decir, con las colas hidrocarbonadas en contacto con la superficie y las cabezas polares apuntando hacia la fase acuosa. Dicho mecanismo de absorción debería reducir la hidrofobicidad, y por lo tanto, debería causar un incremento en la humedad de la torta. La mayoría de los floculantes usados como adyuvantes de deshidratación amortiguan también la hidrofobicidad y causan un incremento en la humedad.

Hay varias patentes U.S. que divulgaron procedimientos de uso de tensoactivos de HLB bajo como adyuvantes de deshidratación. Las patentes U.S. Nos. 4.447.344 y 4.410.431 divulgaron procedimientos de uso de tensoactivos no iónicos insolubles en agua con sus números HLB en el intervalo de 6 a 12. Estos reactivos fueron usados junto con reactivos (hidrotropos) que son capaces de mantener los tensoactivos en solución o en el interfaz aire-agua en vez de en el interfaz sólido-líquido, de manera que pueden ser utilizados en su totalidad para reducir la tensión superficial. La ventaja de usar tensoactivos de HLB bajo puede ser que, a diferencia de los tensoactivos de HLB alto, no tienen los efectos perjudiciales de la amortiguación de la hidrofobicidad.

La patente U.S. No. 5.670.056 enseña un procedimiento de uso de polímeros y tensoactivos no iónicos de HLB bajo como agentes hidrofobizantes que pueden incrementar el ángulo de contacto por encima de 65º y, de esta manera, reducir la humedad de la torta. Los ésteres grasos monoinsaturados, ésteres grasos cuyos números HLB son inferiores a 10, y los polimetilhidrosiloxanos solubles en agua fueron usados como agentes hidrofobizantes. Los ésteres grasos fueron usados con o sin el uso de butanol como un solvente portador para los tensoactivos de HLB bajo. La divugación de la presente invención lista un grupo de materiales particulados que pueden ser deshidratados usando estos reactivos. Estos incluyen, carbones, arcillas, minerales sulfurados, fosfatos, minerales de óxido metálico, minerales industriales y materiales de desecho, la mayoría de los cuales son hidrófilos. El uso de tensoactivos de HLB bajo divulgado en la patente U.S. No. 5.670.056 puede ser capaz de incrementar los ángulos de contacto de los materiales que ya son hidrófobos pero no para las partículas hidrófilas.

La patente U.S. No. 2.864.765 enseña un procedimiento de uso de polioxietileno diferente de un éster de ácido graso de cadena larga parcial anhídrido de hexitol, que funciona sólo o como una solución en queroseno. Sin embargo, la divulgación no menciona que el tensoactivo no iónico incrementa la hidrofobicidad de las partículas moderamente hidrófobas. Además, los compuestos divulgados no son absorbidos esencialmente en la superficie sólida de las partículas minerales y permanecen en el filtrado, tal como se indica en la patente U.S. No. 4.156.649. En esta última patente y también en la patente U.S. No. 4.191.655, se divulgan procedimientos de uso de alcoholes alquiletoxilados lineales o ramificados, como adyuvantes de deshidratación. Fueron usados en soluciones de solventes de hidrocarburos pero en presencia de emulsificantes solubles en agua, tales como dioctilsulfosuccinato de sodio. Tal como se ha expuesto anteriormente, el uso de dicho tensoactivo de HLB alto puede amortiguar la hidrofobicidad y causar un incremento en la humedad.

La patente U.S. No. 5.048.199 divulgó un procedimiento de uso de una mezcla de un tensoactivo no iónico, un sulfosuccinato y un agente deformante. La patente U.S. No. 4.039.466 divulgó un procedimiento de uso de una combinación de tensoactivo no iónico que tiene un grupo polioxialquileno y un tensoactivo aniónico. La patente U.S. No. 5.215.669 enseña un procedimiento de uso de hidroxiéter mezclado soluble en agua, que se supone que trabaja bien tanto con materiales hidrófobos (carbón) como con materiales...

1. Procedimiento de deshidratación de una suspensión acuosa de material particulado fino que es más pequeño que 2 mm de diámetro, cuyo procedimiento comprende las etapas de:

        i)        convertir el material particulado fino en moderadamente hidrófobo incrementando su ángulo de contacto al intervalo de 25º a 60º en una etapa de hidrofobización inicial,

        ii)        añadir un lípido disuelto en un solvente apropiado o mezclas de solventes,

        iii)        agitar la solución acuosa para permitir que las moléculas lipídicas sean absorbidas en la superficie del material moderamente hidrófobo, de manera que se mejore su hidrofobicidad y se incremente el ángulo de contacto por encima de 60º, y a continuación

        iv)        someter la suspensión acuosa acondicionada que contiene el material particulado, cuyo ángulo de contacto de agua ha sido incrementado, a un procedimiento mecánico de deshidratación adecuado.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la hidrofobización inicial en (i) se consigue usando colectores y tensoactivos apropiados.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa de hidrofobización inicial (i) implica crear superficies frescas mediante pulverización y/o desgaste, cuando el material particulado fino a deshidratar es carbón u otro material hidrófobo natural.

4. Procedimiento según 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 a la oxidación superficial.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el material particulado fino incluye minerales, carbón, pigmentos inorgánicos, plásticos, metales, polvos metálicos, ceniza volante y materiales biológicos.

6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho procedimiento mecánico de deshidratación adecuado incluye filtración a vacío, filtración a presión, filtración centrífuga y centrifugación.

7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el lípido es seleccionado de entre varios aceites vegetales, aceites de plantas, aceites de pescado y de animales, grasas, esteroides y ceras.

8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el lípido se mezcla con un tensoactivo no iónico de número de balance hidrófilo-lipófilo inferior a 15.

9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos solventes apropiados incluyen aceites de hidrocarburos ligeros, alcoholes de cadena corta y éteres.

10. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que dichos tensoactivos apropiados son tensoactivos de HLB alto, cuyas cabezas polares pueden interactuar con la superficie de los materiales particulados.

11. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que dichos colectores son tioles para metales y minerales sulfurados.

12. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que dichos colectores son aceites de hidrocarburos cuando el material particulado es carbón u otra sustancia hidrófoba natural.

13. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se añade un electrolito o una mezcla de electrolitos seleccionados de entre sales de aniones y cationes monovalentes, divalentes y trivalentes después de la etapa de hidrofobización inicial (i) y antes de la etapa (ii), de manera que la cantidad de lípidos requerida para conseguir una humedad deseada del material particulado se reduce sustancialmente.

14. Procedimiento según la reivindicación 13, en el que dichos electrolitos son las sales de los iones de aluminio.

15. Procedimiento según la reivindicación 13 ó 14, 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 única etapa.

16. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que el procedimiento mecánico de deshidratación adecuado es un procedimiento de filtración en el que la torta de filtrado es sometida a un medio vibrador apropiado, de manera que se consigue un mayor grado de reducción de humedad a un grosor de torta determinado.

17. Procedimiento según la reivindicación 16, en el que los medios vibradores apropiados incluyen medios ultrasónicos, mecánicos y acústicos.

18. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que el procedimiento mecánico de deshidratación adecuado es un procedimiento de filtración en el que se añade un reactivo reductor de tensión superficial adecuado a la torta de filtrado, en forma de neblina fina o pulverización, de manera que se consigue un mayor nivel de reducción de humedad a un grosor de torta determinado.

19. Procedimiento según la reivindicación 18, en el que el agente reductor de tensión superficial adecuado es seleccionado de entre alcoholes de cadena corta, aceites de hidrocarburos ligeros y tensoactivos apropiados.

20. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15, en el que el procedimiento mecánico de deshidratación adecuado es un procedimiento de filtración en el que se añade un reactivo reductor de tensión superficial adecuado a la torta de filtrado, en forma de neblina fina o pulverización, y al mismo tiempo, la torta de filtrado es sometida a un medio vibrador apropiado, de manera que se consigue una reducción sustancial de humedad a un gran grosor de torta usando cantidades mínimas de reactivos.